党的二十大报告作出“发展海洋经济,保护海洋生态环境,加快建设海洋强国〞的战略部署。2023年4月,习近平总书记在广东视察时,强调要加强陆海统筹、山海互济,强化港产城整体布局,加强海洋生态保护,全面建设海洋强省。今年6月,广东省委十三届三次全会提出“全面推进海洋强省建设,在打造海上新广东上取得新突破”。
作为打造海上新广东的强劲引擎,广东海洋新兴产业正助力跑出蓝色“加速度”。从2018年起,省政府设立海洋经济发展专项资金,重点支持海洋六大产业高质量发展。目前已累计投入财政资金17.5亿元。通过专项实施等一系列措施,广东省海洋战略性新兴产业增加值增速达35.7%,带动海洋产业结构不断优化,成为推动全省海洋经济增长的新动能。
广东拥有全国最长的海岸线,海洋生物资源丰富,拥有众多海洋生物产业相关的研究机构、高校、高新企业和重点实验室,海洋生物产业发展较早,走在全国前列。作为广东省重点支持的海洋六大产业之一,近年来,广东海洋生物医药等海洋生物相关产业发展迅猛,海洋活性天然产物和先导物的发现处于国内领先地位。《广东海洋经济发展报告(2023)》显示,2022年,广东海洋药物和生物制品增加值67.8亿元,同比名义增长16.9%。
广东省海洋经济发展专项中海洋生物专题支持和推动了生物资源高效开发利用,孵化形成了一大批海洋高端生物制品和药品,带动了广东海洋生物产业快速发展,同时也为南海的珊瑚岛礁及生态系统保护作出了重大贡献,特别是在海洋功能生物资源挖掘、海洋天然产物和海洋药物研发、海洋微生物新型生物酶和海洋蛋白肽的生物制品研发技术中处于国内领先地位,部分技术接近或达到国际先进水平。近日,广东省海洋发展规划研究中心组织中国新闻社、南方日报、自然资源报等媒体记者走进广州、珠海等地,深入海洋生物产业一线,近距离感受广东海洋生物发展的蓬勃动力。
深海问药
引领海洋先导化合物研究走在国际前沿
向海洋问药,打造蓝色药库。当陆地生物的探索日趋成熟时,生境独特、物种丰富的深海生物吸引了医药界的目光。世界各地在开发陆地天然药物和制取化学合成药物的基础上,转向从海洋生物中探索新的药物资源。广东在深海微生物活性先导化合物的发现方面走在国际前列,作为我国最大的综合性海洋研究机构之一,中国科学院南海海洋研究所(以下简称:南海所)在该领域贡献了多项代表性研究。
▲ 开展媒体行活动,走进中国科学院南海海洋研究所
非典型角环素类天然产物骨架类型丰富多样,生物活性优良,是开发抑菌、抗肿瘤药物和酶抑制剂的热点分子,南海所副所长张长生带领团队在抗肿瘤海洋候选药物方面取得了重要进展,发现具有抗肿瘤活性药物先导化合物28个,其中phenanthroviridone对多种癌细胞有显著的生长抑制活性,其中对人神经癌细胞株抑制活性达到纳摩尔级别,除此之外,phenanthroviridone对金黄色葡萄球菌也有显著抑制,其活性与万古霉素相当。团队完成了5个抗肿瘤海洋候选药物成药性评价,为开发具有我国独立自主知识产权的医药产品及其生产方法奠定基础。“海洋微生物抗肿瘤活性化合物Fluostatins的生物合成研究”入选“2022年度中国海洋与湖沼十大科技进展”。
▲ 记者团了解海洋微生物药物研发进展
