1. ชื่อหน่วยวิจัย : เอนไซม์เทคโนโลยีและพันธุวิศวกรรม

Enzyme Technology and Genetic Engineeging

ภาควิชา เคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

ศูนย์วิจัยของสถาบันที่ประสงค์จะเข้าสังกัด : ศูนย์วิจัยเทคโนโลยีชีวภาพระดับโมเลกุล

Molecular Biotechnology Research Centre

2. สมาชิก

(1) รศ.ดร.สุรีย์ ฟูตระกูล ผู้ประสานงานหน่วยวิจัย

(2) นายบัณฑิต บุญศิลปไทย

(3) ดร.มณี ผู้กาญจนทวีป

(4) ดร.หทัยชนก เนียมทรัพย์

3. หลักการและเหตุผล

ในปัจจุบันอุตสาหกรรมต่างๆ ได้พยายามพัฒนาการประยุกต์ใช้เอนไซม์เป็นตัวคะตะลิสต์ของปฏิกิริยาเคมีเพื่อทดแทนคะตะลิสคต์เคมีอื่นๆ ทั้งนี้เนื่องจากปฏิกิริยาที่ใช้เอนไซม์เป็นคะตะลิสต์เกิดขึ้นได้เร็วและในสภาวะที่ไม่รุนแรงดังเช่นปฏิกิริยาที่มีคะตะลิสต์เป็นสารเคมีอื่นๆ การพัฒนาเทคโนโลยีการใช้เอนไซม์นี้จะนำไปสู่การเพิ่มปริมาณการใช้ผลิตผลของการเกษตรในประเทศไทย ด้วยเหตุนี้งานวิจัยด้านเอนไซม์เทคโนโลยีจึงจำเป็นอย่างยิ่งต่อการพัฒนาของประเทศเกษตรกรรม เช่น ประเทศไทย เนื่องด้วยความเจริญรุดหน้าของวิทยาการแขนงนี้ในต่างประเทศได้ดำเนินไปอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องส่งเสริมให้นักวิจัยมีความร่วมมือกับสถาบันต่างประเทศที่มีความรุดหน้าทางวิชาการนี้อาทิเช่น ภาควิชาเทคโลยีชีวภาพ Lund University ประเทศ สวีเดน ภาควิชา Biological Chemistry ประเทศใต้หวันและชีวเคมี มหาวิทยาลัย Edinbourgh สหราช-อาณาจักร ทั้งนี้จะช่วยเพิ่มพูนประสบการณ์และความรู้เพื่อการใช้ประโยชน์อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ความร่วมมือดังกล่าวอยู่ภายใต้การสนับสนุนบางส่วนของโครงการปริญญาเอกกาญจนาภิเษกซึ่งได้ให้ทุนการศึกษาขั้นปริญญาเอกกับสมาชิกของหน่วยวิจัย และได้ให้ทุนสนับสนุนในการเสนอผลงานวิจัยระดับนานาชาติและส่วนน้อยสำหรับค่าใช้จ่ายของการดำเนินงานวิจัย ทำให้หน่วยวิจัยยังไม่มีความคล่องตัวในการทำงานเท่าที่ควร นอกจากนี้ในด้านการผลิตนักศึกษาขั้นดุษฎีบัณฑิตทางเทคโนโลยีชีวภาพ หน่วยวิจัยนี้ยังมีการร่วมมือกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติใต้หวันในแง่การร่วมโครงการวิจัยและร่วมเป็นที่ปรึกษาการวิจัยเพื่อวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเทคโนโลยีชีวภาพของนักศึกษาซึ่งทำงานในหน่วยวิจัยนี้ และยังสนับสนุนค่าใช้จ่ายของนักศึกษาในขณะที่ไปทำวิจัยที่ห้องปฏิบัติการในใต้หวันอีกด้วย

4. วัตถุประสงค์และเป้าหมาย

1. เพื่อเพิ่มพูนความรู้ให้กับนักวิจัยในด้านเอนไซม์เทคโนโลยี เพื่อประยุกต์ใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพต่อการพัฒนาประเทศ

2. เพื่อเพิ่มศักยภาพต่อการเรียน การสอน และการวิจัย ทุกระดับการศึกษา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับมหาบัณฑิตและดุษฎีบัณฑิตของภาควิชาเคมี

