2022年海洋生物技术与海洋生物制药的研究进展 .pdf

海洋生物技术与海洋生物制药的研究进展生物工程 1011 1020120107 马静【摘要】 现代生物技术在制药产业中发挥了重要作用，海洋生物技术的出现和发展推动了海洋生物药物的研究，是今后生物技术药物的发展方向。综述了生物技术在海洋药物开发中的应用，并展望了新世纪海洋生物制药的前景。【关键词】海洋生物制药 研究进展1 海洋药物概述海洋生物是巨大的生物资源库，由于海洋环境的特殊性和科学技术手段的限制，以往人们对海洋生物的研究和开发受到严重的限制。现代生物技术的迅速发展为研究和开发海洋生物搭建的平台，提供了锐利的武器。海洋生物技术是将现代生物技术的各种技术手段，基因工程技术、细胞工程技术、微生物技术、酶工程技术、生化分离技术等应用于海洋生物领域形成的现代生物技术的重要分支 1 。海洋药物研究经历近半个世纪的探索和发展，已经获得了许多宝贵的经验积累和丰富的研究资料，特别是近年来生物技术的迅猛发展，为海洋药物开发提供了新的研究方法、研究思路和发展方向。现代的化学研究方法与多种生物技术越来越紧密地结合，已成为当今海洋药物研究发展的主流，并且是今后数十年海洋药物研究的主要趋势。随着海洋开发步伐的加快和现代生物技术的广泛应用，从海洋生物中发现活性天然产物，并将其开发成新型药物得到了研究人员的普遍重视 2 。2 海洋生物制药的研发方向2.1. 抗肿瘤药物抗肿瘤药是一类重要的医药大品种药，是最有希望的抗癌药物。其销售份额占世界医药市场的15，海洋抗肿瘤活性物质一直是海洋药物研究的重点。海洋生物提取物中至少10具有抗肿瘤活性，海洋植物中提取的化合物3.5 有抗癌活性或细胞毒活性。包括核苷酸类、酰胺类、聚醚类、大环内酯类等化合物，其中阿糖胞苷等已形成药物。我国正在开发的抗肿瘤药物有6 一硫酸软骨素、海洋宝胶囊、脱溴海兔毒素、海鞘素A(B，c) 、刺参多糖钾注射液等药物。2.2. 心脑血管药物精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页已研究出多种可供预防和治疗心血管疾病的药物，如萜类、多糖类、多不饱和脂肪酸、肽类和核苷类等物质，均具有抑制血栓形成和扩张血管作用。有 50 多种海洋生物毒素不仅具有强心作用，而且还有很强的降压作用，现对河豚毒素的抗心律失常作用研究较多。此外，螺旋藻类对高血脂和动脉粥样硬化有较好的预防和辅助治疗作用。2.3. 抗病毒活性物质抗病毒海洋生物活性物质主要存在于海棉、珊瑚、海鞘、海藻等生物中，已分离得到萜类、核苷类、生物碱类、多糖类、杂环类等具有抗病毒活性的化合物，国内市场上已有珍宁注射液、珍珠贝壳层酸性提取物等产品上市。2.4. 抗菌抗炎活性物质与海洋生物共存的微生物是一座丰富的抗菌宝库，目前从海洋生物中提取的抗菌、抗炎类化合物有脂肪酸类、糖脂类、丙烯酸类、苯酚类、溴苯酚类、吲哚类、酮类、多糖类、多肽类、N-糖苷类、 胡萝卜素类等具有抗菌活性的化合物，国内已开发了系列头孢菌素等海洋抗菌药物。在海参中提取的海参皂苷抗真菌有效率达88.5 ，这是人类历史上第一个从动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；刺参中分离的皂苷毒素HolotoxinA ，B，应经用于治疗脚癣和白癣菌感染。；从杨叶肖槿中提取到一种含绵酚的膏状物，具有很强的消炎作用。2.5. 消化系统药物从海洋生物中提取的海星皂苷和总皂苷对胃溃疡的愈合作用优于甲氰咪胍。壳聚糖衍生物对胃溃疡的疗效确切、治愈率高，已进入临床实验。国内药厂配合中药制成的海洋胃药在临床上取得较好效果。2.6. 消炎镇痛药物2.7. 泌尿系统药物褐藻多糖硫酸酯具有抗凝血、降血脂、防血栓、抗肿瘤及改善微循环、抑制白细胞等作用，临床上用于治疗心脏、肾血管病，特别对改善肾功能、提高肾脏对肌酐的清除率作用尤为明显。首先用于治疗慢性肾衰及尿毒症，有明显疗效，且无毒副作用，现已按国家二类新药获准进入临床研究。3前 沿 领 域 的 最 新 研 究 进 展3.1. 