海洋生物技術與海洋生物制藥的研究進展

1、海洋生物技術與海洋生物制藥的研究進展生物工程1011 馬靜【摘要】現(xiàn)代生物技術在制藥產業(yè)中發(fā)揮了重要作用，海洋生物技術的出現(xiàn)和發(fā)展推動了海洋生物藥物的研究，是今后生物技術藥物的發(fā)展方向。綜述了生物技術在海洋藥物開發(fā)中的應用，并展望了新世紀海洋生物制藥的前景?！娟P鍵詞】海洋生物 制藥 研究進展1海洋藥物概述海洋生物是巨大的生物資源庫，由于海洋環(huán)境的特殊性和科學技術手段的限制，以往人們對海洋生物的研究和開發(fā)受到嚴重的限制?，F(xiàn)代生物技術的迅速發(fā)展為研究和開發(fā)海洋生物搭建的平臺，提供了銳利的武器。海洋生物技術是將現(xiàn)代生物技術的各種技術手段，基因工程技術、細胞工程技術、微生物技術、酶工程技術、生化分離技

2、術等應用于海洋生物領域形成的現(xiàn)代生物技術的重要分支1。 海洋藥物研究經歷近半個世紀的探索和發(fā)展，已經獲得了許多寶貴的經驗積累和豐富的研究資料，特別是近年來生物技術的迅猛發(fā)展，為海洋藥物開發(fā)提供了新的研究方法、研究思路和發(fā)展方向?，F(xiàn)代的化學研究方法與多種生物技術越來越緊密地結合，已成為當今海洋藥物研究發(fā)展的主流，并且是今后數(shù)十年海洋藥物研究的主要趨勢。隨著海洋開發(fā)步伐的加快和現(xiàn)代生物技術的廣泛應用，從海洋生物中發(fā)現(xiàn)活性天然產物，并將其開發(fā)成新型藥物得到了研究人員的普遍重視2。2海洋生物制藥的研發(fā)方向 2.1. 抗腫瘤藥物 抗腫瘤藥是一類重要的醫(yī)藥大品種藥，是最有希望的抗癌藥物。其銷售份額占世界醫(yī)

3、藥市場的15，海洋抗腫瘤活性物質一直是海洋藥物研究的重點。海洋生物提取物中至少10具有抗腫瘤活性，海洋植物中提取的化合物3.5有抗癌活性或細胞毒活性。包括核苷酸類、酰胺類、聚醚類、大環(huán)內酯類等化合物，其中阿糖胞苷等已形成藥物。我國正在開發(fā)的抗腫瘤藥物有6一硫酸軟骨素、海洋寶膠囊、脫溴海兔毒素、海鞘素A(B，c)、刺參多糖鉀注射液等藥物。 2.2. 心腦血管藥物 已研究出多種可供預防和治療心血管疾病的藥物，如萜類、多糖類、多不飽和脂肪酸、肽類和核苷類等物質，均具有抑制血栓形成和擴張血管作用。有50多種海洋生物毒素不僅具有強心作用，而且還有很強的降壓作用，現(xiàn)對河豚毒素的抗心律失常作用研究較多。此外

4、，螺旋藻類對高血脂和動脈粥樣硬化有較好的預防和輔助治療作用。 2.3. 抗病毒活性物質 抗病毒海洋生物活性物質主要存在于海棉、珊瑚、海鞘、海藻等生物中，已分離得到萜類、核苷類、生物堿類、多糖類、雜環(huán)類等具有抗病毒活性的化合物，國內市場上已有珍寧注射液、珍珠貝殼層酸性提取物等產品上市。 2.4. 抗菌抗炎活性物質 與海洋生物共存的微生物是一座豐富的抗菌寶庫，目前從海洋生物中提取的抗菌、抗炎類化合物有脂肪酸類、糖脂類、丙烯酸類、苯酚類、溴苯酚類、吲哚類、酮類、多糖類、多肽類、N-糖苷類、胡蘿卜素類等具有抗菌活性的化合物，國內已開發(fā)了系列頭孢菌素等海洋抗菌藥物。 在海參中提取的海參皂苷抗真菌有效率達

