| หน่วยวิจัยโครงสร้างและการทำงานของโปรตีน
(CPSF) |
หลักการและเหตุผล
 |
ในช่วงเวลา 10 ปี ที่ผ่านมา วิทยาศาสตร์ชีวภาพได้มีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว
และส่งผลกระทบต่อสุขภาพและความเป็นอยู่ของมนุษย์นานัปการ
แม้ว่าการทราบถึงข้อมูลพันธุกรรมทั้งหมดของมนุษย์
(Human genome) จะเป็นความก้าวหน้าอันยิ่งใหญ่
แต่ก็ยังไม่สามารถช่วยให้เกิดความเข้าใจถึงกระบวนการทางชีวภาพต่างๆ
ได้อย่างถ่องแท้ เนื่องจากข้อมูลทางพันธุกรรมเหล่านี้
จำเป็นต้องนำไปสังเคราะห์เป็นโปรตีนก่อน
จึงจะแสดงคุณลักษณะได้ โปรตีนที่สร้างขึ้นมานั้น
จะต้องมีการม้วนตัวให้ได้โครงสร้างในสามมิติที่จำเพาะ
และยังอาจมีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของโปรตีนหลังการสังเคราะห์อีกด้วย
|
ซึ่งทั้งโครงสร้างในสามมิติและสมบัติทางเคมีของโปรตีน
จะเป็นสิ่งกำหนดการทำงานของโปรตีนชนิดนั้น
นอกเหนือจากนี้เนื้อเยื่อต่างชนิด หรือเนื้อเยื่อที่อยู่ในขั้นพัฒนาการที่ต่างกัน
หรือในสภาพที่เป็นโรค ก็อาจมีการสร้างโปรตีนต่างชนิดกันได้
ดังนั้นมนุษย์ที่มียีนเพียง 30,000 ชนิด ก็อาจมีการสังเคราะห์โปรตีนได้มากถึง
200,000 ชนิด ดังนั้นการศึกษาโครงสร้างและกลไกการทำงานของโปรตีน
จะเป็นหนทางที่สามารถนำไปสู่ความเข้าใจถึงกระบวนการต่างๆ
ของสิ่งมีชีวิต
ศักยภาพของหน่วยวิจัยฯ
ด้วยเหตุผลที่กล่าวมาข้างต้น คณะวิทยาศาสตร์
มหาวิทยาลัยมหิดล จึงได้จัดตั้ง "หน่วยวิจัยโครงสร้างและการทำงานของโปรตีน"
ให้เป็นหน่วยวิจัยสหสาขา เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างในสามมิติ
และกลไกการทำงานของโปรตีน โดยมี ศ.ดร. ม.ร.ว.
ชิษณุสรร สวัสดิวัตน์ เป็นหัวหน้าโครงการ
และ ดร. จิรันดร ยูวะนิยม, รศ.ดร. พิมพ์ใจ
ใจเย็น (ภาควิชาชีวเคมี), รศ.ดร. พลังพล คงเสรี
(ภาควิชาเคมี) และ ดร. เปรมวดี วงษ์แสงจันทร์
(ภาควิชาเทคโนโลยีชีวภาพ) เป็นผู้ร่วมโครงการ
ในการนี้ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล
ได้จัดสรรงบประมาณจำนวน 30 ล้านบาท ในช่วงเวลา
3 ปี สำหรับการจัดหาครุภัณฑ์ใหญ่เฉพาะทาง
ที่จำเป็นสำหรับการศึกษาโปรตีน เช่น เครื่องมือศึกษาผลึกของโปรตีนด้วยรังสีเอกซ์
(Protein X-ray Crystallography) เพื่อใช้ศึกษาโครงสร้างในสามมิติของโปรตีน
และเครื่องวัดที่มีความไวสูงในการวัดจลศาสตร์ของเอนไซม์
(Stopped-flow Spectrometer) เพื่อใช้ศึกษาปฏิกิริยาของเอนไซม์ในระยะก่อนสภาพคงตัว
(Pre-Steady State Kinetics) ฯลฯ ด้วยเครื่องมือดังกล่าว
พร้อมทั้งประสบการณ์ของคณะผู้วิจัยด้านชีววิทยาโครงสร้าง
(Structural Biology), ชีวเคมีทางโปรตีน (Protein
Biochemistry) และกลไกการทำงานของเอนไซม์
(Mechanistic Enzymology) ศูนย์ฯโครงสร้างและการทำงานของโปรตีน