南海所研究员刘永宏带领团队阐明了海洋微生物来源粉蝶霉素类先导化合物的抗肾癌新机制,在化学基因学模式下同时发现活性天然产物和确认分子靶标,是海洋天然产物化学基因学研究的代表性工作,具有较好的药物开发前景。据该团队成员介绍,研发团队充分利用海洋微生物天然产物的研究积累和基础,在两年时间内,从海洋微生物中筛选发现27个具有抗肾癌活性的天然产物,在海洋抗肾癌活性化合物方向形成独特优势。特别是对具有抗肾癌活性的粉蝶霉素类天然产物进行深入挖掘,分离获得粉蝶霉素类天然产物33个,其中新结构21个,是国际上掌握该类资源最多的课题组。该研究项目为新型肾癌靶向药物研发的提供新靶点新机制的药物先导化合物,有助于推动广东省海洋生物医药产业,特别是海洋微生物药物研发的高质量发展。
解决“卡脖子”难题
3500米深海微生物“炼”抗结核新药
海中蕴藏着种类多样、数量巨大又完全不依赖光合作用的海洋微生物,深海环境营养匮乏,为了争夺生存空间,深海微生物会产生抗生素以拮抗周边微生物的生长,生态竞争促使它们产生了多样性药源分子。
结核病仍是全球单一传染病死亡的十大原因之一,世界卫生组织《2022年全球结核病报告》显示,2021年,全球新发结核病患者1060万例,共有160万人死于结核病。目前临床上应用的4个一线抗结核药物和8个二线抗结核药物均发现于上个世纪40年代到70年代期间,此后40年再无新的抗结核药物出现。抗生素的长期使用不可避免的使得结核分枝杆菌对抗结核药物产生了耐药性。耐药性结核病已成为全世界治疗结核病防控面临的共同困境。
“我国是结核病高负担国家,多重耐药、泛耐药及结核病与HIV并发感染,给结核病治疗和防控带来了很大挑战,对高效低毒且具有自主知识产权的新型抗结核药物的需求日益迫切。”南海所研究员马俊英强调,目前虽然美国FDA和欧盟自2012年后陆续批准了3个抗耐药结核菌药物,但均存在较为严重的副作用。
怡莱霉素E的发现,为抗结核新药研制带来了曙光。“怡莱霉素E来自深海微生物,是全新机制的抗结核药物先导化合物。”作为怡莱霉素E研究团队成员之一的马俊英说。
2011年,依托南海所的广东省海洋药物重点实验室主任鞠建华带领团队从3500多米的深海底泥样品中分离得到一株放线菌,经过发酵优化,发现其发酵提取物对抗耻垢分枝杆菌具有较强的选择性抑制活性。此后6年时间里,鞠建华团队综合利用多学科技能等获得了单体化合物并确定了活性成分的结构,鉴定了其生物合成基因簇,阐明了其合成机制并实现了在野生型菌株中产量较低的强效抗结核化合物怡莱霉素E的定向高产,进一步通过发酵工艺优化等多种策略,将活性分子产量由不足1㎎/L逐步增加到约900㎎/L,解决该先导化合物可持续供应的问题,相关成果入选2017年度“中国海洋与湖沼十大科技进展”和国家自然科学基金委年度资助成果一书。
“无论从活性、机制、作用特征,还是未来抗结核药物的研发方向来说,怡莱霉素都是非常有开发潜力的抗结核候选药。”据马俊英介绍,怡莱霉素E的体外抗结核活性显著,其对结核分枝杆菌的抑制活性是纳摩尔级别(9.8nM),是对照药物利福平活性的30倍;相较广谱抗生素在杀灭病原菌的同时也对肠道菌群等也有一定的抑制或杀灭作用的副作用而言,怡莱霉素E是窄谱抗生素,只对分枝杆菌起作用,具有种属专属性。
目前,团队正在进行怡莱霉素E的临床前研究,包括深入的作用机制研究药物制剂研发药代、药动及系统安全性评价等,推动抗结核候选海洋药物怡莱霉素E进入临床试验阶段,为我国的结核病的防控提供新机制海洋药物。
创新引领
充分挖掘海洋健康产业的潜力
海洋生物产业关键技术是产业发展的核心动力,关键核心技术受制于人已成为制约经济高质量发展的瓶颈。广东省在海洋健康产业和生物制品研发方面,特别是海洋生物蛋白肽、糖类、油脂等功能性大分子的发掘和作用机制等关键技术具有国内领先的优势,科研单位和企业产学研合作,在技术转化和成果开发方向成果突出。
