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    陳士林院士:把中藥科研“寫”在大地上

    2024-01-16 16:23 作者: 中國中醫藥報 3201瀏覽 0評論 0 0 舉報

      中國中醫藥報

           日前,中國工程院2023年院士增選結果公布,中醫藥行業新增2名院士。新當選院士陳士林在中醫藥領域深耕多年,創立“本草基因組學”學科,揭示中草藥品質形成遺傳密碼。

      曾經,作為“活血圣藥”的三七近幾十年幾乎絕跡于野外;如今,優質栽培的三七花開遍云南文山。小小的三七已變成當地的支柱產業,僅在文山苗鄉三七科技園,優質三七栽培每年可解決20萬人次的農民就業,帶動3500戶農民走上致富路,形成產業幫扶的典型示范。

      “我們通過發展種植業,推動野外中藥資源的可持續利用,實現對生物的開發性保護。”中國工程院院士、成都中醫藥大學首席教授、中國中醫科學院首席研究員陳士林說,“也就是通過栽培,讓瀕危珍稀中藥物種得以延續。”

      多年來,陳士林輾轉于實驗室和鄉村之間,將中藥的基礎研究和前沿技術相結合,利用本草基因組學研究,引領中藥材品質升級,推動中醫藥助力鄉村振興,把中藥科研進展“寫”在祖國的大地上。

     

      占領高地,中藥材有了“基因身份證”

     

      傳統上,中藥材的鑒別主要靠藥工依據藥物的形態特征來進行區分。然而,隨著中藥材以及中藥相關產品的需求越來越大,中藥材質量參差不齊、以假亂真的現象已成為不容忽視的問題。

      2009年,陳士林團隊提出本草基因組計劃,利用分子生物學技術研究中藥原物種的DNA序列,探尋每味中草藥專屬的“身份證”,賦予中草藥新的生命。陳士林認為,在中醫藥事業快速發展的時期,傳統的鑒定技術已無法滿足市場需求,利用現代科技手段建立一個新型的中藥材鑒定模式是符合時代要求的。

      隨著2016年度國家科技進步獎的頒布,中草藥DNA條形碼物種鑒定技術進入了公眾視野。這項由陳士林牽頭完成的科研項目,運用分子生物學技術為中藥材建立了通用的基因條形碼鑒定標準。“《中華人民共和國藥典》已將中草藥DNA條形碼物種鑒定方法列為中藥材鑒定指導原則之一。”陳士林介紹,通過對中藥材基因組的深入研究,可揭示中藥材遺傳背景和次生代謝成分合成機制,能夠更好地了解中藥材的生長、發育、抗病性等特性,進而指導優質中藥材的品種培育和生產,提高中藥材的品質。“同時,基因組學研究還可以幫助我們發現并利用中藥材潛在藥用成分,為中醫藥的發展提供新的思路和方法。”

      至此,在陳士林眼中,每一種中藥材都有了自己專屬的“基因身份證”。2021年,團隊完成全球藥典草藥物種基因組數據庫,收錄了超900個物種基因組學數據,包括DNA條形碼、細胞器基因組等遺傳信息。除此之外,項目團隊還聯合全國67家研究單位,發起了“千種本草基因組計劃”研究聯盟,陳士林團隊在國際上率先完成了100余個中藥材基原物種全基因組圖譜和500余個葉綠體基因組圖的測序組裝工作。

      鑒于中藥材物種數量多、分布區域廣的情況,陳士林帶領團隊從田間地頭走到實驗室,憑借著“腳力”和“腦力”,進行了大量的野外采集和鑒定工作。

      “有些稀有草藥的生長環境非常特殊,比如在懸崖峭壁上,下邊就是幾百米的深谷,很難找到合適的采集地點。”為了解決這個問題,陳士林及其團隊會與當地的農民和研究機構進行合作。“他們通常會提供一些非常有價值的信息,比如哪個山頭有藥材、哪個地方有羊腸小道、哪個地方的草藥大小符合采集要求,他們會了解得更多。”陳士林回憶。

      除此之外,基于草藥的生長周期,陳士林團隊還需要耐心等待合適的采集時間。“一個樣本的采集可能耗時一兩個月。”陳士林說,“這個過程雖然瑣碎和辛苦,但也讓我們團隊成員深刻體會到了科研的價值。”