จึงเป็นหน่วยงานแรกในประเทศไทย ที่สามารถศึกษาคุณสมบัติโครงสร้างในสามมิติ
โครงการวิจัย
ปัจจุบันหน่วยวิจัยฯ มีโครงการวิจัยที่สำคัญ
5 เรื่อง
1. การศึกษาเอนไซม์ไกลโคซิเดสที่มีในพืช
ไกลโคซิเดสเป็นเอนไซม์ที่สามารถย่อยสารประกอบคาร์โบไฮเดรต
เช่น โอลิโกแซคคาไรด์ หรือไกลโคไซด์ ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีความสำคัญในการส่งสัญญาณระหว่างเซลล์
หรือเป็นส่วนประกอบของยาปฏิชีวนะ ยารักษาโรค
สารมีพิษ สารมีรส หรือสารมีกลิ่น เป็นต้น
การวิจัยครั้งนี้ได้ค้นพบ เอนไซม์เบต้า-กลูโคซิเดสชนิดใหม่
จากเมล็ดของต้นพะยูง และพบว่าเอนไซม์เบต้า-กลูโคซิเดส
จากมันสำปะหลัง สามารถโยกย้ายกลูโคส ไปสู่อัลคอฮอล์ได้ดีกว่าเอนไซม์อื่นทำได้
โดยเฉพาะในกรณีของอัลคอฮอล์ชนิด ทุติยภูมิและตติยภูมิ
จึงเป็นแนวทางในการประยุกต์ใช้เอนไซม์จากมันสำปะหลังต่อไป
2. การศึกษาเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโรคมาลาเรีย
การยับยั้งเอนไซม์ที่เชื้อมาลาเรียใช้ในการดำรงชีวิต
เป็นแนวทางสำคัญทางหนึ่งในการพัฒนายารักษาโรคมาลาเรีย
ดังนั้นกลุ่มวิจัย จึงศึกษาโครงสร้างในสามมิติของ
พลาสเมปซิน ซึ่งเป็นเอนไซม์ในกลุ่มแอสพาเตทโปรตีเนส
ที่เชื้อมาลาเรียใช้ย่อยสลายฮีโมโกลบินของผู้ป่วย
เพื่อใช้เป็นสารอาหาร และศึกษาไดไฮโดรโฟเลต
รีดักเตส-ไตมิดิเลท ซินเทส (DHFR-TS) ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ใช้ในการสร้างสารพิริมิดีน
ที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของเชื้อมาลาเรีย
โดยมีความร่วมมือกับนักวิจัยของศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ
(BIOTEC) ในกลุ่มวิจัยของ ศ.ดร. ยงยุทธ ยุทธวงศ์
3. การศึกษาเอนไซม์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์อนุพันธ์ของเพนิซิลลิน
เนื่องจากประเทศไทยยังมีการนำเข้ายาปฏิชีวนะดังกล่าวจำนวนมาก
โครงการนี้เป็นความร่วมมือกับกลุ่มวิจัยของ
ศ. ดร. วิทยา มีวุฒิสม โดยมีวัตถุประสงค์ที่จะศึกษาโครงสร้างสามมิติ
เพื่อช่วยอธิบายกลไกการทำงานของเอนไซม์ D-phenylglycine
Aminotransferase และใช้เทคนิคทางวิศวกรรมโปรตีน
ในการปรับเปลี่ยนความจำเพาะของเอนไซม์ Penicillin
G Acylase ให้เป็นเอนไซม์ในขบวนการสังเคราะห์ยาปฏิชีวนะ
ในกลุ่ม Cephalosporins
|
 |
| ส่วนหนึ่งของโครงสร้างโปรตีนและผลึกของโปรตีน |
ผลึกของเอนไซม์ D-phenylglycine Aminotransferase |
4. การศึกษาเอนไซม์ในกลุ่มออกซิจิเนส
ที่มีฟลาวินเป็นองค์ประกอบ
เอนไซม์ในกลุ่มนี้ ใช้อนุพันธ์ของวิตามินบีสอง
เป็นตัวช่วยในการเร่งปฏิกิริยา และทำหน้าที่เติมหมู่ออกซิเจนเข้าสู่ตัวทำปฏิกิริยา
ให้ผลิตผลที่ละลายน้ำและสลายตัวได้ง่ายขึ้น
โดยการศึกษาจะเน้นเอนไซม์ ที่ทำหน้าที่ย่อยสลายสารอะโรมาติก
