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【揭秘云南省重点实验室】云南“植物王国”里的化学语言“对话者”
发布时间:2019年05月24日 11:01:00  来源: 云南网
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云南素有“植物王国之称”。

逶迤的山脉、婉娫的江河、独特复杂的自然环境、多元的气候类型,造就云南成为世界罕见的植物多样性的荟萃之地。距今,云南现代植被与植物多样性起源可向前追溯至三千三百万年。全国大约3万种高等植物中,约一半生长在云南。

这份天赐的自然资源,弥足珍贵。

不仅是为了守护这份天赐的礼物,为了更好地开发和利用,1957 年,中国科学院植物研究所昆明工作站植物资源化学研究组在昆明创建,成为云南首个植物化学科学研究单元。

从此,一批科学家进驻云南,投身科研,开始了与云南草木相伴一生的科学研究道路。 

国家重点实验室。视频截图

2001年,植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室获批成立,成为面向科学前沿和国家重大需求,以我国西部地区丰富的植物资源为研究对象,引领国际植物化学领域的研究中心之一。

5月的昆明,繁花似锦,绿荫如海,植物勃勃生长。记者带着好奇的心态,走进这个在国内外均有重要影响力的植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室,探访科学家们如何运用科技层层解密“植物王国”中的“生物密码”,聆听与科学家们与植物开启一场化学语言的“对话”。

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与草木相亲 每年与数千个植物化合物“对话”

“如果说,《中国植物志》是目前世界上最大型、种类最丰富的植物学巨著之一,它摸清了我国植物的‘家底’,为植物建立了‘户口本’。那么,我们如今在做的植物化学科学研究就是‘查清’西部植物资源的化学‘家底’,使它借助科研的力量在植物化学领域发挥出更具‘创造性’的价值。”植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室主任陈纪军如是说。

顾名思义,植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室就做两个事情--植物化学与植物资源持续利用的基础研究和应用基础研究。

“植物是有思维的。比如一种植物需要防御天敌和适应环境,可以通过合成天然产物达到效果,那么植物中的天然产物有哪些?它们有什么作用?它们是怎样合成的?如何利用才使效果更好的发挥?” 陈纪军说,实验室的科学家们所做的就是解析植物的化学语言。

近年来,实验室以天然产物研究为核心,以有机化学为基础,针对西部植物资源开展了植物化学与植物资源、天然产物活性与功能、天然产物化学合成与生物合成、创新天然药物4个方向的植物化学科学研究。其中,探索植物中的天然产物成为了植物化学研究中最核心的内容。 

“探索植物中天然产物的提取分离方法和策略,对化学成分结构进行鉴定,揭示其生物活性、功能及用途、发现分布规律以及合成机制与途径,所有的研究路径都有专门的科研团队在进行。”陈纪军说,科学研究就是一个沉心静气与植物对话的过程。 

与草木相亲,与科研同行。

实验室内。视频截图

在植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室里:

每年,有近100种植物的化学成分被研究。每年,鉴定近5000个化合物被发现。其中,至少500个以上的新化合物被发表在各种国际国内期刊杂志上。5年间,近400余种药用植物的化学成分系统研究工作被完成。

 陈纪军说:“多年来,借助着云南得天独厚的植物资源宝库,实验室为这些特色植物资源的发掘与利用提供着十分重要的科学依据。实验室已成为香茶菜二萜,五味子三萜,高等真菌化学的世界研究中心,在国际上引领相应领域的研究。在吲哚生物碱、异戊烯基间苯三酚、石松生物碱、二倍半帖等天然产物特色结构类型研究,獐牙菜属、升麻属、叶下珠属、石斛属、重楼属等重要植物药用类群的天然产物研究领域逐步形成了特色并占据国际重要影响地位。

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创新天然药的研发要经历 “万里挑一”

云南是世界上现代植物多样性最为丰富的地区之一,也是生物多样性研究的热点地区。当我们走进实验室的科学研究中心时,人眼能够看到的所谓“植物王国”并不是从一草一木的绿色植株中得以体现。

“植物王国”早已被科研人员视为天然产物的实体化合物库,储存进了“天然产物大数据中心”。 

截至目前,“天然产物大数据中心”已累计入库了10000余个中国乃至世界首次发现的天然产物。这些天然产物结构多样、独特,新颖;它们将成为我国研究天然产物奥秘的重要物质基础。

“天然产物大数据中心”还收录了植物天然产物实体化合物、结构信息、化合物的生物功能、毒理信息、应用信息、化合物来源的物种资源信息。目的是为了将植物化合物的研究数据进行标准化、信息化管理,并以天然产物的基础研究与应用研究进行科学对接,促进研究成果的早期转移、转化。

“天然产物的发现是新药创制的源头,创新天然药物研究是从实验室基础研究、应用基础研究到应用研究的必然结果。”陈纪军表示,“天然产物大数据中心”的建立,为创新药物的研发打下了坚固的科研“底座”,使得植物天然产物在历经无数次的“筛选”之后,有机会成为“万里挑一”的创新药物。 

