ดร.อรุณี ตั้งคารวคุณ
นายจีรพันธุ์ มาชาวป่า
นางสาวบุษรา ป้องแก้ว
กลุ่มวิจัยวิทยาศาสตร์การแพทย์


ในการพัฒนาสูตรตำรับวัคซีนผสมนั้น ก่อนอื่นมีความจำเป็นต้องทราบโครงสร้างของ
antigen แต่ละชนิดที่เราจะต้องนำมาผสมกัน ทั้งนี้เพื่อให้ทราบคร่าวๆ ถึงคุณสมบัติ หรือ
เงื่อนไขในการกำหนดขอบเขตของการทดลอง ในที่นี้จะกล่าวถึงคุณสมบัติของ antigens
ในวัคซีนผสม DTP-HB
ซึ่งมี antigens 4 ชนิดผสมรวมกัน

antigens 4 ชนิดที่ผสมรวมกัน ได้แก่
1. Diphteria toxin
2. Tetanus toxin
3. Pertussis toxin
4. Hepatitis B surface antigen
ผู้เขียนขอกล่าวถึงรายละเอียดของ antigens แต่ละชนิดดังนี้

Diphteria toxin
Diphteria toxin เป็นสารพิษทำให้เกิดโรคคอตีบ ซึ่งผลิตจากแบคทีเรีย Corynbacter
diphtheria สารพิษดังกล่าวนี้จะถูกผลิตเพื่อการควบคุมไวรัส ซึ่งมีผลยับยั้งการสร้างโปรตีนในพวก
ยูคาริโอต

Diphteria toxin เป็นเอนไซม์ที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาการย้าย adenosine diphosphate
ribose (ADPR) จาก nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) ไปสู่ elongation
factor 2 (EF-2) ทำให้ elongation factor 2 (EF-2) ไม่ทำงาน เป็นผลให้เกิดการยับยั้งการสร้าง
โปรตีนเป็นสาเหตุของเซลล์ตาย1

Diphteria toxin ถูกสร้างเป็นโพลีเปปไทด์สายเดี่ยว มีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 62,000
ดาลตันซึ่งในสภาพธรรมชาติจะไม่เป็นพิษเรียกว่า proenzyme ซึ่งตัว proenzyme นี้จะถูกย่อย
โดยเอนไซม์บางชนิด เช่น trypsin หรือ protease ทำให้กลายเป็น diphtheria toxin ซึ่งมีความ
เป็นพิษ หลังจากนั้น diphtheria toxin จะถูกส่งออกมาภายนอกเซลล์ของแบคทีเรีย

Diphteria toxin ประกอบด้วย ส่วนที่สำคัญ 2 ส่วน คือ โพลีเปปไทด์สาย A (น้ำหนัก
โมเลกุล 24,000 ดาลตัน) และ โพลีเปปไทด์สาย B (น้ำหนักโมเลกุล 38,000 ดาลตัน) ดังแสดงไว้
ในรูปที่ 1 โดยที่ทั้งสองส่วนนี้มีหน้าที่แตกต่างกัน โพลีเปปไทด์สาย A จะทำหน้าที่เป็นเอนไซม์
ส่วนโพลีเปปไทด์สาย B จะทำหน้าที่จับกับ receptor

โพลีเปปไทด์สาย A และ สาย B เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไดซัลไฟด์2 นอกจากนี้ใน
โพลีเปปไทด์สาย B ยังมีพันธะไดซัลไฟด์อยู่ภายในสายด้วย3 โพลีเปปไทด์สาย A จะมีความคงตัว
มากกว่าโพลีเปปไทด์สายB เช่น ในสภาวะที่มีความเป็นกรดหรือมีความเป็นเบสสูงๆ (pH 2-12)
หรือในสภาวะที่มีความร้อนสูง (>100 oC) ในขณะที่โพลีเปปไทด์สาย B จะไม่เสถียร

อย่างไรก็ตาม ในการก่อให้เกิดโรคนั้น Diphteria จำเป็นต้องประกอบด้วยทั้ง
โพลีเปปไทด์สาย A และ โพลีเปปไทด์สาย B โดยโครงสร้างของ Diphteria toxin แสดงในรูปที่ 1


รูปที่ 1 โครงสร้างของ Diphteria toxin

Tetanus toxin
สารพิษ tetanus เป็นหนึ่งในสารพิษซึ่งผลิตจากเชื้อ Clostridium tetanii ที่มีผลต่อ
ระบบประสาท เมื่อได้รับ toxin เข้าไปในร่างกายจะไปมีผลที่ระบบประสาทส่วนกลางทำให้เกิดผล
ยับยั้งการส่งผ่านของสารสื่อประสาทที่บริเวณ synapses และ excitatory synapses

