ข่าว

       นักเคมี คณะวิทย์ มช. ร่วมกับสถาบันวิทยสิริเมธีศึกษากลไกการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ฟลาวินฮาโลจีเนสในเชิงลึก โดยใช้แบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ช่วยศึกษาคํานวณ นำไปสู่การสร้างเอนไซม์ฟลาวินฮาโลจีเนสที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ทั้งอัตราการเร่งปฏิกิริยาและเสถียรภาพ สามารถต่อยอดสู่การใช้ในอุตสาหกรรมการสังเคราะห์ยาหรือสารเคมีมูลค่าสูงในอนาคต

นายกฤษฎากร พระคิณี (นิสิตปริญญาเอก), ดร.อิศราพร พิณฐะ (นักวิจัยหลังปริญญาเอก) จากสำนักวิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมชีวโมเลกุลจากสถาบันวิทยสิริเมธี รวมถึงนายสุรวิช วิสิษฐ์สัทธาวงศ์ ผศ. ดร.นรินทร์ ลาวัลย์ จากภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ศ.ดร.พิมพ์ใจ ใจเย็น จากสำนักวิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมชีวโมเลกุลจากสถาบันวิทยสิริเมธี และผู้ร่วมวิจัย ได้ศึกษาเชิงลึกของกลไกการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ฟลาวินฮาโลจีเนส ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ได้รับความสนใจจากนักวิจัยทั่วโลกในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา เนื่องจากเป็นเอนไซม์ที่สามารถเร่งปฏิกิริยา halogenation ของสารประกอบต่าง ๆ ด้วยความจำเพาะ (regioselective) และเป็นปฏิกิริยาแบบสะอาดเพราะใช้แค่เกลือ ออกซิเจน และฟลาวิน ในน้ำและบัฟเฟอร์โดยไม่จำเป็นต้องใช้ตัวทำละลายอินทรีย์หรือโลหะหนักช่วยในการเร่งปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาฮาโลจีเนชั่นมีประโยชน์มากในการสังเคราะห์สารเคมีมูลค่าสูง เช่น สารที่มีฤทธิ์ทางยา (active pharmaceutical ingredients, API) แต่อย่างไรก็ตามเอนไซม์ฟลาวินฮาโลจีเนสที่พบในธรรมชาติจะเป็นเอนไซม์ที่ไม่เสถียรและมีประสิทธิภาพต่ำ ถึงแม้ก่อนหน้านี้จะมีทีมวิจัยจากทั่วโลกได้พยายามใช้วิธีการด้าน directed evolution ปรับปรุงคุณสมบัติของเอนไซม์ แต่ก็ยังไม่ประสบผลสำเร็จมากนัก

ทีมวิจัยได้ใช้วิธีการที่ต่างไปจากทีมวิจัยก่อนหน้าในการศึกษาเอนไซม์ฟลาวินฮาโลจีเนส โดยใช้การศึกษาเชิงลึกเพื่อให้เข้าใจว่าการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ตัวนี้มีจุดอ่อนอยู่ที่ใด โดยพบว่าในระหว่างการดำเนินปฏิกิริยานั้น เอนไซม์มีการสูญเสียองค์ประกอบสำคัญของปฏิกิริยาฮาโลจีเนชั่นที่เรียกว่า hypohalous acid (HOX) ทำให้ไม่สามารถเร่งปฏิกิริยาได้เต็มที่ ผู้วิจัยจึงใช้ผลการศึกษาของกลไกการเกิดปฏิกิริยา (mechanism) เชิงลึกผนวกเข้ากับวิธีการทางคอมพิวเตอร์ ในการหาวิธีแก้ไขประสิทธิภาพต่ำของเอนไซม์ฟลาวินฮาโลจีเนส โดยการทำวิศวกรรมเอนไซม์ (enzyme engineering) ณ ตำแหน่งในโครงสร้างของเอนไซม์ที่เป็นสาเหตุของปัญหาการสูญเสีย HOX

ผลจากการทดลองนำไปสู่การปรับปรุงเอนไซม์ ได้เอนไซม์ตัวใหม่ที่มีคุณสมบัติที่ดีขึ้นในหลาย ๆ คุณสมบัติ ได้แก่ การมีประสิทธิภาพสูงขึ้นถึง 5 เท่าที่อุณหภูมิ 45 องศาเซลเซียส สามารถเร่งปฏิกิริยาในสภาวะกรด-ด่างได้ดีว่าเอนไซม์ชนิดดั้งเดิมสูงสุด 3 เท่า และสามารถใช้เร่งปฏิกิริยากับสารตั้งต้นประเภทอะโรมาติคบางชนิดที่เอนไซม์ชนิดดั้งเดิมไม่สามารถใช้เป็นสารตั้งต้นได้

ผลจากงานวิจัยชิ้นนี้ทำให้ได้เอนไซม์ฟลาวินฮาโลจีเนสที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นทั้งในด้านของอัตราการเร่งปฏิกิริยาและความเสถียรภาพ จึงมีความเป็นไปได้ที่จะสามารถนำไปสู่การใช้ในอุตสาหกรรมการสังเคราะห์ยาหรือสารเคมีมูลค่าสูงในอนาคต