การศึกษาศักยภาพในการแทนที่ฮีโมโกลบินในมนุษย์ด้วยฮีโมโกลบินในพืชโดยวิธีการทางชีวสารสนเทศ

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

อาคิรา ถามะพันธ์, ดาวิกา มงคลรัตนอารี

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

ณัฐวัชร โตสัจจะ, กฤตนัย ตรีสกุลวัฒนา

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนวิทยาศาสตร์จุฬาภรณราชวิทยาลัย ปทุมธานี

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2565

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

วิกฤตการขาดแคลนโลหิตในมนุษย์ยังคงเป็นปัญหาที่ส่งผลกระทบอย่างต่อเนื่องและจากสถานการณ์การแพร่ระบาดของโรคโควิด-19 ส่งผลกระทบให้จำนวนผู้บริจาคโลหิตลดลงมากถึงร้อยละ 50 โดยความก้าวหน้าทางวิทยาการ ณ ปัจจุบันเกี่ยวกับการสังเคราะห์โลหิตเทียมเพื่อแก้ไขปัญหาการขาดแคลนโลหิต มีความหลากหลายมากขึ้น แต่ยังคงพบข้อจำกัด เช่น การใช้ฟลูออโรคาร์บอนมาทดแทนโลหิตยังพบข้อจำกัดคือฟลูออโรคาร์บอนสามารถอยู่ภายในกระแสเลือดได้เพียง 48 ชั่วโมง เช่นเดียวกันกับการสร้างเซลล์เม็ดเลือดแดงโดยใช้เซลล์ต้นกำเนิด มีข้อจำกัดคือผู้บริจาคเซลล์ต้นกำเนิดมีความเสี่ยงในการติดเชื้อ เสียโลหิตมาก เนื้อเยื่อได้การบาดเจ็บ เป็นต้น จึงยังมีการวิจัยและทดลองเพื่อค้นหาวิทยาการในการสังเคราะห์โลหิตให้มีการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพเช่นเดียวกับโลหิตจริงของมนุษย์ ซึ่งในปี 1939 ได้มีการค้นพบฮีโมโกลบินในพืชเป็นครั้งแรก จากก้อนรากของต้นถั่วเหลืองที่มีการติดโรคจากเชื้อ Rhizobium โดยฮีโมโกลบินในพืชสามารถจำแนกออกเป็น 3 ประเภท โดยพิจารณาจากแหล่งกำเนิด วิวัฒนาการ และพฤติกรรมทางกายภาพได้แก่ Non-Symbiotic Hemoglobin (nSHb), Symbiotic Hemoglobin (SHb) และ Truncated Hemoglobin (TrHb) โดย nSHb และ SHb มีอินตรอนกลางที่สามที่สามารถพบได้ในยีนของระบบประสาท และไซโตโกลบินของสัตว์ที่มีกระดูกสันหลัง และในยีนฮีโมโกลบินของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง แสดงให้เห็นว่าบรรพบุรุษของพืช และสัตว์เคยมีเซลล์เดียวร่วมกัน โดยการศึกษาโดยใช้วิธีการทางชีวสารสนเทศ (Bioinformatics) เป็นอีกหนึ่งแนวทางในการจำลองหรือคาดคะเนผลลัพท์ของการเกิดอันตรกิริยาของโปรตีน กับโมเลกุลต่าง ๆ ซึ่งส่งเสริมให้การศึกษาและวิจัยมีการลดทอนในส่วนของต้นทุนและระยะเวลาในการทำการทดลองในห้องปฏิบัติการจริง โดยการศึกษาในครั้งนี้สนใจที่จะนำข้อมูลทางชีวภาพของฮีโมโกลบินของพืชไปพิจารณาเชิงโครงสร้าง จำลองสถานการณ์การจับกันของโมเลกุล และจำลองสภาพแวดล้อม โดยใช้วิธีการทางชีวสารสนเทศในการประเมินศักยภาพการแทนที่ฮีโมโกลบินของมนุษย์ด้วยฮีโมโกลบินของพืช นับเป็นอีกหนึ่งก้าวแรกของวงการวิทยาศาสตร์ ที่จะต่อยอดไปสู่การสังเคราะห์โลหิตเทียมด้วยแนวทางใหม่ ซึ่งถือเป็นความเจริญก้าวหน้าขององค์ความรู้ครั้งสำคัญของมนุษย์