กลายเป็นสารอะลิแฟติก หรือสารที่ละลายน้ำได้ดีขื้น
ซึ่งจะเป็นประโยชน์ในการย่อยสลายสารเคมีตกค้างที่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม
สเปกตรัมแสดงปฏิกิริยาการวัดค่าศักย์เคมีไฟฟ้าของสารฟลาวิน
ซึ่งจับอยู่บนเอนไซม์
5. ค้นหาเอนไซม์โปรตีเนสที่มีความจำเพาะต่อเซริซินในไหม
เส้นไหมประกอบด้วยโปรตีนเส้นใยเรียกว่าไฟโบรอิน
รวมกับกาวไหมที่มีโปรตีนเซริซิน ช่วยยึดโมเลกุลไฟโบรอินเข้าด้วยกัน
กระบวนการฟอกไหมที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน อาจทำให้เส้นใยไฟโบรอินเสื่อมสภาพ
และส่งผลให้ได้เส้นไหมที่ด้อยคุณภาพได้ โครงการสุดท้ายเป็นการค้นหาเอนไซม์จากเชื้อจุลอินทรีย์
ที่จะสามารถย่อยโปรตีนเซริซิน แต่ไม่ย่อยโปรตีนไฟโบรอินในเส้นไหม
เพื่อจะนำเอนไซม์นี้มาปรับปรุงกรรมวิธีการฟอกไหม
เพื่อให้ได้เส้นไหมที่มีคุณภาพดี เนื่องจากสามารถลดการเสื่อมสภาพ
ในขบวนการฟอกไหมที่ใช้ในปัจจุบันลงให้น้อยที่สุดได้
ทีมนักวิจัยและสาขาที่มีความสนใจ
| ศ.ดร.
ชิษณุสรร สวัสดิวัตน์ (หัวหน้าหน่วยวิจัยฯ)
|
-
Protein chemistry and enzymology of
Glucosidases from Thai plants |
| - Proteins
and Proteomics of Cancer |
| ดร.
จิรันดร ยูวะนิยม |
- X-ray
Crystallography and Protein Engineering
of dihydrofolate reductase,Thymidylate
synthase from Plasmodium falciparum,
Plasmepsin from Plasmodium
sp., penicillin G acylase from B.
megaterium, P450 and flavin- containing
enzymes |
| รศ.ดร.
พลังพล คงเสรี |
- X-ray
Crystallography of Glucosidases, dihydrofolate
reductase-Thymidylate synthase from
Plasmodium vivax |
| - Identification
of targets of bioactive compounds using
proteomics |
| - Protein-linked
nanoparticles |
| รศ.ดร.
พิมพ์ใจ ใจเย็น |
-Mechanisms
and Structures of flavin and pyridoxal
phosphate dependent enzymes: p-hydroxyphenylacetate
hydroxylase, pyranose oxidase, bacterial
luciferase, and serine hydroxymethyl
transferase |
| ดร.
เปรมวดี วงษ์แสงจันทร์ |
- Application
of sericin-specific proteinase in silk
degumming process |
|
ดร. กิตติศักดิ์ หยกวัฒนา |
–
Proteins in protection and repair of
Photosystem II |
สรุป
หน่วยวิจัยโครงสร้างและการทำงานของโปรตีน
มีความมุ่งมั่นที่จะสร้างงานวิจัยที่มีคุณภาพระดับนานาชาติ
เพื่อเป็นองค์ความรู้ใหม่ ที่จะเป็นฐานสำคัญสำหรับการสร้างประโยชน์ให้แก่ประเทศชาติ
ทั้งทางทางด้านเศรษฐกิจและสังคม ทั้งนี้ หน่วยวิจัยฯมีความพร้อมที่จะร่วมมือกับหน่วยงานอื่นที่มีความสนใจ
เพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุด
|
