俄科學家將艾草基因轉移到菊花用於合成抗瘧疾藥物

這項研究獲得俄羅斯科學基金會的資助，相關研究結果發表在《植物》(Plants)期刊。

瘧疾是經按蚊叮咬或輸入帶瘧原蟲者的血液而感染瘧原蟲所引起的蟲媒傳染病，威脅著全球近一半的人口。瘧原蟲隨著血液進入肝細胞並在其中繁殖，從而引起發燒、急性肝腎衰竭、貧血、內臟器官增大和中毒性休克。惡性瘧疾甚至會導致肺水腫和瘧疾昏迷。由於人口遷移，莫斯科州和高加索地區近期持續記錄到瘧疾疫源地。科學家表示，氣候變暖將增加蚊蟲傳染疾病的時期，這將加速俄羅斯瘧疾的傳播。

青蒿素是一種從一年生艾草中提取的天然抗生素，是治療感染熱帶瘧疾的必需藥物。但是，俄羅斯從未生產過青蒿素和任何其他抗瘧疾的藥物，治療只能使用外國藥物。即使在國外也只是使用從野生植物中提取藥物，沒有進行大規模生產。俄羅斯科學院捨米亞金和奧夫欽尼科夫生物有機化學所科學家提出使用另一種方法生產青蒿素—在實驗室條件下通過基因工程獲得青蒿素。

俄羅斯科學院捨米亞金和奧夫欽尼科夫生物有機化學所下屬的植物基因組表達系統和改造實驗室負責人、生物學博士謝爾蓋·多爾戈夫表示：“大多數現代藥物都含有活性介質，要麼本身就是，要麼是從植物中分離出來的。艾草提取物確實有效，但一年生的艾草通常生長在岩石或草原地區，而在其他氣候條件下非常少。因此，為了滿足大規模生產藥物所需的原料，必須關注現代分子生物學方法。”

研究作者的核心思想是將艾草的青蒿素代謝途徑基因轉移到另一種寄主植物上。研究證明，這種方法可以提高青蒿素數量數倍。艾草中可用來治療的青蒿素含量平均不超過葉子乾重的1％，這無法滿足大規模臨床生產。

科學家利用菊花進行基因改造。菊花中含有很高的天然萜類化合物及其前體—一種具有廣泛藥用的天然生物活性化合物。因此，菊花成為獲得青蒿素的最佳選擇。借助基因移植，青蒿素在葉綠體中產生，隨後覆蓋整個葉片。通常，青蒿素僅在艾草的毛狀體中產生，也就是艾草表皮毛細胞，因此產量很低。

研究共同作者、耶路撒冷希伯來大學亞歷山大·溫斯坦教授的實驗室已鑒定出四個基因：ADS、CYP71AV1、DBR2和CPR。這些基因全都編碼為青蒿素合成代謝途徑的酶。把它們“移植”到新環境並添加其他基因後，預計青蒿素產量將達到商業可行的水平。

生物學家通過分析獨立轉基因株系的所有靶基因，將RNA分子轉變為單鏈互補DNA，在逆轉錄酶的作用下進行DNA拷貝。目前，首個成功培育的轉基因菊花已種植在溫室中，用於下一步的科學研究。通過高效液相色譜法與薄層色譜法證實存在青蒿素。

目前，生物學家正在提高青蒿素在所得植物中的積累水平、研發有效的分離方法以及研究抗瘧疾物質對實驗室動物的影響。