Focus on Bioinfo Researches

Bioinformatics Researches in Science and Nature

ภัสสร วรรณพินิจ

สวัสดีปีใหม่ 2553 ค่ะ พบกันอีกเช่นเคยนะคะใน "Focus on Bioinfo Researches" ซึ่งในครั้งนี้ดิฉันก็ขอหยิบยกเรื่องราวสนใจจากงานวิจัยต่างๆ ที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature และ Science ตลอดช่วงเดือนสุดท้ายของปี 2552 มาเล่าสู่กันฟังนะคะ

มาเริ่มกันที่เรื่องของงานวิจัยเกี่ยวกับ structural bioinformatics ซึ่งเป็นสาขาที่ศึกษาโครงสร้างของโปรตีนเพื่อนำไปสู่ความเข้าใจในกระบวนการทำงานของโปรตีนชนิดต่างๆ ค่ะ เอาเป็นว่า เรามาเริ่มต้นกันที่วารสาร Science ก่อนนะคะ ในเดือนธันวาคมที่ผ่านมา วารสาร Science ตีพิมพ์งานวิจัยเรื่อง "Structure of monomeric yeast and mammalian Sec61 complexes interacting with the translating ribosome" ซึ่งเกี่ยวข้องกับการศึกษาโครงสร้างของ Sec61 complex ซึ่งทำหน้าที่เป็น protein-conduction channel (PCC) สำหรับ secretory protein และ membrance protein ในเซลล์พวกยูคาริโอต (eukaryotic cell) คณะวิจัยได้ศึกษาโครงสร้างของ ribosome-Sec61 complexes โดยใช้ cryo-electron microscopy technique แล้วจึงสร้าง molecular model ของโปรตีนชนิดนี้โดยใช้ homology docking เมื่อนำมาแปรผลรวมกับข้อมูลทางชีววิทยาของโปรตีนชนิดนี้แล้ว ก็จะทำให้ทราบว่าแต่ละ subunit ของ complex protein ชนิดนี้ทำงานเป็นอิสระต่อกันในกระบวนการ cotranslational protein translocation

อีกงานหนึ่งที่น่าสนใจไม่แพ้กันคือ "Structure of the LKB1-STRAND-MO25 complex reveals an allosteric mechanism of kinase activation" ซึ่งเป็นการศึกษาโครงสร้างของ heterotrimeric LKB1-STRANDalpha-MO25alpha complex โดยใช้เทคนิค X-ray crystallography ร่วมกับข้อมูลทางชีวเคมีที่บ่งชี้ระดับการแสดงออกของ adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) ซึ่งการทำงานของ AMPK จะถูกควบคุมโดย protein kinase ที่ชื่อว่า LKB1 tumor suppressor ผลของการศึกษานี้ช่วยในการทำความเข้าใจกระบวนการควบคุมการทำงานของ LKB1 tumor suppressor โดย protein STRANDalpha และ STRANDalpha-MO25alpha complex นอกจากนี้ คณะวิจัยยังคาดว่าผลการศึกษานี้จะช่วยในการศึกษาการทำงานของ protein kinase ชนิดอื่นๆ รวมไปถึงความสัมพันธ์ของ LKB1 protein function กับพัฒนาการของมะเร็งในอีกหลายชนิดด้วยค่ะ

สำหรับวารสาร Nature ในเดือนธันวาคมที่ผ่านมานี้ มีการตีพิมพ์ผลการศึกษาเรื่อง "Encounter and extrusion of an intrahelical lesion by a DNA repair enzyme" ซึ่งเป็นงานที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างของ MutM (base-excision DNA repair enzyme) ในขณะที่มีการจับกับ damaged nucleobase, 8-oxoguanine (oxoG) การเปรียบเทียบโครงสร้างที่ได้นี้กับ sequence-matched structure ที่มีเบส G แทนที่ oxoG และการใช้ computer simulation ในการศึกษาพลังงานอิสระ (free energy) ของโครงสร้างเหล่านี้ ช่วยให้เราเข้าใจกระบวนการทำงานของ MutM emzyme ได้ดีขึ้น โดยเฉพาะในส่วนที่เกี่ยวข้องกับการตรวจหา genotoxic damage ใน DNA sequence นอกจากนี้ ยังมีงานวิจัยเรื่อง "Rational design of a structural and functional nitric oxide reductase" ซึ่งมีเนื้อหาเกี่ยวกับผลการออกแบบโครงสร้างของ nitric oxide reductase การออกแบบโครงสร้างโปรตีนชนิดนี้ ใช้วิธี in silico structure โดยคำนึงถึงทั้งทางด้านโครงสร้างโมเลกุลและหน้าที่ของโปรตีนในการตรวจสอบความถูกต้องของ in silico model นี้ คณะผู้วิจัยยังได้เปรียบเทียบ model กับ crysallographic structure และพบว่า minimized structure ของ designed protein สอดคล้องกับที่พบจาก crystallograhric structure

