Article

การศึกษากลไกในระดับโมเลกุลของเอนไซม์ที่เร่งปฏิกริยาการเปลี่ยนกรดลิโนลิอิคเป็นกรดแกมม่าลิโนลินิคใน Spirulina platensis C1:คุณสมบัติและกลไกการควบคุมของเอนไซม์?6 desaturase

Source: OAI

ABSTRACT บทคัดย่อ Spirulina platensis เป็นไซยาโนแบคทีเรียที่ถูกนำไปใช้เป็นแหล่งอาหารเสริมเพื่อสุขภาพ เนื่องจากสารอาหารภายในเซลของ S.platensis มีปริมาณโปรตีนสูงถึง 70% ของน้ำหนักแห้ง มีวิตามิน เกลือแร่ และยังสามารถผลิตกรดลิโนลินิค หรือ GLA (18:3 ?6, 9, 12) ในปริมาณ 30% ของกรดไขมันทั้งหมด (1-1.5% ของน้ำหนักแห้ง) GLAเป็นกรดไขมันไม่อิ่มตัวที่เป็นสารเคมีมูลค่าสูง เนื่องจากมีคุณสมบัติคือ เป็นสารตั้งต้นในการสร้าง prostaglandins ซึ่งเป็นสารที่เกี่ยวข้องกับระบบภูมิคุ้มกันโรคของร่างกายมนุษย์ ดังนั้น GLA จึงถูกใช้อย่างแพร่หลายทั้งทางด้านเภสัชกรรม การแพทย์ และอาหารเสริมสุขภาพ อย่างไรก็ตามแหล่งที่ใช้ในการผลิต GLA ขณะนี้มีจำกัด จึงทำให้ราคาของ GLA นั้นยังคงสูงอยู่ จากศักยภาพของ Spirulina ที่สามารถผลิต GLA ได้ในปริมาณสูง ไซยาโนแบคทีเรียชนิดนี้จึงได้รับความสนใจเพื่อใช้เป็นแหล่งใหม่ในการผลิต GLA ในระดับอุตสาหกรรม ซึ่งการที่จะนำ Spirulina มาใช้เป็นแหล่งผลิต GLA อย่างคุ้มกับต้นทุนการผลิตเทียบกับการผลิตจากแหล่งผลิต GLA ในปัจจุบัน จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงระดับความสามารถในการสร้าง GLA ให้สามารถผลิตได้ 3% ของน้ำหนักแห้ง ซึ่งเป็นเป้าหมายหลักของงานวิจัยนี้ การเพิ่มความสามารถของ S.platensis ให้ผลิต GLA ตามที่ต้องได้นั้น จำเป็นต้องมีความเข้าใจถึงกระบวนการผลิต GLA ในสายพันธุ์นี้ ซึ่งประกอบด้วยขั้นตอนสำคัญๆคือ การสังเคราะห์กรดไขมันอิสระ การสังเคราะห์ไขมันกลุ่มต่างๆ และการเติมพันธะคู่ให้แก่กรดไขมันเพื่อให้ได้ GLA เป็นผลลัพธ์สุดท้ายของกระบวนการทั้งสามนี้ นอกจากนี้ยังได้มีการศึกษาการควบคุมการเติมพันธะคู่ให้กับกรดไขมันใน S.platensis ในระดับโมเลกุลโดยคณะผู้วิจัย พบว่า กระบวนการเติมพันธะคู่นี้มีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง 3 ชนิดคือ ?9, ?12, ?6 desaturase ซึ่งถอดรหัสมาจากยีน desC, desA และ desD และยังพบอีกว่า การเติมพันธะคู่เพื่อให้ได้ GLA สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามอุณหภูมิกล่าวคือ ปริมาณ GLA จะเพิ่มขึ้น 30-35% ของปริมาณกรดไขมันทั้งหมด เมื่อมีการลดอุณหภูมิจาก 35oC ไปเป็น 22oC และจากการศึกษากลไกควบคุมในระดับโมเลกุล ยีนสำคัญที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิคือยีน desD จากข้อมูลดังกล่าวจะเห็นได้ว่าปริมาณ GLA ที่เพิ่มขึ้นเป็นผลมาจากการทำงานของยีน desD ที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นการดัดแปลงการทำงานของยีน desD และ ?6 desaturase จึงเป็นแนวทางที่สำคัญในการเพิ่มการสร้าง GLA ใน S.platensis