3. เพื่อแลกเปลี่ยนประสบการณ์การวิจัยกับนักวิจัยต่างประเทศ

4. เพื่อเผยแพร่ผลงานวิจัยให้เป็นประโยชน์ต่อการศึกษาและการพัฒนาอุตสาหกรรมของประเทศไทย

5. งานวิจัยที่ดำเนินการอยู่

ในปัจจุบันได้ศึกษาเน้นหนักถึงเอนไซม์จากจุลินทรีย์เทอร์โมฟิลิคและเทคโนโลยีการประยุกต์ใช้งานเอนไซม์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเทคโนโลยีการตรึงเอนไซม์และเซลล์ และการใช้เอนไซม์ในสารละลายที่มีตัวทำละลายอินทรีย์ ทั้งนี้สืบเนื่องจากเอนไซม์จากจุลินทรีย์เทอร์โมฟิลิคมีแนวโน้มที่น่าในใจสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย เช่น อุตสาหกรรมผงซักฟอก อุตสาหกรรมน้ำมัน-ไขมัน-น้ำนม-เนย อุตสาหกรรมการผลิตสารเคมี อุตสาหกรรมยา เป็นต้นแหล่งของจุลินทรีย์เทอร์โมฟิลิคได้แก่ บ่อน้ำร้อนที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 60oซ ซึ่งจะพบได้หลายแห่งในบริเวณจังหวัดเชียงใหม่ นั่นคือการวิจัยครั้งนี้ได้นำทรัพยากรธรรมชาติในท้องถิ่นมาใช้ให้เป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาประเทศ เอนไซม์ที่ได้ทำการศึกษาในช่วง 2-3 ปีที่ผ่านมาคือ โปรติเอส (protease) และไลเปส (lipase) โดยเน้นหนักการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อนำเอนไซม์โปรติเอสไปใช้ในการย่อย casein ซึ่งเป็นโปรตีนในน้ำนมเพื่อนำไปใช้ความสะอาดในระบบ ultrafiltration ในอุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์นม และเพื่อนำเอนไซม์ไลเปสไปใช้ในอุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์น้ำมันและไขมัน

และในปัจจุบันมีผลการทดลองจำนวนมากที่แสดงให้เห็นถึงแนวโน้มที่เป็นไปได้ในการใช้เอนไซม์เร่งปฏิกิริยาในตัวทำละลายอินทรีย์ในทางเทคโนโลยีชีวภาพ โดยทั่วไปเอนไซม์จะถูกใช้เพื่อเร่งปฏิกิริยาต่างๆ ในสารละลายที่มีน้ำเป็นตัวทำละลาย แต่ด้วยเหตุผลหลายประการที่ทำให้เกิดการใช้เอนไซม์เร่งปฏิกิริยาในตัวทำละลายอินทรีย์แทนน้ำ โดยเหตุผลที่สำคัญได้แก่ การช่วยเพิ่มการละลายาของสับสเตรทหรือผลิตภัณฑ์ที่ไม่ละลายน้ำ ช่วยเปลี่ยนสมดุลของปฏิกิริยาที่มีน้ำเป็นสารผลิตภัณฑ์ตัวหนึ่ง ช่วยลดการยับยั้งของสารตั้งต้นหรือสารผลิตภัณฑ์ ช่วยป้องกันปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส ทำให้แยกสารผลิตภัณฑ์และตัวเร่งชีวภาพได้ง่ายขึ้น ทำให้มีการปนเปื้อนจากจุลินทรีย์น้อยลง และทำให้ตัวเร่งชีวภาพมีความเสถียรดีขึ้น จากการทดลองอย่างเป็นระบบใน.ห้องปฏิบัติการประมาณ 10 ปีที่ผ่านมาทำให้เกิดวิธีการใหม่ๆ ในการสังเคราะห์สารด้วยการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ในตัวทำละลายอินทรีย์ ประกอบการใช้เทคนิคการตรึงเอนไซม์จะทำให้เกิดประโยชน์ในการประยุกต์ทางอุตสาหกรรมต่างๆ ซึ่งได้แก่ อาหาร เครื่องสำอางค์ สารเคมี ยารักษาโรคและทางด้านการแพทย์ ดังนั้นงานวิจัยของหน่วยวิจัยนี้จึงได้ขยายงานวิจัยทางด้านการใช้เอนไซม์ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ในตัวทำละลายอินทรีย์ และเพื่อให้สอดคล้องกับนโยบายของรัฐบาลทางด้านการส่งเสริมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเพื่อการพัฒนาประเทศสถาบันการศึกษาและการวิจัยต่างๆ จำเป็นจะต้องมีความรู้ด้านนี้ทั้งในภาคทฤษฎีและปฏิบัติ เพื่อตอบสนองความต้องการดังกล่าว ในการนี้หน่วยวิจัยเอนไซม์ในนามของภาควิชาเคมีร่วมกับ Department of Biotecnology, Lund University ประเทศสวีเดน ได้จัดการอบรมเชิงปฏิบัติการทางด้านนี้ โดยมีสถาบันต่างๆ ทั้งในประเทศและต่างประเทศให้ความร่วมมือในการจัดการอบรมครั้งนี้ เมื่อวันที่ 7-12 มีนาคม 2536 ซึ่งประสบความสำเร็จอย่างงดงาม และการจัดประชุมเยี่ยงนี้ในปี พ.ศ. 2538 เมื่อวันที่ 8-10 พฤษภาคม 2538 เรื่อง "แนวทางใหม่ของการผลิตเอนไซม์" ที่ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ก็ได้รับความสำเร็จดีเยี่ยม

