การทำนายและคัดเลือกเปปไทด์ต้านมะเร็งผิวหนังเมลาโนมาและการลดการสร้างเมลานินจากข้อมูลเปปทิโดมของ Cannabis sativa ด้วยเทคนิคทางชีวสารสนเทศ

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

สุทธิธาร สุวรรณนพคุณ, จุฑามาศ รัตนพงษ์วณิช, ปรีชญา นราประเสริฐกุล

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

ทิพนาถ น้อยแก้ว

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2564

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

จากรายงานเกี่ยวกับมะเร็งผิวหนังเมลาโนมา โดย The Global Coalition for Melanoma Patient Advocacy and Euromelanoma (2020) พบว่าในปี ค.ศ. 2018 อัตราการเสียชีวิตของผู้ป่วยมะเร็งผิวหนังเมลาโนมามากกว่าอัตราการเสียชีวิตของผู้ป่วยมะเร็งผิวหนังชนิดที่ไม่ใช่เมลาโนมาถึงประมาณ 3 เท่า เเสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการเร่งหาวิธีรักษามะเร็งผิวหนังเมลาโนมา นอกจากนี้การรักษาฝ้าเเละมะเร็งผิวหนังเมลาโนมาที่เเพร่หลายอยู่ในปัจจุบันยังคงมีผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ จึงทำให้ผู้จัดทำสนใจการทำนายเปปไทด์สังเคราะห์ลอกเลียนเเบบจากเมล็ดของกัญชง (Cannabis sativa L. subsp. sativa) เพื่อนำไปใช้ 2 วัตถุประสงค์ ได้แก่ 1) ต้านมะเร็งผิวหนังเมลาโนมา และ 2) ยับยั้งการสร้างเมลานินซึ่งส่งผลให้สามารถยับยั้งการเกิดฝ้าได้ ซึ่งการวิเคราะห์เเละทำนายเปปไทด์โดยใช้วิธีทางชีวสารสนเทศจะสามารถช่วยลดการใช้ทรัพยากร และลดข้อจำกัดในการใช้ตัวอย่างจริงเนื่องจากกัญชงเป็นพืชที่ยังไม่ได้รับอนุญาตให้ปลูกอย่างแพร่หลาย นอกจากนี้เปปไทด์ที่ได้ทำนายขึ้นยังช่วยเพิ่มตัวเลือกใหม่ในการรักษาโรคมะเร็งและฝ้า ซึ่งมีความคาดหวังว่าจะมีผลข้างเคียงน้อยกว่าวิธีการรักษาแบบดั้งเดิม ดังนั้นผู้จัดทำจึงได้ดำเนินการตัดโปรตีนที่พบได้ในเมล็ดกัญชงด้วยเอนไซม์ทริปซิน หลังจากนั้นนำเปปไทด์ที่ตัดแล้วมาวิเคราะห์คุณสมบัติการต้านมะเร็ง (Anticancer) เเละยับยั้งการสร้างเมลานิน (Anti-melanogenesis) โดยใช้โปรเเกรมที่ทำงานโดยหลักการเรียนรู้ของเครื่อง (Machine learning) เช่น AntiCP iACP ToxinPred และ kNN and RF algorithms เป็นต้น เมื่อได้เปปไทด์ที่ต้องการเเล้ว ก็จะนำไปศึกษาโครงสร้างทุติยภูมิของเปปไทด์เเละการสร้างพันธะระหว่างเปปไทด์ที่ทำนายได้กับเอนไซม์ Tyrosinase ซึ่งเป็นหนึ่งในเอนไซม์ที่สำคัญต่อกระบวนการสร้างเมลานิน เพื่อศึกษาคุณสมบัติในการรักษาฝ้าต่อไป  ผลการศึกษาพบว่าเปปไทด์ที่มีคุณสมบัติทั้งต้านมะเร็งและต้านการสร้างเมลานิน (Anti-tyrosinase and cancer peptides, ATCPs) มีทั้งหมด 2 เปปไทด์  และจากการศึกษาคุณสมบัติองค์ประกอบของกรดอะมิโน พบว่าเปปไทด์ที่มีคุณสมบัติต้านมะเร็งและคุณสมบัติยับยั้งการสร้างเมลานินมีเเนวโน้มที่จะมีสัดส่วนของกรดอะมิโน Asparagine สูงกว่าเปปไทด์ที่ไม่มีคุณสมบัติดังกล่าวอย่างเห็นได้ชัด นอกจากนี้ ในเปปไทด์ที่มีคุณสมบัติยับยั้งการสร้างเมลานิน จะมีตำแหน่งที่กรดอะมิโน Asparagine สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับกรดอะมิโน Leucine ตำแหน่งที่ 130 ของเอนไซม์ Tyrosinase ได้เป็นส่วนใหญ่ รวมถึงยังสร้างพันธะที่เเข็งเเรงที่สุดเมื่อเทียบกับพันธะไฮโดรเจนอื่นที่สามารถสร้างได้ ดังนั้นจึงสามารถสรุปได้ว่าการมีกรดอะมิโน Asparagine จะช่วยเพิ่มความน่าจะเป็นที่เปปไทด์จะมีคุณสมบัติต้านมะเร็งและยับยั้งการสร้างเมลานินที่จะนำไปสู่การยับยั้งการเกิดฝ้า