ศึกษาคุณสมบัติและการแยกยีนที่เกี่ยวข้องในวิถีการสังเคราะห์สาร polyketide จากรา Xylaria sp. BCC 1067
Characterization and Cloning of Polyketide Biosynthesis Pathway from Xylaria sp. BCC1067


คุณอนุวัฒน์ เตชะฤทธิ์  (หัวหน้าโครงการ)
Anuwat Tachaleat. (Researcher)
สถาบันพัฒนาและฝึกอบรมโรงงานต้นแบบ
คุณจันทิรา ปัญญา
Juntira Punya. (Researcher)

ทุนหมวดเงินอุดหนุนประจำปี 2548 งบประมาณ 343,620 บาท

ความสำคัญและที่มาของการวิจัย

จุลินทรีย์ได้เข้ามามีบทบาทสำคัญต่อมนุษย์เพิ่มมากยิ่งขึ้น กล่าวคือจุลินทรีย์หลายชนิดสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้ เช่น อุตสาหกรรมเกษตร อาหาร และโดยเฉพาะอุตสาหกรรมการผลิตยา เนื่องจากจุลินทรีย์หลายชนิดถูกใช้ให้เป็นแหล่งผลิตสารที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพได้มากมาย เช่น สารออกฤทธิ์ต้านมะเร็ง สารกำจัดแมลง สารต้านจุลชีพและสารปฏิชีวนะ ได้แก่ รา Penicillium chrysogenum ผลิตยา Penicillin รา Aspergillus terrus ผลิตสาร Lovastatin มีฤทธิ์ในการลดระดับ cholesterol ในเส้นเลือด
แต่พบว่ามีจุลินทรีย์ก่อโรคหลายชนิดมีวิวัฒนาการดื้อยาปฏิชีวนะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้ยาปฏิชีวนะบางชนิดไม่สามารถรักษาโรคให้หายขาดได้ ซึ่งเป็นปัญหาสำคัญทางการแพทย์ในปัจจุบัน จึงได้มีนักวิทยาศาสตร์ที่คิดค้นหาตัวยาใหม่ ๆ ที่มีประสิทธิภาพดีขึ้นเพื่อใช้ทดแทนตัวยาเดิม เช่นการหาสารสกัดจากพืชหรือจุลินทรีย์ต่าง ๆ ที่มีประสิทธิภาพในการยับยั้งจุลชีพก่อโรคและสารที่ได้ต้องมีความปลอดภัยต่อการบริโภค ซึ่งกระบวนการทั้งหมดต้องใช้ระยะเวลานานและการลงทุนมหาศาลจึงจะได้ยาใหม่ที่มีประสิทธิภาพในการรักษา
ในช่วงระยะเวลาที่ผ่าน การพัฒนาเทคโนโลยีด้านพันธุวิศวะกรรมมีความก้าวหน้าอย่างมาก และมีเทคนิคที่ช่วยเพิ่มโอกาสในการค้นหาตัวยาใหม่ ซึ่งทำได้เร็วและลงทุนน้อยลงที่เรียกว่า Combinatorial biosynthesis นอกจากนั้นยังสามารถใช้เทคโนโลยีทางพันธุวิศวะกรรมในการดัดแปลงพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ทำให้สามารถผลิตสาร metabolite ที่มีความหลากหลายและกำหนดคุณสมบัติตามที่ต้องการได้ หรือสังเคราะห์สารที่มีโมเลกุลใหญ่และมีโครงสร้างที่ซับซ้อนได้อย่างไม่จำกัด ซึ่งเทคนิดที่กล่าวมาเป็นการดัดแปลงพันธุกรรมแบบสุ่ม โดยนักวิทยาศาสตร์ต้องทำการตัดต่อพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่มีความน่าจะเป็นในทุก ๆ กรณี ถ้าหากว่าไม่เข้าใจวิถีการสังเคราะห์ของสารที่ต้องการนั้นจะทำให้ระยะเวลาที่นาน แต่ถ้าหากมีความรู้และเข้าใจถึงวิถีการสังเคราะห์ของสารที่ต้องการได้ ก็จะสามารถทำนาย ออกแบบและควบคุมการสังเคราะห์สารให้มีโครงสร้างตามที่ต้องการได้
