[陈士林]陈士林金沙澳门官网::为中药材量身定做基因“身份证”

发布时间:2019-12-01  栏目:荣誉  评论:0 Comments

本报记者 张东风
中药材金银花的正品忍冬金银花在市场卖到160~200元一斤,但山银花仅20多块钱一斤。在药材市场上,不法商贩几乎都是以山银花冒充金银花,一般人很难辨别,但如果用中药DNA条形码技术就可以鉴定。“这种技术大大加快了中药鉴定标准化的进程,在中药生产和流通环节的成功应用必将给中药材流通管理带来巨大的革新。”中国医学科学院药用植物研究所所长陈士林教授如是说。
中药DNA条形码一小段,中药鉴定迈出一大步
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,可为中药原植物和中药材的品种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,近年来,我国中药DNA条形码技术发展快速,在中药基原植物及中药材鉴定等方面均成功应用,加快了中药鉴定标准化的进程。
DNA条形码,简单地说就是利用标准基因片段对物种进行快速、准确识别和鉴定的新技术。加拿大科学家保罗·赫伯特(Paul
Hebert)等在2003年首先提出这一概念,随后发起了“国际生命条形码计划”,并于2009年1月正式启动,第一期目标是5年内取得代表着50万个物种的500万号标本的DNA条形码记录。目前,DNA条形码已成为生物分类和鉴定的新方向,为生物学领域发展最迅速的学科前沿之一,在物种鉴定方面显示了广阔的应用前景。
科学家认为,从分子遗传学角度来看,物种的差异归根结底是基因型的差异,即在DNA序列上的差异。因此,当我们测出一份样本中的特有DNA序列后,将它与已经测定完成的序列相比较,就可以知道该样本是否属于某个已知物种,而不需要再利用传统的鉴定方法进行鉴定。这一DNA序列就像是给每个物种打上的条形码,又像是每个物种独有的一个“身份证”编号。
陈士林介绍说,DNA条形码鉴定技术具有6大优势:只需选用一个或少数几个基因片断即可对某个属、科甚至几十个科的绝大部分物种进行准确鉴定;监督过程更加快速,可以在短时间内鉴定大量样本;重复性和稳定性高;实验过程标准、操作简单,更易实现物种鉴定自动化;可有效缓解分类鉴定人才缺乏的现状;可通过互联网和信息平台对现有物种序列信息进行集中统一管理,并可实现共享。
“我国中药材种类繁多,资源丰富,由于来源复杂,真伪难辨;中药材市场混乱,多有以假充真,以次充好的情况,难以保证临床用药的安全,制约了中药产业现代化的进程。采用DNA条形码技术可以很好地解决多年来令人们头痛的监管难题。”
再有,“中药有1万多种药材,每一种药材有很多种来源,用现在的分类学知识和化学手段,要鉴定到原药材物种基本上是不可能的。比如,拿一小块皮类药材来鉴定是哪个物种,即使生化学家、药理学家、分类学家,也是不可能鉴定到种的。因为他们鉴定的依据是靠花和果实等繁殖器官。而采用条形码可以很好地对所有皮类药材进行鉴定。我们已对药典里非常容易混乱的品种,都应用这个技术进行了鉴定。”陈士林告诉记者。
目前,由陈士林带领的课题组已经对人参、西洋参、三七、大黄、石斛、重楼、金银花、丹参、天南星、红豆蔻、肉苁蓉、京大戟、麻黄、高良姜、何首乌、吴茱萸、连翘、甘草、玉竹等常用中药材和饮片进行了DNA条形码研究,可有效鉴定其各种混伪品。
“中药鉴定是研究中药品种、质量,制定中药标准,寻找和扩大药源的前提和基础。DNA条形码识别技术为中药材真伪鉴定标准化、自动化提供了技术支持,将为中药鉴定迎来一场新的技术革新。条形码一小段,导致我们分类鉴定迈出了非常大的一步。”陈士林感慨地说。
找到有效的植物DNA序列,中药鉴定变简便
DNA条形码识别技术的核心部分是找到能区分各物种的序列片段。理想的条形码应具有通用性,同时应具有足够的变异以区分不同的物种。DNA条形码被首先用于动物鉴定研究,COI基因已经确定为动物条形码鉴定的基础片段,但不能用做植物DNA条形码。因此,筛选有效的植物DNA条形码成为了国际生命条形码研究的首要任务之一。陈士林介绍说。
2005年至今,美、英、韩等国多个研究组提出了若干个植物DNA条形码或条形码组合的动议。2009年,国际条形码协会植物工作组建议将rbcL
marK组合作为植物通用条形码。同年11月,在墨西哥召开的第三届国际条形码大会上,与会代表一致认为应对ITS/ITS2和psbA-trnH序列进行进一步评估。
2010年,陈士林带领的课题组在药用植物DNA条形码序列筛选研究中,通过对7个候选DNA条形码比较分析、对753个属4800个物种6600多个样品进行研究后发现,ITS2序列在物种水平的鉴定效率高达92.7%,显著优于国际植物工作组推荐的序列组合。据此他们首次提出将ITS2序列作为药用植物标准DNA条形码,同时建议ITS2作为新的通用条形码用于鉴定更广泛的植物类群。
陈士林告诉记者,他们已经建立了一个完备的中药DNA条形码鉴定体系,即以ITS2序列为核心,加上psbA-trnH为补充序列,作为植物类中药材的DNA条形码;以COI序列为核心,ITS2为辅助序列的动物类中药材DNA条形码。“2011年,中国DNA条形码植物工作组进—步验证了ITS2的鉴定能力。现在植物界的鉴定也是在用我们推荐的这个ITS2为鉴定序列。”
目前,他们已有30多篇有关条形码的研究论文发表在国际顶级杂志;起草了中国药典药材DNA条形码鉴定指导原则,使DNA条形码技术进入应用层面;编辑的《中药DNA条形码分子鉴定》,选取208种常用中药材、1000余种混伪品和近缘物种进行了DNA条形码鉴定,日前已于由人民卫生出版社出版发行。
二维DNA条形码,将让我们不再买到假冒药材
中药DNA条形码技术的广泛应用,还需要存储海量数据的数据库作支撑。也就是必须对全部已知药材进行测定、输入,这样检测出的条码才能找到相应结果。这需要大量的资金和人力投入。
陈士林告诉记者,中国医学科学院药用植物研究所在2006年就建立了我国药用植物的种质资源库,现在已经保存了上万份以上的种质资源。为进一步加快中药DNA条形码鉴定研究步伐,该所已建立药用植物DNA条形码数据库和基于ITS2和psbA-trnH的中药DNA条形码鉴定网站。该数据库鉴定系统是以《中国药典》2010版收载的植物和动物为研究对象,将DNA条形码技术和生物信息技术相结合而建立的用于中药鉴定的网络信息化操作平台。该平台可用于中药资源信息检索、查询以及比对鉴定,如中药种植基地种质资源的真伪,种子种苗的鉴定,现有种质资源库样品的真伪,中药资源野生变家种过程中种源的鉴定和中药生产、流通环节的真伪鉴定等。
谈到未来中药DNA条形码的研究方向,陈士林认为,我国中药材质量差异很大,导致了市场的不平衡以及不正当竞争,同时还造成了中药资源的浪费。中药材市场流通中缺乏符合生产实际、与市场流通配套的中药材质量评价标准。针对市售中药材在流通领域可能面对的各种问题,可以将二维DNA条形码技术运用于中药材流通管理领域中。
陈士林介绍,二维码自动识别技术已经得到了广泛应用。可将DNA序列转换成二维码图像,赋予不同物种不同的二维码图像,类似超市中不同物品的不同条形码。二维DNA条形码技术将二维码作为DNA的信息载体,并利用日益普及的携带摄像/扫描功能的通信终端、带宽以及覆盖面积不断扩大的无线网络,使待鉴定对象的信息采集与传输都变得更加简单方便,是一种物种移动鉴别系统,能够实现以移动方式进行物种信息的采集和识别,让物种鉴别更为方便快速。
陈士林表示,目前,他们联合北京航空航天大学突破了DNA条形码序列与二维码之间的编码与解码技术,建立了相应的数据库和网站,将DNA条形码技术应用于实践。这种二维DNA条形码识别方式在中药生产和流通环节的成功应用必将给中药材流通管理带来巨大的革新。
不远的将来,或许我们只需将一小部分药材放到DNA条形码扫描仪里“扫描”一下,就可知道是不是自己所要的药材,再也不必为买到假冒药材而担忧了。

