1、如何解决天然化合物的资源问题,天然药物简介,2014年我国医药工业产值：化学药：10544.06亿元，占42.94%；中药： 7302.09亿元，占29.74%。目前上市的药物中，直接或间接来源于天然产物的药物占64。天然药物(Natural Medicines)：系指来源于自然界的药物及其制成品，包括植物药、动物药、矿物药。天然药物学：是一门研究天然药物的资源、有效成分、药效作用、作用机理、安全性、质量控制及其开发利用的科学。天然药物研究方向（部分）：天然药物资源学研究、天然产物合成生物学研究。重要技术：天然产物的高效分离、结构鉴定及其生物活性研究、天然微量成分的快速识别技术、天然微量成分的
2、高效分离技术,天然药物资源学研究,科学问题：解决药用资源，保护野生资源，满足临床用药，促进中药产业可持续发展。主要研究内容：药用植动物的基原及其资源研究；药用植动物栽培（养殖）研究；药用植物/真菌的组织培养与生物工程研究。,铁皮石斛,石斛：枫斗,一、提高药用植物的栽培技术,以肉苁蓉栽培为例,肉苁蓉的栽培技术研究与推广从濒危药材到生态产业,荒漠肉苁蓉及其寄主梭梭,管花肉苁蓉及其寄主柽柳,药用植物栽培技术,提高药用植物栽培技术是解决资源问题的主要手段之一。 栽培技术应包括品种选育和驯化 , 繁殖 , 栽培和田间管理 , 农药化肥的施用 , 采收 、 加工 、仓储运输全部过程中各项技术措施 。 品种
3、选育和驯化工作是确保中药产品高产量和高质量的前提和基础;繁殖技术也是中药材栽培中的关键步骤;中药材栽培与田间管理则是经济效益好坏的关键环节,根据不同的中药材品种以及不同的自然条件采用不同的栽培和管理措施,有了合理的栽培和管理技术方案并严格执行才能实现预期的经济目标;农药和化肥的施用是中药材产品质量的最后关卡,只有合理地施用农药和化肥,才能确保药材对人体无毒害作用 。,“梭梭肉苁蓉”生态产业,专属性地寄生于藜科植物梭梭的根部的肉苁蓉为肉苁蓉属植物中分布较广、野生资源较大、且资源破坏最严重的种， 同时也是最早人工种植获得成功的种。为了加快 “梭梭肉苁蓉”生态产业的发展， 保护天然梭梭林， 必须大力
4、发展梭梭林的人工营造以及天然梭梭残林的复壮更新。 而研究者们同时也分别从选地与整地、育苗、播种时间、播种方法、灌溉方法、植苗方法、抚育管理以及补播、补植等方面进行研究，从而促进肉苁蓉生态产业的发展，以期解决要药用肉苁蓉的资源问题。,荒漠肉苁蓉,当前中国在荒漠肉苁蓉的栽培技术的研究已取得了显著的成果。荒漠肉苁蓉种子的筛选与前处理1、首先对采收或市场购置的荒漠肉苁蓉种子进行筛选，选择饱满、粒大、有光泽、成熟度高的种子进行接种，一般来说，直径大于0. 5 mm的种子萌发率和接种率较高。2、种子前处理。一般采用低温沙藏处理、药剂处理（13 g/L高锰酸钾溶液浸种 20 30 min）、热水处理（50
5、热水中浸泡待水温降至室温后捞出）、植物生长调节剂处理（0. 5g/mL 赤霉素溶液中浸泡10d）、曝晒处理（12周）、丸粒化处理（缩短接种时间、提高接种率和产量）。,荒漠肉苁蓉栽培技术1、规范化栽培：主要以生产肉苁蓉药材为目标的栽培模式。春季接种，随着气温的回升，梭梭毛细根系迅速发育和生长，毛细根数量增多，接种时间缩短、接种率和肉苁蓉产量提高；秋季接种，当年采集的种子，经筛选后，秋天直接下种， 经过冬天的自然低温层积，也能有较高的接种率，简化种子的层积程序。采用沟播接种、穴播接种两种播种方式。2、仿野生栽培技术：有限地接种少量的肉苁蓉， 产生一定的经济效益， 以维持可持续发展的粗放型栽培模式。
6、3、野生抚育技术：对自然分布野生荒漠肉苁蓉的天然梭梭林进行补种和围栏禁牧， 并适量接种荒漠肉苁蓉， 对野生资源进行科学管理、适量采挖。首先对天然梭梭林稀疏林地进行补种， 提高梭梭的覆盖率。然后在 3 月下旬至 11 月上旬之间， 采用仿野生栽培方法， 对天然梭梭林进行接种。,荒漠肉苁蓉种子生产技术 优质种子是保障药材产量和生产优质药材的源头。 优质的种子生产技术：利用单株选择、人工授粉、 打顶、对种子及时采收等方法提高质量。,药用植物栽培技术的特点及发展趋势,特点：相对不稳定性和复杂性发展趋势： 品种多样化和技术专业化 道地药材栽培管理不断加强 从野生药用植物中寻找新药资源和引种驯化的研究更加
