การศึกษาปริมาณและการแสดงออกของยีนไฟโคไซยานินในสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินและการผลิต heterologous protein ของสารไฟโคไซยานิน โดยใช้ระบบแบคทีเรีย

Abstract

ไฟโคไชยานิน เป็นรงควัตถุประกอบสีน้้ำเงิน ผลิตได้จากสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน ประกอบด้วยองค์ประกอบหน่วยย่อย อัลฟา (PCC-α) และหน่วยย่อยเบต้า (PCC-β) ซึ่งมีประโยชน์ อย่างมากทางอุตสาหกรรมและเภสัชกรรม ในการศึกษานี้ทําการเพาะเลี้ยงสาหร่าย Spirulina platensis และ Spirulina sp. สายพันธุ์น้ำเค็มในสภาวะแสงธรรมชาติ (1.36-1.68 กิโลลักซ)์ และสภาวะแสงหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ (2.55-3.49 กิโลลักซ)์ ตลอดเวลา 24 ชั่วโมง พบว่าสาหร่าย S. platensis ที่เลี้ยงภายใต้สภาวะแสงธรรมชาติมีการเจริญเติบโตสูงที่สุดและให้มวลชีวภาพสูงที่สุดอย่างมีนัยสําคัญทางสถิติ (4.02±0.16 กรัมต่อลิตร, p<0.05) ในขณะที่สาหร่าย Spirulina sp. สายพันธุ์น้ำเค็มที่เลี้ยงภายใต้สภาวะแสง ฟลูออเรสเซนต์ให้มวลชีวภาพต่ำที่สุดอย่างมีนัยสําคัญทางสถิติ (1.66±0.01 กรัมต่อลิตร, p<0.05) และเมื่อเปรียบเทียบผลผลิตไฟโคไซยานินในสาหร่ายที่เลี้ยงในสภาวะที่ต่างกันพบว่า สาหร่าย S. platensis ที่เลี้ยงภายใต้สภาวะแสงธรรมชาติให้ผลผลิตไฟโคไซยานินสูงที่สุด 3.70±1.10 มิลลิกรัม ต่อมิลลิลิตร (p<0.05) และจากการศึกษาองค์ประกอบของสารสกัดไฟโคไซยานินด้วยเทคนิค FT-IR พบหมู่ฟังก์ชันของโปรตีน-ลิพิด เอสเทอร์-กรดอะมิโน และเอนไซม์ที่ทําหน้าที่เกี่ยวกับการต้านอนุมูล อิสระ ในไฟโคไซยานินของสาหร่าย S. platensis และ Spirulina sp. สายพันธุ์น้ำเค็มที่เลี้ยงใน สภาวะภายใต้แสงจากธรรมชาติและแสงจากหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ ส่วนหมู่ฟังก์ชันของ Alphatic C-H stretching พบเฉพาะในไฟโคไซยานินของสาหร่าย S. platensis และ Spirulina sp. สายพันธุ์น้ำเค็ม ที่เลี้ยงในสภาวะภายใต้แสงจากธรรมชาติเท่านั้น นอกจากนี้ ได้ตรวจสอบลําดับนิวคลีโอไทด์ของยีนไฟโคไซยานินจากสาหร่าย S. platensis ทั้งหน่วยย่อยอัลฟา (PCC-α) และหน่วยย่อยเบต้า (PCC-β) ซึ่ง PCC-α มีขนาดนิวคลีโอไทดเ์ต็มยีน ในส่วน ORF เป็น 489 คู่เบส แปลงเป็นกรดอะมิโนได้ 162 กรดอะมิโน พบ Domain ที่สําคัญคือ hycobilisomes ณ ตําแหน่งอะมิโนที่ 7-162 และพบลําดับนิวคลีโอไทด์บางส่วนของ PCC-β ซึ่งมี ขนาดนิวคลีโอไทด์ 354 คู่เบสแปลงเป็นกรดอะมิโน 118 อะมิโน พบตําแหน่ง Phycobilisome domain ที่ อะมิโนลําดับที่ 7-118 และจากการศึกษาผลกระทบของการให้แสงที่ต่างกัน คือจาก หลอดฟลูโอเรสเซนต์และแสงจากธรรมชาติต่อการแสดงออกของยีนไฟโคไซยานินในระดับ mRNA ใน สาหร่าย S. platensis พบว่าการแสดงออกของยีนไฟโคไซยานินจากการให้แสงจากหลอดฟลูโอเรส เซนต์ สูงกว่าการให้แสงจากธรรมชาติในทั้งหน่วยย่อยอัลฟา (PCC-α) และหน่วยย่อยเบต้า (PCC-β) อย่างมีนัยสําคัญทางสถิติ (P<0.05) นอกจากนี้ ยังพบว่าในสภาวะการให้แสงที่เหมือนกันการแสดงออกของยีน PCC-α สูงกว่า PCC-β อย่างมีนัยสําคัญทางสถิต ิ(P<0.05) อีกด้วย ผลงานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า รูปแบบของแสงและความเข้มที่แตกต่างกันส่งผลต่อความสมดุล ในการควบคุมการสังเคราะห์ยีนและแปลรหัสเป็นโปรตีนไฟโคไซยานิน โดยความเข้มแสงที่มากเกินไป หรือไม่เหมาะสมอาจกระตุ้นการสังเคราะห์ยีนที่มากเกินไป ในขณะที่สาหร่ายมีความเครียดจนเกิด การยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีนดังกล่าวได้