บทคัดย่อ
วัณโรคยังคงเป็นปัญหาสาธารณสุขที่สำคัญของประเทศไทย เนื่องจากการมีอุบัติการณ์ที่เพิ่มขึ้นของการติดเชื้อดื้อยาและเชื้อดื้อยาหลายขนาน จากการศึกษาเชื้อวัณโรคดื้อยาและเชื้อวัณโรคดื้อยาหลายขนานในประเทศไทยโดยใช้เทคนิค whole genome sequence analysis กลุ่มวิจัยของรองศาสตราจารย์ ดร.อังคณา ฉายประเสริฐ ได้ค้นพบว่ามี clonal outbreak strain ที่จังหวัดกาญจนบุรี ซึ่งเป็นเชื้อวัณโรคดื้อยาหลายขนานสายพันธุ์ Beijing Sequence type (ST)10 (ซึ่งต่อมาถูกขนานนามว่า “MKR superspreader”) ที่มีความสามารถพิเศษในการแพร่กระจายของเชื้อและการก่อโรควัณโรคดื้อยาหลายขนานที่ดีกว่าสายพันธุ์อื่นในประเทศ ในงานวิจัยนี้คณะผู้วิจัยจึงมีความประสงค์ที่จะค้นหาปัจจัยที่มีส่วนร่วมและกลไกในระดับโมเลกุลที่ส่งผลให้เชื้อวัณโรคดื้อยาหลายขนานสายพันธุ์ Beijing ST10 (MKR superspreader) กาญจนบุรีนี้ มีความสามารถในการแพร่เชื้อและก่อโรคได้ดีกว่าสายพันธุ์อื่นในประเทศไทย เนื่องจากหนึ่งในปัจจัยหลักที่มีผลต่อความสามารถของเชื้อวัณโรคในการแพร่กระจายได้ดีจากผู้ป่วยไปยังบุคคลอื่นนั้น ขึ้นอยู่กับความสามารถของเชื้อนั้นๆ ในการเจริญเพิ่มจำนวนในเซลล์โฮสต์แมคโครฟาจที่สูงจนทำให้เซลล์โฮสต์แตกตายแบบ necrosis เชื้อก็จะถูกปล่อยออกมานอกเซลล์ เมื่อผู้ป่วยไอหรือจามเชื้อก็จะปะปนออกมากับละอองฝอยอนุภาคของเหลว ซึ่งจำนวนเชื้อที่สูงก็จะทำให้เพิ่มโอกาสการติดเชื้อของบุคคลรอบข้างที่สูดเอาละอองฝอยอนุภาคของเหลวนั้นเข้าไป ในงานวิจัยนี้คณะผู้วิจัยจึงมีสมมุติฐานว่าการที่เชื้อวัณโรคดื้อยาหลายขนานสายพันธุ์ Beijing ST10 กาญจนบุรี (MKR superspreader) มีความสามารถในการแพร่เชื้อและก่อโรคได้ดีกว่าสายพันธุ์อื่นในประเทศไทยนั้น เกิดจากการที่เชื้อมีความสามารถในการยับยั้งกลไกการต้านเชื้อของเซลล์โฮสต์แมคโครฟาจส่งผลให้เชื้อสามารถเพิ่มจำนวนได้สูงในเซลล์โฮสต์และทำให้เซลล์โฮสต์แตกตาย คณะผู้วิจัยจึงได้ทำการศึกษาถึงความสามารถในการเจริญในเซลล์โฮสต์แมคโครฟาจของเชื้อวัณโรคดื้อยาหลายขนานสายพันธุ์ Beijing ST10 กาญจนบุรี (MKR superspreader) เทียบกับสายพันธุ์อื่นตลอดจนค้นหาปัจจัยที่มีส่วนร่วมและกลไกในระดับโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับการเจริญในเซลล์โฮสต์แมคโครฟาจของเชื้อวัณโรคดื้อยาหลายขนานสายพันธุ์ Beijing ST10 กาญจนบุรี (MKR superspreader) โดยใช้เทคนิค RNA-sequencing ซึ่งผลจากการศึกษาในปีที่ 1 ทำให้ได้มาซึ่ง candidate ยีนทั้งของเชื้อมัยโคแบคทีเรียและของเซลล์โฮสต์แมคโครฟาจที่น่าจะมีส่วนร่วมที่ทำให้เชื้อวัณโรคดื้อยาหลายขนานสายพันธุ์ Beijing ST10 กาญจนบุรี (MKR superspreader) มีความสามารถพิเศษในการเจริญและการทำให้เซลล์โฮสต์แตกตายได้ดีกว่าสายพันธุ์อื่น โดยในปีที่ 2 นี้ คณะผู้วิจัยได้ทำการยืนยันบทบาทตลอดจนศึกษาเชิงลึกถึงกลไกการทำงานของยีนเหล่านี้โดยใช้เทคนิค Crispr-dCas9 interference system ที่ถูกพัฒนาขึ้นโดยเฉพาะสำหรับเชื้อมัยโคแบคทีเรีย และเทคนิค siRNA knockdown สำหรับยีนของเซลล์โฮสต์แมคโครฟาจ จากนั้นทำการศึกษา phenotype ที่เปลี่ยนไปเมื่อไม่มีการแสดงออกของยีนนั้นๆ ซึ่งผลการศึกษาทำให้ได้มาซึ่งเป้าหมายของยาตัวใหม่ที่สามารถนำไปพัฒนาต่อยอดเพื่อใช้ในการยับยั้งเชื้อนี้ได้ในอนาคต
บทคัดย่อ
Tuberculosis is still a major public health problem in Thailand due to the increased incidence in drug-resistant and multidrug-resistant infections. From the study on multidrug-resistant tuberculosis in Thailand by using whole genome sequence analysis technique, Associate Professor Dr. Angkana Chaisprasert has discovered that there is a clonal outbreak strain in the Kanchanaburi Province (which is now referred to as the "MKR superspreader"). The MKR superspreader belongs to the Beijing family sequence type (ST) 10 genotype and is appeared to have a special ability to spread the infection when compared to that of other strains in Thailand. In this research, our team therefore aimed to identify the mycobacterial and host factors that contribute to the special ability of the MKR superspreader to transmit the infection better than other strains in Thailand. Since one of the main factors affecting the ability of Mtb to spread well from one patient to another depends on its ability to grow at a high rate in the host macrophages such that the host cells will die by necrosis, at which the bacteria will be released outside the cells. When the patient coughs or sneezes, the infectious aerosols will then transmit the Mtb to the other person. The higher the number of bacteria in the infectious aerosols, therefore, will increase the chance of infection to others. In this study, we hypothesized that the MKR superspreader has the special ability to transmit better than other strains because it has the ability to inhibit the defense mechanism of host cells resulting in high growth rate and causes the host cells to undergo necrosis. In year 1, we already confirmed that the MKR superspreader grew at a high rate in host macrophages and caused host cells to undergo necrosis when compared to the other strain. By conducting RNA-sequencing analysis, we also identifed host and mycobacterial genes that may contribute to the higher ability of the MKR superspreader to grow inside host macrophages and cause host cells to undergo necrosis. In year 2, we validated the expression of these genes by qRT-PCR as well as studied their function using the Crispr-dCas9 interference system (specifically developed for mycobacteria) and siRNA knockdown (for host cells) coupled with the phenotypic analysis. The results obtained led to the identification of new drug targets that can be further developed to be used to inhibit the infection by this strain in the future.
