การศึกษากระบวนการสังเคราะห์แป้ง Arabidopsis thaliana ในระดับจีโนม โดยวิธีการทางชีวสารสนเทศเพื่อการพัฒนาและปรับปรุงคุณภาพของแป้ง
Genomic Based Studies of Arabidopsis thaliana Starch Biosynthesis using Bioinformatics Tools for the Improvement of Starch Property


คุณเตวิช วรปรีดา  (หัวหน้าโครงการ)
Tayvich Vorapreeda
หน่วยปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาวิศวกรรมชีวเคมีและโรงงานต้นแบบ
ดร.อาลักษณ์ ทิพยรัตน์
Aluck Thipyarut. (Lecturer)
ดร.อัศวิน มีชัย
Asawin Meechai. (Lecturer)

ทุนหมวดเงินอุดหนุนประจำปี 2548 งบประมาณ 293,090 บาท

ความสำคัญและที่มาของการวิจัย

ปัจจุบันแป้งเข้ามามีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆมากมาย เช่น ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตขนมขบเคี้ยว (extruded snacks) และธัญญาหาร (ready-to-eat cereal) ใช้เป็นสารเคลือบผิว (shine coat) สำหรับผลิตภัณฑ์ขนมหวานต่างๆ ใช้เป็นส่วนประกอบสำหรับสารให้ความหนืด (thickeners) และสารให้ความคงตัว (stabilizers) รวมถึงการนำมาใช้เป็นส่วนประกอบทำเครื่องสำอางและยา ซึ่งอุตสาหกรรมต่างๆ เหล่านี้ต่างก็มีความต้องการแป้งที่มีคุณสมบัติเฉพาะแตกต่างกันออกไป เช่นแป้งที่มีเม็ดแป้งขนาดเล็กเหมาะต่อการนำไปใช้ทำเครื่องสำอาง เม็ดแป้งขนาดใหญ่เหมาะต่อการนำไปทำผลิตภัณฑ์หมักดอง และแป้งที่มีปริมาณอะไมโลส (amylose) สูงเหมาะต่อการนำไปใช้เป็นสารให้ความหนืดหรือทำเป็นเจลได้ดีเป็นต้น ซึ่งข้าวและมันสำปะหลังก็เป็นหนึ่งในแหล่งที่ใช้ในการผลิตแป้งที่ได้รับความสนใจในการนำมาใช้กับอุตสาหกรรมต่างๆ เหล่านี้ เนื่องจากประเทศไทยสามารถผลิตข้าวและมันสำปะหลังส่งออกได้ในปริมาณที่สูงในแต่ละปี ซึ่งมักมีปัญหาที่พบคือข้าวและมันสำปะหลังที่ขายได้มีราคาไม่สูงนักและมักมีข้าวและมันสำปะหลังที่เหลือจากการส่งออกอยู่ ซึ่งต้องนำมาแปรรูปเพื่อเพิ่มมูลค่าให้กับสินค้าทั้งสอง ซึ่งการแปรรูปหลักที่นิยมทำกันคือการนำไปผลิตเป็นแป้ง แต่คุณสมบัติของแป้งของพืชทั้งสองตามธรรมชาตินั้นยังมีคุณสมบัติที่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของภาคอุตสาหกรรมต่างๆ ได้ดี ดังนั้นจึงมีความพยายามที่จะปรับปรุงคุณสมบัติของแป้งโดยวิธีการทางเคมี แต่วิธีดังกล่าวยังมีต้นทุนค่าใช้จ่ายและใช้เวลาค่อนข้างสูงอยู่ ดังนั้นจึงมีแนวทางใหม่ที่จะทำการปรับปรุงคุณสมบัติของแป้งของข้าวและมันสำปะหลังโดยการปรับปรุงสายพันธุ์ เพื่อให้ได้แป้งที่มีคุณสมบัติตามต้องการ ซึ่งวิธีการดังกล่าวนี้ในระยะยาวจะมีต้นทุนและค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นต่ำกว่าการปรับปรุงคุณภาพแป้งโดยวิธีการทางเคมี
แต่อย่างไรก็ตามการปรับปรุงคุณสมบัติของแป้งข้าวและมันสำปะหลังให้มีคุณสมบัติเฉพาะตัวโดยการปรับปรุงสายพันธุ์เพื่อให้เหมาะกับการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ยังไม่ประสบความสำเร็จมากนัก สาเหตุนั้นอาจเนื่องมาจากความรู้เกี่ยวกับกระบวนการการสังเคราะห์แป้งภายในเซลล์ของพืชทั้งสองที่มีอยู่ ณ ปัจจุบันนี้ยังไม่ถูกต้อง หรือไม่เพียงพอต่อการที่จะทำการควบคุมหรือเปลี่ยนแปลงกระบวนการสังเคราะห์แป้งให้มีประสิทธิภาพอย่างเต็มที่ ดังนั้นจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องทำการศึกษากระบวนการสังเคราะห์แป้งที่เกิดขึ้นภายในพืชขึ้นมาใหม่ เพื่อให้สามารถที่จะทำการสร้าง หรือทำการแก้ไขปรับปรุงกระบวนการสังเคราะห์เดิมที่มีอยู่ ให้มีความสมบูรณ์เพิ่มมากขึ้น และสามารถออกแบบและหาแนวทางที่จะทำการปรับปรุงสายพันธุ์ข้าวเพื่อให้ได้แป้งที่มีคุณสมบัติหลากหลายและเฉพาะตัวตามที่อุตสาหกรรมประเภทต่างๆ ต้องการได้
ในปัจจุบันเราอยู่ในยุคจีโนมิค (Post genomic era) ซึ่งนักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษากลุ่มของยีน (genome) และกลุ่มของโปรตีน (proteome) รวมถึงการแสดงออกของกลุ่มยีนส์ (trascriptome) และเมตาโบไลท์ต่างๆ ภายในเซลล์ (metabolome) ได้ในเวลาเดียวกัน โดยใช้เทคโนโลยียุคจีโนมิค (High throughput technology) ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้มีการศึกษาวิจัยโดยใช้เทคนิคเหล่านี้ในสิ่งมีชีวิตหลายชนิดทั้งในแบคทีเรีย รา พืช รวมไปถึงคน จึงได้เกิดศาสตร์แขนงใหม่ขึ้นคือชีวสารสนเทศ (Bioinformatics) ซึ่งเป็นศาสตร์ด้านการพัฒนาเทคโนโลยีทางด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์มาจัดเก็บและวิเคราะห์ข้อมูลทางจีโนม และศึกษาหาความสัมพันธ์และปฏิสัมพันธ์ของข้อมูลนั้นๆ เพื่อให้เกิดความรู้ความเข้าใจในกลไกการทำงานและการควบคุมในระบบต่างๆ ในเซลล์ในสภาวะแวดล้อมต่างๆ การศึกษาวิจัยในด้านนี้จะนำประโยชน์สำคัญอย่างยิ่งยวดต่อด้านการแพทย์ยุคจีโนม และทางด้านเทคโนโลยีชีวภาพ ในปัจจุบันนี้มี Arabidopsis thaliana และ Oryza sativa (ข้าว) ที่เป็นพืชที่มนุษย์ได้ทราบลำดับสายดีเอ็นเอที่สมบูรณ์แล้ว (complete genome sequence) และยังมีข้อมูลทางด้านชีวเคมี (biological data) และสรีรวิทยา (physiological data) จากพืชต่างๆ เช่น Patato (Solanum tuberosum) Tomato (Lycopersicon esculentum) Maize (Sea mays) Barley (Hordeum vulgare) Wheat (Triticum aestivum) และ Sorghum (Sorghum bicolor) เป็นต้น ทางกลุ่มวิจัยนี้จึงสนใจที่จะประยุกต์ใช้ศาสตร์ทางชีวสารสนเทศมาศึกษาข้อมูลจีโนมของทั้ง A. thaliana และ O. sativa เพื่อให้เกิดความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับวิถีการสังเคราะห์แป้งที่มากขึ้นซึ่งจะนำไปสู่แนวทางการพัฒนาและปรับปรุงพันธุ์พืชเพื่อให้ได้แป้งที่มีคุณสมบัติตามต้องการต่อไป ในโครงงานวิจัยที่เสนอนี้มีแผนงานจะนำเอาเทคนิคต่างๆ ทางชีวสารสนเทศมาศึกษาข้อมูลจีโนมของ A. thaliana และ O. sativa โดยมีความมุ่งหวังเพื่อปรับปรุงวิถีการสังเคราะห์แป้งและศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างเอนไซม์ต่างๆ กับคุณสมบัติของแป้ง เพื่อนำข้อมูลที่ได้มาใช้เป็นแนวทางในการปรับปรุงพันธุ์พืชที่มีความสามารถผลิตแป้ง เช่น ข้าวและมันสำปะหลัง ให้สามารถสังเคราะห์แป้งที่มีคุณสมบัติเหมาะสมต่อความต้องการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆได้ดีขึ้น

