นับตั้งแต่ Georges P. Smith ได้รายงานผลการวิจัยการแสดงโปรตีนบนผิวเฟจแบบเส้นใย (filamentous phage) ลงในวารสาร Science เมื่อปี ค.ศ. ๑๙๘๕ [1] ซึ่งถือเป็นต้นกำเนิดของเทคโนโลยีเฟจนั้น ได้มีความก้าวหน้าในทางเทคโนโลยีนี้ขึ้นมาเป็นลำดับจนถึงปัจจุบัน และยังมีแนวโน้มว่า เทคโนโลยีเฟจ จะยังมีบทบาทสำคัญในการค้นคว้าวิจัยทางวิทยาศาสตร์แขนงต่างๆ อีกมากในอนาคต โดยเฉพาะ การประยุกต์ ใช้ในงานทาง เทคโนโลยีชีวภาพ [2]  แขนงต่างๆ ทั้งทางด้านการแพทย์ ทางการเกษตร รวมทั้ง เทคโนโลยีสมัยใหม่ เช่นนาโนเทคโนโลยี [3, 4]  ทั้งนี้เป็นเพราะคุณสมบัติ ที่โดดเด่นของเทคโนโลยีเฟจ ๓ ประการ คือ ๑) การที่โปรตีน (หรือเปบไทด์) และยีน (หรือ DNA) ที่ทำหน้าที่ สร้างโปรตีนนั้น เชื่อมกันอยู่โดยตรง คือภายในเฟจตัวเดียวกัน ทำให้สามารถศึกษาโครงสร้าง หรือ ลำดับกรดอะมิโนของ เปบไทด์ หรือโปรตีนที่แสดงอยู่บนผิวเฟจได้โดยง่าย ด้วยการวิเคราะห์ลำดับเส้น DNA ของเฟจนั้นๆ  นอกจากนั้นแล้ว ยังทำให้ง่ายต่อการนำมาเพิ่มจำนวนให้มาก เพื่อการใช้ประโยชน์ต่อไป ประการที่ ๒) หลักการพื้นฐานของเทคโนโลยีเฟจนั้น คือการคัดเลือกด้วยอันตรกริยา (affinity selection) หรือ การคัดเลือก ความสามารถในการจับเป้าหมายอย่างเฉพาะเจาะจงภายใต้สภาวะต่างๆ ที่ต้องการ  โดยเฟจที่อยู่ในคลัง จะต้องถูกนำมาผ่านกระบวนการคัดเลือกหลายๆ รอบจนกว่าจะได้เฟจที่มี คุณสมบัติที่เหมาะสม ซึ่งกระบวนการ คัดหาเฟจนี้ อาจถือเป็นวิธีการทางอณูชีววิทยา (molecular evolution) อย่างหนึ่งที่มีประสิทธิภาพสูง เพราะการคัดเลือก (select) นั้นทำได้ง่ายกว่าการตรวจหาทีละตัว (screen) ดังนั้นเทคโนโลยีนี้ จึงเป็นนิยมในการนำมาใช้ในการทำงานทางวิศวกรรมโปรตีน (protein engineering) ด้วยเทคนิค การกำกับวิวัฒนาการ (directed evolution) [2] ประการสุดท้าย เทคโนโลยีเฟจ นั้น ถือเป็นเทคโนโลยี การแสดงโปรตีน (protein expression) ในแบคทีเรีย Escherichia coli ประเภทหนึ่ง ซึ่งไม่ยุ่งยาก ต้องการเพียงความรู้พื้นฐานทางอณูชีววิทยา และจุลลชีววิทยาทั่วไป จึงสะดวกต่อการนำไปประยุกต์ใช้ โดยนักวิจัยจากหลายสาขา อีกทั้งยังมีค่าใช้จ่ายในการดำเนินการต่ำ  ดังนั้นนับตั้งแต่การถือกำเนิดของ เทคโนโลยีนี้เป็นต้นมา ได้มีรายงานการวิจัยเกี่ยวกับการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีนี้เป็นจำนวนมากทั่วโลก [3] จึงเห็นได้ว่าเทคโนโลยีเฟจ มีศักยภาพสูงมากในการนำมา ประยุกต์ใช้ในงานวิจัยทางเทคโนโลยีชีวภาพแขนงต่างๆ ทั่วโลก รวมทั้งในประเทศไทย

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชีวภาพบนผิวเฟจนั้น ทำได้หลายลักษณะ ขึ้นกับชนิดของโปรตีนที่นำมาแสดงไว้ (display)   ซึ่งขนาดของโปรตีนที่สามารถแสดงบนผิวเฟจได้นั้นมีได้อย่างหลากหลายคือตั้งแต่ เป็นเส้นเปบไทด์สั้นๆ ความยาว ๗ กรดอะมิโน จนถึงโปรตีนขนาดใหญ่ ๓๐๐ กรดอะมิโน [5]  โดยเปบไทด์เส้นสั้นๆ บนผิวเฟจนั้นนับเป็นแหล่งสำคัญในการพัฒนายา หรือวัคซีน รวมทั้งในงานทางนาโนเทคโนโลยีที่สำคัญ ส่วนโปรตีนที่สามารถแสดงบนผิวเฟจได้นั้นมีหลายประเภท เช่น แอนติบอดี เอนไซม์ โปรตีนโครงสร้างชนิดต่างๆ (scaffold protein) รวมทั้งคลัง gemomic และ cDNA จากสิ่งมีชีวิตต่างๆ โดยเฉพาะโปรตีน ที่เป็นส่วนโมเลกุลของแอนติบอดีที่อยู่บนผิวเฟจ ซึ่งมีโครงสร้างต่างๆ กันนั้น มีความสำคัญ อย่างยิ่งในการประยุกต์ใช้ทางเทคโนโลยีชีวภาพแขนงต่างๆ โดยเฉพาะทางการแพทย์ เพราะแอนติบอดี เป็นสารทางชีวภาพที่มีศักยภาพสูงมากในการรักษาโรคที่รักษาได้ยาก  ซึ่งจะได้กล่าวถึง การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเฟจในงานทางเทคโนโลยีชีวภาพโดยแบ่งตาม ประเภทของ โมเลกุลที่แสดง โดยละเอียด ใน Blog ต่างๆ ต่อไป

เอกสารอ้างอิง

[1] Smith, G. P., Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface. Science 1985, 228, 1315-1317.

[2] Lutz, S., Lutz, S., Bornscheuer, U. T., Protein Engineering Handbook, Wiley-VCH 2009.

[3] Kehoe, J. W., Kay, B. K., Filamentous phage display in the new millennium. Chem Rev 2005, 105, 4056-4072.

[4] O'Brien, P. M., Aitken, R. (Eds.), Antibody Phage Display, Humana Press, Totowa, New Jersey 2002.

[5] Yamabhai, M., Kay, B. K., W.E. Balch, C. J. D. A. H., Mapping protein-protein interactions with alkaline phosphatase fusion proteins, Methods in Enzymology, Academic Press 2001, pp. 88-102.