在我國抗擊新冠肺炎疫情的過(guò)程中，中醫藥發(fā)揮了獨特作用。中醫藥的傳承、創(chuàng )新和發(fā)展對我國醫療衛生事業(yè)的發(fā)展具有積極的現實(shí)意義。近年來(lái)，人工智能、大數據等高新科技為傳統中醫藥的發(fā)展不斷賦能，中醫藥領(lǐng)域取得了大量的創(chuàng )新成果。為此，本報推出“科技賦能中醫藥”系列報道，將中醫藥在診療方法、藥材研發(fā)與鑒定等方面的創(chuàng )新成果一一呈現。
中藥材DNA條形碼鑒定技術(shù)具有通用性，只需選用一個(gè)或少數幾個(gè)基因片段即可對絕大部分物種進(jìn)行準確鑒定；鑒定過(guò)程更加快速；重復性和穩定性高；實(shí)驗過(guò)程標準、操作簡(jiǎn)單；可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和信息平臺對現有物種序列信息進(jìn)行集中統一管理；可有效緩解分類(lèi)鑒定人才缺乏的現狀。
中藥材造假的現象自古有之。近年來(lái)，由于中藥材種類(lèi)繁多、來(lái)源復雜以及受市場(chǎng)利益的驅使，中藥材品種混淆、摻偽現象時(shí)有發(fā)生，不僅導致中藥材的聲譽(yù)受損，而且也對患者的生命安全造成了威脅。以白鮮皮為例，許多患者由于服用了與植物白鮮皮相似的偽品中藥材加工成的飲片，導致藥物性肝損傷。
因此，識別藥材真假偽劣尤為重要。然而，許多混偽品與藥材形態(tài)相似，用傳統的理化鑒定方法區別較為困難。人們亟待發(fā)現一種能準確、快速、可靠地鑒定藥材的新方法，在此背景下，中國中醫科學(xué)院中藥研究所所長(cháng)陳士林研究員帶領(lǐng)科研人員研發(fā)出一種新的中藥材鑒定方法——中藥材DNA條形碼鑒定技術(shù)。
為中藥材量身定做“基因身份證”
中藥材傳統鑒定方法主要包括基原鑒定、性狀鑒定、顯微鑒定和理化鑒定。
這些鑒定方法各有側重�；b定應用植物、動(dòng)物或礦物的形態(tài)學(xué)和分類(lèi)學(xué)特征，對中藥材的來(lái)源進(jìn)行指認，因而對所鑒定材料的完整度有較高的要求；性狀鑒定是對藥材宏觀(guān)性狀的感官鑒定；而顯微鑒定主要依據的是藥材微觀(guān)構造和特征；理化鑒定則是根據藥材的某些物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)，采用物理或化學(xué)手段，對其進(jìn)行真偽鑒別。
“不過(guò)，這些方法在一些近緣種、易混種的中藥材鑒定上存在局限。此外，傳統鑒定方法依賴(lài)經(jīng)驗，對鑒定人的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)要求較高。由于相關(guān)人才培養周期長(cháng)，很多地方的老藥工已經(jīng)很少，面臨人才斷代的困境�！敝袊嗅t科學(xué)院中藥研究所所長(cháng)陳士林告訴科技日報記者，中藥材DNA條形碼鑒定技術(shù)很好地解決了這一難題，讓中藥材鑒定不再依賴(lài)藥工。
陳士林介紹，DNA條形碼的概念由加拿大動(dòng)物學(xué)家保羅·赫伯特首次提出，是指使用一段較短的、標準的、易擴增的DNA片段對物種進(jìn)行快速、準確、標準化的鑒定。而中藥材DNA條形碼主要記錄的是現行分類(lèi)系統下代表中藥材物種的DNA序列信息。中藥材DNA條形碼鑒定技術(shù)就是適用于中藥材物種鑒定的DNA條形碼，通俗來(lái)講，就是為中藥材量身定做的“基因身份證”。中藥材要獲得屬于自己的“基因身份證”，需要利用分子生物學(xué)手段，進(jìn)行DNA提取、PCR擴增和序列測定、序列分析等。
陳士林認為，相比傳統的中藥材鑒定方法，中藥材DNA條形碼鑒定技術(shù)具有多方面優(yōu)勢。
“該技術(shù)具有通用性，只需選用一個(gè)或少數幾個(gè)基因片段即可對絕大部分物種進(jìn)行準確鑒定；鑒定過(guò)程更加快速；重復性和穩定性高；實(shí)驗過(guò)程標準、操作簡(jiǎn)單；可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和信息平臺對現有物種序列信息進(jìn)行集中統一管理；可有效緩解分類(lèi)鑒定人才缺乏的現狀�！标愂苛终f(shuō)。
近年來(lái)，DNA條形碼鑒定技術(shù)在中藥材鑒定中已得到成功應用，擺脫了傳統形態(tài)鑒定方法依賴(lài)長(cháng)期經(jīng)驗的束縛。陳士林強調，該技術(shù)有利于標準化，是中藥分子鑒定方法學(xué)上的創(chuàng )新。
不過(guò)，這項鑒定技術(shù)也存在短板。陳士林解釋?zhuān)骸坝捎贒NA條形碼鑒定技術(shù)主要在核酸層面對物種進(jìn)行鑒定，不包含物種的性狀和物理化學(xué)質(zhì)量標準信息。所以，對于在炮制或加工過(guò)程中DNA降解的藥材鑒定能力有限。另外，DNA條形碼不能鑒定礦物藥材�！�
讓中藥材鑒定更趨標準化
近年來(lái)，國內相關(guān)團隊正在推動(dòng)中藥材DNA條形碼鑒定技術(shù)體系的建立。
比如，陳士林本草基因組學(xué)團隊在大樣本量中藥材基因序列篩選研究基礎上，出版了《中國藥典中藥材DNA條形碼標準序列》和《中藥DNA條形碼分子鑒定》，建立了中藥材DNA條形碼分子鑒定體系。
“該體系包括以ITS2+psbA-trnH為主體的植物類(lèi)藥材DNA條形碼鑒定體系和COI+ITS2的動(dòng)物類(lèi)藥材DNA條形碼鑒定體系�！标愂苛纸榻B。
2010年，陳士林團隊比較了7個(gè)候選DNA條形碼，篩選的標準包括PCR擴增效率、種內/種間遺傳變異等。通過(guò)對7個(gè)門(mén)753個(gè)屬4800個(gè)物種6600多個(gè)樣品的ITS2序列鑒定能力進(jìn)行分析，顯示ITS2在物種水平的鑒定效率高達92.7%。
因此，陳士林團隊建議將ITS2作為藥用植物標準DNA條形碼，同時(shí)建議ITS2可作為新的通用條形碼用于鑒定更廣泛的植物類(lèi)群。2011年，中國DNA條形碼植物工作組對來(lái)自75科141屬1757物種6286樣本的4個(gè)DNA條形碼進(jìn)行研究，建議把ITS/ITS2作為種子植物的核心條形碼。
為了保證鑒定結果的準確性，陳士林團隊還建立了DNA條形碼數據庫。DNA條形碼數據庫不僅是存儲樣品信息和DNA條形碼序列的工具，而且是DNA條形碼研究和物種鑒定分析的生物信息學(xué)平臺，對推進(jìn)中藥材鑒定方法通用化、標準化和國際化具有重要作用。
在研究基礎上，陳士林團隊建立了中藥材DNA條形碼鑒定系統，核心數據庫涵蓋了《中國藥典》（2010年版，2015年版）收錄的幾乎所有動(dòng)物、植物藥材及常見(jiàn)混偽品，并包含了《韓國藥典》《日本藥局方》《印度藥典》《歐洲藥典》以及《美國藥典》所記錄的草藥藥材，擴展數據庫中涵蓋的物種數超過(guò)十萬(wàn)種，序列超過(guò)百萬(wàn)條。
助力中藥材產(chǎn)業(yè)發(fā)展
“中藥材DNA條形碼鑒定技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速�！标愂苛直硎�。
2019年，陳士林團隊與深圳華大智造科技股份有限公司合作開(kāi)發(fā)了我國具有完全自主知識產(chǎn)權的首創(chuàng )中草藥基因測序智能鑒定儀——中草藥DNA條形碼高通量基因測序一體機，成功攻克產(chǎn)業(yè)鏈條上游壁壘，完成硬件儀器的自主知識產(chǎn)權和國產(chǎn)化，讓我國中草藥基因鑒定擺脫了對國外儀器的依賴(lài)。
此外，通過(guò)將DNA條形碼技術(shù)與等溫DNA擴增技術(shù)、側向流檢測試紙（LFD）裝置相結合，陳士林團隊還成功研發(fā)出一種快速鑒定劇毒植物鉤吻的方法。
“該方法易于執行且不需要專(zhuān)業(yè)設備，可在30分鐘內產(chǎn)生可靠結果，適用于鉤吻的現場(chǎng)快速鑒定，也為包括植物和動(dòng)物在內的其他物種的快速現場(chǎng)鑒定提供了新的思路�！标愂苛终f(shuō)。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高通量測序具有測序讀數更長(cháng)、測序深度更深的優(yōu)勢，成為潛在的測序方法。陳士林表示：“我們基于中藥材條形碼數據庫和長(cháng)讀測序技術(shù)，提出了全長(cháng)多條形碼方法，該方法能夠識別多物種混合物的生物起源，詮釋了DNA條形碼技術(shù)在多物種混合物中的應用，對于來(lái)源復雜、形狀不明顯，或者已經(jīng)被粉碎的中藥材的鑒定研究，提供了切實(shí)可行的方向�！�
據介紹，中藥材DNA條形碼已被納入《中國藥典》（2020），為中藥材建立了“基因身份證”，從基因層面解決了中草藥與混偽品的物種識別問(wèn)題，同時(shí)也被納入了《英國藥典》，應用在中藥的種植、生產(chǎn)、加工、流通及臨床應用等多個(gè)環(huán)節。
提及中藥材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，陳士林建議，要以無(wú)公害種植為抓手，瞄準藥材品質(zhì)提升領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)，盡快開(kāi)展中藥材品質(zhì)提升工程戰略，種植、生產(chǎn)安全且優(yōu)質(zhì)的中藥材，從源頭上提升中藥材的質(zhì)量，保障用藥安全，助力中藥材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
“中醫藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須依靠科學(xué)和技術(shù)，只有掌握原創(chuàng )性的技術(shù)才能更好地助力中藥材產(chǎn)業(yè)發(fā)展�！标愂苛謴娬{。