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基因工程在植物類(lèi)中藥生產(chǎn)中極具潛力

醫(yī)案日記 2023-05-06 09:54:42

基因工程在植物類(lèi)中藥生產(chǎn)中極具潛力

、中藥轉(zhuǎn)基因工程實(shí)例

了解和控制傳統(tǒng)藥材的有效成分是其生產(chǎn)和加工技術(shù)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)藥材含有的有效成分絕大部分是次生代謝產(chǎn)物。它們的合成途徑非常復(fù)雜

,往往有幾十酶參與反應(yīng)
,因而找出形成特定的產(chǎn)物的關(guān)鍵就成為利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)傳統(tǒng)有效成分的關(guān)鍵步驟之一
。然后就是分離或合成關(guān)鍵酶的基因
,尋找合適的載體和外源基因的表達(dá)(產(chǎn)物)等一系列步驟
。例如
,天仙子胺和莨菪胺是廣泛使用的作用于植物神經(jīng)系統(tǒng)的抗膽堿能藥物
,由于天仙子胺對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的不良作用,因此莨菪胺受病人的喜愛(ài)
,市場(chǎng)上后者的占有率10倍于前者
。在莨菪烷生物堿合成途徑的研究中,人們發(fā)現(xiàn)天仙子胺6p-羥基化酶是參與天仙子胺轉(zhuǎn)化為莨菪胺的關(guān)鍵酶
。將該酶基因通過(guò)Ri質(zhì)粒轉(zhuǎn)入到富含天仙子胺的莨菪毛狀根中
,與對(duì)照相比,莨菪胺含量增加了5倍
。再如
,科研人員正在進(jìn)行與多糖合成有關(guān)的酶的基因通過(guò)Ri質(zhì)粒轉(zhuǎn)入黃芪毛狀根的研究,希望通過(guò)基因工程方法改進(jìn)黃芪毛狀根中多糖的種類(lèi)和數(shù)量

隨著21世紀(jì)高科技時(shí)代的到來(lái)

。傳統(tǒng)藥材在保障人類(lèi)健康的社會(huì)醫(yī)藥事業(yè)中的作用不但不會(huì)降低,而且會(huì)越來(lái)越重要
。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)藥材中包含著許多人們尚未認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)的具有新結(jié)構(gòu)的化合物
,其中不少有望成為新的藥物,如隨著人類(lèi)對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的功能的了解
,越發(fā)認(rèn)識(shí)到多糖類(lèi)化合物的重要性
。傳統(tǒng)藥材生產(chǎn)加工技術(shù)現(xiàn)代化是迎接21世紀(jì)高科技時(shí)代到來(lái)的重要目標(biāo)之一。借助基因技術(shù)
,人們可望保存和繁殖那些瀕臨滅絕的藥物資源
,保持自然界生物的多樣性。人們可以利用基因技術(shù)將那些數(shù)量極為稀少而又極為有價(jià)值的新結(jié)構(gòu)新類(lèi)型化合物進(jìn)行擴(kuò)增
,滿足臨床的需要
。人們還可以通過(guò)基因技術(shù)在遺傳上改變現(xiàn)存的傳統(tǒng)藥材的有效成分,或附加新的遺傳成分
,成為“轉(zhuǎn)基因藥材”
。樣,基因工程的廣泛使用
,將徹底改變傳統(tǒng)藥材生產(chǎn)和加工技術(shù)
,使之適合新時(shí)代的要求。

二、中藥轉(zhuǎn)基因工程的優(yōu)勢(shì)

采用基因工程技術(shù)生產(chǎn)動(dòng)植物類(lèi)中藥的潛在優(yōu)勢(shì)在于其品種豐富多樣性

,產(chǎn)品無(wú)毒性
,特別是化學(xué)藥物經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展,現(xiàn)在要合成新的有效的藥物已變得越來(lái)越難
,而且很多藥物都暴露出程度不同的副作用
。于是,人們轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)取自動(dòng)植物的天然藥物和調(diào)動(dòng)人體本身存在的內(nèi)源藥物
。而基因工程為這些藥物的大量生產(chǎn)開(kāi)辟了寬廣的道路
。近期,中科院已在世界上首次成功地使麝香的香腺細(xì)胞在保持上皮形態(tài)特征的情況下多次傳代
,取得了麝香細(xì)胞工程研究的關(guān)鍵性突破
,大量人工生產(chǎn)麝香指日可待了。日本人還把地黃
、半夏等中藥體細(xì)胞分出來(lái)進(jìn)行增殖
,成為“生物草藥”。這就使一些中藥可以大量栽培
,又免受病毒感染
,保持穩(wěn)定的質(zhì)量,其藥效比天然生藥高1.5倍
,而收量可達(dá)天然生藥的3~4倍
。基因工程更是為各種酶
、激素等物質(zhì)的大量生產(chǎn)提供了可能性
。例如德國(guó)的一所“微生物和細(xì)胞培養(yǎng)陳列室”里,儲(chǔ)備著一萬(wàn)多種生物
,這些生物可為食品工業(yè)培養(yǎng)高效菌種,如生產(chǎn)酸乳酪的恒溫細(xì)菌
、干酪真菌盤(pán)尼西林
、泌乳及第三種單細(xì)胞生物基因突變體等等。用基因技術(shù)改造的菌種可用于生產(chǎn)維生素
;細(xì)菌可用于色素和人體生長(zhǎng)激素的生產(chǎn)
;用基因技術(shù)處理的單細(xì)胞生物可用來(lái)生產(chǎn)酵母、氨基酸
、香精
、維生素、色素等
。用新型生物制造出的面包可以長(zhǎng)時(shí)間地保持松脆
,制作酸菜時(shí)可以加決發(fā)酵。生物學(xué)家還許諾要開(kāi)發(fā)“超時(shí)代”的口味體驗(yàn);用基因技術(shù)制造了不使人發(fā)胖的脂肪
;不會(huì)醉人的啤酒以及不損害人體健康的煙草
。基因工程對(duì)食品生產(chǎn)的滲透
,將使用于食品保鮮保色的酸性物質(zhì)
、防腐材料及一些有害物質(zhì)退居二線。這有益于人體健康

