探析中药功效成分合成生物学探究进展

《探析中药功效成分合成生物学探究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、探析中药功效成分合成生物学探究进展中药(Chineseherbology、TraditionalMateriaMedica),是指在汉族传统医术指导下应用的药物。中药按加工工艺分为中成药、中药材。中药主要起源于中国，除了植物药以外，动物药如蛇胆，熊胆，五步蛇，鹿茸，鹿角等;介壳类如珍珠，海蛤壳；矿物类如龙骨，磁石等都是用来治病的中药。少数中药源于外国，如西洋参。［摘要］中药功效成分是中药发挥防病治病等重要作用的主要活性物质，大多数的中药功效成分都来自药用生物次级代谢产物衍生物。目前中药功效成分的获取主要是从源生物中直接提取，提取成本高，收益极低。中药微生物合成生物学，通过在微生物中导入

2、目标产物的合成途径，利用微生物进行发酵生产目标成分，是一项具有发展前景的中药活性物质获取途径。通过异源宿主发酵大规模产中药功效成分，解决了中药功效成分含量低，提取分离困难，未来将极大缓解中药功效成分供需不足的局面。该文从中药功效成分合成生物学实例进展以及中药功效成分合成生物学策略2个方面对中药功效成分合成生物学进行综述。［关键词］中药功效成分;合成生物学中药功效成分是中药发挥防病治病等功能的物质基础，其大多是来自药用植物的次生代谢产物或其衍生物，具有多种药理学活性，如抗癌，抗氧化，提高免疫力等。根据生物活性的起源这些中药功效成分可分为苯丙烷类(phenylpropanoids)异戊二烯

3、类(isoprenoids)、多聚酮类(polyketides)＞生物碱类(alkaloids)以及黄酮类(flavonoids)［1］。不同种类的中药功效成分在药物开发中均有应用，如抗疟疾药物青蒿素，用于治疗阿兹海默症的石杉碱A,用于治疗感冒的麻黄素、抗癌药物喜树碱以及对埃博拉病毒感染具有治疗效果的粉防己碱，在治疗肥胖中有巨大潜力的南蛇藤醇等［24］。这些例子都展示了中药功效成分在疾病治疗与防御以及其他未解决的疾病方面有很大的应用前景。目前，中药功效成分的获取途径主要有①直接从药源植物中分离提取;②化学及半化学合成途径；③基于作用机制了解清晰的基础上，寻求替代物;④利用植物细胞或组织

4、培养技术;⑤微生物合成法。直接从中药中分离提取有效活性成分是目前中药功效成分获取的主要途径。但该方法过度依赖于中药资源，据统计，这些活性成分大约2/3来源于野生资源，而药用功效成分多为次级代谢产物，在植物中的积累量极低，如红参中稀有人参皂昔Rh2的质量分数低于0.001%［5］；虽然中药的栽培技术已日渐成熟，但其培养条件要求较高，且耗时耗力，生产成本高；而通过化学合成，无论是化学合成或半化学合成的方法，都会受其特殊的化学结构如手性及不对称中心的限制；利用药用植物细胞或组织培养，能够克服以上多方面问题，目前，以中药功效成分为生产目标的细胞工程数量大约有100多种，研究表明，约40种活性物

5、质经组织培养，其含量甚至高于原植株水平，但大多数中药组培机制研究不甚清楚，而且受基因型以及细胞毒性，生产成本等限制，除了较为典型的例子如人参、紫草外，利用该方法进行工业化生产成功的例子并不多。中药功效成分的微生物合成生物学法，即在系统生物学基础上，采用工程学的设计思路和方法，通过对相关功能基因的模块化设计及改造，并充分考虑合成过程中适配性的问题，将中药功效成分的合成过程或其前体物质的生物合成途径转移到微生物细胞中，利用微生物的发酵过程完成药用天然活性物质的高效异源的合成。该方法主要是基于目标产物生物合成路径较为清晰的基础上利用微生物易于培养，不受环境影响且生长周期短，生产系统规范化，反

6、应条件温和易于控制，产物成分较为单一，易于分离和提取以及环境友好等特点，解决中药功效成分来源稀缺，化学合成困难，以及造价高的一系列问题，为中药功效成分的工业化生产以及可持续利用提供了一个新的可行的方法。因其在生产中所带来的巨大作用，“合成生物学”被誉为可改变世界的十大新技术之一。本文将介绍中药功效成分合成生物学的应用及研究进展。一、中药功效成分合成生物学进展随着本草基因组学［6］、高通量测序结合分子生物学工具等的应用，大大加速了中药功效成分合成生物学的研究进展，在不同的底盘生物如大肠杆菌、酿酒酵母、枯草芽砲杆菌等，多种中药功效成分尤其是来源于药用植物的单体药物等都取得了巨大的研究进展。

7、1.1青蒿素青蒿素的合成，从黄花蒿中提取青蒿素是目前获取青蒿素的主要途径，每年全世界对青蒿素的需求都在增加，而黄花蒿中青蒿素质量分数很低仅为0.01%〜0.8%,单一从黄花蒿中提取青蒿素没法满足其巨大的需求。随着参与青蒿素生物合成的各种酶基因不断得到克隆，通过转基因手段在植物体内促进其生物合成、或在微生物中重建其代谢途径的工作取得了较大的进展［717］。2003年Keasling实验室［7］将优化后的紫槐二烯合成酶基因ADS导入大肠杆菌中，通过