发 育 与 生 殖 调 控精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页应用 GIH（性腺抑制激素）和GSH （性腺刺激激素）等激素调控甲壳类动物成熟和繁殖的技术，研究了甲状腺激素在金绍生长和发育中的调控作用，发现甲状腺激素受体mRNA 水平在大脑中最高，在肌肉中最低，而在肝、肾和鳃中表达水平中等，表明甲状腺素受体在成体金银脑中起着重要作用，对海鞘的同源框（Homeobox ）基因进行了鉴定，分离到30 个同源框基因，建立了青鳉的同源框（Homeobox ）基因，建立了青鳉胚胎干细胞系并通过细胞移植获得了嵌合体青鳉，建立了虹鳟原始生殖细胞培养物并分离出Vasa基因，进行斑节对虾生殖抑制激素的分离与鉴定，应用受体介导法筛选GnRH 类似物，用于鱼类繁殖，建立了海绵细胞培养技术，用于进行药物筛选，建立了将海胆胚胎作为研究基因表达的模式系统，通过基因转移开展了海胆胚胎工程的研究，研究了人葡糖转移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鳟胚胎中的表达，建立了通过细胞周期蛋白依赖的激酶活性测定海水鱼苗细胞增殖速率的方法，研究了几丁质酶基因在斑节对虾蜕皮过程中的表达，从海参分离出同源框基因，并进行了序列的测定。3.2. 功能基因克隆建立了牙鲆肝脏和脾脏mRN A的表达序列标志，从深海一种耐压细菌中分离到压力调节的操纵子，从大西洋鲑分离到雌激素受体和甲状腺素受体基因，从挪威对虾中分离到性腺抑制激素基因；将DNA微阵列技术在海绵细胞培养上进行了应用，构建了班节对虾遗传连锁图谱，建立了海洋红藻EST ，从海星卵母细胞中分离出成熟蛋白酶体的催化亚基，初步表明硬骨头鱼类IGFI 原 E一肽具有抗肿瘤作用；构建了海洋酵母De baryomyces hansenii的质粒载体，从鲤鱼血清中分离纯化出蛋白酶抑制剂，从兰蟹血细胞中分离到一种抗菌肽样物质，从红鲍分离到一种肌动蛋白启动子，发现依赖于细胞周期的激酶活性可用作海洋鱼类苗种细胞增殖的标记，克隆和定序了鳗鱼细胞色素P4501A cD NA ，通过基因转移方法分析了鳗细胞色素P450IAI 基因的启动子区域，分离和克隆了鳗细胞色素P450IAI 基因，建立了适宜于沟绍遗传作图的多态性EST标记，构建了黄盖鲽EST 数据库并鉴定出了一些新基因，建立了班节对虾一些组织特异的EST 标志，从经Hirame Rhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴细胞 EST中分离出 596 个 cDNA克隆；用 PCR 方法克隆出一种自体受精雌雄同体鱼类的?一肌动蛋白基因，从金鲷cDNA文库中分离出多肽延伸因子EF 2CDNA 克隆，在精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页湖鳟基因组中发现了TC1 样转座子元件；鉴定和克隆出的基因包括：南美白对虾抗菌肽基因、牡蛎变应原（allergen）基因、大西洋鳗和大西洋鲑抗体基因、虹鳟Vasa 基因、青鳉P53 基因组基因、双鞭毛藻类真核启始因子5A 基因、条纹鲈GtH（促性腺激素）受体cDNA 、鲍肌动蛋白基因、蓝细菌丙酮酸激酶 基 因 、 鲤 鱼 视 紫 红 质 基 因 调 节 系 列 以 及 牙 鲆 溶 菌 酶 基 因 等 。3.3. 基因转移分离克隆了大马哈鱼IGF 基因及其启动子，并构建了大马哈鱼IGF（胰岛素样生长因子）基因表达载体。通过核定位信号因子提高了外源基因转移到斑马鱼卵的整合率，建立了快速生长的转基因罗非鱼品系并进行了安全性评价；对转基因罗非鱼进行了三倍体诱导，发现三倍体转基因罗非鱼尽管生长不如转基因二倍体快，但优于未转基因的二倍体鱼，同时，转基因三倍体雌鱼是完全不育的，因而具有推广价值；研究了超声处理促进外源DNA与金鲷精子结合的技术方法，将GFP作为细胞和生物中转基因表达的指示剂；表明转基因沟鲶比对照组生长快33，且转基因鱼逃避敌害的能力较差，因而可以释放到自然界中，而不会对生态环境造成大的危害；应用GFP作为遗传标记研究了斑马鱼转基因的条件优化和表达效率；在抗病基因工程育种方面，构建了海洋生物抗菌肽及溶菌酶基因表达载体并进行了基因转移实验；在转基因研究的种类上，目前已从经济养殖鱼类逐步扩展到养殖虾、贝类及某些观赏鱼类。