ผลงานวิจัยที่ผ่านมาได้นำเสนอในการประชุมวิชาการทั้งในและต่างประเทศ รวมทั้งได้พยายามให้มีการตีพิมพ์ในวารสารต่างประเทศ

6. อุปกรณ์/เครื่องมือวิจัยหลักที่มีอยู่แล้ว

1. Incubator (room temperature-70 oC)

2. Shaker incubator (room temperature -70 oC)

3. Shaker bath

4. UV monitor พร้อม recorder

5. Fraction collector

6. Microbiological safety cabinet

7. Autoclave

8. Refrigerate centrifuge

9. Fermentor

10. Micro-centrifuge

11. Circulation bath

12. Balance

13. Rocking table

14. Peristaltic pump

15. Electrophoresis set พร้อม Power supply

16. Gas Chromatography

17. UV/VIS Spectrophotometer

18. Deep freez (-80 oC)

19. pH meter

20. Spectronic 20

21. Rotary evaporator

22. Vortex mixer

23. Thermocoustanter

24. Coulometer with Oven

25. High pressure liquid chromatography

7. ผลสัมฤทธิ์ทางการวิจัยตั้งแต่ปี 2540 จนถึงปัจจุบัน :

7.1 มีโครงการวิจัยร่วมกับกลุ่มวิจัยของ Dr.Linda Gilmore ภาควิชาชีวเคมี มหาวิทยาลัย Edinbough สหราชอาณาจักร และมีการเซนต์สัญญาความร่วมมือทางการวิจัยกับคณะวิทยาศาสตร์ ปี 2540-2545

7.2 มีการร่วมวิจัยของ Professor Shui-Tein Chen ภาควิชา Biological Chemistry มหาวิทยาลัยแห่งชาติ, ใต้หวัน ภายใต้โครงการนี้มีนักศึกษาปริญญาเอกทางเทคโนโลยีชีวภาพของมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ นางสาวบุญรัศมิ์ สุขเขียว ได้รับทุนให้ทำวิจัยเพื่อปริญญาเอกเรื่อง "วิศวกรรม โปรตีนของไลโซไซม์และการศึกษาโปรติเอสทนความร้อนจากจุลินทรีย์แยกได้จากท้องถิ่นเพื่อใช้เร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์เปปไทด์" โดยเดินทางไปใช้เครื่องมือที่ Institute of Biological chemistry Academia Sinica, Teipe, Taiwan มีกำหนด 3 ปี และในปีการศึกษา 2541 นี้มีนักศึกษาชาวใต้หวัน Mrs. Hui-Ming Yu เข้ามาเรียนปริญญาเอกทางเทคโนโลยีชีวภาพของมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ โดยมีอาจารย์ทั้งสองฝ่ายเป็นอาจารย์ที่ปรึกษา

7.3 ผลงานที่เสนอในการประชุมวิชาการระดับนานาชาติ (ปี 1997-1998)

7.3.1 Sookkheo, B., Phutrakul, S., Chem, S.T. and Wang, K.T. (1997) Kinetic Constants of Aspartat Aminotransferase from Twelve Keto-acid Substrates, 23rd Congress on Science and Technology of Thailand, 20-22 October, Chiang Mai, Thailand, pp 272-273.