Tetanus toxin จะถูกสร้างออกมาเป็นโปรตีนสายเดี่ยวและจะถูกย่อยด้วยเอนไซม์
trypsin ออกเป็น 2 สายก่อนถูกนำออกนอกเซลล์

สายแรกของ toxin คือสายที่เป็น light chain หรือสาย A สายที่สอง คือ สายที่เป็น
heavy chain หรือสาย B-C ดังแสดงไว้ในรูปที่ 2 ซึ่งทั้งสองสายมีน้ำหนักโมเลกุลรวมประมาณ
150,000 ดาลตัน light chain หรือสาย A มีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 52,000 ดาลตัน และ heavy
chain หรือสาย B และ C น้ำหนักรวมกันประมาณ 98,000 ดาลตัน โดยทั้ง 2 สายนี้จะเชื่อมต่อกัน
ด้วยพันธะไดซัลไฟด์ เมื่อเข้าสู่ร่างกาย สาย light chain หรือ สาย A จะเป็นส่วนที่มีผลต่อระบบ
ประสาท อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้เอนไซม์ papain แยกส่วนที่เป็น A, B และ C ออกจากกันแล้ว
ปรากฏว่า สาย C ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 52,000 ดาลตัน นั้นเป็นส่วนที่ไม่เป็นพิษแต่มีหน้าที่
พา toxin ไปยังระบบประสาทส่วนกลาง4,5


รูปที่ 2 โครงสร้างของ Tetanus toxin

Pertussis toxin
Pertussis toxin เป็น oligomeric ที่สร้างโดยแบคทีเรีย Bordetella pertussis
จากนั้นจึงถูกส่งออกมานอกเซลล์ เป็นสารที่มีความเป็นพิษและก่อให้เกิดโรคไอกรน

Pertussis toxin เป็น toxin ที่มีผลหลายอย่างต่อร่างกาย เช่น กระตุ้น lymphocyte
เป็นสารที่ไวต่อ histamine กระตุ้นการหลั่งฮอร์โมน insulin และยังทำให้เกิดการรวมตัวกันของ
erythrocyte

โครงสร้างของ Pertussis toxin หรือ AB5 exotoxin ประกอบด้วยส่วนย่อยอีก 5 ส่วน
หรือ 5 protein subunits คือ S1-S5 ดังแสดงไว้ในรูปที่ 3 ทั้ง 5 subunits นั้นมีน้ำหนักโมเลกุล
แตกต่างกัน คือ subunit ที่ 1 หรือ S1 มีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 2,000 ดาลตัน subunit ที่ 2
หรือ S2 มีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 22,000 ดาลตัน subunit ที่ 3 หรือ S3 มีน้ำหนักโมเลกุล
ประมาณ 21,000 ดาลตัน subunit ที่ 4 หรือ S4 มีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 12,000 ดาลตัน และ
subunit ที่ 5 หรือ S5 มีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 11,000 ดาลตัน โดยที่ส่วน A ของ toxin
ประกอบด้วย subunit ที่ 1 หรือ S1 และส่วน B ของ toxin ประกอบด้วย subunit ที่ 2, 3 และ 2
units ของ 4 และ 5 (S2, S3, two copies of S4, and S5) 6 ทั้ง 5 subunits ถูกสร้างขึ้น
แยกกัน และจะประกอบรวมกันเป็น toxin ที่บริเวณ periplasm ด้วยพันธะที่ไม่ใช่พันธะโควาเลนท์
ในอัตราส่วน 1:1:1:2:1 ตามลำดับจนได้เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่เป็น hexamer ก่อนที่จะถูกหลั่ง
ออกนอกเซลล์ ดังแสดงไว้ในรูปที่ 3


รูปที่ 3 โครงสร้าง Pertussis toxin

ปัจจุบันส่วนใหญ่ยังมีการใช้ whole-cell Bordetella pertussis (รูปที่ 4) มาเป็น
วัคซีนโดยตรง


รูปที่ 4 ลักษณะของ Whole-cell Bordetella pertussis

Hepatitis B virus
ไวรัส Hepatitis B เป็นไวรัสประเภท double-shelled DNA จัดอยู่ใน Family
Hepadnaviridae ซึ่งไวรัสจำพวกนี้สามารถเข้าไปอาศัยอยู่บริเวณตับและก่อให้เกิดโรคตับอักเสบ
และยังเป็นสาเหตุให้เกิดเป็นมะเร็งตับได้

Hepatitis B surface antigen (HBsAg) เป็นกลุ่มของโมเลกุลของโปรตีน
ขนาดใหญ่ที่อยู่บริเวณผิวด้านนอกของไวรัส Hepatitis B (Hepatitis B virus envelopes) พบ
ในซีรั่มของผู้ป่วยโรคตับอักเสบ ลักษณะภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็คตรอนมีขนาดและรูปร่างต่างกัน
ดังนี้