陈纪军认为,从植物资源、化学成分、生物功能、化学合成、生物合成、创新药物的研发,是一环扣一环的研究过程,也是“万里挑一”的过程。

例如,在天然产物发现的基础上,科学家大概只能从10000个化合物中找到10个化合物开展临床研究,开展临床I、II、III期期的研究之后,大概也就只有1个化合物能被研发成为创新药物,成功上市。

实验室工作台。视频截图

2007年,陈纪军研究团队与中国科学院昆明动物研究所徐林研究团队合作,利用天然药物化学的研究方法,从一个传统中药中得到一个对抑郁症有显著疗效的活性成分--奥生乐赛特。并在2011年前完成了临床前的所有药学、药理学、毒理学的研究,一次性获得了国家食品药品监督管理局授予的I、II、III期临床试验批件;还申请了38个国家专利授权。

目前,奥生乐赛特已完成了I期临床试验,通过了对人体的安全性和耐受性的评估,在全国8家医院完成了IIa期治疗抑郁症有效性的探索,正在向IIb临床试验和III期临床试验稳步推进中。

与大多数科学家一样,这种“万里挑一”的科研路子,陈纪军与他的团队为研究一走也走了十余年。“科研是一个漫长的过程,有时候一个人走,有时候一个团队一起走,但达到成功彼岸之前,我们要做的就是坚守最初的科研决心,不动摇。” 

近年来,实验室逐渐发展成为我国创新天然药物研究的一支中坚力量。先后探寻出10余个潜在的候选天然药物分子,获得新药临床批件3项,包括2个1类新药和1个5类新药,均已完成临床I期的研究。其中,2个1类新药正在开展IIb期临床研究,3个候选药物研究获得国家重大新药专项资助;治疗呼吸道疾病5类新药“灯台叶碱”成为近五年我国批准的5个5类有效部位天然药物之一……

“原本山川,极命草木”这是篆刻在实验室门前的奠基铭,也成为了中国植物学者毕生的追求,“陈说山川之本源,尽名草木之所出”其中渗透着太多科学家对于植物科学研究的坚持。

而植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室里的这些科学家们也一样,他们夜以继日地围绕植物中的化学成分展开研究。在进行天然产物结构测试的分析测试中心中,核磁共振仪、质谱仪、各类分析与制备型高效液相色谱仪等日夜不间断地进行着测试工作,探索着这些产物天然的“外貌”和“习性”,为推动天然产物化学的发展和植物资源的持续利用提供着源源不断的创新“活水”。 

陈纪军接受采访。视频截图

与科学家聊一聊

最初了解到陈纪军的项目研究是在实验室外墙的科研团队介绍展板上,他的研究团队利用现代天然药物化学的研究方法,与现代抗精神疾病(抑郁、焦虑、睡眠障碍和抗乙肝病毒药理学方法相结合,追踪发现活性化合物,并对活性化合物开展结构修饰、有机合成等一系列的研究,为研制新的抗精神疾病药物和抗乙肝病毒药物提供理论基础和临床候选用药。

初见陈纪军,他有着科学家常有的严谨、缜密,对于学科知识有着极强的解释能力,对于他的采访,每每记者还没问完问题,他就能给出一连串的学科“干货”。

陈纪军给人最为深刻的印象是谦和,对于目前自己从事的科研项目他没有做过多的介绍,他只是说:“实验室里还有一批老科学家和中青年科学家比我优秀,比我有建树,科研的路上,我仍在不断学习、不断探索。”

实验室内器材。视频截图

【实验室名片】

植物化学与西部植物资源持续利用国家重点实验室的前身为1957年创建的中国科学院植物研究所昆明工作站植物资源化学研究组。2001年10月经科技部批准开始建设为国家重点实验室。凭借着实力雄厚的科研人才团队和得天独厚的植物资源,近年来,实验室科研工作取得了丰硕的成绩。

实验室主持或参与了973、863、国家基金重点项目、NSFC -云南省联合基金、国家科技重大专项、国家科技支撑计划、中科院重大、国家基金面上等不同层次科研项目。奥生乐赛特、芬克罗酮、灯台叶总碱等一批创新药物进入临床前和临床研究阶段。年均发表科研论文180余篇,报道新化合物超过300个,申请发明专利20余项,获得专利授权20余项。

目前,实验室已逐步建设成为国际上重要的植物化学研究中心之一。实验室将根据国家重大需求和本学科国际发展前沿,充分利用我国西部地区丰富的植物资源,争取在先导化合物发现、植物创新药、中药现代化及植物资源持续利用的原始创新和关键技术上实现更大突破,进一步促进学科发展,国际影响,加大实现科技成果转化。

  云南网记者 龙彦 杨萍 视频制作 段芃 张露露 保琲

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责任编辑:杨茜
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