俄科学家将艾草基因转移到菊花用于合成抗疟疾药物

这项研究获得俄罗斯科学基金会的资助，相关研究结果发表在《植物》(Plants)期刊。

疟疾是经按蚊叮咬或输入带疟原虫者的血液而感染疟原虫所引起的虫媒传染病，威胁着全球近一半的人口。疟原虫随着血液进入肝细胞并在其中繁殖，从而引起发烧、急性肝肾衰竭、贫血、内脏器官增大和中毒性休克。恶性疟疾甚至会导致肺水肿和疟疾昏迷。由于人口迁移，莫斯科州和高加索地区近期持续记录到疟疾疫源地。科学家表示，气候变暖将增加蚊虫传染疾病的时期，这将加速俄罗斯疟疾的传播。

青蒿素是一种从一年生艾草中提取的天然抗生素，是治疗感染热带疟疾的必需药物。但是，俄罗斯从未生产过青蒿素和任何其他抗疟疾的药物，治疗只能使用外国药物。即使在国外也只是使用从野生植物中提取药物，没有进行大规模生产。俄罗斯科学院舍米亚金和奥夫钦尼科夫生物有机化学所科学家提出使用另一种方法生产青蒿素—在实验室条件下通过基因工程获得青蒿素。

俄罗斯科学院舍米亚金和奥夫钦尼科夫生物有机化学所下属的植物基因组表达系统和改造实验室负责人、生物学博士谢尔盖·多尔戈夫表示：“大多数现代药物都含有活性介质，要么本身就是，要么是从植物中分离出来的。艾草提取物确实有效，但一年生的艾草通常生长在岩石或草原地区，而在其他气候条件下非常少。因此，为了满足大规模生产药物所需的原料，必须关注现代分子生物学方法。”

研究作者的核心思想是将艾草的青蒿素代谢途径基因转移到另一种寄主植物上。研究证明，这种方法可以提高青蒿素数量数倍。艾草中可用来治疗的青蒿素含量平均不超过叶子干重的1％，这无法满足大规模临床生产。

科学家利用菊花进行基因改造。菊花中含有很高的天然萜类化合物及其前体—一种具有广泛药用的天然生物活性化合物。因此，菊花成为获得青蒿素的最佳选择。借助基因移植，青蒿素在叶绿体中产生，随后覆盖整个叶片。通常，青蒿素仅在艾草的毛状体中产生，也就是艾草表皮毛细胞，因此产量很低。

研究共同作者、耶路撒冷希伯来大学亚历山大·温斯坦教授的实验室已鉴定出四个基因：ADS、CYP71AV1、DBR2和CPR。这些基因全都编码为青蒿素合成代谢途径的酶。把它们“移植”到新环境并添加其他基因后，预计青蒿素产量将达到商业可行的水平。

生物学家通过分析独立转基因株系的所有靶基因，将RNA分子转变为单链互补DNA，在逆转录酶的作用下进行DNA拷贝。目前，首个成功培育的转基因菊花已种植在温室中，用于下一步的科学研究。通过高效液相色谱法与薄层色谱法证实存在青蒿素。

目前，生物学家正在提高青蒿素在所得植物中的积累水平、研发有效的分离方法以及研究抗疟疾物质对实验室动物的影响。