生物技术在中医药领域的应用前景

摘 要：近年来，生物技术的发展十分迅猛。利用生物技术，可以对分子或细胞进行有目的的改造，改变其生长和繁殖特性，从而提高生物制品的产量和质量，满足人类日益增长的需求技术。生物技术包括细胞工程、发酵工程、酶和蛋白质工程、基因工程等。生物技术在许多领域都有着十分广泛的应用。在中草药的生产和研究领域，运用生物技术可以更高效地保存和繁殖野生资源，快速生产大量安全性较高的药材，减小中药材中部分成分对机体的刺激。本文介绍了几种主要的生物技术，并分析了其在中医药领域的应用前景，以期为研究人员提供参考。

关键词：基因工程;细胞工程;中医药;中草药

中图分类号：R318.08 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）07-0199-02

0 引言

作为二十一世纪高新技术的核心，生物技术在医药、环保、食品等领域都有着非常广泛的应用。当前，许多国家的科学家都意识到了生物体内发生的代谢反应的复杂性，他们致力于对基因表达调控过程、生物大分子合成过程的研究，为生物技术的不断成熟提供了重要保障。生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程等，这些技术可以被应用于药物的研发与生产、疾病的诊断与治疗、病原体的特性研究、珍稀物种的高效繁殖等。我们应当在应用的生物技术的同时，对其进行不断改善，使其更好地服务于人类健康。

中医药是我国巨大的医药宝库。中医药要实现现代化，打开国际市场，就必须在研究中应用高新科技，从而得到有说服力的研究成果。生物技术可以为中医药领域的许多难题提供合适的解决方案，并促进中医药领域的发展。

1生物技术的简介

应用生物学、化学等学科的知识，我们可以有目的地改造基因及细胞，使之生产人类需要的生物制品;我们还可以利用亚细胞结构及生物大分子（细胞器和酶），来生产有用的物质，这就是生物技术。目前，许多生物技术已经较为成熟，并广泛应用在医药、食品等领域。

1.1基因工程

运用基因工程技术，可以随心所欲地对DNA进行重组。可以通过改变酶的种类及反应体系的成分，实现同源重组或异源重组。我们可以在体外环境下扩增几乎所有动物、植物及微生物的任何基因，并将其转移到受体细胞中。这些基因进入受体细胞后，可以迅速被转录、翻译。这样，我们就可以很快得到大量目的产物。科学家已经发现一系列可以调节目的基因表达过程的药物。它们通常具有一定的生物活性，同时又不干扰细胞中其他基因的表达，此外，这些药物还具有性质稳定、毒性较低的特点，它们不会被细胞很快代谢掉，且几乎不会影响细胞的生长、繁殖。利用这些药物，我们可以方便、高效地控制目的基因的表达，从而得到所需要的产物[1]。目前，基因工程技术已经较为成熟，科学家应当对其应用过程中的问题进行深入研究，从而不断改进现有技术。

1.2细胞工程

在生产某些药物的过程中，如果我们将动植物体或动植物组织作为全部药物的来源，那么药物的供应量将受到限制，药物的生产周期也将延长。在体外环境下培养细胞或组织，使之分泌对人类有用的蛋白或小分子，可能是一个较好的解决方案。通过细胞工程，我们可以生产有用的生物产品，或者协助珍稀物种的繁殖。细胞工程的应用，大大降低了一系列动物制品和植物提取物的生产成本。我们已经应用细胞工程，生产紫杉醇、黄连等药物，这无疑是肿瘤患者及慢性病患者的福音[2]。

