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中科院青能所:高通量测序为中药“正名”

时间:2014-08-29 16:56来源:转化医学网   作者:未知 阅读:


导读:一直以来,中药的疗效无法从根本上被科学解释,而如今中科院青岛生物能源与过程研究所将高通量基因测序技术成功应用于中药制剂成分分析。目前,他们已经成功完成“六味地黄丸”检测分析。相关成果发表在英国自然出版集团旗下的《科学报告》杂志。

基于高通量测序结果进行深度的数据挖掘,能够对样品中的生物组成进行较好分析,有助于建立快速、准确、系统的中药制剂的生物成分分析方法。

不管是一味药里含10种生物还是含20种生物,这一技术都可以一次性检测出来。得益于技术的进步,还可以一次同时对数十种中药制剂进行检测,而成本只在6000元人民币左右。

相比国外的研究成果,青能所的分析方法更加系统化和全面,目前研究团队已经有多项发明专利被受理,还申请了多个软件著作权。

中药,在大多数西方人,以及接受过西方医学教育的中国医生看来,因为其疗效无法从根本上被科学解释,而不被国际主流医学界认可。这种不认可表现在,我国中药制剂(包括丸剂和散剂)的出口额一直在低位徘徊。

而随着中科院青岛生物能源与过程研究所(简称青能所)对高通量基因测序技术的成功应用,中药制剂面临的这一困境有望得到改变。目前,青能所与山东省医学科学院药物研究所共同组成的团队已经完成了第一步——利用基于高通量测序数据分析的中成药生物成分分析新技术,对中成药“六味地黄丸”进行全面生物成分(处方物种和杂质物种)分析,相关成果发表在英国自然出版集团旗下的《科学报告》杂志。

国外检测“不一致”, 我们证明“一致性”

2012年,澳大利亚科研人员发表的一篇文章引起国际社会广泛关注。研究人员为澳海关所检测的15种中药中,发现许多药物的实际成分与说明书所写成分不符,有的还含有多种有毒物质,乃至濒危动物成分。

“当时看到这方面的报道,感觉很想做些什么,从正面的角度对中药进行阐述。”山东省医学科学院药物研究所白虹副研究员告诉记者,从那时起他们开始关注高通量测序技术在中药领域的应用,“我们发现基于测序的物种鉴定在单味药材中的报道较多,但利用高通量测序技术分析中药制剂的生物成分,国内几乎无人涉足。”

在一次学术交流中,白虹了解到青能所单细胞研究中心生物信息学团队一直致力于高通量测序技术在生物混合样品分析中的应用,这恰恰正是自己所需要的。双方在进行了初步尝试后发现,这一研究有较大的可行性,进而确定共同组建团队,用高通量基因测序技术对中药制剂进行生物成分检测分析。

“可以说,我们最开始的目的就是为了给中药制剂正名。既然国外研究人员能通过新技术证明中药制剂的检测成分与说明书不符,那我们也可以用新技术证明,大部分中药制剂的成分与说明书是一致的。”白虹表示。

“一个中药制剂一般含有多种生物,这些生物又含有成千上万个小分子化合物,其中一些小分子化合物作用于人体的一些蛋白质,这些蛋白质又和某些疾病密切相关。”中科院青能所助理研究员苏晓泉告诉记者,如果这一链条能被科学“打通”,就可以证明中药制剂的科学性,从而为其“正名”。

比国外的检测方法更系统化更加全面

对中药制剂的成分分析,目前国内外机构大多是通过化学分析方法,即通过光谱和色谱手段对中成药的化学成分进行测定。但这一方法无法检测中药材采收或加工过程中的生物污染、替代品、错误鉴别、伪品、掺假。科学、合理、可操作性强的中药制剂生物成分分析方法也被提升到实现中药现代化、产业化和国际化的高度。

“中药制剂生物成分分析的核心任务可归结为对包含多个生物物种的混合体系(混合生物样本)的物种鉴定。基于高通量测序结果进行深度的数据挖掘,能够对样品中的生物组成进行较好分析,有助于建立快速、准确、系统的中药制剂的生物成分分析方法。”青能所宁康研究员说。

研究人员以“六味地黄丸”为研究对象,探索新方法的可行性。苏晓泉和同事一起优化了基因组提取方法,选择了合适的DNA分子标记,建立了六味地黄丸的参照数据库,并利用第二代高通量测序仪对不同厂家的多个批次的药进行检测分析。一次检测他们就可以得到几个GB的数据,再将测序结果与数据库中的DNA分子标记相对照,就能得知这些DNA是来自于哪些生物。“通过检测,我们发现,不同厂家的同一种药,与《药典》的标准相比在接近性上各有不同,各厂家出产的不同批次药品,稳定性也各不相同。”苏晓泉说。

“这些检测结果,并不能说明哪个厂家的药好,哪个不好。毕竟国家还没有中药生物检测的标准,我们也只是进行了初步的探索。”白虹说。

“相比起澳大利亚研究团队发表过的研究成果,检测方法都差不多,但我们的分析方法更加系统化和全面,目前我们的研究团队已经有多项发明专利被受理,我们还申请了多个软件著作权。”苏晓泉表示。

已成功迈出了第一步,评价体系将日臻成熟 “六味地黄丸”检测分析的成功,并非意味着高通量测序技术能检测所有中成药,“由于这一方法是基于DNA分子标记来实现物种鉴定,所以从理论上只适合于药材直接粉碎后入药的丸剂或散剂。”白虹说。

当然,这一新技术针对大处方药也有自己独特的优势,“不管是一味药里含10种生物还是含20种生物,这一技术都可以一次性检测出来。”苏晓泉说,得益于技术的进步,一次可以同时对数十种中药制剂进行检测,而成本只在6000元人民币左右。

白虹认为,当前这一技术主要用来分析中药制剂的生物成分,“我们将进一步完善生物成分的分析方法,再结合化学成分分析,进而形成更为完整成熟的中药制剂评价体系。”白虹还强调,国外学者提及的中药有毒成分要客观看待,“不仅中药,西药中有些成分吸收多了对人体也有害,关键在于剂量和在医生指导下用药。”

至于最终能形成证明中药科学性的方法和理论,对研究团队来说还很遥远。但“生物—小分子化合物—蛋白质—疾病”的链条在理论上是讲得通的,“在这一链条中,一些环节已经有人在研究。但很多对应的关系不是现成的,要一点点去推导。”苏晓泉说。

他们最终能为中药“正名”吗?从科学实验上迈出第一步后,还有更多的挑战等待着这支年轻的科研团队。

名词解释

高通量基因测序技术是新一代DNA测序技术,即测定DNA序列的技术。相比起第一代测序技术,高通量测序技术可以一次对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定,因此在有些文献中称其为下一代测序技术。同时高通量测序使得对一个物种的转录组和基因组进行细致全貌的分析成为可能,所以又被称为深度测序。

(责任编辑:泉水)
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