ราในกลุ่ม Xylaria เป็นราที่สามารถผลิตสารที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพได้มากมายหลายชนิด เช่น สารปฏิชีวนะ (antibiotics) สารต้านมะเร็ง (antitumer) antihypercholesterolemic และ สารพิษในกลุ่ม cytotoxin เป็นต้น ประเทศไทยเป็นประเทศมีภูมิอากาศแบบเขตร้อนชื้นเหมาะต่อการเจริญของรา Xylaria เป็นอย่างยิ่ง ดังนั้นจึงสามารถแยกรา Xylaria sp. BCC1067 ได้จากป่าในประเทศไทย จากการศึกษาพบว่าราสายพันธุ์นี้สามารถผลิตสารออกฤทธิ์ชีวภาพได้หลายชนิด เช่น depudecin, phaseolinone, phomenone, 19,20-epoxycytochalacin Q และ (E)-methyl-3-(4-methoxyphenoxy)-propenoate เป็นต้น ซึ่งสารออกฤทธิ์ชีวภาพที่ผลิตจาก Xylaria sp. BCC1067 อย่างน้อยจำนวน 2 ชนิด จัดเป็นสารประกอบในกลุ่ม polyketide คือ depudecin และ 19,20-epoxycytochalacin Q พบว่า depudecin เป็นสารที่มีโครงสร้างไม่ซับซ้อนและมีฤทธิ์ในการยับยั้งกระบวนการ Histone deacetylase (HDACs) ซึ่งกระบวนการนี้เป็นสาเหตุสำคัญต่อการเกิดการ กลายพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต ก่อให้เกิดเซลล์มะเร็งได้ และพบว่าสาร depudecin มีผลกระทบต่อการทำงานของเอนไซม์ HDACs แต่สาร depudecin ก็มีพิษต่อเซลล์หรือเนื้อเยื่ออื่น ๆ ได้ด้วย ดังนั้นจึงได้นำเทคนิคทาง combinatorial biosynthesis มาใช้เพื่อดัดแปลงหรือปรับปรุงโครงสร้างสารประกอบ polyketide ให้ได้สารใหม่ที่มีประสิทธิภาพดีขึ้นและไม่มีผลข้างเคียง (side effect) ต่อเซลล์หรือเนื้อเยื่อข้างเคียง แต่เนื่องจากยังไม่มีความเข้าใจถึงวิถีการสังเคราะห์สารประกอบ polyketide ในรา Xylaria sp. BCC1067 ในระดับโมเลกุลได้ และไม่ทราบว่ามียีนอะไรบ้างที่เกี่ยวข้องต่อการสังเคราะห์และควบคุมการสังเคราะห์สาร polyketide จึงทำให้การปรับปรุงโครงสร้างของสาร polyketide ทำได้ยาก
ดังนั้นการวิจัยนี้จึงได้ทำการแยกยีนและศึกษาคุณสมบัติของยีนที่เกี่ยวข้องในวิถีการสังเคราะห์สาร polyketide จากรา Xylaria sp. BCC1067 ซึ่งยังไม่มีรายงานการแยกยีนกลุ่มนี้จากราสายพันธุ์นี้ เทคนิคที่ใช้คือ Screening library hybridization โดยทำการแยกหายีนที่เกี่ยวข้องกับการผลิตสาร polyketide จาก Genomic library ของ Xylaria sp. BCC1067 และทำการศึกษาหาคุณสมบัติของยีนที่ได้เพื่อจะได้เข้าใจและหาความสัมพันธ์ของยีนในวิถีการสังเคราะห์สารในกลุ่ม polyketide ของรา Xylaria sp. BCC1067 ได้

วัตถุประสงค์ของโครงการ

  1. ศึกษาคุณสมบัติและการแยกยีนที่เกี่ยวข้องในวิถีการสังเคราะห์สาร polyketide ในรา Xylaria spp. BCC1067
  2. ศึกษาหน้าที่ของยีนที่เกี่ยวข้องในวิถีการสังเคราะห์สาร polyketide ของรา Xylaria spp. BCC1067

ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับจากการวิจัย

เนื่องจากราในกลุ่ม Xylaria spp. ผลิตสารที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพได้หลายชนิด ดังนั้นถ้าสามารถแยกยีนและเข้าใจถึงหน้าที่ของยีน ตลอดจนรู้ถึงกลไกการออกฤทธิ์ทางชีวภาพของยีนดังกล่าวได้ จะทำให้ผู้วิจัยตลอดจนหน่วยงานที่เกี่ยวข้องสามารถนำความรู้ความเข้าใจไปใช้เพื่อผลิตหรือปรับปรุงดัดแปลงสารออกฤทธิ์ชีวภาพให้มีความเหมาะสมต่อการนำไปใช้งานได้

return topic

Revised: 27 August 2004/ 14:32:29
© 2004 by Research and Intellectual Property Promotion Center.