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掘金“蓝土”:海洋生物技术助力药物研究

2014/06/06 来源:科技日报
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导读
据预测,至2030年,将形成1000亿元规模的海洋生物产品战略性新兴产业群,达到中等海洋生物技术强国水平,为2050年全面建设成为世界海洋生物技术强国奠定基础。


党的十八大提出了建设海洋强国战略目标。我国海洋科技取得了哪些成绩?还有哪些困难亟待克服?当我们强调海洋经济的时候,是不是已经对海洋有了深入的了解?海洋科学技术研究有哪些特点,需要怎样的管理机制创新?

5月28日,科技部社会发展司与中国21世纪议程管理中心共同举办专家座谈会,来自我国深海探测与运载作业技术、海洋环境监测技术、海洋油气资源勘探开发技术及海洋生物技术领域的专家,就上述问题展开了热议。在6月8日世界海洋日来临之际,本报特刊发这组海洋科技发展系列报道,回应业界关切,解答读者疑惑。让我们一起“关心海洋,认识海洋,经略海洋”。

洗衣液里加入“海洋低温蛋白酶”,即便是接近零度的水温,也能轻松去除衣物上的顽固污渍;海藻多糖药物缓释剂的出现,让速释和缓释药物颗粒像“接力跑”一样持续起效,将高血压和糖尿病患者从一天服用三次药的麻烦中解放出来……这些成果,只是人类利用海洋生物技术的缩影。

海洋生物种类占全球物种80%以上,与陆地生物不同的是,海洋生物有着独特的基因组和代谢规律,是开发海洋药物、生物制品、食品和其他功能产品的重要资源。

“我国海洋生物技术处于技术储备阶段,要达到中等发达国家的水平,还需要两三个五年计划的追赶。”国家863计划海洋生物技术主题专家组组长、第二军医大学生物化学与分子生物学系主任焦炳华教授说,海洋生物资源的高效、深层次开发利用,尤其是海洋高端生物产品的研究与产业化已成为发达国家竞争最激烈的领域之一。

厚积薄发的海洋药物产业

“大家熟知的抗生素头孢菌素、抗结核病药利福霉素等,就是最早从海洋生物中发现的疗效很好的海洋药物。”焦炳华告诉记者,现代海洋生物技术的真正发展始于上世纪80年代,“九五”期间,海洋高技术被列入国家863计划。在3个五年计划的重点资助和支持下,以海洋药物、海洋生物制品和渔业资源可持续利用为代表的海洋生物技术得到跨越式发展。

我国是最早将海洋生物用作药物的国家之一,在上世纪八九十年代就批准了5个海洋多糖药物上市。由于研究与开发起步较晚,技术与品种积累相对薄弱,我国海洋药物产业依然处于孕育期。

“作为海洋天然产物的抗肿瘤制剂代表,ET-743从发现到成药走了近40年。”焦炳华说,早在1969年,国外学者从加勒比海的海鞘中分离得到ET-743,发现这种海洋生物碱的抗肿瘤活性比临床抗肿瘤药物作用活性高了1—3个数量级。

“首要问题是药源如何解决,大量的动物试验和人体临床试验需要足够的样品,这是海洋药物研发的瓶颈,国外也是如此。”焦炳华解释说,ET-743在天然海鞘中含量很低,不能直接提取获得临床试验所需样品量;水产养殖的海鞘很难获得稳定药源。由于ET-743复杂的分子结构,使得全合成反应难以达到工业化生产要求。

西班牙一家公司在药源获取方面率先取得突破。2007年,ET-743获得欧洲医药管理局的批准,目前正在美国进行顽固性卵巢癌和转移性肉瘤的Ⅲ期临床试验。

“我们真正走进国际市场的海洋药物仍是空白。”焦炳华直言,虽然我国对ET-743的合成研究有了新进展,但国际上ET-743及其类似物的研究仍然为西班牙公司主导,“这也体现了我国药物研究的自主研发能力偏弱”。

近年在国家支持下,重点建设了海洋药物研究的技术平台,突破了一批先导化合物的发现和海洋药物研究的关键技术,为后续海洋药物的开发与应用奠定了丰富的资源和化合物基础,储备了重要的技术力量。

值得关注的是,我国科学家从海洋生物中发现了一批结构新颖和活性多样的针对重大疾病的药物先导化合物。比如,中国海洋大学自主研发的抗老年痴呆药物HSH971,已进入Ⅲ期临床阶段,并于2009年以8100万美元的价格转让美国新诺华公司。此外,还有20余种针对恶性肿瘤、心脑血管疾病等的候选药物正在开展成药性评价和临床前研究阶段,5个海洋药物正在开展临床研究。

南极磷虾捕捞之困

2012年,我国海洋生物经济占海洋产业生产总值18.6%,海洋渔业达到17.8%,海洋生物医药业仅占0.8%。如果说海洋药物和生物制品是海洋生物产业的朝阳产业,涵盖捕捞业、养殖业、海产品储运与加工业等传统产业的海洋渔业,则是蓝色生物经济中的基础和战略性产业。

