21世紀對國計民生影響最大、發(fā)展最迅速、應用最廣泛的是醫(yī)藥衛(wèi)生領域中的生物技術。天然藥物泛指來源于植物、動物、微生物、海洋生物、礦物的藥物。天然來源藥物可分為原始天然化合物、通過半合成或全合成得到的天然產(chǎn)物。中國有著豐富的天然藥物資源,僅《本草綱目》中記載的就有1 892種,《本草綱目拾遺》又補充1 021種。其中,人參、天麻、黃芪、紫杉醇、三七、牛黃、犀角、羚羊角、鹿茸、冬蟲夏草、海馬等都是名貴的藥材品種。號稱“生命搖籃”的海洋,其海洋藥物的研究與開發(fā)也受到十分的重視,如鯊魚抗癌蛋白。放線菌雖已被廣泛研究,但其代謝產(chǎn)物乃是新一代抗生素的主要來源。
1 動植物來源的藥物
據(jù)資料介紹,全世界約有40%的藥物來源于植物。藥用植物中具有藥物功能的物質(zhì)品種繁多,結構復雜。包括蛋白質(zhì)、多肽、酶、核酸、糖類、脂類等大分子生物活性物質(zhì)。人參療效顯著,但天然資源稀少,生長緩慢,人們試圖尋找其他途徑生產(chǎn)人參的有效成分——人參皂甙,采用人參組織培養(yǎng),培養(yǎng)的人參細胞中人參皂甙比天然植物高5.7倍。紫杉醇能有效治療卵巢癌、乳腺癌等婦科癌癥,但它是從珍稀植物紫杉中提取的,若不改變大量砍伐紫杉提取紫杉醇這種“笨”方法,不僅影響生態(tài)平衡,最終還將導致紫杉瀕絕。因此,目前科學家們正在開展紫杉醇細胞培養(yǎng)法及真菌發(fā)酵法生產(chǎn)的研究。三七是云南白藥的重要成分,對冠心病及腦血管疾病有療效,其主要成分三七皂甙供不應求;三七細胞培養(yǎng)工藝,為提供足夠的三七藥材開辟了新途徑。
《本草綱目》中收錄動物藥物440種,如牛黃、犀角、羚羊角、鹿茸、冬蟲夏草、海馬、珍珠、琥珀、玳瑁、麝香、猴棗、馬寶、蛇膽等。動物藥物往往具有獨特的療效,一般毒性小,副作用少,并容易被人體吸收。現(xiàn)代生物技術的發(fā)展,使從動物來源的藥物大多數(shù)已能進行分離和提純。人們可從動物的組織、器官、腺體、體液、分泌物以及皮、骨、角、甲和胎盤等中提取制成制劑,如從胎盤中提取的胎盤組織液、血液中提取的混合氨基酸輸液、骨組織中提取的明膠等。據(jù)資料介紹,早期動物酶制劑主要用于治療消化道疾病、燒傷及感染引起的炎癥等疾病,現(xiàn)在已廣泛用于多種疾病的治療,如溶解血栓、降血壓、抗腫瘤、抗過敏以及改善組織缺氧等。
從動物的器官、組織或細胞中提取藥物,例如從豬血紅細胞中提取的超氧化物歧化酶(SOD)是一個重要的氧自由基清除劑。目前臨床上主要用于自身免疫性疾病上,如類風濕性關節(jié)炎、紅斑狼瘡、肺氣腫等,也用于抗腫瘤、抗輻射、治療氧中毒、心肌缺氧與缺血等。
2 微生物來源的藥物
1928年,弗萊明偶然從真菌中發(fā)現(xiàn)了青霉素。青霉素在治療感染性疾病方面發(fā)揮了奇特的療效,為人類醫(yī)療保健事業(yè)作出了巨大的貢獻。臨床上使用的抗生素大多用于細菌感染引起的疾病,如青霉素、頭孢菌素、氯霉素、四環(huán)素等。還有一些抗生素用于真菌引起的感染,如灰黃霉素;用于腫瘤化療,如博萊霉素;用于寄生蟲感染,如殺滴蟲霉素;用于器官移植及自身免疫性疾病的免疫抑制,如環(huán)孢菌素A等。
現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)的抗生素有6 000余種,但臨床上常用的不足100種,原因何在?因為有的抗生素對人體毒副作用太大;有的抗生素生產(chǎn)效率低或生產(chǎn)成本太高。因此,有人設計以天然抗生素為母本,利用化學合成基因添加其上或去除某些基因以提高其抗生素效率,或降低其毒副作用。這不失為獲得新的抗生素的有效途徑。
人們在尋找抗菌抗生素過程中逐步認識到:微生物產(chǎn)物化學結構多種多樣,生物活性十分廣泛,是篩選和開發(fā)各種治療藥物的良好資源。隨著抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、酶抑制、受體拮抗劑或激活劑、離子通道調(diào)節(jié)、抗寄生蟲等各種生物活性物質(zhì)不斷從微生物代謝產(chǎn)物中被發(fā)現(xiàn),如免疫抑制劑環(huán)孢菌素A和FKS06、降血脂藥物洛伐他汀等一批臨床極為有效的微生物藥物已開發(fā)成功。
3 天然海洋藥物
目前。藥用海洋生物有1 000多種。許多研制的海洋新藥已經(jīng)或正待投入生產(chǎn),如鯊魚抗癌蛋白,鯨肝抗貧血劑,海帶中提取的“甘露醇煙酸片”(具有降血脂和澄清血液的作用),用我國合浦珍珠生殖巢制成的“珍珠精母注射液”(治療病毒性肝炎總有效率達75%,且無任何毒副作用)、海洋動物魚油生產(chǎn)的“多烯康膠丸”(具有降血脂、抑制血小板凝集及延緩血栓形成的作用)等。因此,利用生物技術開發(fā)海洋藥物的前景十分誘人。
21世紀,生命科學的進步提示天然藥物仍具有極大的開發(fā)潛力,可以運用組織培養(yǎng)或在細胞、酶、受體等不同層次進行藥物生產(chǎn),尤其是利用基因工程生產(chǎn)名貴、珍稀天然藥物,既可以降低成本,提高有效成分濃度,又能保護它們避免瀕絕。