通过基因枪法将外源基因转到虹鳟肌肉中获得了稳定表达。3.4. 分子标记技术与遗传多样性研究了将鱼类基因内含子作为遗传多样性评价指标的可行性，应用SSCP 和定序的方法研究了大西洋和地中海几种海洋生物的遗传多样性。研究了南美白对虾消化酶基因的多态性；利用寄生性原生动物和有毒甲藻基因组DNA的间隔区序列作标记检测环境水体中这些病原生物的污染程度，应用18S 和 5.8 S 核糖体 RNA基因之间的第一个内部间隔区(ITC 1) 序列作标记进行甲壳类生物种间和种内遗传多样性研究；研究了斑节对虾三个种群的线粒体DNA多态性，用PCR 技术鉴定了夏威夷Gobioid 苗的种类特异性。3.5. DNA疫苗及疾病防治构建了抗鱼类坏死病毒的 DNA 疫苗；开展了虹鳟IHNV DNA疫苗构建及防精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页病的研究，表明用编码IHNV糖蛋白基因的 DNA 疫苗免疫虹鳟，诱导了非特异性免疫保护反应，证明DNA免疫途径在鱼类上的可行性，从虹鳟细胞系中鉴定出经干扰素可诱导的蛋白激酶；建立了养殖对虾病毒病原检测的ELISA 试剂盒，用 PCR等分子生物学技术鉴定了虾类的病毒性病原，将鱼类的非特异性免疫指标用于海洋环境监控，研究了抗病基因转移提高鲷科鱼类抗病力的可行性，研究了蛤类唾液酸凝集素的抗菌防御反映；研究了一种海洋生物多糖及其衍生物的抗病毒活性；建立了测定牡蛎病原的PCR ELISA 方法；研究了Latrunculin B毒素在红海绵体内的免疫定位。3.6. 生物活性物质从海藻中分离出新的抗氧化剂，建立了大量生产生物活性化合物的海藻细胞和组织培养技术，建立了通过海绵细胞体外培养制备抗肿瘤化合物的方法；从不同生物（如对虾和细菌）中鉴定分离出抗微生物肽及其基因，从鱼类水解产物中分离出可用作微生物生长底物的活性物质，海洋生物中存在的抗附着活性物质，用血管生成抑制剂作为抗受孕剂，从蟹和虾体内提取免疫激活剂，从海洋藻类和蓝细菌中纯化光细菌致死化合物，海星抽提物在小鼠上表现出批精细胞形成的作用，从海洋植物Zostera marina分离出一种无毒的抗附着活性化合物，从海绵和海鞘抽提物分离出抗肿瘤化合物，开发了珊瑚变态天然诱导剂，从海胆中分离出一种抗氧化的新药，在海洋双鞭毛藻类植物中鉴定出长碳链高度不饱和脂肪酸（ C28 ），表明海洋真菌是分离抗微生物肽等生物活性化合物的理想来源；发现海洋假单胞杆菌的硫酸多糖及其衍生物具有抗病毒活性，从硬壳蛤分离出谷光甘肽一S 一转移酶，从鲤血清中分离出丝氨酸蛋白酶抑制剂，从海绵中分离出氨激脯氨酸二肽酶，从一种珊瑚分离出具DNA酶样活性的物质，建立了开放式海绵养殖系统，为生物活性物质的大量制备提供了充足的海绵原料；从虾肌水解产物中分离到抗氧化肽物质；从一种海洋细菌中分离纯化出N一乙酸葡糖胺一6一磷酸脱乙酸酶。3.7. 生物修复、极端微生物及防附着研究了转重金属硫蛋白基因藻类对海水环境中重金属的吸附能力，表明明显大于野生藻类，研究了石油降解微生物在修复被石油污染的海水环境上的可疗性及应用潜力；研究了海洋磁细菌在去除和回收海水环境中重金属上的应用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页潜力；用 Bacillus清除养鱼场污水中的氮，用分子技术筛选作为海水养殖饵料的微藻，开发了六价铬在生物修复上的应用潜力，分离出耐冷的癸烷降解细菌，研究了海洋环境中多芳香化烃的微生物降解技术；从噬盐细菌分离出渗透压调节基因，并生产了重组Ectoine （渗透压调节因子），从2650M的深海分离到一种耐高温的细菌，这种细菌可用来分离耐高温和热稳定的酶，在耐高温的 archaea 