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陈士林博士,中国中医科学院中药研究所所长、首席研究员,世界卫生组织传统医学合作中心主任。现为教育部长江学者创新团队负责人;完成了260余种中药材产地生态适宜性数值区划,编著《中国药材产地生态适宜性区划》;创建了基于ITS2为主体的中草药DNA条形码鉴定方法体系,主编《中药DNA条形码分子鉴定》等书籍;通过全基因组解析提出灵芝为次生代谢产物生物合成研究的首个中药基原药用模式真菌,论文在《自然通讯》Nat
Commun发表, 被Nature
China选为中国最佳研究亮点推介。获得国家科技进步二等奖2项;发表论文300余篇,其中SCI论文180余篇。

■创新启示录

近期,媒体对“苍术造假”的报道再次引发了人们对中药材真伪的极大关注。事实上,长期以来,在中药材贸易及临床应用中,诸如冬虫夏草中混入亚香棒虫草、山银花冒充金银花、西洋参中混入人参等这类鱼目混珠、防不胜防的混伪问题,一直都是让监管者们头痛不已的难题。

DNA条形码鉴定技术具有六大优势

中国中医科学院中药研究所所长陈士林研究员告诉科技日报记者,在不法销售商造假手段越来越高明的情况下,中药材四大传统鉴定方法(基原鉴定、性状鉴定、显微鉴定和理化鉴定)都因存在一定的局限性而无法完全保障中药材真伪鉴别的准确性。

随着科学研究的不断深入,一种新的中药材鉴定技术已经应运而生。这种被称作DNA条形码的技术,通过为中药材标本制作一张特殊的基因“身份证”,经过数据比对后,就能对所鉴别的物种进行快速、准确的识别与鉴定。

陈士林研究员告诉记者,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。”

在陈士林研究员看来,DNA条形码技术具有6大优势:只需选用一个或少数几个基因片断即可对绝大部分中药物种进行准确鉴定;可以在短时间内鉴定大量样本;重复性和稳定性高;实验过程标准、操作简单,更易实现物种鉴定自动化;可有效缓解分类鉴定人才缺乏的现状;可通过互联网和信息平台对现有物种序列信息进行集中统一管理,并可实现资源共享。$pager$

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