因食品可為人類(lèi)贏得巨大效益

。經(jīng)過(guò)基因處理的微生物可以生產(chǎn)大量便宜且純度很高的高效物質(zhì)——發(fā)酵輔助物。水果
、蔬菜水分太多
,不僅提高了運(yùn)輸成本,也增加了加工難度
,為此
,專(zhuān)家們已研究了減少植物水分的技術(shù)。細(xì)胞核里每一個(gè)微小的改動(dòng)都能減少經(jīng)濟(jì)上的巨大開(kāi)支
,加利福尼亞的專(zhuān)家從西部非洲的植物園里提取基因
,制造出莫內(nèi)林蛋白糖幾乎沒(méi)有熱量,卻比糖甜十萬(wàn)倍
。利用基因技術(shù)將小麥和玉米的淀粉改造成米糖漿
,這種糖漿比蔗糖便宜30%。美國(guó)利用生物工程基本上做到了糖類(lèi)的自給自足
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;蚴称吩诮?jīng)濟(jì)上給人類(lèi)帶來(lái)的好處將使基因藥物和基因食品成為未來(lái)醫(yī)藥保健與食品的主流。

、中國(guó)轉(zhuǎn)基因中藥工程蓬勃發(fā)展

基因工程技術(shù)正在我國(guó)顯示出前所未有的生命力

。到1998年底,我國(guó)已有15種自行研制的基因工程疫苗或藥物投放市場(chǎng)
,它們?cè)跒闊o(wú)數(shù)帶來(lái)福音的同時(shí)
,也向人們展示了生物技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的廣闊前景。全國(guó)約有50多個(gè)廠家從事基因工程疫苗或藥物的生產(chǎn)
。例如上海農(nóng)科院植物基因工程研究所現(xiàn)已成功建立高效表達(dá)體系“植物反應(yīng)器”即基因植物藥廠
。植物反應(yīng)器就是把構(gòu)建或克隆的基因(如有治病作用的基因等)轉(zhuǎn)入到高效表達(dá)載體中去,篩選到高效表達(dá)植株后
,只需增加耕種面積就能擴(kuò)大產(chǎn)量
,再?gòu)闹仓曛刑崛〕鲇行С煞郑闯蔀樗幤坊蛞呙?div id="jfovm50" class="index-wrap">,利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)藥物或疫苗易于形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)范
;省略了一整套制藥工業(yè)化設(shè)備
,成本大為降低;植物病毒不會(huì)感染給家畜及人類(lèi)
,安全性能好
,各種轉(zhuǎn)基因植物及疫苗都可用口服的方式給藥,易被接受

這座基因植物藥廠現(xiàn)已形成三大類(lèi)基因產(chǎn)品

。基因藥物有水蛭素
,合成水蛭素基因已成功轉(zhuǎn)入植物
,并達(dá)到高效表達(dá)?div id="d48novz" class="flower left">
;蝻暳咸砑觿┯兄菜崦?div id="d48novz" class="flower left">
,它能使料磷的吸收利用率提高60%。動(dòng)物增重明顯
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;蛞呙缬兄委熌[齲齒的CTF疫苗及畜禽聯(lián)苗均已成功表達(dá)。

基因工程技術(shù)的應(yīng)用

、基因重組技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的運(yùn)用
利用基因重組技術(shù)制藥
。20世紀(jì)90年代以來(lái),我國(guó)自己生產(chǎn)的干擾素等20種基因工程藥物投放市場(chǎng)使用
,年產(chǎn)值達(dá)30億元人民幣
,說(shuō)明基因重組技術(shù)在醫(yī)學(xué)制藥過(guò)程中具有相當(dāng)重要的作用。解決了有些藥物的短缺
,一些醫(yī)藥費(fèi)用昂貴的問(wèn)題
,取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
利用基因重組技術(shù)生產(chǎn)抗病毒疫苗
。為了抵御病毒的侵襲
,人們利用基因重組技術(shù)研究生產(chǎn)出了多種疾病的疫苗,例如:最常見(jiàn)的狂犬病疫苗
、流行性出血熱病毒疫苗
、乙型肝炎疫苗等多種疫苗已經(jīng)應(yīng)用于臨床,幫助人類(lèi)提高了對(duì)各種病毒的抵御能力

