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身在植物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室 是不是真的冷到?jīng)]朋友？| 走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 文章來源:植物化學(xué)與西部植物資源持續(xù)利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 | 發(fā)布時間：2018-10-25 | 作者:鞠鵬 | 瀏覽次數(shù)： | 【打印】 【關(guān)閉】 充滿危險(xiǎn)的世界，植物們是怎么生存下來的？它們或者憑借著強(qiáng)大的繁殖能力，或者依靠著變態(tài)特化的植物器官，更有高級者通過制造“化學(xué)武器”來保護(hù)自己。 植物為了生存、繁衍或適應(yīng)環(huán)境產(chǎn)生了各種各樣的化學(xué)物質(zhì)，植物中的化學(xué)成分的“進(jìn)化”拉開了自然界中各類物種的軍備競賽，“有毒”與“解毒”，“生存”與“死亡”，進(jìn)化在競爭中展開。各物種的協(xié)同進(jìn)化，推動了生物的不斷演化，直到今天我們見到的模樣。
危險(xiǎn)而又美麗多彩的自然是孕育植物化學(xué)成分的“搖籃”（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)） 隱秘而偉大，這就是植物中的化學(xué)成分。而只需要點(diǎn)出幾個歷史的片段，就會發(fā)現(xiàn)它們無處不在： “鴉片”，來源于植物罌粟，一度影響了中國的現(xiàn)代史。 “青蒿素”，來源于植物黃花蒿，抑制著非洲大陸瘧疾泛濫的功臣化合物。 “紫杉醇”，來源于植物紅豆杉，治療腫瘤的世界知名化學(xué)成分。 “尼古丁”，來源于煙草，讓人又愛又恨爭議最多。 “阿司匹林”，史詩級的具有開創(chuàng)性的藥物。 還有征服了世界的咖啡、茶葉、各種香料……
與植物化學(xué)相關(guān)的生活用品（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)） 我們的實(shí)驗(yàn)室——植物化學(xué)與西部植物資源持續(xù)利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室就是研究植物中奇妙化學(xué)成分的殿堂。 要想了解我們實(shí)驗(yàn)室，就來看看“日常三部曲”和“三個問題”吧。
一間普通而又經(jīng)典的植物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)室日常三部曲 那么這個奇妙的實(shí)驗(yàn)室是如何開展研究的呢？按照研究階段的進(jìn)行劃分可分為提取-分離-鑒定。 提取 提取階段以溶劑為核心，目的是為了將物質(zhì)從植物的組織中“抽提出來”，得到植物化學(xué)成分的混合物。 這個階段看似簡單但卻與日常生活最為相關(guān)：如小餐館里各類藥材泡酒，生活中沖泡的咖啡、茶葉，甚至做菜用的各類調(diào)料，都是通過溶劑（如水）將化學(xué)成分從肉眼可見的“物質(zhì)外殼”里“抽出來”。
提取步驟：新鮮植物——溶劑提取（化學(xué)成分）——回收溶劑——提取浸膏 當(dāng)然這個階段我們只能發(fā)現(xiàn)溶劑顏色或者氣味發(fā)生了變化，植物外形本身可能變化不大（顏色和氣味除外）。民眾對這個階段的認(rèn)識不夠，也沒有有效的手段去監(jiān)控，因此才有了部分不良商戶通過這個方法對藥材進(jìn)行提取后再將藥渣曬干返賣給消費(fèi)者的事。 分離 上一步我們從植物里提取的成分其實(shí)是混合物，如來源于植物的中藥材（如甘草）通過煎煮得到一大碗棕色的“湯藥”，其中可能有數(shù)十甚至上百種化學(xué)成分。 這時，就要利用植物中化學(xué)成分不同的性質(zhì)，通過不同的填料、溶劑系統(tǒng)、分離方法將不同的成分從混合物中分離得到單體。 分離階段就是把一群“樣貌各異”“骨骼清奇”并“各具特長”的化合物，通過各種“體育比賽”篩選出來，或短跑“蘇炳天”，或跨欄“劉翔”，或女排“朱婷”，并將所有參賽情況記錄下來，以便逐一找出不同特點(diǎn)達(dá)到明確區(qū)分的目的。
