如何有效解決天然化合物的資源問(wèn)題課件

如何解決天然化合物的資源問(wèn)題天然藥物簡(jiǎn)介2014年我國(guó)醫(yī)藥工業(yè)產(chǎn)值：化學(xué)藥：10544.06億元，占42.94%；中藥：7302.09億元，占29.74%。目前上市的藥物中，直接或間接來(lái)源于天然產(chǎn)物的藥物占64％。天然藥物(NaturalMedicines)：系指來(lái)源于自然界的藥物及其制成品，包括植物藥、動(dòng)物藥、礦物藥。天然藥物學(xué)：是一門(mén)研究天然藥物的資源、有效成分、藥效作用、作用機(jī)理、安全性、質(zhì)量控制及其開(kāi)發(fā)利用的科學(xué)。天然藥物研究方向（部分）：天然藥物資源學(xué)研究、天然產(chǎn)物合成生物學(xué)研究。重要技術(shù)：天然產(chǎn)物的高效分離、結(jié)構(gòu)鑒定及其生物活性研究、天然微量成分的快速識(shí)別技術(shù)、天然微量成分的高效分離技術(shù)天然藥物資源學(xué)研究

科學(xué)問(wèn)題：解決藥用資源，保護(hù)野生資源，滿足臨床用藥，促進(jìn)中藥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容：藥用植動(dòng)物的基原及其資源研究；藥用植動(dòng)物栽培（養(yǎng)殖）研究；藥用植物/真菌的組織培養(yǎng)與生物工程研究。鐵皮石斛石斛：楓斗一、提高藥用植物的栽培技術(shù)以肉蓯蓉栽培為例肉蓯蓉的栽培技術(shù)研究與推廣

——從瀕危藥材到生態(tài)產(chǎn)業(yè)荒漠肉蓯蓉及其寄主梭梭管花肉蓯蓉及其寄主檉柳“梭梭—肉蓯蓉”生態(tài)產(chǎn)業(yè)

專(zhuān)屬性地寄生于藜科植物梭梭的根部的肉蓯蓉為肉蓯蓉屬植物中分布較廣、野生資源較大、且資源破壞最嚴(yán)重的種，同時(shí)也是最早人工種植獲得成功的種。為了加快“梭梭—肉蓯蓉”生態(tài)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保護(hù)天然梭梭林，必須大力發(fā)展梭梭林的人工營(yíng)造以及天然梭梭殘林的復(fù)壯更新。而研究者們同時(shí)也分別從選地與整地、育苗、播種時(shí)間、播種方法、灌溉方法、植苗方法、撫育管理以及補(bǔ)播、補(bǔ)植等方面進(jìn)行研究，從而促進(jìn)肉蓯蓉生態(tài)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以期解決要藥用肉蓯蓉的資源問(wèn)題。荒漠肉蓯蓉

當(dāng)前中國(guó)在荒漠肉蓯蓉的栽培技術(shù)的研究已取得了顯著的成果。荒漠肉蓯蓉種子的篩選與前處理1、首先對(duì)采收或市場(chǎng)購(gòu)置的荒漠肉蓯蓉種子進(jìn)行篩選，選擇飽滿、粒大、有光澤、成熟度高的種子進(jìn)行接種，一般來(lái)說(shuō)，直徑大于0.5mm的種子萌發(fā)率和接種率較高。2、種子前處理。一般采用低溫沙藏處理、藥劑處理（1～3g/L高錳酸鉀溶液浸種20～30min）、熱水處理（50℃熱水中浸泡待水溫降至室溫后撈出）、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理（0.5μg/mL赤霉素溶液中浸泡10d）、曝曬處理（1～2周）、丸?；幚恚s短接種時(shí)間、提高接種率和產(chǎn)量）?；哪馍惾胤N子生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)質(zhì)種子是保障藥材產(chǎn)量和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)藥材的源頭。優(yōu)質(zhì)的種子生產(chǎn)技術(shù)：利用單株選擇、人工授粉、打頂、對(duì)種子及時(shí)采收等方法提高質(zhì)量。藥用植物栽培技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)特點(diǎn)：相對(duì)不穩(wěn)定性和復(fù)雜性發(fā)展趨勢(shì)：品種多樣化和技術(shù)專(zhuān)業(yè)化道地藥材栽培管理不斷加強(qiáng)從野生藥用植物中尋找新藥資源和引種馴化的研究更加深入

