ปัจจุบันประเทศไทยมีการส่งออกกุ้งแช่แข็งเป็นจํานวนมาก โดยมีรายได้จากการส่งออกเป็นอันดับหนึ่งจากรายได้ทั้งหมดของผลผลิตรวมทางการเกษตรของประเทศ   จากข้อมูลของธนาคารเพื่อการส่งออกในปีพ.ศ. 2547  ประเทศไทยมีการส่งออกกุ้งแช่แข็งประมาณ 160,760 ตัน ซึ่งในระหว่างกระบวนการผลิตกุ้งแช่แข็งนี้ จะมีเปลือก และ/หรือ ส่วนหัวกุ้ง เป็นเศษเหลือทิ้งถึงประมาณร้อยละ 30-50  (กลุ่มวิเคราะห์การค้าสินค้าประมงระหว่างประเทศ กรมประมง  http://www.fisheries.go.th/foreign/INDEX2.htm)  และเนื่องจากการย่อยสลายไคตินซึ่งเป็นสารประกอบหลักของเปลือกกุ้งตามธรรมชาตินั้น ต้องใช้เวลานานมาก เศษเหลือทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรมส่งออกกุ้งเหล่านี้ จึงสะสมเป็นของเสียที่ไม่มีมูลค่า และยังก่อให้เกิดมลภาวะทางสิ่งแวดล้อมตามแหล่งอุตสาหกรรมต่างๆเป็นอันมาก

การนำเปลือกกุ้งมาใช้ประโยชน์ โดยนำไปแปรรูปเป็นไคโตซาน เป็นวิธีการหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ในการเพิ่มมูลค่าของเหลือจากอุตสาหกรรมกุ้งได้ดี วิธีการโดยทั่วไปในการแปรไคตินเป็นไคโตซานนั้นต้องใช้ปฏิกิริยาเคมีที่รุนแรง เพราะต้องใช้กรดไฮโดรคลอริกภายใต้บรรยากาศไนโตรเจนเหลว (Hayes et al. 2008a)  อีกทั้งผลผลิตไคโตซานที่ได้ยังมีโครงสร้างที่หลากหลาย ทำให้คุณสมบัติทางชีววิทยาแปรปรวน และไม่แน่นอน รวมทั้งมี chitooligosaccharide ปนมาด้วยในปริมาณมากน้อยต่างๆ กัน (Aam et al. 2010) ดังนั้นหากเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยีเอนไซม์ในการแปรรูปเปลือกกุ้ง ซึ่งสามารถทำได้ในสภาวะที่ไม่รุนแรงจะเป็นการช่วยรักษาสภาพแวดล้อม และลดอันตรายต่อมนุษย์ รวมทั้งช่วยลดค่าใช้จ่ายในระยะยาวได้  ที่สำคัญยังสามารถควบคุมปฏิกิริยาให้ได้ ผลผลิตที่มีโครงสร้างที่คงที่ และมีคุณสมบัติทางชีววิทยาที่แน่นอนกว่า  ไคติน หรือไคโตซาน ที่ถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์ไคติเนส หรือไคโตซาเนส ได้เป็นโมโนเมอร์ N-acetyl glucosamine หรือ ไคโตโอลิโกแซคคาไรด์ (คอซ) นั้น สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ทั้งทางด้านการแพทย์ เภสัช การเกษตร และในอุตสาหกรรมอาหาร (Khoushab and Yamabhai 2010)   อย่างไรก็ตามกลไกการออกฤทธิ์ของ ไคโตซาน และ คอซ ในระดับโมเลกุลนั้นยังไม่เป็นที่เข้าใจแน่ชัด เนื่องจากรายงานการวิเคราะห์ เกิดจาก การใช้ไคโตซาน และ  คอซ ที่มีแหล่งที่มาแตกต่างกัน จึงมีโครงสร้างที่หลากหลายผสมกัน ทำให้ประเมินผลได้ยาก  แต่เป็นที่ชัดเจนว่า อนุพันธ์ของไคตินเหล่านี้ มีคุณประโยชน์ และเป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าเพิ่มที่น่าสนใจมาก