แนวทางการดำเนินงานวิจัยเพื่อให้บรรลุถึงเป้าหมายนั้นจึงเริ่มจากการศึกษาคุณสมบัติ กลไกการควบคุมในระดับชีวเคมี และความสำคัญของ N-terminus, C-terminus และ conserved histidine clusters ต่อ activity ของเอนไซม์ นี้ โดยวิธี deletion mutation และ site-directed mutagenesis ของยีน desD ซึ่งการศึกษาคุณสมบัติของเอนไซม์นี้จะทำการศึกษาใน Escherichia coli หรือ Synechococcus sp. PCC 7942 โดยการถ่ายทอดยีน desD ที่ดัดแปลงแล้วให้แก่เซลทั้งสองชนิดนี้เนื่องจาก S.platensis ยังไม่มีระบบการถ่ายทอดยีนที่ได้รับการพัฒนาให้ใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และในขั้นต่อไปจะนำความรู้ที่ได้จากงานวิจัยนี้ไปรวมกับความรู้ที่จะได้จากโครงการที่ศึกษา pathway ส่วนที่เหลือของการสร้าง GLA ใน S.platensis ผลการทดลองที่ได้ก็จะสามารถนำไปปรับปรุงสายพันธุ์ S.platensis ให้มีเอนไซม์ ?6 desaturase ที่สามารถเติมพันธะคู่ที่ตำแหน่ง ?6 ได้สูงขึ้น เพิ่มปริมาณ GLA ให้สูงขึ้นที่อุณหภูมิปกติ (อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการเพาะเลี้ยง) การดัดแปลงในจุดนี้คาดว่าจะสามารถเพิ่ม GLA ได้ประมาณ 30-35%ของปริมาณกรดไขมันทั้งหมด ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ การ ศึกษา กลไก ใน ระดับ โมเลกุล ของ เอนไซม์ ที่ เร่ง ปฏิกริยา การ เปลี่ยน กรด ลิโน ลิอิค เป็น กรด แกม ม่า ลิโนลินิค ใน Spirulina platensis C1 : คุณสมบัติ และ กลไก การ ควบคุม ของ เอนไซม์ ? 6 desaturase บท คัด ย่อ Spirulina platensis เป็น ไซยาโน แบคทีเรีย ที่ ถูก นำ ไป ใช้ เป็น แหล่ง อาหาร เสริม เพื่อ สุขภาพ เนื่อง จาก สาร อาหาร ภาย ใน เซล ของ S.platensis มี ปริมาณ โปรตีน สูง ถึง 70 % ของ น้ำหนัก แห้ง มี วิตามิน เกลือแร่ และ ยัง สามารถ ผลิต กรด ลิโนลินิค หรือ GLA ( 18 : 3 ? 6 , 9, 12 ) ใน ปริมาณ 30 % ของ กรด ไขมัน ทั้งหมด ( 1 - 1 . 5 % ของ น้ำหนัก แห้ง ) GLA เป็น กรด ไขมัน ไม่ อิ่ม ตัว ที่ เป็น สาร เคมี มูลค่า สูง เนื่อง จาก มี คุณสมบัติ คือ เป็น สาร ตั้งต้น ใน การ สร้าง prostagland ins ซึ่ง เป็น สาร ที่ เกี่ยวข้อง กับ ระบบ ภูมิ คุ้มกัน โรค ของ ร่างกาย มนุษย์ ดัง นั้น GLA จึง ถูก ใช้ อย่าง แพร่หลาย ทั้ง ทาง ด้าน เภสัชกรรม การ แพทย์ และ อาหาร เสริม สุขภาพ อย่าง ไร ก็ตาม แหล่ง ที่ ใช้ ใน การ ผลิต GLA ขณะ นี้ มี จำกัด จึง ทำ ให้ ราคา ของ GLA นั้น ยังคง สูง อยู่ จาก ศักยภาพ ของ Spirulina ที่ สามารถ ผลิต GLA ได้ ใน ปริมาณ สูง ไซยาโน แบคทีเรีย ชนิด นี้ จึง ได้ รับ ความ สนใจ เพื่อ ใช้ เป็น แหล่ง ใหม่ ใน การ ผลิต GLA ใน ระดับ อุตสาหกรรม ซึ่ง การ ที่ จะ นำ Spirulina มา ใช้ เป็น แหล่ง ผลิต GLA อย่าง คุ้ม กับ ต้นทุน การ ผลิต เทียบ กับ การ ผลิต จาก แหล่ง ผลิต GLA ใน ปัจจุบัน จำเป็น ต้อง ได้ รับ การ ปรับปรุง ระดับ ความ สามารถ ใน การ สร้าง GLA ให้ สามารถ ผลิต ได้ 3 % ของ น้ำหนัก แห้ง ซึ่ง เป็น เป้าหมาย หลัก ของ งาน วิจัย นี้ การ เพิ่ม ความ สามารถ ของ S.platensis ให้ ผลิต GLA ตาม ที่ ต้อง ได้ นั้น จำเป็น ต้อง มี ความ เข้าใจ ถึง กระบวน การ ผลิต GLA ใน สาย พันธุ์ นี้ ซึ่ง ประกอบ ด้วย ขั้นตอน สำคัญ ๆ คือ การ สังเคราะห์ กรด ไขมัน อิสระ การ สังเคราะห์ ไขมัน กลุ่ม ต่างๆ และ การ เติมพันธะ คู่ ให้ แก่ กรด ไขมัน เพื่อ ให้ ได้ GLA เป็น ผลลัพธ์ สุดท้าย ของ กระบวนการ ทั้ง สาม นี้ นอก จาก นี้ ยัง ได้ มี การ ศึกษาการ ควบคุม การ เติมพันธะ คู่ ให้ กับ กรด ไขมัน ใน S.platensis ใน ระดับ โมเลกุล โดย คณะ ผู้ วิจัย พบ ว่า กระบวน การ เติมพันธะ คู่ นี้ มี เอนไซม์ ที่ เกี่ยวข้อง 3 ชนิด คือ ? 9 , ? 12 , ? 6 desaturase ซึ่ง ถอด รหัส มา จาก ยีน desC, desA และ desD และ ยัง พบ อีก ว่า การ เติมพันธะ คู่ เพื่อ ให้ ได้ GLA สามารถ เปลี่ยนแปลง ได้ ตาม อุณหภูมิ กล่าว คือ ปริมาณ GLA จะ เพิ่ม ขึ้น 30 - 35 % ของ ปริมาณ กรด ไขมัน ทั้งหมด เมื่อ มี การ ลด อุณหภูมิ จาก 35o C ไป เป็น 22o C และ จาก การ ศึกษา กลไก ควบคุม ใน ระดับ โมเลกุล ยีน สำคัญ ที่ ตอบสนอง ต่อ การ เปลี่ยนแปลง อุณหภูมิ คือ ยีน desD จาก ข้อมูล ดัง กล่าว จะ เห็น ได้ ว่า ปริมาณ GLA ที่ เพิ่ม ขึ้น เป็น ผล มา จาก การ ทำ งาน ของ ยีน desD ที่ เพิ่ม ขึ้น ดัง นั้น การ ดัดแปลง การ ทำ งาน ของ ยีน desD และ ? 6 desaturase จึง เป็น แนวทาง ที่ สำคัญ ใน การ เพิ่ม การ สร้าง GLA ใน S.platensis แนวทาง การ ดำเนิน งาน วิจัย เพื่อ ให้ บรรลุ ถึง เป้าหมาย นั้น จึง เริ่ม จาก การ ศึกษา คุณสมบัติ กลไก การ ควบคุม ใน ระดับ ชีวเคมี และ ความ สำคัญ ของ N-terminus , C -terminus และ conserved histidine clusters ต่อ activity ของ เอนไซม์ นี้ โดย วิธี deletion mutation และ site -directed mutagenesis ของยีน desD ซึ่ง การ ศึกษา คุณสมบัติ ของ เอนไซม์ นี้ จะ ทำ การ ศึกษา ใน Escherichia coli หรือ Synechococcus sp. PCC 7942 โดย การ ถ่ายทอด ยีน desD ที่ ดัดแปลง แล้ว ให้ แก่ เซล ทั้ง สอง ชนิด นี้ เนื่อง จาก S.platensis ยัง ไม่ มี ระบบ การ ถ่ายทอด ยีน ที่ ได้ รับ การ พัฒนา ให้ ใช้ ได้ อย่าง มี ประสิทธิภาพ และ ใน ขั้น ต่อ ไป จะ นำ ความ รู้ ที่ ได้ จาก งาน วิจัย นี้ ไป รวม กับ ความ รู้ ที่ จะ ได้ จาก โครงการ ที่ ศึกษา pathway ส่วน ที่ เหลือ ของ การ สร้าง GLA ใน S.platensis ผล การ ทดลอง ที่ ได้ ก็ จะ สามารถ นำ ไป ปรับปรุง สาย พันธุ์ S.platensis ให้ มี เอนไซม์ ? 6 desaturase ที่ สามารถ เติมพันธะ คู่ ที่ ตำแหน่ง ? 6 ได้ สูง ขึ้น เพิ่ม ปริมาณ GLA ให้ สูง ขึ้น ที่ อุณหภูมิ ปกติ ( อุณหภูมิ ที่ เหมาะสม สำหรับ การ เพาะ เลี้ยง ) การ ดัดแปลง ใน จุด นี้ คาด ว่า จะ สามารถ เพิ่ม GLA ได้ ประมาณ 30 - 35 % ของ ปริมาณ กรด ไขมัน ทั้งหมด

2 Followers
 · 
291 Views