ในโลกของชีววิทยาระดับโมเลกุล (Molecular Biology) การทำความเข้าใจกลไกการถอดรหัสพันธุกรรมถือเป็นหัวใจสำคัญ หนึ่งในเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสูงสุดและถูกนำมาใช้งานอย่างแพร่หลายคือ T7 RNA Polymerase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สกัดจาก Bacteriophage T7 (ไวรัสที่รุกรานแบคทีเรีย Escherichia coli) การศึกษาเอนไซม์ชนิดนี้ไม่เพียงแต่เผยให้เห็นกลไกการดำรงอยู่ของไวรัส แต่ยังนำไปสู่การปฏิวัติอุตสาหกรรมการผลิตยาและวัคซีนในปัจจุบัน
กลไกการรุกรานเซลล์โฮสต์ของ Bacteriophage T7
Bacteriophage T7 หรือ T7 phage เริ่มถูกศึกษาอย่างเป็นระบบในปี ค.ศ. 1945 โดย Demerec และ Fano กระบวนการติดเชื้อ (Infection) เริ่มต้นจากการที่ T7 phage เข้าจับกับตัวรับ (Receptor) บนผิวเซลล์ของ E. coli อย่างเฉพาะเจาะจง จากนั้นจะทำการย่อย O หรือ K แอนติเจน และหลั่งเอนไซม์ไลโซไซม์ (Lysozyme) เพื่อทำลายผนังเซลล์ชั้นเปบทิโดไกลแคน (Peptidoglycan) ก่อนจะฉีดสารพันธุกรรมเข้าสู่เซลล์โฮสต์
เมื่อสารพันธุกรรมเข้าสู่เซลล์ T7 phage จะเข้าควบคุมกลไกภายในทันที โดยยับยั้งกระบวนการจำลอง DNA (DNA replication) ของแบคทีเรีย และเปลี่ยนมาใช้ทรัพยากรภายในเซลล์เพื่อการเพิ่มจำนวนของไวรัสเอง จนท้ายที่สุดเซลล์โฮสต์จะเกิดการแตกออก (Lysis) และปลดปล่อยอนุภาคไวรัสจำนวนมหาศาลเพื่อเข้าสู่กระบวนการรุกรานเซลล์ถัดไป
คุณลักษณะทางชีวเคมีของ T7 RNA Polymerase
T7 RNA Polymerase เป็นเอนไซม์หลักที่ไวรัสใช้ในการสังเคราะห์ RNA จาก DNA เพื่อสร้างโปรตีนที่จำเป็นต่อการจำลองตัว งานวิจัยนับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1976 เป็นต้นมาได้ทำการถอดลำดับเบสของจีโนม T7 จนสำเร็จ (รวม 39,937 คู่เบส) และพบคุณสมบัติเด่นที่เป็นประโยชน์ต่องานวิศวกรรมพันธุกรรม ดังนี้:
- High Specificity: มีความจำเพาะเจาะจงสูงต่อลำดับเบสที่เรียกว่า T7 Promoter โดยจะไม่ทำปฏิกิริยากับโปรโมเตอร์ชนิดอื่นในเซลล์
- High Processivity: มีความสามารถในการสังเคราะห์ RNA ได้อย่างรวดเร็วและต่อเนื่องในปริมาณมาก
- In Vitro Activity: สามารถทำงานได้ดีในสภาวะหลอดทดลอง (Cell-free system)
การประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพและเชิงพาณิชย์
ความสามารถในการควบคุมการแสดงออกของยีนได้อย่างแม่นยำ ทำให้ T7 RNA Polymerase ถูกนำมาจดสิทธิบัตรโดย Brookhaven National Lab (BNL) ในปี ค.ศ. 1984 และมีการอนุญาตให้ใช้สิทธิ (Licensing) แก่บริษัทมากกว่า 800 แห่งทั่วโลก โดยมีการประยุกต์ใช้ในด้านต่าง ๆ ดังนี้:
- In Vitro Transcription (IVT): ใช้ในการสังเคราะห์จีโนมจำลองและการผลิตสาย mRNA สำหรับวัคซีน
- RNA Study & Labeling: การสร้างสาย RNA ที่มีการติดฉลากเรืองแสงเพื่อใช้ในการตรวจวัดเชิงวิเคราะห์
- Protein Expression: การใช้ระบบ pET Vector เพื่อผลิตโปรตีนบริสุทธิ์ในระดับอุตสาหกรรม
ในปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์ในกลุ่มเอนไซม์นี้ เช่น NxGen® T7 RNA Polymerase จากแบรนด์ Lucigen ได้กลายเป็นมาตรฐานสำคัญในห้องปฏิบัติการวิจัยทั่วโลก โดยมักใช้งานร่วมกับ RNAse Inhibitor เพื่อป้องกันการย่อยสลายของสาย RNA ที่สังเคราะห์ขึ้น
ติดต่อสอบถามเพิ่มเติมได้ที่ บริษัท ไลโฟมิกส์ จำกัด
อ้างอิง
https://en.wikipedia.org/wiki/T7_phage
https://en.wikipedia.org/wiki/T7_RNA_polymerase#Application
https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=113278
https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=22241
https://ibiosite.wordpress.com/2016/02/11