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星言星语和星月(251):解密药用植物的分子遗传

已有 1594 次阅读 2023-3-3 21:08 |个人分类:思考中医|系统分类:人物纪事

都是中国中医研究院中药研究所的研究人员,虽然没有屠呦呦获得诺奖的光环那么耀眼,陈士林(图1)的“中草药DNA条形码物种鉴定体系”项目,也荣获2016年国家科学技术进步二等奖。该项目还曾被评为“2014 年世界中医药十大新闻”,推动中药鉴定学迈入规模化、标准化的基因鉴定时代。那么,这个项目有什么亮点呢?

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图1  陈士林院士接受记者采访

(1)项目组历时十年,首先发现并验证约 220 bp 的核基因组序列 ITS2 具有理想的条形码鉴定效率,特别适合于中药材等存在 DNA降解的材料,明显优于国际生命条形码联盟推荐的400~800 bp 叶绿体序列 rbc L 和 mat K 联合条形码。

(2)完成 11000余种4万余份中药材及其易混伪品的 DNA 条形码实验研究,创建全新的中草药 DNA 条形码物种鉴定体系,中药材 DNA 条形码分子鉴定法指导原则已纳入《中国药典》2010版和 2015版。

(3)建立了全球最大的中药材 DNA 条形码鉴定数据库,包括《中国药典》及美国、日本、欧盟、韩国和印度等国药典收载的几乎所有草药物种。

显然,这是中药现代化的一个里程碑。那么,你是否想了解荣誉背后的陈士林呢?

很多人开玩笑说,文革后的“新三届”大学生的命运与经历都有几分传奇的色彩。陈士林的经历就很不一般,30多年光阴,他辗转几个中医药研究所,担任过两个国家级中药研究机构的所长。他深深体会到:中国医学科学院药用植物研究所偏重基础、中药资源的源头研究;中国中医科学院中药研究所则偏向下游,重点在开发和应用上。现在的他,两部分都在做,因为在他看来,基础和开发一点也不矛盾。

最开始,做中医药资源的调查工作,少不了野外研究,陈士林一年至少有两个月是在野外跑着。他说,在做川贝母研究时,课题组都是在海拔3500米以上的地方,有时候到海拔4000米以上,有的人就会产生高原反应。他们经常在川西高原地区考察,汽车奔跑在青藏公路上,一边是壁立千仞的悬崖,一边有随时可能从山上滚落的石块。“路经常被堵住,我们得自己翻过山,坐对面的车再接着前行。”这就是个野外工作的常态,而几乎每次都会遇到突发状况,“听起来很浪漫,实际却很艰苦”。“很多所里的博士生去野外待3个月回来,样貌都变了。”

“看起来很简单的工作,实际却异常艰辛。”但这一切,因为喜欢,所以热爱;因为热爱,所以享受——这就是他的逻辑。在这个积累和发现的过程中,自己很享受这个过程,也享受这个结果。

行胜于言,很多那个年代的人不愿意赘述曾经的辛酸和努力。关于陈士林的个人经历,他轻描淡写的寥寥几句就过去了,这种恬淡的个性就像是被时间沉淀下来的中药一样。

在他印象中,最深刻的是十多年前中医药所遭受的冷遇,自己也因此备受打击——那时做中药研究的人很难在国际高水平期刊上发表文章,外界经常就感到我们行业很传统,很土。为此,这成了他和同行们的“痛点”。在很多场合,陈士林不止一次地提到中药产品鉴定的问题,过去鉴定中草药物种是根据它的花和果,但多种药材药用部位不具有花果的分类学特征,就算对分类学家而言,鉴定物种都是很困难的。并且,每种(类)药材需要单独建立方法,多基原、破损粉末等加工药材鉴定困难,难以形成统一的鉴定体系。而由此来带的问题也层出不穷,诸如“苍术造假”、冬虫夏草中混入亚香棒虫草、山银花冒充金银花、西洋参人参混用,更有因错用药而导致不可逆的致癌、致肾病这种危及生命的教训。因此,中草药鉴定技术迫切需要新技术。

陈士林说,DNA条形码技术是国际上近年来发展起来的生物物种鉴定新技术。该方法由于不受外界环境因素的影响以及样品形态和材料部位的限制,可为中药材原植物和种类鉴别提供更加准确可靠的手段,是中药分子鉴定方法学上的一个创新。“从分子遗传学角度来看,物种表现型的差异本质上是基因型的差异,即体现在DNA序列上的差异。因此,DNA条形码的诞生和发展,为药用植物分类和鉴定提供了本质依据。”“当我们测出一份样本中特有的DNA序列后,将它与已知序列进行比较,就可以知道该样本的物种来源身份,这对传统鉴定方法是非常有效的补充手段。这一DNA序列就像是给每个物种标记的条形码,又像是每个物种独有的‘身份证’编号,具有唯一性。”

目前,他们已在国际上率先提出ITS2作为植物(含药用植物)通用条形码,构建了全新中草药DNA条形码生物鉴定体系,制定了标准操作流程,搭建了基于标准化中草药DNA条形码数据库和网络鉴定操作平台的中草药鉴定平台。而最让他自豪的是,他们搭建了全球最大中草药DNA条形码数据库及鉴定平台。

国际同行评价说,“ITS2是分辨率最高、最适合的植物条形码序列”。担任中国药学会中药与天然药物学会主委和第五届国际条形码大会药用植物分会主席的他,多次应邀在美国药典委员会、欧洲药品质量管理局、韩国生药学会、日本科研机构等介绍中草药DNA条形码鉴定体系。

“中药产品鉴定是一项非常传统的工作,多以眼睛看、鼻子闻来鉴定草药。现在用国际前沿技术代替传统方法已经得到广泛应用,《科技日报》等媒体誉为这标志着中药鉴定学迈向标准化和规范化的基因鉴定时代。”十年磨一剑,对这项工作,陈士林深有感触。他提到,未来他们正在做各种拓展,包括丰富数据库等工作,另一方面希望以叶绿体的全基因组为研究对象,从方法上探索更强大的序列,创造鉴定能力更强的超级条序列形码。

在中医与现代生物技术结合的这条路上,陈士林的步伐越来越坚实。最早他首创中药材生态适宜性与数值区划分析平台,从生态学角度解决了“中药在哪儿种”的问题。中药资源是国家的战略资源,中药资源的保护和合理开发利用是“生态文明”建设的重要领域,是中医药事业可持续发展的重要保障。陈士林所在的中国中医科学院,长期致力于珍稀濒危中药资源的保护,积极开展中药资源的综合利用与开发。

在整个过程中,他完成了260多种。中药材生态产地适宜性研究,创立了道地药材生态适宜区多因子综合评价模型和空间可视化分析系统平台,出版源头创新道地药材专著《中国药材产地生态适宜性区划》,从生态学角度解决了我国中药材种植地域选择的问题,避免盲目引种栽培以及由此产生的中药材品质下降和生产无序发展。

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图2  陈士林在苗乡道地药材三七生态种植基地

在诺奖得主屠呦呦手中,一株小草改变世界;在陈士林深邃的目光中,中草药获得了现代社会的出生证,彻底告别“传统”和“土”。



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