โครงสร้างชีวโมเลกุลกับการเกษตรและสาธารณสุข: ศิลปะในโครงสร้างแห่งชีวิต
Structure of biomolecules for agricultural and public healthy: Art in Structures of life
             

         การศึกษาโครงสร้างสามมิติของชีวโมเลกุลนั้นทำให้เราเห็นรุปร่างของโมเลกุลต่างๆ ซึ่งโปรตีนแต่ละตัวนั้นต่างมีหน้าที่ที่สำคัญ  การได้เห็นโครงสร้างโปรตีนต่างๆ ทำให้เข้าใจถึงหน้าที่ และการทำงานของโปรตีนตัวนั้น ๆ ตลอดจนสามารถออกแบบตัวยับยั้งการทำงานของโปรตีนตัวนั้นๆ ซึ่งนำไปสู่การเป็นยารักษาโรคต่างๆ ได้อีกด้วย  โครงสร้างของโปรตีนเปรียบเสมือนงานศิลปะของธรรมชาติที่สร้างสรรค์บนหน่วยที่เล็กที่สุดที่มีหน้าที่อย่างจำเพาะเจาะจง  ดังนั้นการศึกษาโครงส้างของโปรตีนต้องอาศัยศาสตร์และศิลป์ในการทำความเข้าใจมัน  ในห้องปฏิบัติการวิศวกรรมโปรตีนและโปรตีนโมเดลลิ่งนั้น เราสนใจศึกษาโปรตีนหลายชนิดด้วยกัน ดังตัวอย่างดังต่อไปนี้

         โปรตีนรีเวิร์สทรานสคริปเทส: โรคเอดส์ หมายถึง โรคติดเชื้อไวรัสชนิดหนึ่งที่ชื่อว่า HIV หรือเรียกง่าย ๆ ว่าเชื้อเอดส์ ซึ่งมีผลทำให้ภูมิคุ้มกันในร่างกายถูกทำลาย   ยารักษาโรคเอดส์ที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดในปัจจุบันทำหน้าที่ในการยับยั้งการทำงานของโปรตีนรีเวิร์สทรานสคริปเทส ซึ่งเป็นโปรตีนที่ผลิตจากไวรัสโดยทำหน้าที่ในการถอดรหัสสายอาร์เอนเอของไวรัสให้เป็นดีเอ็นเอและแทรกตัวเข้าไปในดีเอนเอของมนุษย์  ในห้องปฏิบัติการนี้ได้ทำการศึกษาหาตัวยับยั้งตัวใหม่ เนื่องจากการกลายพันธุ์ของโปรตีนตัวนี้ซึ่งนำไปสู่การดื้อยาของเชื้อไวรัสโดยอาศัยโครงสร้างของโปรตีนที่มีอยู่แล้วเป็นหลัก

          โปรตีนบีเทนอัลดีไฮด์ดีไฮโดรจิเนส 2 :  เป็นโปรตีนที่สำคัญต่อกระบวนการสร้างสารความหอมในข้าว จากการศึกษาทางชีวเคมีพบว่าในข้าวหอมมะลิไม่มีการแสดงออกของโปรตีนตัวนี้ ในห้องปฏิบัติการนี้ ได้ทำการหาโครงสร้างของโปรตีนบีเทนอัลดีไฮด์ดีไฮโดรจิเนส 2 ด้วยเทคนิค X-ray crystallography และได้โครงสร้างที่เปิดให้เห็นถึงกลไกการทำงานของโปรตีนตัวนี้ซึ่งสำคัญอย่างมากต่อกระบวนการสร้างและสลายสารความหอมในข้าว และพืชอื่นๆ

          โปรตีนโปรติเอส จากไวรัสหัวเหลืองในกุ้ง  :  เป็นโปรตีนที่สำคัญต่อกระบวนการเพิ่มจำนวนของไวรัสหัวเหลืองในกุ้ง ซึ่งเป็นโรคที่เป็นปัญหาสำคัญต่อเกษตรกรผู้เลี้ยงกุ้ง  ในห้องปฏิบัติการนี้ได้ใช้เทคนิค homology modeling เพื่อทำการจำลองโครงสร้างของโปรตีนตัวนี้ เพื่อให้เข้าใจกลไกการทำงาน และนำไปสู่การออกแบบตัวยับยั้งต่อไป

          โปรตีนอิพิเดอร์มอล โกรทแฟกเตอร์ รีเซ็บเตอร์ (EGFR) ในมนุษย์:   เป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตของเซลล์ต่างๆ โดยการแสดงออกที่มากผิดปกติของโปรตีนตัวนี้จะทำให้เกิดเป็นมะเร็ง ดังนั้นการยับยั้งการทำงานของโปรตีนตัวนี้จึงเป็นเป้าหมายในการรักษามะเร็ง ดังที่ประสบความสำเร็จมาแล้วในการยับยั้งด้วยสาร gefinitinib ในการรักษามะเร็งในปอด 

          ในห้องปฏิบัติการนี้ได้ทำการศึกษาหาการจับกันกับตัวยับยั้งโดยอาศัยเทคนิคทางชีวสารสนเทศ เช่น molecular dynamics simulation และ molecular docking simulation เพื่อให้เข้าใจกลไกการจับกันระหว่างตัวยับยั้งกับโปรตีนเพื่อนำไปสู่การพัฒนายาที่มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในอนาคต
ในนิทรรศการนี้จะแสดงให้เห็นงานศิลปะจากโครงสร้างแห่งชีวิตของโปรตีนเหล่านี้ที่สร้างสรรค์โดยธรรมชาติ สร้างสรรค์โดยการใช้โปรตีนคอมพิวเตอร์กราฟิกในการสร้างแบบจำลองโปรตีนจากข้อมูลทางชีวฟิสิกส์และการจำลองโดยชีวสารสนเทศ เพื่อให้ผู้เข้าชมได้พบความงามในงานศิลปะชิ้นเอกทีผ่านการรังสรรค์โดยวิวัฒนาการของธรรมชาติเป็นโปรตีนให้เราเห็นในปัจจุบันนี้



คณะผู้วิจัย
ผศ.ดร.เกียรติทวี ชูวงศ์โกมล
ห้องปฏิบัติการวิศวกรรมโปรตีนและโปรตีนโมเดลลิ่ง ภาควิชาชีวเคมี คณะวิทยาศาสตร์ ม. เกษตรศาสตร์
โทร. 085-555-1480