การทดสอบเอมส์

การทดสอบเอมส์ () เป็นวิธีการทดสอบฤทธิ์ก่อกลายพันธุ์ซึ่งถูกค้นพบโดย ศาสตราจารย์ ดร. บี.เอ็น. เอมส์ และคณะแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ โดยทำการปรับปรุงสายพันธุ์ของแบคทีเรีย Salmonella typhimurium ซึ่งในสภาพปกติจะสามารถสร้างกรดอะมิโนฮิสทิดีนได้เอง ให้กลายเป็นสายพันธุ์ที่ไม่สามารถสร้างกรดอะมิโนฮิสทิดีนได้เอง ซึ่งการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นนั้นเรียกได้ว่าเป็นลักษณะของการกลายพันธุ์ซ้ำเมื่อนำไปทดสอบกับสารก่อกลายพันธุ์ บริเวณยีนลักษณะนี้จะเรียกว่า hot spot ซึ่งอาจเรียกการกลายพันธุ์ดังกล่าวได้ว่าเป็นการกลายพันธุ์แบบ reverse mutation
 ในส่วนของแบคทีเรียที่ใช้ในการทดสอบนั้น จะใช้ Salmonella typhimurium ซึ่งมีด้วยกันหลายสายพันธุ์ ทั้ง TA98, TA97, TA100, TA1535 และ TA102 จากการที่การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นในแบคทีเรียดังกล่าวเป็นแบบ point mutation ของยีนที่สร้างกรดอะมิโนฮีสทิดีนได้ดังนั้นในขั้นตอนของการเก็บสายพันธุ์จึงต้องเติมกรดอะมิโนฮีสทิดินเสมอและนอกจากนี้ เนื่องมาจากในระหว่างที่มีการปรับปรุงสายพันธุ์ เป็นผลให้ยีนที่สร้างไบโอทินเกิดการกลายพันธุ์กระทั่งแบคทีเรียไม่สามารถสร้างไบโอทินได้จึงต้องมีการเติมไบโอทินลงไปในอาหารเลี้ยงเชื้อด้วย

จากหลักการของการทดสอบฤทธิ์ก่อกลายพันธุ์ ด้วยวิธีการทดสอบเอมส์ เป็นผลให้ผู้ศึกษามีความรู้ความเข้าใจในเรื่องการกลายพันธุ์ของแบคทีเรีย

การกลายพันธุ์ (Mutation) 
การกลายพันธุ์ คือ การเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรมที่อยู่ภายในสิ่งมีชีวิต และก่อเกิดเป็นลักษณะใหม่ซึ่งต่างไปจากลักษณะเดิมที่มีอยู่ โดยลักษณะดังกล่าวสามารถถ่ายทอดสู่ลูกหลานได้ และเราเรียกสิ่งมีชีวิตที่กลายพันธุ์ว่า mutant

ชนิดของการกลายพันธุ์ มีอยู่ด้วยกัน 2 แบบ 
 การกลายพันธุ์ของเซลล์สืบพันธุ์ (Germinal mutation) เมื่อเกิดการกลายพันธุ์ของเซลล์ดังกล่าวแล้วลักษณะกลายพันธุ์นั้น สามารถถ่ายทอดสู่รุ่นลูกหลานได้
 การกลายพันธุ์ของเซลล์ร่างกาย (Somatic mutation) เมื่อเกิดการกลายพันธุ์ขึ้นกับเซลล์ดังกล่าวแล้วลักษณะกลายนั้น ไม่สามารถถ่ายทอดสู่รุ่นลูกหลานได้

นอกจากนี้ เมื่อเกิดการกลายพันธุ์ จากลักษณะเดิม (อัลลีลปกติ) ไปเป็นลักษณะใหม่ (อัลลีลใหม่) แล้ว ยังมี การกลายพันธุ์ที่ทำให้ลักษณะ ฟีโนไทป์ที่กลายพันธุ์ เปลี่ยนกลับคืนสู่สภาพเดิม ซึ่งก็คือ การกลายพันธุ์กลับ (reward)