1. พวกที่มีขนาด 20 นาโนเมตร แบ่งได้เป็น
1.1    20-nm spherical
1.2    20-nm tubular

2. พวกที่มีขนาด 40 นาโนเมตร ได้แก่ 40-nm spherical (Dane particle) ซึ่งเป็น
ตัวของไวรัส Hepatitis ดังแสดงในรูปที่ 5


รูปที่ 5 ภาพ Hepatitis B virus จากกล้อง

จุลทรรศน์อิเล็คตรอน
โดยในส่วนของผิวด้านนอกของทั้ง 3 รูปแบบนี้จะปรากฏ HBsAg อยู่โดยรอบ (รูปที่ 6)
ซึ่ง HBsAg นี้ประกอบด้วยโปรตีน 75% และ คาร์โบไฮเดรตในรูปของไกลโคโปรตีนกับไขมันรวม
โดยประมาณ 25%7 เมื่อทำให้ HBsAg พบว่าในโมเลกุลประกอบด้วยหลาย heterogenous
ซึ่งมีน้ำหนักตั้งแต่ 22,000 ดาลตัน จนถึง 97,000 ดาลตัน โดยมีน้ำหนักโมเลกุลส่วนใหญ่เฉลี่ย
ที่ประมาณ 23,000-28,000

ดาลตัน
ในส่วนของโปรตีนส่วนใหญ่จะเป็น hydrophobic เนื่องจากโมเลกุลมีกรดอะมิโน
ประเภท proline และ cysteine เป็นองค์ประกอบอยู่มากกว่าชนิดอื่น ภายในของตัวไวรัส
Hepatitis B เป็น nucleocapsid มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 28 นาโนเมตร ซึ่งมีรูปร่างเป็น
icosahedral ประกอบด้วย 180 ส่วนของโปรตีน Hepatitis B virus core หรือ Hepatitis B
core antigen (HBcAg) และ double-stand DNA และเอนไซม์ DNA-dependent DNA
polymerase ดังแสดงในรูปที่ 6 และ 7


รูปที่ 6 Hepatitis B virus Dane particle และ 20-nm ของอนุภาคที่ไม่สมบูรณ์พบในซีรั่มของผู้ป่วย


รูปที่ 7 แสดงรูปแบบของ Hepadnavirus particle ที่ประกอบด้วย HBsAg และ nucleocapsid (HBcAg) 8
A = Small HBsAg, B = Middle HBsAg, C = Large HBsAg

เอกสารอ้างอิง

1. Drazin R, Kandel J. and Collier R.J. Structure and Activity of Diphtheria
Toxin II.: Attack by Trypsin at a Specific Site within the Intact Toxin Molecule.
The Journal of Biological Chemistry. 1971; 246: 1504 -1510.

2. Collier R.J. and Kandel J. Structure and Activity of Diphtheria Toxin I.:
Thiol-Dependent Dissociation of a Fraction of Toxin into Enzymically Active and
Inactive Fragments. The Journal of Biological Chemistry. 1971; 246: 1496 -1503.

3. Gill DM. and L. Dinivs L. Observations on the Structure of Diphtheria
Toxin. The Journal of Biological Chemistry. 1971; 246: 1485 -1491.

4. Helting TB. and Zwisler O. Structure of Tetanus Toxin I.: Breakdown
of the Toxin Molecule and Discrimination between Polypeptide Fragments.
The Journal of Biological Chemistry. 1977; 252: 187-193.

5. Helting TB., Zwisler O. Structure of Tetanus Toxin II.: Toxin Binding
to Ganglioside. The Journal of Biological Chemistry. 1977; 252: 194 -198.

6. http://pfam.wustl.edu/cgi-bin/getdesc?name=Pertussis_S1

7. Gavilanes F., Gonzale z-Ros JM. and L. Peterson D. Structure of
Hepatitis B Surface Antigen. The Journal of Biological Chemistry. 1982; 257:
7770 - 7777.

8. Bizzini B., et al. Papain-derived Fragment IIc of Tetanus Toxin : Itg
Binding to Isolated Synaptic Membranes and Retrograde Axonal Transport.
Brain Research. 1981; 210: 291-299.




[Home |มุมมองผู้บริหาร |โครงสร้างสถาบันวิจัยและพัฒนา |งานวิจัยที่สำคัญและกำลังดำเนินการ |ฐานข้อมูลที่ให้บริการ |
R & D Newsletter |R & D NetZine |สมุนไพรสาธารณสุขมูลฐาน | Web Site ทางยาที่น่าสนใจ | FAQ |Comments ]