利用基因重組技術(shù)進(jìn)行診斷。人體器官的很多缺陷可能來(lái)自于基因的缺陷
,導(dǎo)致表達(dá)產(chǎn)物出現(xiàn)缺陷
。利用基因重組技術(shù)去診斷疾病,直接從基因的源頭去找病根
,能夠更好的幫助人們尋找到某些遺傳病的病因以便于進(jìn)行治療
。除此之外
,人們還曾經(jīng)設(shè)想過(guò),我們是否能夠用該技術(shù)去為一些人們認(rèn)為的“不治之癥”提供一些新的研究渠道
,例如癌癥
、艾滋病、白癡病等
。另外
,法醫(yī)在配合公安機(jī)關(guān)辦案時(shí),只要在現(xiàn)場(chǎng)采集到血液
、頭發(fā)
、唾液、精斑等
,這些都能夠?yàn)槿藗冏カ@犯罪嫌疑人提供線索

二、基因重組技術(shù)在農(nóng)牧業(yè)中的運(yùn)用
基因工程在農(nóng)牧業(yè)中的運(yùn)用有植物基因工程和動(dòng)物基因工程兩個(gè)方面
。利用基因工程技術(shù)主要是改良農(nóng)作物的品種
、培育優(yōu)良品質(zhì)的動(dòng)物,目前這兩方面發(fā)展也比較迅速

1
、植物基因工程
從1996年到2001年,5年間轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的種植面積增長(zhǎng)30倍
。轉(zhuǎn)基因大豆
、棉花、油菜
、玉米這四種作物種植面積最大
,已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化模式。植物基因工程技術(shù)主要應(yīng)用在農(nóng)作物抗逆能力
、改良農(nóng)作物品種
、利用植物生產(chǎn)藥物這幾個(gè)方面。具體目前應(yīng)用得比較成熟的有:抗逆轉(zhuǎn)基因
、抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因
、抗病轉(zhuǎn)基因、利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)等

2
、動(dòng)物基因工程
動(dòng)物基因工程比植物基因工程的發(fā)展要晚一點(diǎn),是20世紀(jì)80年代才開(kāi)始發(fā)展起
,從它誕生的那一天起
,到如今已經(jīng)運(yùn)用到很多方面。例如:用于提高畜禽的生長(zhǎng)速度
,在動(dòng)物體內(nèi)插入外源生長(zhǎng)激素基因
,該動(dòng)物比正常動(dòng)物生長(zhǎng)得快
,且體積大。除此之外
,利用生物工程技術(shù)還可以生產(chǎn)動(dòng)物藥物
、改良畜產(chǎn)品品質(zhì)、用作器官移植的供體等

2.1 用于提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速度 由于外源生長(zhǎng)激素基因的表達(dá)
,轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可以生長(zhǎng)得更快,因此人們將這類(lèi)基因?qū)雱?dòng)物體內(nèi)
,以提高動(dòng)物的生長(zhǎng)速率
。此外,利用基因重組技術(shù)研發(fā)成功并廣泛應(yīng)用的生物活性肽不僅可以提高畜禽的生長(zhǎng)速度
,還能改善酮體品質(zhì)
、提高機(jī)體抗病力、優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖環(huán)境等

2.2 用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 例如
,有些人不能完全消化牛奶中的乳糖,有些人會(huì)對(duì)牛奶過(guò)敏
、腹瀉和惡心等
。為了解決這些問(wèn)題,人們將腸乳糖酶基因?qū)肽膛
;蚪M中
,使獲得的轉(zhuǎn)基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低
,而其他營(yíng)養(yǎng)成分則不受影響

2.3 用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物 人們可以利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物來(lái)生產(chǎn)某些藥物。例如
,可以將藥用蛋白基因與乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子等調(diào)控組建重組在一起
,通過(guò)顯微注射等方法,導(dǎo)入哺乳動(dòng)物的受精卵中
,然后將受精卵送入母體
,使其生長(zhǎng)發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物進(jìn)入泌乳期后
,可以通過(guò)分泌的乳汁生產(chǎn)所需要的藥品

生物科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的便利。國(guó)內(nèi)外的一些大型生物公司和高校的科學(xué)家也在努力的研究生物基因重組技術(shù)
,在相應(yīng)的領(lǐng)域都得到了較好的成績(jī)
。基因重組技術(shù)雖然起步較晚
,但是從當(dāng)前來(lái)看
,發(fā)展速度很快,必將對(duì)人類(lèi)生活帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響

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