多學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)的滲透

二、天然產(chǎn)物合成生物學(xué)——

轉(zhuǎn)基因與天然化合物重要天然產(chǎn)物的生物合成研究及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用Nature2006,440,940-943.Science2010,327,328-331.Nature2013,496,528-532.青蒿酸產(chǎn)率：25g/L轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)被稱(chēng)為自第三次產(chǎn)業(yè)革命以來(lái)最具影響力的新興產(chǎn)業(yè)，其中基因及轉(zhuǎn)基因藥物頗受關(guān)注。轉(zhuǎn)基因技術(shù)，是指利用現(xiàn)代分子生物技術(shù)，將某些生物的基因轉(zhuǎn)移到其他物種上，改造生物的遺傳性狀，獲得所需的產(chǎn)品。1、基因體外重組2、不受生物種類(lèi)限制3、精確細(xì)致地控制主要研究?jī)?nèi)容天然產(chǎn)物生物合成途徑及其調(diào)控基因研究天然產(chǎn)物生物合成相關(guān)基因表達(dá)、工程菌構(gòu)建及其大規(guī)模合成研究生產(chǎn)過(guò)程紫杉醇藥物中間體的微生物合成進(jìn)展1、在大腸埃希菌BL21(DE3)中將太平洋紅豆杉的牻牛兒基牻牛兒基二磷酸合酶(geranylgeranyldiphosphatesynthase,GGDPS)、裂殖酵母(Schizosaccharomycespombe)IDI異構(gòu)酶、草生歐文氏菌(Erwiniaherbicola)大腸埃希菌1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(deoxyxylulose-5-phosphatesynthase,DXS)、紫杉烯合酶(taxadienesynthase,TS)4個(gè)酶基因分別采用3個(gè)不同復(fù)制子(pSC101，p15A，pBR322)的質(zhì)粒系統(tǒng)進(jìn)行組合表達(dá)(IDI-GGDPS融合表達(dá))，獲得大腸埃希菌工程菌合成紫杉烯，這是紫杉烷骨架異源生物合成成功的首例。2、酵母菌的細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)完整，紫杉醇生物合成中的羥基化酶基因可在菌內(nèi)表達(dá)，該菌自身有MVA途徑，通過(guò)該途徑合成的GGDP是紫杉醇生物合成中間體。3、運(yùn)用多模塊代謝工程法合成紫杉烯是目前大腸埃希菌制備紫杉醇中間體最成功的例子，該方法以紫杉烯生物合成的中間體IPP為節(jié)點(diǎn)，將9個(gè)酶的途徑劃歸成兩個(gè)模塊(4個(gè)基因的上游天然MEP途徑模塊，和2個(gè)基因的下游至紫杉二烯的異源途徑)，即宿主自身的MEP途徑合成IPP的上游模塊以及異源萜合成的下游模塊

優(yōu)勢(shì)1、微生物生長(zhǎng)迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)2、該良品質(zhì)，通過(guò)基因改造可以合成更高品質(zhì)的天然化合物缺點(diǎn)毒性問(wèn)題，基因水平上的操作對(duì)產(chǎn)物的合成具有不確定性過(guò)敏反應(yīng)對(duì)環(huán)境的影響，基因重組的微生物如果處理不當(dāng)，可能對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響植物組織培養(yǎng)在人工設(shè)置的條件下于人工制備的培養(yǎng)基中，無(wú)菌操作對(duì)植物組織、細(xì)胞、原生質(zhì)體等進(jìn)行培養(yǎng)而脫分化生成愈傷組織，并逐漸分化新的器官直至長(zhǎng)出再生完整植株的手段藥用植物組織培養(yǎng)與生物工程石斛試管苗的快速繁殖3Lbioreactor5Lbioreactor0.5LflaskGrowthratio:12.71Growthratio:51.92Growthratio:49.84Graduallyenlargecultureofginsengadventitiousroot現(xiàn)狀▲野生藥用植物被傳統(tǒng)采集方法嚴(yán)重破壞，即將超過(guò)其資源再生能力▲自然環(huán)境日益惡化通過(guò)植物組織培養(yǎng)擴(kuò)大生產(chǎn)◆節(jié)省時(shí)間：名貴中藥如人參、貝母等生長(zhǎng)周期很長(zhǎng),常規(guī)育種方法花費(fèi)很多時(shí)間◆大量繁殖：繁殖系數(shù)小且耗種量大的品種,耗費(fèi)大量生產(chǎn)成本且生產(chǎn)速率低◆減少環(huán)境限制：易受病毒危害而退化的,易受地區(qū)、季節(jié)與氣候限制的等等,使用人工栽培無(wú)法有效緩解難題優(yōu)勢(shì)一：便于藥用植物批量人工栽培，試管微繁快速培育種苗二：培養(yǎng)愈傷組織、懸浮培養(yǎng)細(xì)胞,用生物轉(zhuǎn)化、酶促反應(yīng)等手段直接工廠化生產(chǎn)藥物缺點(diǎn)一：有的植物進(jìn)行組織培養(yǎng)的條件未知，不能很好地進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)；二：有的植物組織培養(yǎng)技術(shù)比較成熟，但是愈傷組織等結(jié)構(gòu)沒(méi)有藥理活性，不能用來(lái)提取所需的天然化合物。結(jié)論提高藥用植物的栽培技術(shù)天然產(chǎn)物合成生物學(xué)——轉(zhuǎn)基因與天然化合物利用植物組織培養(yǎng)參考文獻(xiàn)【1】陳慶亮，武志博，郭玉海，等.荒漠肉蓯蓉及其寄主梭梭栽培技術(shù).中國(guó)現(xiàn)代中藥，2015，17（4）：359-368【2】甘炳春.藥用植物栽培技術(shù)的發(fā)展