发现了 D 型氨基酸和无氧氨酸消旋酶，测定了3 种海洋火球菌的基因组 DNA序列，借助于 CROSSBLAST分析进行了特定功能基因的筛选，从海底沉积物、海水和北冰洋收集了1000 多种噬冷细菌，并从这些细菌中分离到多种冷 适 应 的 酶 ； 建 立了 一 种 测 定 藤 壶 附 着 诱 导 物 质 的 简单 方 法 ， 研 究 了Chlorophyta和共生细菌之间附着所必需的形态上相互作用，研究了珊瑚抗附着物质（ dterpene ）类似物的抗附着和麻醉作用；分析了海岸环境中污着的起始 过 程 ， 并 对 沉 积 物 和 附 着 物 的 影 响 进 行 了 检 测 。4展望21 世纪的海洋生物技术，将向着水产养殖、天然产物获取和新能源开发3 个方向发展 ，海洋生物技术的兴起，大大繁荣海洋药物的研究与开发。今后海洋生物制药的主要发展方向有：(1) 开发海洋生物基因工程药物。用细菌、酵母、蓝藻作为表达系统，选择海洋生物中药理活性强的多肽和蛋白质类物质为突破口，开展基因工程研究，促进基因工程药品的发展。如不仅从受体生物中分离纯化单一成分的目的产物，还可以直接以海产品为口服性药物，进行海洋基因工程疫苗研究。(2) 开发海洋生物细胞工程药物。选择海藻细胞为突破口，通过筛选和改良，选取药用价值高的细胞株，利用相应的生物反应器，进行规模化生产。(3) 增强海洋天然产物的活性。以基因工程、细胞工程和酶工程为手段，培育出生长快、活性高、抗病性强的海洋药材新品种，并利用生物技术防治海洋药材人工养殖中的病虫害。随着人类对海洋资源的依赖和开发，海洋生物技术的研究及应用对生产生活的影响日益增加。海洋生物技术是海洋药物产业化的主导技术和关键手段，随着生物技术向海洋生物研究领域的渗透，必将加速海洋药物的产业化进程。海洋生物制药产业化，应当坚持“务实、高效”的原则，一方面通过政府精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页政策鼓励和宏观管理，增加在海洋生物技术尤其是海洋生物医药产业方面的投入；另一方面在大学、研究所和企业间建立密切联系，发挥各自在人力、智力、财力上的优势，协调合作，重点发展几个社会效益高、市场前景广阔的工程。最终形成在基础研究方面不断取得进展，并将研究成果迅速转化为现实的生产力，反过来支持和促进基础研究这一良性循环的局面。现代生物技术应用于海洋药物的研究，改变了以往单纯从海洋生物中提取活性物质制药的模式，解决了海洋药物开发中规模化和合理化的矛盾，使生物技术制药进入一个新的时代，为海洋科学和制药产业的发展以及人类可持续地开发海洋资源开辟了新的道路。【参考文献】1 姚文兵、吴梧桐生物技术制药概论（第二版）中国医药科技出版社.2008,7,22. 2 许实波 . 海洋生物制药 J, 中国海洋药物 .2002,11,1. 3 于振华 . 我国海洋药物的研究现状及应用J, 中国药业 .1999,03. 4 关美君，林文瀚，丁源海洋药物 - 二十一世纪中国药学研究的热点J,中国海洋药物， 2001,20（1）5 相建海跨越新世纪的海洋生物高技术前沿J, 高技术通讯2000,10（7）6 李光友，刘发义海洋生物活性物质的研究与开发J,海洋开发与管理，2008,15（2）7 罗素兰，张本，长孙东婷海洋药物研究新进展及其开发战略J,海南大学学报， 2003,21（4）京，1998,75 8 Morc0s N CPhycocyamin laser activation cytotoxic effect and uptake in human atheresclerotie plaque Lasers Surg Med 1988 8 (1) ：710. 9 Luiten E E M， Akkennan I ， Koulman A， et a1 Realizing the promises of marine biotec hnology. 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