黄芪活性产物代谢调控的基因工程关键技术研究获重大突破

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市场对中药材的需求量与日俱增，但是许多野生中药材受生长周期所限，供不应求；大量的无序采挖，又会影响生态环境。由中国工程院院士、上海中医药大学教授胡之璧领衔完成的“黄芪活性产物代谢调控的基因工程关键技术研究”项目，首次将现代生物技术成功应用于传统中药，在改良中药材品质、实现中药资源的可持续利用方面取得重大突破。该项目近日获2007年度国家科技进步二等奖。
黄芪，是中医临床最常用的大宗药材之一。现代药理学研究发现，黄芪多糖、黄芪甲苷等主要生物活性成分，具有抗心肌缺血、缺氧、病毒性心肌炎的作用，以黄芪主要成分为原料的新药开发成为热点。黄芪主要生长在西北干旱地区，由于市场需求量不断增加，其野生资源受到极大威胁。它又是一种重要固沙植物，如无序采挖，可能成为沙尘暴肆虐的原因之一。其实，不仅是黄芪，许多野生中药资源在可持续利用方面都陷于这样的“困境”。人工栽培是“解困”的一条途径，但药用植物需3－5年生长时间，难以满足市场的迫切需求；而且引种栽培代数越多，中药材质量退化就越厉害。
胡之璧带领的科研团队，探索运用基因工程技术，对中药活性成分进行代谢调控研究。他们选用黄芪作为模式药材，因为大部分中药像黄芪一样，以根入药。在黄芪身上找到“突破口”，不仅具有重要理论意义，而且对其它根类药材的可持续利用也具有示范作用。
技术难点之一，是定向生产中药材中的“宝贝”——目标活性产物。科研人员在黄芪无数个基因中，找到调节其活性成分的两个基因，克隆后构建到载体上，然后由载体把两个基因导入黄芪培养物上，生成黄芪毛状根。他们应用基因工程手段，创建了黄芪代谢相关内源基因的扩增技术，调控黄芪活性成分生物合成，大幅度提高了黄芪中有效成分。由此，胡之璧带领的科研团队开创了中药基因工程这一研究新领域。
黄芪毛状根培养，如何从实验室 “摇瓶”过渡到产业化的生物反应器培养？毛状根培养生物反应器是当今国内外研究的热点之一。胡之璧带领科研人员另辟蹊径，将透明颤菌血红蛋白基因引入黄芪毛状根，使这种生物在低氧条件下也能“茁壮”生长，不影响其活性成分的代谢水平。该技术属国际首创，创建了黄芪毛状根30升大规模培养体系，为其工业化规模生产提供了技术指导和示范。
[b]专家点评[/b]
中国科学院院士陈凯先：该科研项目建立的药材基因克隆、载体构建、表达、毛状根规模培养等技术方法具有普适性，为中药资源的可持续利用提供了创新思路和方法，也为提高我国中药现代化研究水平作出了显著贡献。