分離前的化學(xué)成分 各類分離方法 我們可以先對混合物“以貌取人”：先用石油醚萃取一下，比較“胖”的“親油”化合物被分組到一堆；“微胖界”的被乙酸乙酯分到一組；特別“瘦”的、沒什么脂肪的都溶解在水中聚在一起，再通過葡聚糖凝膠層析柱讓它們來個3000米跨欄跑?？傊覀兺ㄟ^不同的項(xiàng)目最終將這群“人”一一區(qū)分出來并逐一登記下它們走到“終點(diǎn)”的情況。 當(dāng)然也會遇到一些常見的“極端”情況：樣貌相似的孿生兄弟（手性分子），身材能力性格都差不多，通過了各個項(xiàng)目后還能同時到達(dá)終點(diǎn)。這時需要更為嚴(yán)苛的項(xiàng)目來仔細(xì)區(qū)分它們微小的差別，如手性分離材料、高效液相色譜，好比負(fù)重30公里越野鐵人三項(xiàng)，總歸能把細(xì)小的能力差別放大成距離差異，最終孿生兄弟也會先后通過終點(diǎn)被記錄下來。 在這個階段，充滿了“枯燥重復(fù)而又漫長”的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，你可以看見或者檢測到各種各樣填料中那些不同的成分在“運(yùn)動”中顯露出自己的本色，也可以通過各種顯色方法或者儀器檢測觀察出微觀世界的比賽進(jìn)展。 鑒定 鑒定階段以分析儀器檢測為核心，目的是為了對不同時間“沖過終點(diǎn)”的單一化學(xué)成分進(jìn)行判別，比如“身高”幾許，“體重”如何，“膚白貌美”還是“骨骼清奇”。
植化界的“天眼”：各類化學(xué)成分結(jié)構(gòu)信息檢測儀器 我們首先用核磁共振儀、質(zhì)譜儀、X-晶體衍射儀、氣-質(zhì)聯(lián)用儀從某一個方面檢測出這些化學(xué)成分的“外貌”信息，然后匯總信息，分析出這些化學(xué)成分外貌圖。 然后我們需要把外貌圖和其他植物化學(xué)成分進(jìn)行比對，看看它們是否也存在于其他植物里面；如果在其他植物里沒有發(fā)現(xiàn)過這個化合物，那么恭喜你，你可能中了大獎：在人類史上首次從植物中觀察并得到新結(jié)構(gòu)的分子。 新藥研究 終極三問 我們探索的腳步是否就停止在“日常三部曲”呢？這些燦若星斗的分子，如繁星般綴滿我們知識的宇宙，是否只是為我們?nèi)祟愄峁┝艘粋€美麗的幕帳呢？當(dāng)然不是！
我們的“星辰大?！保?span style="font-size: 10.5pt">來自植物的天然產(chǎn)物 它們從何而來？它們將要何去？它們可有何用？ 如果你腦海中出現(xiàn)了以上三個問題，恭喜你理解了我們的學(xué)科并開始思考科學(xué)問題了。為了求知而進(jìn)行研究是一種科學(xué)研究的狀態(tài)，為了求知來改善我們的生活則是另外一種。 學(xué)科之間的交叉、衍伸、融合從沒有像今天一樣劇烈而頻繁。如果單從植物化學(xué)學(xué)科來看，系統(tǒng)高效地發(fā)掘植物中這些奇異的分子，研究它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、了解它們的分布規(guī)律，本身就是一門純粹的科學(xué)。但如果將其放到新藥發(fā)現(xiàn)的科學(xué)研究中，它們就變成了新藥研究中源頭創(chuàng)新的重要一環(huán)，即為新藥的研究提供了眾多的候選分子個體。 藥理學(xué)家們通過對這些化學(xué)成分進(jìn)行細(xì)胞篩選、動物體內(nèi)篩選、志愿者體內(nèi)篩選、病患者臨床試驗(yàn)，一步步把這些具有“治療效果”（生物活性）的化合物篩選出來，再通過化學(xué)家的修飾甚至合成，制造出我們?nèi)粘Ｊ褂玫乃幤穪怼?