5、88.5，這是人類歷史上第一個從動物中找到的抗真菌皂苷；海星中提取的海星皂苷有抑制霉菌的作用；刺參中分離的皂苷毒素HolotoxinA，B，應經用于治療腳癬和白癬菌感染。；從楊葉肖槿中提取到一種含綿酚的膏狀物，具有很強的消炎作用 。 2.5. 消化系統(tǒng)藥物 從海洋生物中提取的海星皂苷和總皂苷對胃潰瘍的愈合作用優(yōu)于甲氰咪胍。殼聚糖衍生物對胃潰瘍的療效確切、治愈率高，已進入臨床試驗。國內藥廠配合中藥制成的海洋胃藥在臨床上取得較好效果。 2.6. 消炎鎮(zhèn)痛藥物 2.7. 泌尿系統(tǒng)藥物褐藻多糖硫酸酯具有抗凝血、降血脂、防血栓、抗腫瘤及改善微循環(huán)、抑制白細胞等作用，臨床上用于治療心臟、腎血管病，特別對改

6、善腎功能、提高腎臟對肌酐的清除率作用尤為明顯。首先用于治療慢性腎衰及尿毒癥，有明顯療效，且無毒副作用，現(xiàn)已按國家二類新藥獲準進入臨床研究。3前沿領域的最新研究進展 3.1. 發(fā)育與生殖調控 應用GIH（性腺抑制激素）和GSH（性腺刺激激素）等激素調控甲殼類動物成熟和繁殖的技術，研究了甲狀腺激素在金紹生長和發(fā)育中的調控作用，發(fā)現(xiàn)甲狀腺激素受體mRNA水平在大腦中最高，在肌肉中最低，而在肝、腎和鰓中表達水平中等，表明甲狀腺素受體在成體金銀腦中起著重要作用，對海鞘的同源框（Homeobox）基因進行了鑒定，分離到30個同源框基因，建立了青鳉的同源框（Homeobox）基因，建立了青鳉胚胎干細胞系并通

7、過細胞移植獲得了嵌合體青鳉，建立了虹鱒原始生殖細胞培養(yǎng)物并分離出Vasa基因，進行斑節(jié)對蝦生殖抑制激素的分離與鑒定，應用受體介導法篩選GnRH類似物，用于魚類繁殖，建立了海綿細胞培養(yǎng)技術，用于進行藥物篩選，建立了將海膽胚胎作為研究基因表達的模式系統(tǒng)，通過基因轉移開展了海膽胚胎工程的研究，研究了人葡糖轉移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鱒胚胎中的表達，建立了通過細胞周期蛋白依賴的激酶活性測定海水魚苗細胞增殖速率的方法，研究了幾丁質酶基因在斑節(jié)對蝦蛻皮過程中的表達，從海參分離出同源框基因，并進行了序列的測定。 3.2. 功能基因克隆 建立了牙鲆肝臟和脾臟mRN A的表達序列標志，從深海一種耐壓細菌中分

8、離到壓力調節(jié)的操縱子，從大西洋鮭分離到雌激素受體和甲狀腺素受體基因，從挪威對蝦中分離到性腺抑制激素基因；將DNA微陣列技術在海綿細胞培養(yǎng)上進行了應用，構建了班節(jié)對蝦遺傳連鎖圖譜，建立了海洋紅藻EST，從海星卵母細胞中分離出成熟蛋白酶體的催化亞基，初步表明硬骨頭魚類IGFI原E一肽具有抗腫瘤作用；構建了海洋酵母Debaryomyces hansenii的質粒載體，從鯉魚血清中分離純化出蛋白酶抑制劑，從蘭蟹血細胞中分離到一種抗菌肽樣物質，從紅鮑分離到一種肌動蛋白啟動子，發(fā)現(xiàn)依賴于細胞周期的激酶活性可用作海洋魚類苗種細胞增殖的標記，克隆和定序了鰻魚細胞色素P4501A cDNA，通過基因轉移方法分析

9、了鰻細胞色素P450IAI基因的啟動子區(qū)域，分離和克隆了鰻細胞色素P450IAI基因，建立了適宜于溝紹遺傳作圖的多態(tài)性EST標記，構建了黃蓋鰈EST數(shù)據(jù)庫并鑒定出了一些新基因，建立了班節(jié)對蝦一些組織特異的EST標志，從經Hirame Rhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴細胞 EST中分離出596個 cDNA克?。挥肞CR方法克隆出一種自體受精雌雄同體魚類的ß一肌動蛋白基因，從金鯛cDNA文庫中分離出多肽延伸因子EF2CDNA克隆，在湖鱒基因組中發(fā)現(xiàn)了TC1樣轉座子元件；鑒定和克隆出的基因包括：南美白對蝦抗菌肽基因、牡蠣變應原（allergen）基因、大西洋鰻和大西洋鮭抗體基因、虹