暨南大学陈填烽教授团队主持开发的高纯度含硒藻蓝蛋白作为肿瘤化疗增敏剂的研发项目,获2020中国抗癌协会科技奖二等奖。据陈填烽介绍,藻蓝蛋白是微藻里面非常关键的组成部分,是一个非常好的治疗肿瘤的海洋天然活性成分,开发藻蓝蛋白或者海藻活性成分功能化的纳米硒的药物,将其应用在肿瘤的预防和治疗中,不仅能提升治疗效果,同时也能降低化疗药物及放射药物对患者的正常组织以及免疫系统的作用。
陈填烽告诉记者,从海藻的养殖,富硒产品的开发,高纯度蛋白的纯化技术及一些功能化纳米硒产品的开发,到产业转化、临床应用等整个系统环节,团队层层把关,解决了非常关键的产业难题。“全世界能够实现功能化纳米硒的大规模工业化的生产只有我们”陈填烽强调,该项目突破了现有的行业瓶颈,特别是在硒的开发方面,建立了非常高的技术壁垒,对整个行业产生非常关键的影响。目前,功能化纳米硒产品已经在市面销售,在用于患者的治疗上,早期已经实现了规模化生产,服务了很多下游企业,实现了从“科研成果”到“药品”的蜕变。
除此之外,陈填烽参与的富硒大型海藻的生物医药高值化开发关键技术研究项目相关成果获得了教育部高等学校科学研究优秀成果二等奖。据悉,该项目以前期实验室优化的大型海藻龙须菜光合富硒培养条件为基础,利用自主设计的具有自主知识产权的高富硒大型海藻培育防污培养装置,在广东汕头南澳县建立了在低温下以亚硒酸盐(Na2SeO3)诱导大型海藻龙须菜的光合富硒培养养殖基地200亩,富硒龙须菜经自主设计的具有自主知识产权的和海藻混合干燥装置干燥后用于制作饲料和提取海藻多糖的原料;建立了溶剂法、酸提取法和醇提取法结合凝胶色谱柱多级分离等富硒海藻多糖的提取方法和工艺,并建立了中试生产线;纯化的富硒海藻多糖作为原料生产了富硒海藻多糖压片和纳米硒胶囊,并获得新产品批件;并进一步完成了以硒多糖的毒性,安全性以及生物医药潜在应用(抗肿瘤和缓解神经退行性疾病)为核心内容的基础研究。
对虾是我国乃至世界主要水产养殖动物之一,在水产养殖业中占有重要地位。随着对虾养殖业的不断发展,水产养殖户对优质、高效亲虾的需求也日益迫切。然而在自然条件下,雌性亲虾性腺却难以大批量集中成熟,影响对虾苗种生产,而商业性培育对虾苗种时通常采用眼柄剪除技术对雌性亲虾性腺进行催熟方式,存在诸多弊端,进而影响经济效益,制约对虾养殖业发展,开发新的安全高效便利的催熟方法尤为重要。为解决上述问题,中国水产科学研究院南海水产研究所邱丽华团队牵头了对虾功能性生物制剂的研制与开发项目,该项目调控斑节对虾性腺发育的关键制约因子,研发了RNA干扰生物制剂,使亲虾利用率提高、死亡率降低,虾苗成活率更高,对提高我国本土品种养殖产业的发展起到促进作用,获得广东省科学技术二等奖。
“靶基因的选取,注射流程及成本的控制是研发过程中难点所在”邱丽华透露,为了解决研发难点,团队前期大规模潜在参与卵巢发育调控基因的挖掘及生物功能性实验的开展,从细胞、对虾活体等不同层面筛查、挖掘并确定RNA干扰的靶基因。目前,“斑节对虾雌性亲虾性腺促熟小干扰RNA组合物、试剂盒及使用方法”已获得国家发明者专利授权,并在部分企业进行了应用示范,形成了良好的社会反馈。
填补国际空白
砗磲苗种规模化生产打造“金山银海”
在珠海长隆投资发展有限公司(以下简称珠海长隆)的珊瑚、砗磲种质资源库内,一万余株珊瑚和砗磲被精心照料于玻璃槽中,在灯光照射下,仿佛置身色彩斑澜的海底世界,见证了广东省珊瑚、砗磲海洋生物资源保护修复取得很大进展,也认识到养护背后的艰辛与不易。