7.3.2 Boonsinthai, B. and Phutrakul, S. (1997) Properties of Extracellular Lipases from the Cloned PUC-TP404 and PUC-TP811, 23rd Congress on Science and Technology of Thailand, 20-22 October, Chiang Mai, Thailand, pp 272-273.

7.3.3 Wongtein, N.and Phutrakul, S. (1997) Extraction and Chemical Composition of Yellow Pigments from Curcuma, Jack Fruit Wood and Marigold, 23rd Congress on Science and Technology of Thailand, 20-22 October, Chiang Mai, Thailand, pp 272-273.

7.3.4 Sinchaikul, S. and Phutrakul, S. (1997) Effect of Calcium Ion and Thiolreactive Reagents on Thermostability of Protease Secreted from a Thermophilic Bacterium Strain TLS33, 23rd Congress on Science and Technology of Thailand, 20-22 October, Chiang Mai, Thailand, pp 272-273.

7.4 ผลงานที่เสนอในการประชุมวิชาการระดับชาติ (ปี 1997-1998)

7.4.1 Sookkheo, B., Phutrakul, S., Chen, S.T. and Wang, K.T. (1997) Enzymatic Synthesis of N15-Labelled amino acids and its Derivatives, Internation Conference on Biodiversity and Bioresources-Conservation and Utilization (IUPAC conference) 23-27 November 1997, Phuket, Thailand, p 168.

7.4.2 Sinchaikul, S., Sritanaudomchai, H. and Phutrakul, S. (1997) Production and Characterization of Extracellular Protease Produced by a Thermophilic Bacterium Strain TLS33, International Conference on Biodiversity and Bioresources-Conservation and Utilization (IUPAC conference) 23-27 November 1997, Phuket, Thailand, p 106.

7.4.3 Boonsinthai, B., Preechanukul, N. and Phutrakul, S. (1997) Production and Properties of Lipases from Five Isolates of Thermophilic Bacteria, International Conference on Biodiversity and Bioresources-Conservation and Utilization (IUPAC conference) 23-27 November 1997, Phuket, Thailand, p 107.

7.4.4 Boonsinthai, B. and Phutrakul, S. (1997) A Comparative Extracellular Lipases Activity of Thermophile Isolates P1, TP-404 and TP-811 to Their Clones, JSPS-NRCT-DOST-LIPI-VCC 2nd Seminar on The Large Scale Cooperative Research Progeam in the Field of Biotechnology, 19-21 November,Suranaree University of Technology, Nakornratchasima, Thailand.

7.5 การตีพิมพ์ผลงาน

7.5.1 Sinchaikul, S. and Phutrakul, S. (1997) Proper Assay Condition for Thermophilic Bacterial Protease and Some Characteristics of the Enzyme, J. Sci, Fac. CMU, 24, 14-23.

7.5.2 Boonsinthai, B. and Phutrakul, S.(1997) Productivity and Stability of Extracellular Proteases from Thermophilic Bacteria in Organic Solvent, J. Sci. CMU, 24, 24-31.

7.5.3 Sinchaikul, S. and Phutrakul, S. (1998) Ejffect of Calcium Ion and Thioreactive Reagents on Thermostability of Protease Secreted from a Thermophilic Bacterium Strain TLC 33, J. Fac. Sci. CMU, 25,45-56.

7.5.4 Sookkheo, B., Phutrakul, S. Chen S.T. and Wang, K.T. (1998) Preparative Scale Synthesis of 15N-Aspartic Acid Catalyzed by Aspartase, J. Chin. Chem. Soc., 45, 525-528.

ข้อมูลสรุปโครงการวิจัยและพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของหน่วยวิจัยเอนไซม์เทคโนโลยีและพันธุวิศวกรรม

1. โครงการวิจัยย่อยที่รับทุนมาและดำเนินการเสร็จสิ้นตามเป้าหมายแล้ว

1.1 ชื่อโครงการ การศึกษาสมบัติและการตรึงเอนไซม์ไลเปสชนิดที่มีประสิทธิภาพดีที่อุณหภูมิสูง ซึ่งผลิตจากจุลินทรีย์ในน้ำพุร้อนบริเวณจังหวัดเชียงใหม่

