基因工程在植物类中药生产中极具潜力

基因工程在植物类中药生产中极具潜力

一、中药转基因工程实例

了解和控制传统药材的有效成分是其生产和加工技术现代化的基础。传统药材含有的有效成分绝大部分是次生代谢产物。它们的合成途径非常复杂，往往有几十酶参与反应，因而找出形成特定的产物的关键就成为利用基因工程技术生产传统有效成分的关键步骤之一。然后就是分离或合成关键酶的基因，寻找合适的载体和外源基因的表达(产物)等一系列步骤。例如，天仙子胺和莨菪胺是广泛使用的作用于植物神经系统的抗胆碱能药物，由于天仙子胺对中枢神经系统的不良作用，因此莨菪胺受病人的喜爱，市场上后者的占有率10倍于前者。在莨菪烷生物碱合成途径的研究中，人们发现天仙子胺6p-羟基化酶是参与天仙子胺转化为莨菪胺的关键酶。将该酶基因通过Ri质粒转入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。再如，科研人员正在进行与多糖合成有关的酶的基因通过Ri质粒转入黄芪毛状根的研究，希望通过基因工程方法改进黄芪毛状根中多糖的种类和数量。

随着21世纪高科技时代的到来。传统药材在保障人类健康的社会医药事业中的作用不但不会降低，而且会越来越重要。因为在传统药材中包含着许多人们尚未认识和开发的具有新结构的化合物，其中不少有望成为新的药物，如随着人类对细胞膜结构的功能的了解，越发认识到多糖类化合物的重要性。传统药材生产加工技术现代化是迎接21世纪高科技时代到来的重要目标之一。借助基因技术，人们可望保存和繁殖那些濒临灭绝的药物资源，保持自然界生物的多样性。人们可以利用基因技术将那些数量极为稀少而又极为有价值的新结构新类型化合物进行扩增，满足临床的需要。人们还可以通过基因技术在遗传上改变现存的传统药材的有效成分，或附加新的遗传成分，成为“转基因药材”。样，基因工程的广泛使用，将彻底改变传统药材生产和加工技术，使之适合新时代的要求。

二、中药转基因工程的优势

采用基因工程技术生产动植物类中药的潜在优势在于其品种丰富多样性，产品无毒性，特别是化学药物经过几十年发展，现在要合成新的有效的药物已变得越来越难，而且很多药物都暴露出程度不同的副作用。于是，人们转向开发取自动植物的天然药物和调动人体本身存在的内源药物。而基因工程为这些药物的大量生产开辟了宽广的道路。近期，中科院已在世界上首次成功地使麝香的香腺细胞在保持上皮形态特征的情况下多次传代，取得了麝香细胞工程研究的关键性突破，大量人工生产麝香指日可待了。日本人还把地黄、半夏等中药体细胞分出来进行增殖，成为“生物草药”。这就使一些中药可以大量栽培，又免受病毒感染，保持稳定的质量，其药效比天然生药高1．5倍，而收量可达天然生药的3～4倍。基因工程更是为各种酶、激素等物质的大量生产提供了可能性。例如德国的一所“微生物和细胞培养陈列室”里，储备着一万多种生物，这些生物可为食品工业培养高效菌种，如生产酸乳酪的恒温细菌、干酪真菌盘尼西林、泌乳及第三种单细胞生物基因突变体等等。用基因技术改造的菌种可用于生产维生素；细菌可用于色素和人体生长激素的生产；用基因技术处理的单细胞生物可用来生产酵母、氨基酸、香精、维生素、色素等。用新型生物制造出的面包可以长时间地保持松脆，制作酸菜时可以加决发酵。生物学家还许诺要开发“超时代”的口味体验；用基因技术制造了不使人发胖的脂肪；不会醉人的啤酒以及不损害人体健康的烟草。基因工程对食品生产的渗透，将使用于食品保鲜保色的酸性物质、防腐材料及一些有害物质退居二线。这有益于人体健康。

因食品可为人类赢得巨大效益。经过基因处理的微生物可以生产大量便宜且纯度很高的高效物质——发酵辅助物。水果、蔬菜水分太多，不仅提高了运输成本，也增加了加工难度，为此，专家们已研究了减少植物水分的技术。细胞核里每一个微小的改动都能减少经济上的巨大开支，加利福尼亚的专家从西部非洲的植物园里提取基因，制造出莫内林蛋白糖几乎没有热量，却比糖甜十万倍。利用基因技术将小麦和玉米的淀粉改造成米糖浆，这种糖浆比蔗糖便宜30％。美国利用生物工程基本上做到了糖类的自给自足。基因食品在经济上给人类带来的好处将使基因药物和基因食品成为未来医药保健与食品的主流。

