生物工程论文

生物工程导论

课程论文

课程: 生物工程导论

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时间: 2010至2011学年度第 1 学期

2010年12 月30 日

南京农业大学

基因技术的中药现代化研究

【摘要】基因技术是生物工程的核心部分，近几年来，他的飞速发展也给中药的研究提供一条新途径。基因芯片、基因组学等新技术的相继产生，在很大程度上冲击了中药发展的传统模式，但也将其带入了一个全新的领域。因此，中药现代化是时代发展的必然。中药基因技术作为其研究的重要手段，将从根本上改变长期以来人们对中药的研究手段和认识层次。基因技术的发展和应用前景非常广阔，它将推动药物的研究进入一个新的阶段，对人类生活和健康产生深远影响。本文就是针对基因技术对中药的开发利用做一分析。

【关键词】基因组学转基因基因芯片中药现代化

现代的生物技术又被称作生物工程，它主要包括基因工程、酶工程、发酵工程、细胞工程、蛋白质工程。其中基因工程技术是生物技术的核心部分。基因工程技术主要指采用重组的DNA、基因克隆、分子杂交、定位诱变等现代方法，将目标基因转移至细胞、组织或生物有机体，目的是得到人类所期望的基因产物。[1]

近年来，随着化学药品毒副作用的不断增加，人们把视线逐步转向天然药物，这为中药的发展创造了一个很好的机遇。目前中药在国际上还没获得普遍认同和接受，其原因一是由于中药的作用机制仅有传统的中医药理论基础，无法用现代科学理论解释。[2]另外中药化学成分复杂，有效成分不清且定性定量仍有困难，个体差异大，缺乏现代科学理论的支持。

[3]进行中药现代化研究，最终目的是要为中药的药学及医学研究建立国际化标准，弘扬我国传统中药。人类基因组计划的实施，不仅为我们提供了数目可观的新药靶标，更重要的是催生了一批与新药研发相关的新技术，例如基因芯片技术，生物信息学技术，以及由此发展起来的药物基因组学等。现对基因技术在中药研究方面的应用作一简述。

基因技术在中药现代化中的作用

基因技术以高通量、多因素、微型化、自动化和快速灵敏的特点而见长，正可以应对中药的多成分、多途径、多系统、多靶点的作用特点而进行系统深入的研究，有可能使我们从一个全新的视角阐明中医药的科学本质。[4]下面对基因技术在中药现代化研究中的作用做一阐述。

寻找药物作用的靶向基因。明确药物作用的靶点和作用机制，并为新基因的发现提供线索。有效药物作用靶点的筛选与鉴定是现代新药研发的中心内容之一，对药物靶点的研究可

在基因和蛋白质两个层面进行。

基因药物开发的前提是药靶的确定。人类基因组和一批重要模式生物体基因组的全序列测定，为医药工业提供了一个全新的突破方向。结合基因芯片技术，可以揭示药物作用的靶向基因，获得新的药靶。

药用基因的获得——发现新的有效成分。中药有效成分的研究仍然是中药现代化领域一个前提性的关键问题。利用基因技术筛选新的有效成分，不仅仅是为了弥补传统方法的缺陷，更重要的是在中药新药研究领域，建立全新的理念和先进的研究手段，使中药现代化真正进入一个宽广的良性发展的轨道。

毒副反应基因的筛检。提示候选药物的毒副反应，在药物筛选中具有重要参考价值。

与药物代谢转化相关基因的研究。药物基因组学是基因技术的核心内容之一，是研究药物对不同个体产生不同作用的遗传基础。根据个体的遗传差异对患者进行分型，进而指导治疗药物的选择与确定，是新药开发领域的重要方向。

发展中药指纹图谱技术。中药指纹图谱技术是中药质量控制的首选方法，中药的质量标准还不够完备、不够先进是制约中药发展和进入国际市场的重要因素。目前基因指纹图谱已成为一种对中药进行分子遗传标记鉴定的首选方法，并将成为中药质量评估系统的核心内容。