1.3酶工程

酶工程是指在特定的反应场所，利用酶的作用，对一些反应进行催化，从而得到特定产品的过程。由于酶是一种十分高效的催化剂，利用酶生产生物制品，可以大大提高生产效率，并提高产物的纯度。利用固定化酶技术，我们可以高效地生产青霉素等药物，这无疑是感染性疾病患者的福音。此外，固定化酶还可以治疗一系列先天性疾病。在药用植物体内，酶参与许多有效成分的合成。我们可以扩增能够控制或调节酶的合成过程的基因，并将其插入到植物表达载体中，提高酶的表达量，从而在体外高效模拟植物的次生代谢过程。不过，这方面的研究成果还十分稀少。科学家应当对酶的合成过程，以及有药用价值的活性物质的代谢过程进行更深入的研究，从而利用酶工程技术，实现药物的大规模生产[3]。

1.4发酵工程

通过大规模地培养特定微生物，我们可以得到高浓度的代谢产物，这就是发酵工程。发酵工程在食品、医药等领域都扮演着重要的角色。不过，传统的发酵过程有一定的局限性。微生物的代谢过程可能会被浓度逐渐升高的终产物所抑制。也就是说，当微生物的某些代谢产物达到一定浓度后，菌种的生长和繁殖速度会大大降低，这将影响整体的生产效率，提高生產成本。针对这个问题，科学家想到了两种解决方案。首先，我们应当对菌种进行评估，应选育性能较为优良、几乎不受环境影响的菌种，生产目的产物。此外，我们还应当在发酵的同时，将产物移到体系之外，从而避免产物的积累抑制发酵的过程，提高发酵产率[4]。

2生物技术在中医药领域的应用前景

2.1基因工程在中医药领域的应用前景

在改造药用植物的过程中，我们可以通过定向进化，增强植物抗病、抗虫、抗除草剂的能力。利用基因工程技术，我们可以将目标基因高效地转入到药用植物的细胞中，并使该基因在植物细胞内稳定地表达，从而得到有许多优良特性的转基因药用植物，提高药用植物的生长、繁殖及抗病能力。

中药复方是我国中医用药的主要形式。用科学的、可靠的方法研究复方，是中药现代化进程的必由之路。如何对中药复方中的有效成分进行更深入的研究，阐明其治疗疾病的机理，并证实其在疾病治疗中的效果，是一个十分关键的问题。目前，已经有许多科研工作者致力于对中药复方的成分及作用机理进行深入的研究。不过，如何评估不同性状的中药复方的治疗效果，科学界尚无定论。多数复方可能含有多种蛋白质、多肽、多糖等，我们很难确定究竟是哪一种或哪几种成分在进入体内后的活性较高，在疾病的治疗中发挥作用。利用基因工程技术，我们可以便捷地研究这些成分的作用，这可能成为复方研究的重要突破。在了解与复方成分合成相关的基因后，我们可以利用基因工程技术，从复方中分离出这些可能与活性成分的合成相关的基因，将题目转入受体细胞，从而生产高活性、高纯度的药物，这些药物的纯度更高，几乎不含有其他杂质，是进行药理作用研究的好帮手。此外，我们还可以利用RAPD等技术，对药用植物的基因的表达情况进行深入的分析，并研究这些关键基因的主要修饰位点，从而让中药的生产更加高效、规范，这在中药质量标准化进程中有着十分重要的意义。不过，在利用生物技术修饰相关基因的过程中，我们应当注意不要引入可能对人体有毒有害的物质。这是因为，中药的成分十分复杂，一些有效成分的性质可能与这些有毒有害的化合物的性质十分相似，这导致产物的分离和纯化十分困难，并可能降低所生产药物的安全性。