ต่อกันที่งานวิจัยทางด้าน genomics บ้างนะคะ สำหรับวารสาร Science ได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาเรื่อง "Mapping human genetic diversity in Asia" เพื่อเข้าใจถึงความหลากหลายและความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมของประชากรในแถบนี้ ในการศึกษา มีการใช้กระบวนการทางสถิติต่างๆ เช่น Bayesian statistic และ priniciple component analysis (PCA) ในการจำแนกประชาการกลุ่มต่างๆ จากข้อมูล SNPs การใช้เครื่องมือทางเทคโนโลยีสารสนเทศน์ศาตร์ในการจัดเก็บและวิเคราห์ข้อมูล รวมไปถึงการใช้ phylogeny ในการศึกษาความสัมพันธ์ของประชากรแต่ละกลุ่ม เป็นที่น่าภูมิใจอย่างหนึ่งที่งานวิจัยอันเกิดจากความร่วมมือนานาชาติชิ้นนี้ มีข้อมูล SNPs ของประชากรไทยและมีนักวิทยาศาตร์ไทยเข้าร่วมในโครงการนี้ด้วย และเป็นที่น่าสนใจว่าผลการวิจัยชิ้นนี้ บ่งชี้ถึงความสัมพันธ์ระหว่าง genetic ancestry, linguistic affiliation และภูมิศาสตร์ของประชากรในแถบ Eastern Asia

นอกจาก genomics แล้ว ในวารสาร Nature ยังมีงานวิจัยที่น่าสนใจเกี่ยวกับใช้ metagenome analysis ในการศึกษา noncoding RNAs (ncRNAs) structure ของ environmemtal bacteria งานวิจัยชิ้นนี้มุ่งเน้นศึกษา ncRNAs ขนาดใหญ่ ที่มีความคล้ายคลึงกับ ribozyme ทั้งในด้านขนาดและความซับซ้อน ซึ่งผลการวิจัยทำให้เกิดการพบโครงสร้างแบบใหม่ของ ncRNAs ซึ่งน่าจะนำไปสู่การค้นพบ function ใหม่ๆ ของ ncRNAs ในหัวข้อเรื่อง "Exceptional structured noncoding RNAs revealed by bacterial metagenome analysis"

และเมื่อพูดถึง genomics พี่ๆ เพื่อนๆ หลายคนก็คงจะนึงถึง proteomics เช่นกัน ในเดือนที่ผ่านมา Science ได้ตีพิมพ์งานวิจัยเรื่อง "Cell-specific information processing in segregating populations of Eph receptor ephrin–expressing cells" ซึ่งเป็นการศึกษา cell-specific signaling network ที่เกี่ยวข้องกับการจัดเรียงตัวของเซลล์ต่างๆ โดยใช้เทคนิค quantitative mass spectrometric analysis ในการสร้าาง proteomic profile ของประชากรเซลล์ผสมที่มีการแสดงออกของ Eph receptors หรือ transmembrane ephrin ligand นอกจากนี้ คณะผู้วิจัยยังได้ใช้ข้อมูลดังกล่าวในการเสนอ cell-specific network models ของ contact-initiated signals ที่เกิดจาก interaction ของเซลลล์ต่างๆ