基因技术在中药现代化研究中的应用

一、基因组学技术在中药研究中的应用

目前已有研究将基因工程技术引入中药的研究中，并取得了一定的成果。尤其是治疗疟疾的特效药青蒿素，不仅已建立起细胞培养体系，且其生物合成途径催化反应的酶(尤其是关键反应)及编码这些酶的基因的研究都取得了很大的进展，为这些中药的进一步研究开发奠定了基础。

基因组学是本世纪生命科学研究的焦点，其是指研究染色体组上全部基因的学科。基因组学是基于分子生物学等技术，从整个基因组的层次来阐明所有基因在染色体组上的位置、结构、基因产物的功能以及基因与基因之间的关系，具有鲜明的“整体性”。[5] 基因组学的“整体性”特点，与中药理论中整体效应、阴阳学说等有许多相似之处，这为中医药现代化提供了最佳的突破点。中国科学院人类基因组中心杨焕明教授就指出：基因组学是中医药学现代化的一个切人点口。[6]如能抓住时机，引入基因组学的新技术和思路，应用于中药作用靶点、中药作用机制的研究，尽快地将中医药基本理论与尚未成熟的基因组

学理论相比较、相交融，将会使中医药学在未来世界医学中占有一席之地。

二、转基因技术在中药研究中的应用

我国是中药大国，中药是我国民族文化中的瑰宝，要很好地传承和发展，不可避免地要应用现代生物技术成果。目前，基因工程技术在经济作物中的应用已产生了巨大经济效益，但基因工程技术尚未给中药带来巨大效益，在这一领域的巨大发展潜力也是不言而喻的。当前，转基因技术在中药(植物)的应用主要包括以下方面。[7]

通过改良中药品种，提高产量和有效成分的含量，减少有害成分的含量。随着化学分析水平的提高和研究的深入，对中药材中有效成分也会越来越清楚，通过生物技术改良品种有可能达到提高有效成分的目的。同样，随着药品安全性评价(GI P)的实施，不少中药材已被发现含有有毒成分，这些也可考虑借助生物技术解决。

利用基因技术改良中药品种。在中药规范化和规模化的要求下，实施GAP势在必行，目前已有利用基因工程提高中药植物抗病害的研究报道。此外，培育中药基因工程新品种还可以解决药材的耐寒、耐热、耐旱和缩短生长期等诸多问题。

拯救中药资源。中药资源的可持续利用是中医药发展的根本，从现有技术分析，基因工程技术是拯救濒危中药的重要手段。随着对代谢途径限速步骤的阐明和基因工程的发展，通过对基因启动子的置换、构建强有力的组成型启动子，使限速酶在转基因细胞中高效表达，或采用激活剂激活关键酶基因的表达，实现对代谢途径的调节从而大大提高代谢物产量。

三、基因芯片技术在中药现代化中的应用

基因芯片，又称为DNA芯片，它是运用计算机芯片的制备技术，采用原位合成或显微打印手段，将数以万计的具有特定功能、数个碱基组成的核酸分子固化于支持物(通常为硅芯片或经过处理后的玻璃片)表面上，产生二维DNA探针阵列，然后与标记的样品进行杂交及平行处理。通过化学荧光法、酶标法、同位素法或电化学法等方法检测杂交信号，再用扫描仪等仪器记录，最后通过专门的计算机软件进行分析来实现对生物样品快速、平行、有效地检测。[8]

中药基因芯片作为中药现代化研究的重要手段，将从根本上改变长期以来人们对中药的研究手段和认识层次。目前常规生物化学和分子药理学的分析研究方法很难搞清中药复杂的作用机制，中医中药的研究应该从生物整体系统的角度出发，结合分子水平的研究和中医中药的辩证思维方法，才能从根本上解决这一难题。药物基因组学和基因芯片为人们从基因网络层面分析整个生物体系提供了一个重要的平台。

基因芯片技术的建立为药物的研究和开发提供了新的途径，尽管现阶段该技术还存在一