โครงการนี้เป็นโครงการต่อจากโครงการคัดหา โคลน และผลิต เอนไซม์ไคติเนส โดยใช้เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรม เพื่อให้ได้เอนไซม์ที่มีประสิทธิภาพ และศักยภาพในการนำมาประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม  ซึ่งได้ค้นคว้าวิจัยขึ้นในช่วงเวลา 5 ปีที่ผ่านมาในห้องปฏิบัติการของข้าพเจ้า  โดยได้รับการสนับสนุนจาก สภาวิจัยแห่งชาติ, International Foundation for Science และ สกว   จนถึงปัจจุบัน สามารถพัฒนาวิธีการที่มีประสิทธิภาพสูงในการผลิต recombinant hydrolytic enzyme ชนิดต่างๆ (Yamabhai et al. 2008, Yamabhai et al. 2011) รวมทั้ง ได้เอนไซม์ไคติเนสที่มีคุณภาพดีพอสมควรแล้ว (Songsiriritthigul et al. 2009, Songsiriritthigul et al. 2010)  อย่างไรก็ตามพบว่าเอนไซม์ที่พัฒนาขึ้นมาได้นั้นสามารถนำไปใช้ในการผลิตได้ดี เฉพาะ N-acetyl glucosamine และ คอซที่มีความยาว 2 หน่วยโมโนเมอร์ (chitobiose) เท่านั้น  (Songsiriritthigul et al. 2010) ทั้งนี้เป็นเพราะโครงสร้างของไคตินนั้นมีความแข็งแรงมาก ทำให้เอนไซม์เข้าไปทำงานในเส้นใยไคตินได้ยาก  (Horn et al. 2006) ดังนั้นในขั้นต่อไป จึงได้เสนอขอโครงการวิจัยนี้ เพื่อต่อยอดผลงานที่ได้สร้างขึ้นมาแล้ว โดยจะได้พยายามหาวิธีในการในการใช้เทคโนโลยีเอนไซม์ในการ สังเคราะห์ คอซที่มีความยาวเพิ่มขึ้นมากกว่า 2 หน่วย เพราะมีรายงานว่า คอซที่ยาว จะมีฤทธิ์ทางเภสัชวิทยาที่น่าสนใจกว่า (Aam et al.) วิธีการ และผลผลิตจากโครงการนี้จะเป็นต้นแบบในการพัฒนาเข้าสู่กระบวนการระดับอุตสาหกรรม เพื่อสร้างมูลค่าเพิ่มให้กับกากไคตินจากอุตสาหกรรมส่งออกกุ้งปู แช่แข็งต่อไป

วัตถุประสงค์ของโครงการวิจัย

1. 1.เพื่อต่อยอดโครงการ พัฒนาและผลิต เอนไซม์ recombinant B. licheniformis chitinase (Bl-ChiA) ต่างๆซึ่งได้พัฒนาขึ้นมาก่อนหน้านี้ (Songsiriritthigul et al. 2009, Songsiriritthigul et al. 2010)  โดยจะใช้เป็นแนวทางเพื่อการสังเคราะห์ chito-oligosaccharide  ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพที่น่าสนใจ แบ่งเป็นวัตถุประสงค์ย่อยดังนี้
   

2. 2.เพื่อโคลนและศึกษาคุณสมบัติของเอนไซม์ chitosanase จากเชื้อ Bacillus
   

3. 3.เพื่อหาสภาวะที่เหมาะสมใช้เอนไซม์ที่ได้พัฒนาขึ้นมาในห้องปฏิบัติการในการสั้งเคราะห์ chito-oligosaccharide (คอซ) สายยาว
   

4. 4.เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางชีววิทยาของ คอซ โครงสร้างต่างๆ ที่ได้พัฒนาขึ้นมา
   

ขอบเขตของโครงการวิจัย

โครงการนี้จะใช้เอนไซม์ Bl-ChiA ทั้ง 3 ตัว ที่ได้พัฒนาขึ้นในห้องปฏิบัติการของหัวหน้าโครงการ (Songsiriritthigul et al. 2010, Songsiriritthigul et al. 2009) และจะพัฒนาเอนไซม์เพิ่มขึ้นมาใหม่อีก 1 ตัวตามแนวทางใช้ได้ดีในห้องปฏิบัติการ (Yamabhai et al. 2011) คือเอนไซม์ chitosanase  จากนั้นจะนำไปใช้ย่อยไคติน หรือไคโตซาน ที่เตรียมได้จากเปลือกกุ้งและปู  โดยจะทำการผลิตเฉพาะในระดับห้องปฏิบัติการ แล้วนำผลิตภัณฑ์ที่เตรียมได้จากการย่อยสลายในสภาวะต่างๆ ไปวิเคราะห์ส่วนประกอบและคุณสมบัติ ทั้งทางเคมี และชีววิทยา