三、中国转基因中药工程蓬勃发展

基因工程技术正在我国显示出前所未有的生命力。到1998年底，我国已有15种自行研制的基因工程疫苗或药物投放市场，它们在为无数带来福音的同时，也向人们展示了生物技术在医药领域应用的广阔前景。全国约有50多个厂家从事基因工程疫苗或药物的生产。例如上海农科院植物基因工程研究所现已成功建立高效表达体系“植物反应器”即基因植物药厂。植物反应器就是把构建或克隆的基因(如有治病作用的基因等)转入到高效表达载体中去，筛选到高效表达植株后，只需增加耕种面积就能扩大产量，再从植株中提取出有效成分，即成为药品或疫苗，利用转基因植物生产药物或疫苗易于形成产业化规范；省略了一整套制药工业化设备，成本大为降低；植物病毒不会感染给家畜及人类，安全性能好，各种转基因植物及疫苗都可用口服的方式给药，易被接受。

这座基因植物药厂现已形成三大类基因产品。基因药物有水蛭素，合成水蛭素基因已成功转入植物，并达到高效表达。基因饲料添加剂有植酸酶，它能使料磷的吸收利用率提高60％。动物增重明显。基因疫苗有治疗肿龋齿的CTF疫苗及畜禽联苗均已成功表达。

基因工程技术的应用

一、基因重组技术在医学方面的运用
利用基因重组技术制药。20世纪90年代以来，我国自己生产的干扰素等20种基因工程药物投放市场使用，年产值达30亿元人民币，说明基因重组技术在医学制药过程中具有相当重要的作用。解决了有些药物的短缺，一些医药费用昂贵的问题，取得了巨大的经济效益和社会效益。
利用基因重组技术生产抗病毒疫苗。为了抵御病毒的侵袭，人们利用基因重组技术研究生产出了多种疾病的疫苗，例如：最常见的狂犬病疫苗、流行性出血热病毒疫苗、乙型肝炎疫苗等多种疫苗已经应用于临床，帮助人类提高了对各种病毒的抵御能力。
利用基因重组技术进行诊断。人体器官的很多缺陷可能来自于基因的缺陷，导致表达产物出现缺陷。利用基因重组技术去诊断疾病，直接从基因的源头去找病根，能够更好的帮助人们寻找到某些遗传病的病因以便于进行治疗。除此之外，人们还曾经设想过，我们是否能够用该技术去为一些人们认为的“不治之症”提供一些新的研究渠道，例如癌症、艾滋病、白痴病等。另外，法医在配合公安机关办案时，只要在现场采集到血液、头发、唾液、精斑等，这些都能够为人们抓获犯罪嫌疑人提供线索。
二、基因重组技术在农牧业中的运用
基因工程在农牧业中的运用有植物基因工程和动物基因工程两个方面。利用基因工程技术主要是改良农作物的品种、培育优良品质的动物，目前这两方面发展也比较迅速。
1、植物基因工程
从1996年到2001年，5年间转基因农作物的种植面积增长30倍。转基因大豆、棉花、油菜、玉米这四种作物种植面积最大，已经进入商业化模式。植物基因工程技术主要应用在农作物抗逆能力、改良农作物品种、利用植物生产药物这几个方面。具体目前应用得比较成熟的有：抗逆转基因、抗虫转基因、抗病转基因、利用转基因改良植物的品质等。
2、动物基因工程
动物基因工程比植物基因工程的发展要晚一点，是20世纪80年代才开始发展起，从它诞生的那一天起，到如今已经运用到很多方面。例如：用于提高畜禽的生长速度，在动物体内插入外源生长激素基因，该动物比正常动物生长得快，且体积大。除此之外，利用生物工程技术还可以生产动物药物、改良畜产品品质、用作器官移植的供体等。
2.1 用于提高动物的生长速度 由于外源生长激素基因的表达，转基因动物可以生长得更快，因此人们将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。此外，利用基因重组技术研发成功并广泛应用的生物活性肽不仅可以提高畜禽的生长速度，还能改善酮体品质、提高机体抗病力、优化畜禽养殖环境等。
2.2 用于改善畜产品的品质 例如，有些人不能完全消化牛奶中的乳糖，有些人会对牛奶过敏、腹泻和恶心等。为了解决这些问题，人们将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分则不受影响。
2.3 用转基因动物生产药物 人们可以利用转基因动物来生产某些药物。例如，可以将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组建重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的受精卵中，然后将受精卵送入母体，使其生长发育成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌的乳汁生产所需要的药品。
生物科学技术的日益发展给人们的生产生活带来了极大的便利。国内外的一些大型生物公司和高校的科学家也在努力的研究生物基因重组技术，在相应的领域都得到了较好的成绩。基因重组技术虽然起步较晚，但是从当前来看，发展速度很快，必将对人类生活带来深远的影响。

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