นอกจากงานต่างๆ ข้างต้นที่สามารถจัดเข้าสาขาต่างๆ ทาง bioinformatics แล้ว ก็ยังมีงานวิจัยอื่นๆ ที่น่าสนใจในเดือนธันวาคมค่ะ ในเดือนนี้ Science ได้ตีพิมพ์การศึกษา self-assembly ของ filamentous molecular structure ผ่านทางการวิเคราะห์ kinetic equations ของโมเลกุลเหล่านี้ คณะผู้วิจัยคาดว่า ผลการศึกษาในครั้งนี้จะนำไปสู่ความเข้าใจในกระบวนการรวมตัวกันของ filamentous molecular subunits ในการสร้าง amyloid ไปจนถึงพัฒนาการของ mammalian prion disease งานนี้ถูกตีพิมพ์ลงในหัวข้อเรื่อง "An analytical solution to the kinetics of breakable filament assembly" นอกจากนี้นะคะ ส่วนตัวดิฉันรู้สึกภูมิใจมากค่ะ ที่ได้เห็นงานวิจัยของนักวิจัยไทย ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสาร Science ในชื่องานวิจัยว่า "Positively selected G6PD-Mahidol mutation reduces Plasmodium vivax density in southeast Asians" คณะผู้วิจัยศึกษาความสัมพันธ์ระหว่าง Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) deficiency allele โดยเฉพาะ G6PD-Mahidol4874 variant กับการเกิดโรคมาลาเรียโดยเชื้อ Plasmodium vivax และ Plasmodium falciparum ในประชากรไทย ผลจากการศึกษาโดยกระบวนการ genetic association study พบว่า G6PD-Mahidol4878 variant ส่งผลต่อให้เกิดการลดลงของเชื้อ P. vivax ในไทย แต่ไม่ส่งผลใดๆ ต่อเชื้อ P. falciparum สำหรับในวารสาร Nature มีการตีพิมพ์งานวิจัยที่ใช้ phylogenetic tree ในการสร้าง encyclopedia ของ bacteria และ archaea ให้ครอบคลุมความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตทั้งสองชนิดนี้ ถ้าท่านผู้อ่านสนใจต้องไปติดตามอ่านในงานวิชัยเรื่อง "A phylogeny-driven genomic encyclopaedia of bacteria and archaea" ค่ะ

นอกจากงานวิจัยแล้วดิฉันยังมี บทความและข่าวที่น่าสนใจในแวดวง bioinformatics มาฝากกันด้วยค่ะ เริ่มกันที่ความเคลื่อนไหวเกี่ยวกับ human genome sequence กันก่อนนะคะ ถึงแม้ว่าโครงการ Human Genome Project จะสิ้นสุดลงแล้วและเราก็ได้ reference sequence ของมนุษย์แล้วก็ตาม การทำความเข้าใจในเรื่อง function ของ gene ต่างๆ และการระบุถึงบริเวณต่างๆ ใน human genome ที่แสดงถึงความหลากหลายของประชาการมนุษย์ในโลก ซึ่งจะช่วยให้ human genome sequence สามารถเป็นตัวแทนที่ถูกต้องประชากรกลุ่มต่างๆ อันจะเป็นตัวจักรสำคัญในการศึกษาทางด้าน human genetics โดยเฉพาะในส่วนที่เกี่ยวกับการค้นหายีนก่อโรคต่างๆ รายละเอียด ความคิดเห็นและความเคลื่อนไหวต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ สามารถติดตามอ่านได้ที่ "Human genomics: The Genome Finishers"

มาถึงแวดวงทางด้าน protein srtructure กันบ้างนะคะ วารสาร Nature เสนอข่าวที่น่าตกใจมากเกี่ยวกับการ falsify ข้อมูล protein strucuture ของโปรตีนจำนวน 11 ชนิด ซึ่งจะก่อให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับการนำข้อมูลพื้นฐานเหล่านี้ไปใช้ในงานอื่นๆ โดยเฉพาะงานที่เกี่ยวกับการออกแบบยารักษาโรค พี่ๆ และเพื่อนๆ ที่สนใจรายละเอียดในเรื่องนี้สามารถอ่านได้ที่ "Fraud rocks protein community" ค่ะ

สุดท้ายนี้ก็เช่นเคยนะคะ หากท่านผู้อ่านคนใด อยากให้ดิฉันหยิบงานวิจัยเกี่ยวกับหัวข้อใดเป็นพิเศษมาเล่าเพิ่มเติม หรือมีข้อแนะนำประการใดก็สามารถ post ไว้ในกระทู้ข้างล่างนี้นะคะ ทั้งนี้ก็เพื่อจะได้ปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นค่ะ