      目前,在國際上,陳士林團隊首次驗證提出核基因組序列ITS2作為中草藥通用DNA條形碼,完成1.1萬余種中藥材及近緣種的4.8萬份樣品的DNA條形碼研究,成功建立了中藥材DNA條形碼鑒定標準,為中藥鑒定學開拓了新的方法學領域,開啟了中藥鑒定的新篇章。

     

      扎根田間,基因圖譜描繪新圖景

     

      把科研落在實處,把學問融入現實。不在實驗室時,陳士林常奔波于鄉土之間。在“三七之鄉”云南文山壯族苗族自治州,陳士林團隊與當地的企業公司和研究所合作,依托高品質三七種植模式,獲得了不錯的收益。

      種植三七,是文山很多人脫貧致富的“金不換”,但是三七連作障礙嚴重、病蟲害頻發、標準缺失等問題導致文山三七的品質和價格十分不穩定,對種植戶來說是致命的傷害。“一塊土地種植過三七后,之后的10到20年將無法再次種植,否則會產生大量病蟲害導致減產甚至絕收。”陳士林說,“加上云南的可用耕地并不多,所以連作障礙是制約三七發展的一個最重要的原因。”

      陳士林及其團隊開始選育具有抗性基因的三七。“我們運用分子輔助育種的方法,把抗性品種的分子特征找出來,通過分子標記,在大田里很快就可以找到幾千株和它一樣的品種,一下子就可以節約4~6年的時間。”陳士林介紹,“這是分子輔助育種最重要的一個技術方法,能夠起到加快選種育種過程的效果。”

      在陳士林團隊和當地的科研單位、企業的通力合作下,成功培育出5個高品質三七品種。其中,三七抗性新品種的推廣使三七根腐病發病率下降62.9%,為優質藥材生產提供源頭保障。

      除了三七,陳士林團隊還成功選育了人參、紫蘇等8種中藥材品種,將中藥材品種鑒定、良種培育繁育、無公害種植等關鍵技術應用到中藥材產業幫扶中。

      與此同時,陳士林團隊還通過專家工作站或技術幫扶等方式,在云南、貴州、吉林、湖北、重慶、陜西等地開展良種選育、田間管理、規范生產、采收加工等技術推廣培訓,幫助鄉親們解決“在哪里種、種什么、怎么種”等問題,推動了當地的中藥材規范化生產,讓群眾的腰包鼓了起來。“我們在經濟欠發達地區實現了無公害藥材生產與三農經濟轉型的有機結合,同時也為廣大患者提供了更好的中藥材。”陳士林說。

     

      鉆研科學,技術創新引領新方向

     

      輾轉于田間地頭和實驗室中,陳士林發現,很多地區并沒有根據當地綜合環境來選擇耕種的中藥材品種。隨著中藥資源需求不斷擴大,盲目引種、跟風引種現象開始出現,部分藥材因無法適應當地環境而出現減產的問題。為此,陳士林團隊開發了“中藥材全球產地適宜性分析系統”(GMPGIS),基于生態環境大數據和中藥材道地產地生態環境比對,即可確定該種中藥材最適宜種植的產區,從而找到有需要的地區最適合種植的中藥材品種。

      “GMPGIS系統的研發擺脫了過去依靠傳統經驗和單因素分析的方法,為我國中藥材引種栽培和中藥材產業的合理布局提供了科學、可靠、直觀、快捷的決策分析手段。”陳士林介紹,“目前這套系統已輔助全國32個縣開展了無公害中藥材種植規劃,完成約260個中藥材產地生態適宜性區劃。”

      在陳士林眼中,利用現代科學對傳統中藥的內容進行研究、開發和利用是他的科研目標。“傳統中醫藥與現代前沿技術結合,是‘老問題新方法’。不僅需要技術的創新,也需要對中醫藥傳統理論和實踐的深入理解,更需要跨學科、多維度技術的融合。”陳士林認為,“持續學習最新的科研成果和技術,對于保持研究的前沿性和深入性至關重要。”

      未來,陳士林及團隊將繼續推動傳統中醫藥與現代前沿技術結合,解決中醫藥行業的實際問題,基于本草基因組學在獲取基因組和基因遺傳信息的基礎上,擬建立全基因組泛GPCR細胞株系資源庫、靶向GPCR受體的藥物篩選評價平臺,解決中醫藥行業療效機理不清的核心問題和新藥開發難題,建立基于全基因組泛GPCR現代中藥發現與評價體系,構建中藥研究的底層核心技術,大力推動中醫藥現代化的發展和應用。

     

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