10、鱒Vasa基因、青鳉P53基因組基因、雙鞭毛藻類真核啟始因子5A基因、條紋鱸GtH（促性腺激素）受體cDNA、鮑肌動蛋白基因、藍細菌丙酮酸激酶基因、鯉魚視紫紅質基因調節(jié)系列以及牙鲆溶菌酶基因等。 3.3. 基因轉移 分離克隆了大馬哈魚IGF基因及其啟動子，并構建了大馬哈魚IGF（胰島素樣生長因子）基因表達載體。通過核定位信號因子提高了外源基因轉移到斑馬魚卵的整合率，建立了快速生長的轉基因羅非魚品系并進行了安全性評價；對轉基因羅非魚進行了三倍體誘導，發(fā)現(xiàn)三倍體轉基因羅非魚盡管生長不如轉基因二倍體快，但優(yōu)于未轉基因的二倍體魚，同時，轉基因三倍體雌魚是完全不育的，因而具有推廣價值；研究了超聲處理促進

11、外源DNA與金鯛精子結合的技術方法，將GFP作為細胞和生物中轉基因表達的指示劑；表明轉基因溝鯰比對照組生長快33，且轉基因魚逃避敵害的能力較差，因而可以釋放到自然界中，而不會對生態(tài)環(huán)境造成大的危害；應用GFP作為遺傳標記研究了斑馬魚轉基因的條件優(yōu)化和表達效率；在抗病基因工程育種方面，構建了海洋生物抗菌肽及溶菌酶基因表達載體并進行了基因轉移實驗；在轉基因研究的種類上，目前已從經濟養(yǎng)殖魚類逐步擴展到養(yǎng)殖蝦、貝類及某些觀賞魚類。通過基因槍法將外源基因轉到虹鱒肌肉中獲得了穩(wěn)定表達。 3.4. 分子標記技術與遺傳多樣性 研究了將魚類基因內含子作為遺傳多樣性評價指標的可行性，應用SSCP和定序的方法研究了

12、大西洋和地中海幾種海洋生物的遺傳多樣性。研究了南美白對蝦消化酶基因的多態(tài)性；利用寄生性原生動物和有毒甲藻基因組DNA的間隔區(qū)序列作標記檢測環(huán)境水體中這些病原生物的污染程度，應用18S和5.8 S核糖體RNA基因之間的第一個內部間隔區(qū)(ITC1)序列作標記進行甲殼類生物種間和種內遺傳多樣性研究；研究了斑節(jié)對蝦三個種群的線粒體DNA多態(tài)性，用PCR技術鑒定了夏威夷Gobioid苗的種類特異性。 3.5. DNA疫苗及疾病防治 構建了抗魚類壞死病毒的 DNA疫苗；開展了虹鱒IHNV DNA疫苗構建及防病的研究，表明用編碼IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鱒，誘導了非特異性免疫保護反應，證明DNA免

13、疫途徑在魚類上的可行性，從虹鱒細胞系中鑒定出經干擾素可誘導的蛋白激酶；建立了養(yǎng)殖對蝦病毒病原檢測的ELISA試劑盒，用PCR等分子生物學技術鑒定了蝦類的病毒性病原，將魚類的非特異性免疫指標用于海洋環(huán)境監(jiān)控，研究了抗病基因轉移提高鯛科魚類抗病力的可行性，研究了蛤類唾液酸凝集素的抗菌防御反映；研究了一種海洋生物多糖及其衍生物的抗病毒活性；建立了測定牡蠣病原的PCRELISA方法；研究了Latrunculin B毒素在紅海綿體內的免疫定位。 3.6. 生物活性物質 從海藻中分離出新的抗氧化劑，建立了大量生產生物活性化合物的海藻細胞和組織培養(yǎng)技術，建立了通過海綿細胞體外培養(yǎng)制備抗腫瘤化合物的方法；從不

14、同生物（如對蝦和細菌）中鑒定分離出抗微生物肽及其基因，從魚類水解產物中分離出可用作微生物生長底物的活性物質，海洋生物中存在的抗附著活性物質，用血管生成抑制劑作為抗受孕劑，從蟹和蝦體內提取免疫激活劑，從海洋藻類和藍細菌中純化光細菌致死化合物，海星抽提物在小鼠上表現(xiàn)出批精細胞形成的作用，從海洋植物Zostera marina分離出一種無毒的抗附著活性化合物，從海綿和海鞘抽提物分離出抗腫瘤化合物，開發(fā)了珊瑚變態(tài)天然誘導劑，從海膽中分離出一種抗氧化的新藥，在海洋雙鞭毛藻類植物中鑒定出長碳鏈高度不飽和脂肪酸（C28），表明海洋真菌是分離抗微生物肽等生物活性化合物的理想來源；發(fā)現(xiàn)海洋假單胞桿菌的硫酸多糖及