▲ 珊瑚、砗磲繁育基地的“金山银海”
据介绍,依托珠海长隆珊瑚研究中心,珠海长隆与中科院南海所等科研机构合作,在珠海横琴建立珊瑚繁育基地,共同培养了一支达到国际领先水平的珊瑚礁人工繁育增殖科研团队,投身海洋生态保护的行列。在广东省海洋专项科研项目支持下,科研团队自主研究和保育软珊瑚目、石珊瑚目等各类珍稀珊瑚类,经过多年努力,成功培育珊瑚达3000株,对推动珊瑚礁生态修复具有重要意义。
“珊瑚、砗磲与虫黄藻是共生关系,互惠互利,珊瑚、砗磲虫黄藻提供庇护所和光合作用原料,虫黄藻则利用二氧化碳和珊瑚、砗磲的代谢物进行光合作用,合成营养物质提供给珊瑚、碎碟。”珠海长隆投资发展有限公司的珊瑚、砗磲种质资源库的负责人介绍说。目前,珠海长隆在游乐园里创建了全球最大的活珊瑚饲养及科普展示缸体,水量超3500吨,缸内展示活体珊瑚超过3万株,各类珊瑚礁鱼类达10000尾以上,同时人工繁殖3000多株。
▲ 玻璃水缸中被精心照料的珊瑚
▲ 养护人员精心呵护下的“砗磲”
▲ 中小型个体砗磲
砗磲是世界上最大的双壳贝类,它的外套膜色彩艳丽,被誉为“海中玫瑰”。在海底,砗磲发挥着重要的生态功能,据南海所海洋经济动物遗传学与分子生物学学科组张跃环博士介绍,砗磲在珊瑚礁生态系统中占有比较大的生物量,对珊瑚礁来说是框架生物,在珊瑚礁生长发育中起到类似骨骼的作用。但由于全球变暖、海洋酸化以及人为的盗捕等因素,砗磲资源锐减90%以上。由于种群数量急剧减少,砗磲已经被列入《世界自然保护联盟》2013年濒危物种红色名录,也被中国列为国家一级保护动物。
2015年,张跃环博士开始着手进行砗磲的人工繁育研究,但砗磲人工繁殖并非易事。“砗磲是雌雄同体的生物,个体内既有精巢,又有卵巢,排卵、排精时间不确定性,近亲繁殖,虫黄藻未能自然植入,变态效率低或失败,每一个难题都会导致人工繁育的失败。”张跃环说。
张跃环贝类研究团队开始了“过五关斩六将”的闯关模式。他们经常定好闹钟,半夜等待砗磲产卵和产精,一个砗磲排放完精子,马上把它搬到另一个水槽里排放卵子,让来自不同个体的精卵结合。通过浸泡将收集起来的虫黄藻逐渐进入砗磲幼虫体内,同时对温度、盐度、光照进行最优控制,将虫黄藻植入到砗磲幼虫体内。
砗磲幼体从游泳变成固着在海底的稚贝,其形态变化过程称之为变态过程。面对最容易发生大规模死亡的的变态环节,团队经通过拉上遮帘网以减少光照,再控制温度、盐度,达到比较适宜的条件,提高变态效率,优化了传统技术工艺,将砗磲幼虫变态率由国外的不足1%提升至30%以上,优化后达到60%。“这项技术促进了砗磲苗种规模化生产,实现了从0到100的飞跃,填补了国际空白。”
2016年,张跃环贝类研究团队在国内首次成功实现砗磲人工繁育,并指导建设了活体珊瑚、砗磲种质资源库。砗磲人工繁育解决了海洋生态补偿修复珍稀生物种苗问题,可为广东沿岸珊瑚礁生态修复持续供应所需苗种。张跃环表示,目前砗磲苗种生产已经达到了规模化水平(年产量达到百万级),研究成果实现了部分转化,将其繁育技术与企业进行合作,实现了企业自主生产苗种,小部分满足水族观赏市场要求的目的,为观赏水族生物资源开发,创造新生产业带来了希望。
记者:黄兆琼 周礼雄
通讯员:郭婉华 许妍娜 张雨昕
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