วัตถุประสงค์ของโครงการ

  1. เพื่อทำการสร้างแบบจำลองวิถีการสังเคราะห์แป้งของพืช (A. thaliana) แบบ in silico โดยการวิเคราะห์แบบเปรียบเทียบข้อมูลของลำดับยีน ในจีโนมของ A. thaliana และสิ่งมีชีวิตอื่นๆที่สมบูรณ์แล้ว โดยอาศัยเทคนิคทางด้านชีวสารสนเทศ (bioinformatics)
  2. ศึกษาหาความสัมพันธ์ระหว่างรูปแบบของเอนไซม์ต่างๆที่เกี่ยวกับวิถีการสังเคราะห์แป้งของพืชต่างๆ กับคุณสมบัติของแป้งในพืชเหล่านั้น

ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับจากการวิจัย

  1. สามารถที่จะนำวิถีการสังเคราะห์แป้งที่ได้ไปประยุกต์ใช้ในการศึกษาและทำความเข้าใจการสังเคราะห์แป้งในพืชที่มีความสามารถในการผลิตแป้งในประเทศไทยได้ เช่น ข้าว (rice) และมันสำปะหลัง (cassava) เป็นต้น
  2. แนวทางในการปรับปรุงสายพันธุ์พืชที่มีความสามารถในการสังเคราะห์แป้งเช่น ข้าวและมันสำปะหลัง ที่สามารถสังเคราะห์แป้งให้มีคุณสมบัติตามต้องการ เหมาะต่อการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ นำไปสู่การเพิ่มมูลค่าของผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรที่เหลือจากการส่งออก
  3. มีการผลิตบุคลากรที่มีความเชี่ยวชาญเฉพาะทางด้านเทคโนโลยีชีวสารสนเทศ (Bioinformatics)
return topic

Revised: 29 July 2004/13:43:10
© 2004 by Research and Intellectual Property Promotion Center.