แหล่งทุนที่ได้รับ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

งบประมาณที่ได้รับ 58,570 บาท

ปี พ.ศ.ที่ได้รับ 2534

1.2 ชื่อโครงการ "การพัฒนาการผลิตและการใช้เอนไซม์โปรติเอสโดยเทอร์โมฟิลิคแบคทีเรีย"

แหล่งทุนที่ได้รับ สำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ ประจำปีงบประมาณ 2536

งบประมาณที่ได้รับ 150,000 บาท

ระยะเวลา 1 ปี จากมกราคม 2535 - ธันวาคม 2536

1.3 ชื่อโครงการ "การศึกษาวิธีตรึงเซลล์เทอร์โมฟิลิคแบคทีเรียที่เหมาะสมสำหรับการผลิตโปรติเอส"

แหล่งทุนที่ได้รับ สถาบันวิจัยและพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

งบประมาณที่ได้รับ 60,000.-บาท

ระยะเวลา ตุลาคม 2536 - กันยายน 2537

1.4 ชื่อโครงการ Development Technology for Production and Utilization of Industrial Important Thermostable Enzymes

แหล่งทุนที่ได้รับ The International Program in Chemical Science, Sweden.

งบประมาณที่ได้รับ ประมาณ 200,000 บาท ต่อปี เป็นค่าเครื่องมือวิทยาศาสตร์และสารเคมีที่จำเป็นเร่งด่วน สิ้นสุดในปี 2536

1.5 ชื่อโครงการ "การผลิตซอร์บิทอลและเอทานอลโดยเอนไซม์ตรึงจากเซลล์ไร้ชีวิตของ Zymomonas mobilis"

แหล่งทุนที่ได้รับ คณะวิทาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ปีงบประมาณ 2536

งบประมาณที่ได้รับ 62,530 บาท

ระยะเวลา 1 ปี ตั้งแต่ ตุลาคม 2535 - กันยายน 2536

1.6 ชื่อโครงการ การสังเคราะห์เอสเทอร์ของกรดไขมันจากน้ำมันปาล์มโดยไลเปสที่ผลิตจากเทอร์โมไฟล์ที่แยกได้จากน้ำพุร้อนในท้องถิ่น

แหล่งทุนที่ได้รับ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ปีงบประมาณ 2537

งบประมาณ 6,000 บาท

ระยะเวลา ตุลาคม 2536 - กันยายน 2537

1.7 ชื่อโครงการ "การศึกษาวิธีตรึงเซลล์เทอร์โมฟิลิคแบคทีเรียที่เหมาะสมสำหรับการผลิตโปรติเอส"

แหล่งทุนที่ได้รับ สถาบันวิจัยและพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

งบประมาณที่ได้รับ 60,000 บาท

ระยะเวลา ตุลาคม 2537 - กันยายน 2538

1.8 ชื่อโครงการ การพัฒนาการผลิตเอนไซม์ไลเปสที่ทนความร้อนสูงได้โดยจุลชีพที่แยก จากน้ำพุร้อนเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมไขมันและ/หรือการสังเคราะห์สารอินทรีย์

แหล่งทุนที่ได้รับ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

งบประมาณที่ได้รับ 133,000 บาท

ระยะเวลา มิถุนายน 2539 - พฤษภาคม 2540

1.9 ชื่อโครงการ การวิจัยเพื่อผลิตโปรติเอสที่ทนอุณภูมิสูงได้เพื่อใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและ/หรือผงซักฟอก

แหล่งทุนที่ได้รับ สถาบันวิจัยและพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

งบประมาณที่ได้รับ 100,000 บาท

ระยะเวลา มิถุนายน 2540 - พฤษภาคม 2541

2. โครงการวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่

2.1 ชื่อโครงการ การปรับปรุงเอนไซม์ไลเปสทนความร้อนเพื่อใช้ในอุตสาหกรรม

แหล่งทุนที่ได้รับ โครงการปริญญาเอกกาญจนาภิเษก (สกว.)

งบประมาณ 50,000.-บาท/ปีเป็นเวลา 3 ปี

ระยะเวลา 1 มิถุนายน 2541 - 31 พฤษภาคม 2544

2.2 ชื่อโครงการ โครงการพัฒนาสารย้อมสีธรรมชาติในแถบภาคเหนือตอนบน

แหล่งทุนที่ได้รับ สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.ฝ่าย 2)

งบประมาณ 2,990,000

ระยะเวลา เมษายน 2541 - กันยายน 2543