ตามรอยโนเบลเคมี จากโปรตีนเรืองแสงในแมงกะพรุนสู่วิทยาการเพื่อชีวิต

โดย MGR Online   
8 ตุลาคม 2551 23:48 น.
ตามรอยโนเบลเคมี จากโปรตีนเรืองแสงในแมงกะพรุนสู่วิทยาการเพื่อชีวิต
โอซามุ ชิโมมุระ (ภาพจาก AFP)
        ใครบ้างเล่าจะคิดว่าโปรตีนเรืองแสงจากแมงกะพรุนจะกลายเป็นเครื่องมือที่น่าอัศจรรย์ในการศึกษาวิจัย ราวกับกุญแจสำคัญดอกน้อยที่ไขเข้าไปในเซลล์เล็กๆ ของสิ่งมีชีวิต และเปิดโลกวิทยาการให้ก้าวไกล
       
       โอซามุ ชิโมมุระ (Osamu Shimomura) เองก็คงไม่คาดคิดมาก่อนว่าการค้นพบโปรตีนเรืองแสงในแมงกะพรุนจะส่งให้เขากลายเป็นนักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบล สาขาเคมี ในปีนี้พร้อมกับมาร์ติน ชาลฟี (Martin Chalfie) และ โรเจอร์ เฉียน (Roger Y. Tsien) ที่ต่อยอดจากการค้นพบของชิโมมุระ จนทำให้งานวิจัยหลายด้านก้าวล้ำไปมาก ทั้งชีววิทยา ชีวเคมี พันธุศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการแพทย์
       
       จากที่ไม่เคยรู้ ก็ได้รู้ ที่ไม่เคยเห็น ก็ได้เห็น เพราะโปรตีนเรืองแสงที่ชิโมมุระแยกได้จากแมงกะพรุนเมื่อเกือบ 50 ปีที่แล้ว และ 30 ปีต่อมาชาลฟีก็เป็นผู้ริเริ่มนำมาใช้เป็นเครื่องหมายในการติดตามกลไกต่างๆ ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต และเฉียนก็พัฒนาให้โปรตีนนี้เรืองแสงได้หลายสี และใช้งานได้มากขึ้น
       
       โปรตีนเรืองแสงในหมึกส่งผู้ช่วยวิจัยหนุ่มปลาดิบโกอินเตอร์ที่สหรัฐฯ
       
       เรื่องนี้เริ่มต้นขึ้นที่ญี่ปุ่นหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 เพียง 1 ปี สถาบันที่ชิโมมุระกำลังศึกษาอยู่มีอันต้องพังทลายจากระเบิดปรมาณู กระทั่งในปี 2498 ชิโมมุระได้ทำงานเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ยาชิมาสะ ฮิราตะ (Yashimasa Hirata) ที่มหาวิทยาลัยนาโกยา (Nagoya University) โดยงานที่เขาได้รับมอบหมายนั้นดูเหมือนจะไม่มีทางเป็นไปได้เอาเสียเลย ที่เขาต้องค้นหาสิ่งที่ทำให้ตัวอย่างของเนื้อเยื่อพวกหมึกที่บดละเอียดแล้วแต่ยังเรืองแสงได้เมื่อเปียกน้ำ
       
       มันอาจดูเป็นเรื่องแปลกที่ ศ.ฮิราตะ ให้โจทย์ยากๆ แก่ผู้ช่วยที่ไม่มีประสบการณ์อย่างเขา ซึ่งทีมวิจัยชั้นนำของสหรัฐฯ พยายามมาเป็นเวลานานเพื่อค้นหาสิ่งที่ว่านี้ ดังนั้น ศ.ฮิราตะ จึงไม่มอบหมายงานนี้ให้แก่นักเรียนที่ต้องการจบปริญญาเอก
       
       ถัดมาในปี 2499 ซึ่งเกือบจะเป็นไปไม่ได้ซะแล้ว แต่ชิโมมุระก็มีสิ่งนั้นอยู่ในมือจนได้ มันคือโปรตีนที่เรืองแสงสว่างกว่าตัวอย่างหมึกบดถึง 37,000 เท่า หลังจากตีพิมพ์ผลงานไปแล้ว แฟรงก์ จอห์สัน (Frank Johoson) นักวิจัยของมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน สหรัฐฯ ก็รับชิโมมุระเข้าทำงานทันที และก่อนที่ชิโมมุระจะจากมา ศ.ฮิราตะ เห็นสมควรมอบวุฒิปริญญาเอกให้แก่ชิโมมุระ
       
       หลังจากข้ามน้ำข้ามทะเลไปเป็นนักวิจัยใต้ปีกลุงแซม ชิโมมุระก็ได้มุ่งศึกษาวัตถุธรรมชาติที่เรืองแสงได้ รวมทั้งแมงกะพรุน เอควาเรีย วิคตอเรีย (Aequorea victoria) ที่จะเรืองแสงสีเขียวบริเวณขอบนอกเมื่อถูกสิ่งเร้า
       