15、其衍生物具有抗病毒活性，從硬殼蛤分離出谷光甘肽一S一轉移酶，從鯉血清中分離出絲氨酸蛋白酶抑制劑，從海綿中分離出氨激脯氨酸二肽酶，從一種珊瑚分離出具DNA酶樣活性的物質，建立了開放式海綿養(yǎng)殖系統(tǒng)，為生物活性物質的大量制備提供了充足的海綿原料；從蝦肌水解產物中分離到抗氧化肽物質；從一種海洋細菌中分離純化出N一乙酸葡糖胺一6一磷酸脫乙酸酶。 3.7. 生物修復、極端微生物及防附著 研究了轉重金屬硫蛋白基因藻類對海水環(huán)境中重金屬的吸附能力，表明明顯大于野生藻類，研究了石油降解微生物在修復被石油污染的海水環(huán)境上的可療性及應用潛力；研究了海洋磁細菌在去除和回收海水環(huán)境中重金屬上的應用潛力；用Bacillu

16、s清除養(yǎng)魚場污水中的氮，用分子技術篩選作為海水養(yǎng)殖餌料的微藻，開發(fā)了六價鉻在生物修復上的應用潛力，分離出耐冷的癸烷降解細菌，研究了海洋環(huán)境中多芳香化烴的微生物降解技術；從噬鹽細菌分離出滲透壓調節(jié)基因，并生產了重組Ectoine（滲透壓調節(jié)因子），從2650米的深海分離到一種耐高溫的細菌，這種細菌可用來分離耐高溫和熱穩(wěn)定的酶，在耐高溫的archaea發(fā)現(xiàn)了D型氨基酸和無氧氨酸消旋酶，測定了3種海洋火球菌的基因組DNA序列，借助于CROSSBLAST分析進行了特定功能基因的篩選，從海底沉積物、海水和北冰洋收集了1000多種噬冷細菌，并從這些細菌中分離到多種冷適應的酶；建立了一種測定藤壺附著誘導物質

17、的簡單方法，研究了Chlorophyta和共生細菌之間附著所必需的形態(tài)上相互作用，研究了珊瑚抗附著物質（dterpene）類似物的抗附著和麻醉作用；分析了海岸環(huán)境中污著的起始過程，并對沉積物和附著物的影響進行了檢測。4展望 21世紀的海洋生物技術，將向著水產養(yǎng)殖、天然產物獲取和新能源開發(fā)3個方向發(fā)展 ，海洋生物技術的興起，大大繁榮海洋藥物的研究與開發(fā)。今后海洋生物制藥的主要發(fā)展方向有：(1)開發(fā)海洋生物基因工程藥物。用細菌、酵母、藍藻作為表達系統(tǒng)，選擇海洋生物中藥理活性強的多肽和蛋白質類物質為突破口，開展基因工程研究，促進基因工程藥品的發(fā)展。如不僅從受體生物中分離純化單一成分的目的產物，還可以

18、直接以海產品為口服性藥物，進行海洋基因工程疫苗研究。(2)開發(fā)海洋生物細胞工程藥物。選擇海藻細胞為突破口，通過篩選和改良，選取藥用價值高的細胞株，利用相應的生物反應器，進行規(guī)?；a。(3)增強海洋天然產物的活性。以基因工程、細胞工程和酶工程為手段，培育出生長快、活性高、抗病性強的海洋藥材新品種，并利用生物技術防治海洋藥材人工養(yǎng)殖中的病蟲害。隨著人類對海洋資源的依賴和開發(fā)，海洋生物技術的研究及應用對生產生活的影響日益增加。海洋生物技術是海洋藥物產業(yè)化的主導技術和關鍵手段，隨著生物技術向海洋生物研究領域的滲透，必將加速海洋藥物的產業(yè)化進程。海洋生物制藥產業(yè)化，應當堅持“務實、高效”的原則，一方面通過政府政策鼓勵和宏觀管理，增加在海洋生物技術尤其是海洋生物醫(yī)藥產業(yè)方面的投入；另一方面在大學、研究所和企業(yè)間建立密切聯(lián)系，發(fā)揮各自在人力、智力、財力上的優(yōu)勢，協(xié)調合作，重點發(fā)展幾個社會效益高、市場前景廣闊的項目。最終形成在基礎研究方面不斷取得進展，并將研究成果迅速轉化為現(xiàn)實的生產力，反過來支持和促進基礎研究這一良性循環(huán)的局面?，F(xiàn)代生物技術應用于海洋藥物的研究，改變了以往單純從海洋生物中提取活性物質制藥的模式，解決了海洋藥物開發(fā)中規(guī)?；秃侠砘拿?/p>