/p> 如果把疾病看作一把鎖，打開這個鎖就表示治愈。那么這些化學(xué)分子就是一把把的鑰匙，有的齒孔不對根本打不開（無效），有的可能齒孔基本能對得上，需要化學(xué)家再打磨一下齒孔（修飾一下結(jié)構(gòu)）。比如本實(shí)驗(yàn)室研究的“抗抑郁癥天然藥物1類新藥奧生樂賽特”，其分子來源于傳統(tǒng)中藥，經(jīng)過活性篩選、結(jié)構(gòu)修飾、動物實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)其治療抑郁癥效果明顯，因此獲得臨床試驗(yàn)的批件，為近五年我國批準(zhǔn)的3個1類單體天然藥物之一，也是國家重大新藥專項(xiàng)4個十三五重點(diǎn)推進(jìn)的項(xiàng)目之一，并入選國家制造強(qiáng)國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會發(fā)布的《中國制造2025》重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖。
活性篩選 結(jié)構(gòu)修飾 我們就是這樣在浩繁的植物世界中發(fā)掘并鑒定著寶貴的天然分子，記錄著它們的信息。雖然科學(xué)的歷程總是荊棘滿路，有趣的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室重復(fù)一千遍也會變得枯燥乏味，但是我們總是記得孫漢董院士的寄語：“做研究，尤其是我們做基礎(chǔ)科研的一定要有坐‘冷板凳’的精神”。 植物化學(xué)冷問答 冷到?jīng)]朋友！ 植物隨處可見，于是就隨時有朋友問我們一些奇奇怪怪的問題，然而，我們的回答不一定能讓他們滿意……
（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)） 1.三、五十萬的投入？咱再聊聊 問：老師，我們家鄉(xiāng)有個植物可以治療腫瘤，你們實(shí)驗(yàn)室是不是可以化驗(yàn)一下？看看能不能做成藥賺錢？ 答：可以呀，但是要找到里面確定的化學(xué)成分再去做生物活性再按照國家標(biāo)準(zhǔn)做臨床試驗(yàn)時間有點(diǎn)長哦，你等得起嗎？還要花點(diǎn)錢呀。 問：要等多久？花錢沒事呀，三、五十萬的還是給得起的。 答：前期采樣、分離鑒定時間短，運(yùn)氣好大概一年半到兩年吧，后面臨床前研究稍長點(diǎn)也要個兩三年吧，臨床試驗(yàn)時間長要七八年，拿到批件可以上市的話就比較快了。三、五十萬，是每月嗎？不錯可以的……誒，朋友別走呀，咱再聊聊，這個藥物做成的概率還是比買彩票強(qiáng)好幾十倍的呀…… 2.就算把杯子煮了吃下去也沒用 問：兒子呀，微信朋友圈在傳用紅豆杉木杯喝水可以預(yù)防和治療癌癥，是不是真的呀？ 答：老媽，首先紅豆杉是國家保護(hù)植物不能亂砍，另外它的化學(xué)成分紫杉醇也沒有預(yù)防腫瘤的效果，再者這個成分含量很低，就算把這個木頭杯子煮了吃下去這個量也非常少，達(dá)不到治療效果，況且一天一個您也消化不了呀。還是用保溫杯泡點(diǎn)枸杞喝喝吧，至少味道好呀。 3.運(yùn)氣不好的不要試 問：最近經(jīng)常熬夜加班，身體有點(diǎn)虛。聽朋友說附子燉排骨可以大補(bǔ)，還有一些民間有毒的植物也是如此，可以預(yù)防感冒，預(yù)防各類疾病都效果奇好，是真的嗎？ 答：大補(bǔ)不大補(bǔ)的我不知道，燉得不好要命可是真的。在沒有搞清楚植物里面的化學(xué)成分和生物活性之前，運(yùn)氣不好的最好不要去試。還是多鍛煉身體，有規(guī)律的休息吧！ 本文圖片除標(biāo)注來源之外均為作者提供 （責(zé)任編輯：李雪） |
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