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一个希腊医学博士为什么要不远万里,来中国研究中草药?

匿名 发布时间: 2019-11-11 20:01:06

Evangelos tatsis是中国科学院植物研究所的科学家,来自希腊一个有15000人的小镇。从一个古老的文明到另一个文明,研究植物听起来有点传奇色彩。

但他实际上是个简单到有点害羞的人,也不太擅长讲述自己的科学家故事。

来到上海后,他个人感受到了这个人口众多的城市的食物、衣服、住房、交通和医疗资源的压力。他说他的梦想是在合成生物学时代改革传统中草药。

Evangelos tatsis在浦江创新论坛上发表现场演讲。

读完这篇文章后,你可能会找到一些答案。

我们正在经历一场生物革命。今天的生命科学正吸引年轻人在三个方向停下来:神经科学、癌症和合成生物学,这可能代表生命科学的未来方向。

2015年,涂有友因通过化学分离发现青蒿素而获得诺贝尔医学奖。青蒿素最初是从植物黄花蒿中提取的。根据自然生长环境,药物提取可能存在许多不确定性:地理环境、气候变化、植物生长状态、复杂的提取步骤等。

左边是实验室的涂有友,右边是青蒿素。

传统医学经典,包括《本草纲目》和许多古罗马、希腊经典,都蕴含着古代人类在没有现代科学和积累经验的情况下,用天然植物治疗疾病的智慧。

然而,天然植物也存在与上述青蒿素类似的问题:植物的种植和栽培极其耗费资源、劳动密集型和时间,从植物中提取有效物质的效率不高,但对药物的需求总是巨大而迫切。如何解决供需矛盾?

2017年,美国院士杰伊·基斯林(Jay kiessling)与中国团队合作,将青蒿素基因引入人工酵母,实现了通过培养和发酵酵母在实验室大量生产青蒿素。这项技术是合成生物学。

事实上,合成生物学的意义不止于此。合成生物学作为21世纪生物学领域的一门新兴科学,是分子和细胞生物学、信息学、数学、计算机和工程交叉的产物。它不仅可以利用现有的自然生物构建新的调控网络,展示新的功能;从头合成也可用于人工合成基因组dna。甚至人工创造一个全新的生物系统或有机体。

2018年,中国科学院植物生理学研究所和中国科学院生命科学与生物化学研究所创造了世界上第一个单染色体人工酵母。通过基因编辑,经过四年的征服,16条染色体的酵母将被人工合成为一条染色体。这相当于人为地创造了一个简化的生命体,为人工生命打开了大门,为我们理解生命的起源和进化等基本问题提供了一个新的方向。这是继20世纪60年代人工合成结晶牛胰岛素后,中国科学家在合成科学领域的又一突破。

天然酿酒酵母和合成酵母染色体的比较

从现阶段来看,合成生物学在生物制药领域也具有非同寻常的应用意义。

传统生物制药技术通过抗生素、氨基酸、维生素等药物的大规模发酵实现工业化大规模生产。20世纪80年代基因编辑技术出现后,通过基因克隆、表达和修饰,实现了各种高附加值生物产品的生产。

在合成生物学、基因技术和工程一体化的时代,从基因表达调控和信号传递到细胞的人工设计和合成,合成生物学有潜力开辟药物研发和生产的新方向。

中国科学院植物生理生态研究所研究员Evangelos tatsis是来自古代文明发源地希腊的科学家,他曾千里迢迢来到中国研究中草药。他去过云南和其他各种植物茁壮成长的环境,了解各种植物的形成和变化。

他希望在合成生物学时代,中草药将发生变化,从中提取有效成分,实现实验室甚至工厂的大规模生产,从而有效提高其治疗效果和生产效率。

以下是他演讲文本和视频的摘录。单单看节选,他无法理解演讲的全部实质。完整版本可以移动到文本的末尾。单击蓝色单词“了解更多信息”下载并创建一个应用程序进行观看。

自2017年以来,我一直是中国科学院的成员。作为植物生理学和生态学研究所的研究员和研究带头人,我想回答一个简单的问题:

植物是如何生产具有药用价值的化学物质的?

事实上,我们的许多药物来自植物或其他自然资源,我们称之为天然化合物。

75%的现代抗癌药来自或衍生自天然产物,或基于天然产物设计。在美国食品和药物管理局每年批准的新药中,50%是基于天然产品。

使用天然产品开发新药听起来很容易,但却很难做到。

让我举几个例子来说明我们的研究。我身后大屏幕上的植物叫半枝莲。半枝莲是一种中草药,目前被中国医院用作化疗的辅助药物。因为科学家发现这种植物的提取物可以降低转移性癌症的风险。

左图显示半枝莲,右图显示叶子上附着的细毛。

说到这些提取物,科学家们在血液中发现了这些成分。这可能是一种抑制癌症活性的特殊化合物。仔细观察这种植物,我们可以看到它的叶子有细毛,叫做毛状体。它们只由两个小细胞产生。

我的研究小组收集了这些细胞,通过dna测序提取了所有的遗传信息,然后将这种植物的生化信息植入酵母。半枝莲中有些基因负责合成这些化合物。我们克隆这些基因,把它们放入酵母中,然后用水和糖培养酵母来生产我们需要的化合物。我们可以加快整个过程,降低成本并进行临床试验。

我们组的另一个项目是长春碱。长春新碱是最著名的抗癌药物之一,用于五种不同类型的癌症。长春碱是一种非常复杂的分子,记住它的结构是所有化学家的噩梦。

图为长春碱及其化学结构。

这种化合物来自长春花。在过去的5000年里,长春花遍布世界各地,通常种植在花园里供人们欣赏。它所含的长春碱是一种非常重要的药物。

在我来到上海之前,我已经研究长春花五年了,试图了解这种植物是如何生产长春碱的。我发现了长春碱合成中的四个新基因。

然而,合成过程并不简单和复杂,有40多个步骤。现在,我们知道所有这些步骤以及如何制造长春碱。然而,将这些酶和基因植入单细胞生物体内会产生一些副作用,因此我们正试图通过合成生物学来提高长春碱的生产效率。

这种树叫做桉树。我发现它的一种酶能使我们更多地了解合成步骤的机理,加速和改进合成生物学的制造过程。

我和我的研究小组两次深入云南省的丛林,从这棵树上收集植物材料。我们已经锁定了这种酶,你可以在大屏幕上看到它的结构。

这种结构可以使我们更好地理解具体的转换机制。这种结构带来的好处之一是我们可以通过使用合成生物学来改进整个过程并使长春碱更有效。

了解这种酶的结构和功能还有另一个优点,即我们可以设计和开发出疗效更好的新药。

我想告诉你,我们的目标是在合成生物学时代改变中医。

现代医学中的许多新药来自天然产品。根据传统中医,可以开发更多的新药。然而,这方面的研究很少。

现在我们有了技术和工具,我们可以在未来的20到30年里根据中医发展更多的药物,为各种疑难杂症找到有效的治疗方法。

规划|李颖;翻译|余波;编辑|李颖

校对|莉莉;;视频|黄野;布局|李英

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