2.2细胞工程在中医药领域的应用前景

我们可以利用植物生产几万种化合物。由于植物细胞中存在着多种可以帮助蛋白正确折叠的細胞器，植物细胞是比微生物更有潜力的“微型工厂”。虽然目前的合成技术已经十分先进，我们还是难以用常规的化学手段合成一些有生物学活性的物质。植物细胞培养为解决这类问题提供了新思路。相比于整体植株，植物细胞的生长速度较快，且其生长和繁殖过程不会受到气候、生态环境等因素的制约。因此，植物细胞产生的次生代谢物质，远远超过自然植株产生的。在人参皂苷和紫草素等的生产过程中，都需要应用植物细胞工程[5]。需要注意的是，通过植物细胞工程获得的产物的品质，与从整体植株获得的产物的品质可能存在着一定程度的差别。我们在成功地获得能够生产所需药物的细胞株系或植物组织后，还需要对其次生代谢物质的性质进行深入的研究，并与从天然植株中获得的物质对比，从而确保所生产的物质的安全性。此外，在体外环境下培养植物细胞的过程中，我们还需要注意一系列的问题。首先，植物细胞产生的物质，可能会抑制自身的生长及代谢。在这种情况下，我们应当将这些有抑制作用的物质及时地移除整个反应体系，从而避免植物细胞生长的停滞;其次，在离体条件下，培养条件将成为植物细胞生长及繁殖速度的决定因素之一，我们应当通过一系列严谨的实验，不断摸索植物细胞的最适生长条件，这可能会涉及光照强度、温度及二氧化碳浓度的控制，也可能与某些植物激素的添加浓度及添加方式相关。最后，在获得相应产物后，我们应当测试产物的纯度，评估产物的质量，从而提高生物制品的安全性。

2.3酶工程在中医药领域的应用前景

植物的代谢过程非常复杂，可能涉及多条信号通路，需要许多种酶的参与。为了更好地理解某些药物有效成分的生物合成过程，我们需要对其合成途径及其中起关键作用的酶进行深入的研究，从而提高产品的纯度和安全性。此外，我们也可以利用酶工程研究中药在体内的代谢途径。经过功能筛选，可以得到药物代谢过程中的一个或几个关键酶，研究这些酶与药物的相互作用，有助于解释中药的作用机理，研究中药的毒性。

2.4发酵工程在中医药领域的应用前景

早在几千年前，我们的先人就应用发酵法来制备中药。不断成熟的发酵工程技术，为中药的生产提供了新思路。如果我们只是应用天然存在的微生物进行发酵，可能会导致杂菌的混入，这会造成所生产药物的纯度降低，并可能导致产物中混入一些有毒的物质，影响所生产药物的安全性。因此，如何解决杂菌污染问题，是生物学家及发酵工程技术人员面临的重要挑战。为了切实提高发酵类中药的安全性，我们必须不断改善其制备工艺。将发酵类中药的基质灭菌，然后接入纯种的菌种，可能有助于解决这一问题。应用这种方法，我们可以批量生产高质量的中药[6]。不过，其具体的药理作用是否与应用传统方法生产的中药存在差别，还需要科研人员的进一步研究。

3结语

随着分子生物学的发展，与基因工程和细胞工程相关的技术也在不断成熟。生物技术可以解决中医药现代化进程中的一些问题，因此，其在中医药领域的应用前景十分广阔。将生物技术应用于中药生产，不仅可以更好地保护珍稀药材，还可以实现中药活性成分的规模化生产。我们应当利用生物技术，深入研究中医药领域的关键问题，从而加快中医药现代化进程，助力我国中药进入国际市场。

参考文献

[1] 施偲.生物技术与中药研发[J].卫生职业教育，2013，31（11）：156-158.

[2] 胡之璧.中药生物技术与中药资源的可持续发展[J].上海中医药大学学报，2012，26（2）：5-8.

[3] 闫玉清，徐淑红，高磊，等.生物工程技术在中药中的应用与进展[J].黑龙江医药，2005（1）：32-34.

[4] 徐志尧.生物技术在中医药现代化研究中的应用[J].天津药学，2004（6）：38-41.

[5] 董昌武.生物医学与生物技术对中医药发展的影响[J].中医药学刊，2003（1）：121-122+127-129.

[6] 张清，戚秀萍.生物技术在中医药研究与开发中的应用[J].基层中药杂志，2002（6）：53-54.

收稿日期：2020-02-06

作者简介：汪凌菲，女，上海人，研究方向：生物科学。