生物技术在传统药材中的应用前景(2)
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2006年2月24日
2 毛状根培养与增殖技术
由发根农杆菌Agrobacteriunrhizogenes感染双子叶植物形成的毛状根,在近十几年中已发展成继细胞培养后又一新的培养系统。由于毛状根生长迅速,遗传性稳定和生化特性不易改变等特点,越来越受人们的重视。这一培养系统对传统药材来说更为重要,因为约三分之一的传统药材是植物的根部。目前国内已在长春花、烟草、紫草、人参、曼陀罗、颠茄、丹参、黄芪、甘草和青蒿等40多种植物材料中建立毛状根培养系统。
毛状根大规模培养技术的主要问题之一是物质转移,这是由于培养对象是相互连接的非均匀物质,因此流体力学性质明显不同于悬浮培养细胞。大规模培养使用的反应器有多种类型,其中以气升式效果为佳。Furuya等报道利用20t规模的反应器进行人参毛状根培养成功。在提高毛状根中次生代谢产物产量的研究中,发展了培养基连续流动、双液相发酵等新的培养技术。Hu和Alfermann在中国传统药材丹参毛状根培养中发现,七种丹参酮存在于毛状根组织中,约40%分泌到培养基中。同时,还发现丹参毛状根中含水溶性酚酸类化合物,其中丹酚酸A的含量超过原植物的2.17倍。在另一重要传统药材黄芪毛状根培养的研究中,我们发现粗皂甙与可溶性多糖的含量明显超过黄芪干燥根。此外,还成功地进行了黄芪毛状根大规模培养实验,在10L体积的容器中经过21d的培养,其产量可达到10g(干重)L。
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3 药用植物基因工程
随着基因重组技术的发展,进入上世纪90年代后,国内外学者利用基因工程技术向药用植物体内导入同源或异源关键酶基因的研究报道日益增加。Hashimoto等将天仙子胺6-B-羟基化酶基因通过Ri质粒转移到富含天仙子胺的莨菪毛状根中,与对照相比,莨菪胺含量增加了5倍。一种来源于酵母的鸟氨酸脱羧酶基因也成功地在烟草毛状根中表达并使尼古丁含量增加。国内陈大华等人将棉花的法呢基焦磷酸合成酶基因导入青蒿后,获得的转基因株中青蒿素含量高于对照组2~3倍。我们实验室从黄芪毛状根cDNA文库中分离出一种葡萄糖甙转移酶基因,确定了它的核苷酸顺序,并在大肠杆菌中表达。由于大部分次生代谢途径尚不十分清楚,因此代谢产物基因工程成功的例子尚不多见。
此外,利用植物作为一个生物反应器使外源基因表达的研究热点正在兴起。已有一些来自细菌、动物和人类的某些抗原、抗体和特异蛋白编码的外源基因在转基因的植物中得到表达,如A-柘楼素、血管紧张肽转化酶抑制剂、抗体、细菌和病毒的抗原、脑啡肽、表皮生长因子、促红细胞生成素、生长激素、人血清蛋白、干扰素和水蛭素等。这些实验大多以烟草作为受体植物,目前表达都较低,还很难表现出它们的应用价值,但具有一定的理论意义。为今后的传统药材基因工程研究开创了成功例子。
, 百拇医药
综上所述,近代生物技术在传统药材研究中的应用,尽管尚处于实验室阶段,而且明显地存在着基础理论研究滞后的现象,但近20年来所取得的进展令人鼓舞,前景诱人。在众多基础理论研究内容中,尤其重要的是传统药材中活性成分的化学结构、生物合成途径与参与反应的酶系统、离体植物组织与细胞的生物学特性、药用模式植物基因组与功能基因组学等内容。传统药材在保障人类健康的社会医疗事业中的作用将越来越重要。因为传统药材中还蕴藏着人们尚未认识和开发的具有知识产权的新药。借助生物技术,人们可望保存和繁殖那些濒临灭绝的药材资源,保持自然界生物的多样性。人们可望利用生物技术将那些数量极少而又极有价值的新类型化合物进行扩增,满足临床的需求,推动中药现代化的进程。
“请该文作者主动与本网站联系，我们将按照国家相关规定支付相应稿酬”。, http://www.100md.com