7、深入 多学科领域技术的渗透,二、天然产物合成生物学转基因与天然化合物,天然产物合成生物学研究,科学问题：阐明天然产物生物合成途径及其调控基因；建立天然产物生物合成方法及其体系，为大规模生产天然产物奠定基础。,主要研究内容：天然产物生物合成途径及其调控基因研究；天然产物生物合成相关基因表达、工程菌构建及其规模合成研究。,重要天然产物的生物合成研究及其产业化应用,Nature 2006, 440, 940-943.,Science 2010, 327, 328-331.,Nature 2013, 496, 528-532.,青蒿酸产率：25 g/L,转基因,生物技术被称为自第三次产业革命以来最具影
8、响力的新兴产业，其中基因及转基因药物颇受关注。转基因技术，是指利用现代分子生物技术，将某些生物的基因转移到其他物种上，改造生物的遗传性状，获得所需的产品。,1、基因体外重组2、不受生物种类限制3、精确细致地控制,主要研究内容天然产物生物合成途径及其调控基因研究天然产物生物合成相关基因表达、工程菌构建及其大规模合成研究,生产过程,紫杉醇药物中间体的微生物合成进展,1、在大肠埃希菌BL21 (DE3)中将 太平洋红豆杉的牻牛儿基牻牛儿基二磷酸合酶 (geranylgeranyl diphosphate synthase, GGDPS) 、裂殖 酵母(Schizosaccharomyces pomb
9、e)IDI异构酶、草生欧文氏菌(Erwinia herbicola)大肠埃希菌1-脱氧-D-木 酮糖-5-磷酸合酶(deoxyxylulose-5-phosphate synthase, DXS)、紫杉烯合酶(taxadiene synthase, TS) 4个酶基因分别采用3个不同复制子 (pSC101，p15A， pBR322)的质粒系统进行组合表达(IDI-GGDPS 融合表达)，获得大肠埃希菌工程菌合成紫杉烯，这是紫杉烷骨架异源生物合成成功的首例。2、酵母菌的细胞内膜系统完整，紫杉醇生物合成中的羟基化酶基因可在菌内表达，该菌自身有MVA 途径，通过该途径合成的GGDP 是紫杉醇生物合成
10、中间体。,3、 运用多模块代谢工程法合成紫杉烯是目前大肠埃希菌制备紫杉醇中间体最成功的例 子，该方法以紫杉烯生物合成的中间体IPP为节点， 将9个酶的途径划归成两个模块(4个基因的上游天然 MEP途径模块，和2个基因的下游至紫杉二烯的异源途径)，即宿主自身的MEP途径合成IPP的上游模块以及异源萜合成的下游模块,优势,1、微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产2、该良品质，通过基因改造可以合成更高品质的天然化合物,缺点,毒性问题，基因水平上的操作对产物的合成具有不确定性过敏反应对环境的影响，基因重组的微生物如果处理不当，可能对环境造成负面影响,三、通过植物组织培养扩大生产,植物组织培养
11、,在人工设置的条件下于人工制备的培养基中，无菌操作对植物组织、细胞、原生质体等进行培养而脱分化生成愈伤组织，并逐渐分化新的器官直至长出再生完整植株的手段,药用植物组织培养与生物工程,石斛试管苗的快速繁殖,Gradually enlarge culture of ginseng adventitious root,现状,野生药用植物被传统采集方法严重破坏，即将超过其资源再生能力自然环境日益恶化,通过植物组织培养扩大生产,节省时间：名贵中药如人参、贝母等生长周期很长,常规育种方法花费很多时间大量繁殖：繁殖系数小且耗种量大的品种,耗费大量生产成本且生产速率低减少环境限制：易受病毒危害而退化的,易受地
12、区、季节与气候限制的等等,使用人工栽培无法有效缓解难题,优势,一：便于药用植物批量人工栽培，试管微繁快速培育种苗二：培养愈伤组织、悬浮培养细胞,用生物转化、酶促反应等手段直接工厂化生产药物,缺点,一：有的植物进行组织培养的条件未知，不能很好地进行扩大培养；二：有的植物组织培养技术比较成熟，但是愈伤组织等结构没有药理活性，不能用来提取所需的天然化合物。,结论,提高药用植物的栽培技术天然产物合成生物学转基因与天然化合物利用植物组织培养,参考文献,【1】陈庆亮，武志博，郭玉海，等.荒漠肉苁蓉及其寄主梭梭栽培技术.中国现代中药，2015，17（4）：359-368【2】甘炳春.药用植物栽培技术的发展.中国学术期刊电子杂志，2004，32（4）：10-12【3】韩晓磊.青葙愈伤组织培养及其药理活性研究.吉林农业大学，2013【4】丁家宜，张恩汉.人参组织培养产生天然药物的研究：液体培养及粗皂甙含量（简报）.南京药学院学报，1979，第一期：94-95,The End谢谢大家,