然而,捕捞过度使得海洋渔业前景堪忧。“我们应将视线转向远洋渔业资源,如南极生态系统的关键物种南极磷虾,其生物量约为6.5—10亿吨,不仅是重要的战略资源,也有巨大的医药保健和工业原材料开发利用前景。”

世界卫生组织曾将南极磷虾、对虾、牛乳和牛肉的氨基酸综合营养价值比较评分,结果是磷虾得100分,牛肉96分,牛乳91分,对虾71分。除了作为珍贵的保健食品原料,南极磷虾体内特有的低温蛋白酶、脂肪酶等,也是重要的工业原料。

南极磷虾的捕捞始于20世纪60年代,前苏联于1972年在南极水域进行商业捕捞。焦炳华告诉记者,磷虾捕捞量由磷虾加工制品的市场需求量决定,挪威、日本、韩国、智利等国是进行南极磷虾商业捕捞量最多的国家。如今,已有5家从事磷虾高值利用的国际公司,围绕动物饲料、人类食品、保健品及医药化工原料打造产品,南极磷虾综合开发利用产业链基本形成。

2009年起,我国开始对南极磷虾进行探捕。“我们对南极磷虾的资源认识不足,从未对南极磷虾资源进行过科学调查,缺少渔场环境与气象条件等信息,在其资源养护措施及捕捞限额分配国际谈判中缺少话语权。”焦炳华说:“南极磷虾富含的蛋白酶极易降解虾肉,空气中搁置半小时就会变成一只虾壳。从清洗、脱壳到虾肉冷冻、干燥,提取高附加值的蛋白质和虾油,再把渣滓烘干打包,发达国家基本在渔船上完成。”

由于缺乏一系列关键技术和设备,我国在捕获南极磷虾后,只能在船上冷冻后再运回陆地进行加工,加工产品且大多为低附加值的动物饲料。“与捕捞的成本相比,磷虾的资源利用率不高。”焦炳华坦言,“我国磷虾产业目前最突出的问题是,磷虾专用综合捕捞加工船的设计、建造和高附加值产品产业化技术的突破。”

虽然我国南极磷虾渔业处于试验性商业开发的初级阶段,业界专家表示,随着捕捞技术的突破,高值产品的产业链基本形成,南极磷虾资源将在保障我国食品安全供给方面的重要性日益显现。据估计,我国对南极磷虾形成商业性开发后,45年内年捕捞产量可达10—20万吨,10年内有望形成年捕捞量100万吨、捕捞业年产值30亿元(原虾)的生产规模。

从顶层设计上布局谋篇

“无论是传统的海洋渔业,还是新兴的海洋医药产业,近年的进步有目共睹。但与发达国家相比,我国海洋生物资源开发利用领域工程与科技尚有不小差距。”焦炳华用“资源、技术、产品、体制”概括了问题所在。

《中国海洋生物种类与分布》已确认的我国海洋生物资源种类达到20278种,作过描述或初步鉴定的仅有1500种,初步研发的不到200种。焦炳华表示,技术层面上而言,研究基础薄弱,关键技术亟待完善与集成。

品种单调,产业化程度低、应用领域狭窄,折射出我国海洋生物产品总体创新能力不强的现状。焦炳华更为担忧的是,体制层面上国家资助力度小,企业参与度低。

目前,我国海洋生物资源开发利用方向的国家资助主要源于国家863计划,从“九五” 到“十二五”期间,国家对海洋生物资源的开发利用投入不到10亿元;而美、日、俄、欧等海洋大国,近30年来总投入已超500亿美元。

“我国海洋生物资源开发利用的力量相当分散,相互间高效协作机制尚不完善。全国约有30余家单位从事海洋生物产品研究与开发方面的工作,参与研发的科技人员不过500人,且分散在有关高等院校和研究所。”焦炳华称,由于我国海洋生物产品研发基础薄弱、品种储备较少等现实问题,企业参与投入的积极性不高,以企业为主体的海洋生物产品研发体制尚未形成,产学研用的创新体系也未建立,严重阻碍了我国海洋生物资源开发利用的快速发展。

党的十八大报告提出建设海洋强国战略。“我们需要从顶层设计上规划海洋生物科技的发展,迫切需要国家科学计划或重大专项的持续支撑。”焦炳华强调,在政府引导、加大投入、培育市场的同时,打通产学研用的产业链后,未来5—10年,我国将在海洋创新药物、海洋高端生物制品、海洋功能基因产品、海洋微生物技术与产品、海水产品加工与高值化利用、远洋和极地渔业资源可持续利用等方面全面推动产业化进程,初步形成海洋生物战略性新兴产业。

据预测,至2030年,将形成1000亿元规模的海洋生物产品战略性新兴产业群,达到中等海洋生物技术强国水平,为2050年全面建设成为世界海洋生物技术强国奠定基础。

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