由发根农杆菌Agrobacteriunrhizogenes感染双子叶植物形成的毛状根,在近十几年中已发展成继细胞培养后又一新的培养系统。由于毛状根生长迅速,遗传性稳定和生化特性不易改变等特点,越来越受人们的重视。这一培养系统对传统药材来说更为重要,因为约三分之一的传统药材是植物的根部。目前国内已在长春花、烟草、紫草、人参、曼陀罗、颠茄、丹参、黄芪、甘草和青蒿等40多种植物材料中建立毛状根培养系统。
毛状根大规模培养技术的主要问题之一是物质转移,这是由于培养对象是相互连接的非均匀物质,因此流体力学性质明显不同于悬浮培养细胞。大规模培养使用的反应器有多种类型,其中以气升式效果为佳。Furuya等报道利用20t规模的反应器进行人参毛状根培养成功。在提高毛状根中次生代谢产物产量的研究中,发展了培养基连续流动、双液相发酵等新的培养技术。Hu和Alfermann在中国传统药材丹参毛状根培养中发现,七种丹参酮存在于毛状根组织中,约40%分泌到培养基中。同时,还发现丹参毛状根中含水溶性酚酸类化合物,其中丹酚酸A的含量超过原植物的2.17倍。在另一重要传统药材黄芪毛状根培养的研究中,我们发现粗皂甙与可溶性多糖的含量明显超过黄芪干燥根。此外,还成功地进行了黄芪毛状根大规模培养实验,在10L体积的容器中经过21d的培养,其产量可达到10g(干重)L。
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3 药用植物基因工程
随着基因重组技术的发展,进入上世纪90年代后,国内外学者利用基因工程技术向药用植物体内导入同源或异源关键酶基因的研究报道日益增加。Hashimoto等将天仙子胺6-B-羟基化酶基因通过Ri质粒转移到富含天仙子胺的莨菪毛状根中,与对照相比,莨菪胺含量增加了5倍。一种来源于酵母的鸟氨酸脱羧酶基因也成功地在烟草毛状根中表达并使尼古丁含量增加。国内陈大华等人将棉花的法呢基焦磷酸合成酶基因导入青蒿后,获得的转基因株中青蒿素含量高于对照组2~3倍。我们实验室从黄芪毛状根cDNA文库中分离出一种葡萄糖甙转移酶基因,确定了它的核苷酸顺序,并在大肠杆菌中表达。由于大部分次生代谢途径尚不十分清楚,因此代谢产物基因工程成功的例子尚不多见。
此外,利用植物作为一个生物反应器使外源基因表达的研究热点正在兴起。已有一些来自细菌、动物和人类的某些抗原、抗体和特异蛋白编码的外源基因在转基因的植物中得到表达,如A-柘楼素、血管紧张肽转化酶抑制剂、抗体、细菌和病毒的抗原、脑啡肽、表皮生长因子、促红细胞生成素、生长激素、人血清蛋白、干扰素和水蛭素等。这些实验大多以烟草作为受体植物,目前表达都较低,还很难表现出它们的应用价值,但具有一定的理论意义。为今后的传统药材基因工程研究开创了成功例子。
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综上所述,近代生物技术在传统药材研究中的应用,尽管尚处于实验室阶段,而且明显地存在着基础理论研究滞后的现象,但近20年来所取得的进展令人鼓舞,前景诱人。在众多基础理论研究内容中,尤其重要的是传统药材中活性成分的化学结构、生物合成途径与参与反应的酶系统、离体植物组织与细胞的生物学特性、药用模式植物基因组与功能基因组学等内容。传统药材在保障人类健康的社会医疗事业中的作用将越来越重要。因为传统药材中还蕴藏着人们尚未认识和开发的具有知识产权的新药。借助生物技术,人们可望保存和繁殖那些濒临灭绝的药材资源,保持自然界生物的多样性。人们可望利用生物技术将那些数量极少而又极有价值的新类型化合物进行扩增,满足临床的需求,推动中药现代化的进程。
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