ระดับของการกลายพันธุ์ 
การกลายพันธุ์ ที่มีการเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรมในระดับต่าง ๆ
 Point mutation หรือ gene mutation เป็นการกลายพันธุ์ที่เกิดในระดับโมเลกุลหรือยีน ได้แก่ การขาดหาย เพิ่ม หรือ แทนที่ของเบสเพียง 1-2 เบส
 Chromosome mutation เป็นการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นกับโครงสร้างโครโมโซม ได้แก่ อินเวอร์ชัน (inversion) ทรานสโลเกชัน (translocation) อินเซอร์ชัน (insertion) ดีลีชัน (deletion) เป็นต้น
 Genomic mutation เป็นการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นเนื่องจากจำนวนโครโมโซมขาดหายไปหรือเพิ่มขึ้นมา ได้แก่ ยูพลอยดี (euploidy) และแอนยูพลอยดี (aneuploidy)

คุณสมบัติอื่น ๆ 
เมื่อมีคุณสมบัติตามที่กล่าวมาแล้ว ยังไม่เพียงพอในการทดสอบ โดยนอกจากแบคทีเรียที่ถูกทำให้เกิดการกลายพันธุ์ขึ้นที่ยีนที่ควบคุมการสร้าง amino acid แล้ว แบคทีเรียที่นำมาทดสอบต้องมีคุณสมบัติอื่น ๆ อีก โดยจะช่วยให้แบคทีเรียมีความไวต่อการเกิดกลายพันธุ์ คือ
 rfa mutation เป็นการเพิ่ม cell wall permeability โดยทำให้เกิดการกลายพันธุ์ขึ้นในแบคทีเรีย ทำให้ความสามารถในการสร้าง lipopolysaccharide ซึ่งเคลือบอยู่บนผนังเซลล์ลดลงหรือขาดหายไปทำให้สารโมเลกุลใหญ่เข้าไปภายในเซลล์ได้มากขึ้น
 uvrB mutation คือ การทำให้เกิดการ กลายพันธุ์ในแบคทีเรีย ทำให้แบคทีเรียสูญเสียความสามารถในการซ่อมแซม DNA ที่ผิดปกติ
 R-factor plasmids คือ การใส่ plasmid เช่น pkM101 หรือ pAQ1 เข้าไปในแบคทีเรีย บางสายพันธุ์เพื่อช่วยให้แบคทีเรียมีความว่องไวต่อสาร ก่อกลายพันธุ์มากขึ้น เนื่องจาก plasmid จะไปเพิ่ม error-prone repair of DNA damage ทำให้แบคทีเรียมีความไวต่อสารก่อกลายพันธุ์กว้างขึ้น

วิธีตรวจสอบ 
วิธีตรวจสอบฤทธิ์ก่อกลายพันธุ์ ในการทดสอบเอมส์นั้น มี 3 วิธี
 Plate incorporation test
 Spot test
 Preincubation test

แต่ไม่ว่าอย่างไรก็ตามเนื่องจากการทดสอบแบบเอมส์เป็นวิธีระยะสั้น เป็นการตรวจสอบสารก่อกลายพันธุ์เบื้องต้นก่อนที่จะทำการศึกษาในสัตว์ทดลองอื่น ๆ ผลที่ได้จะทำให้สามารถพัฒนาและปรับปรุงสารที่มีประโยชน์แต่ไม่มีฤทธิ์ก่อกลายพันธุ์เพื่อนำไปใช้ในชีวิตประจำวัน

การพิจารณาว่าสารเคมีมีฤทธิ์ก่อกลายพันธุ์จะมีการพิจารณาคุณสมบัติดังต่อไปนี้

 ต้องมีความสัมพันธุ์ระหว่างความเข้มข้นของสารที่ทดสอบกับ จำนวน โคโลนี ที่เกิดขึ้นว่าเป็น dose response relationship กล่าวคือ เมื่อความเข้มข้นของสารเพิ่มขึ้น จะพบว่าจำนวนโคโลนีเพิ่มขึ้นด้วย
 ตัวอย่างต้องมีอย่างน้อย 2 ความเข้มข้น ที่ทำให้จำนวน แบคทีเรีย กลายพันธุ์มีจำนวนมากกว่าจำนวนที่กลายพันธุ์ตามธรรมชาติ
 ต้องมีอย่างน้อยหนึ่งความเข้มข้น ที่ทำให้จำนวนแบคทีเรียกลายพันธุ์ มากกว่า 2 เท่าของการกลายพันธุ์ตามธรรมชาติ

อ้างอิง 
 http://www.sanger.ac.uk/about/press/2009/091016.html 

พิษวิทยา