       ฤดูร้อนในปี 2504 ชิโมมุระและจอห์นสันช่วยกันเก็บตัวอย่างแมงกะพรุนบริเวณชายฝั่งของอ่าวฟรายเดย์ (Friday Harbor) ทางตะวันตกของอเมริกาเหนือ ตัดเอาเพียงส่วนขอบของแมงกะพรุนมาสกัดเอาน้ำคั้น (squeezate) ต่อมาวันหนึ่งขณะที่ชิโมมุระกำลังเทน้ำคั้นจากแมงกะพรุนบางส่วนทิ้งลงในอ่าง ปรากฏว่ามันเรืองแสงขึ้นมา ทว่า ณ เวลานั้นเขาเข้าใจว่ามันคงเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาเคมีของประจุแคลเซียม (calcium ion) จากน้ำทะเลที่ปะปนเข้ามาด้วย ซึ่งแสงที่เกิดขึ้นนั้นเป็นสีฟ้า ไม่ใช่สีเขียวเหมือนที่เรืองออกมาจากแมงกะพรุน
       
       ตลอดฤดูร้อนนั้นทั้งชิโมมุระและจอห์นสันก็ยังคงช่วยกันทำงานวิจัยและออกไปเก็บตัวอย่างน้ำคั้นจากแมงกะพรุนด้วยกันอย่างต่อเนื่อง เมื่อได้น้ำคั้นจากแมงกะพรุน 10,000 ตัว พวกเขาก็นำมาสกัดจนได้สารบริสุทธิ์เพียงไม่กี่มิลลิกรัมที่เรืองแสงสีฟ้าได้ ซึ่งก็คือโปรตีน เอควาริน (aequorin)
       
       ทั้งสองคนได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัยในในปีถัดมาคือ 2505 ซึ่งได้บรรยายไว้ว่าโปรตีนที่แยกได้นี้มีสีแกมเขียวเล็กน้อยเมื่อถูกแสงแดด มีสีออกเหลืองๆ เมื่อถูกแสงจากหลอดไฟ และเรืองแสงสีเขียวเมื่อได้รับยูวี ซึ่งชิโมมุระและจอห์นสันเรียกโปรตีนนี้ว่า "โปรตีนเขียว" (green protein) และนับเป็นครั้งแรกที่มีการค้นพบและอธิบายคุณลักษณะของโปรตีนชนิดนี้ ที่ต่อมาภายหลังถูกเรียกใหม่ว่า โปรตีนเรืองแสงสีเขียว หรือจีเอฟพี (green fluorescent protein, GFP)
       
       อีกหลายปีต่อมาในช่วงทศวรรษที่ 70 ชิโมมุระ ก็ได้ค้นพบว่าแท้จริงแล้วในโปรตีนจีเอฟพีนั้นมีส่วนประกอบของสารที่ทำให้เกิดสีหรือโครโมฟอร์ (chromophore) ชนิดพิเศษ คือสามารถดูดกลืนแสงสีอื่นๆ เอาไว้และเปล่งแสงที่อยู่ในช่วงความยาวคลื่นแสงสีเขียวได้เมื่อได้รับแสงยูวี จึงเห็นว่าโปรตีนนี้เรืองแสงสีเขียวออกมา
       
       สร้างหนอนตัวกลมให้เรืองแสงได้ด้วยโปรตีนจากแมงกะพรุน
       
       ในปี 2531 มาร์ติน ชาลฟี ได้ยินเรื่องเกี่ยวกับโปรตีนจีเอฟพีเป็นครั้งแรกในงานสัมมนาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตที่เรืองแสงได้ของมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย (University Columbia) มลรัฐนิวยอร์ก ที่เขาสังกัดอยู่ และเมื่อรู้ว่าเป็นโปรตีนนี้เรืองแสงได้ เขาก็เกิดปิ๊งและตระหนักได้ทันทีเลยว่าโปรตีนเรืองแสงสีเขียวนี้จะเป็นเครื่องมือสุดมหัศจรรย์ที่จะทำให้เขาสร้างแผนที่หนอนตัวกลม (Caenorhabditis elegans) ที่เขากำลังศึกษาอยู่ขณะนั้นได้ มันจะเป็นเครื่องหมายให้เขาติดตามสังเกตกิจกรรมต่างๆ ในเซลล์ของหนอนตัวกลมได้ง่ายขึ้น
       
       ทั้งนี้ หนอนตัวกลมเป็นตัวอย่างสิ่งมีชีวิตที่นักวิจัยนำมาศึกษากันค่อนข้างมาก และ 1 ใน 3 ของยีนในหนอนตัวกลมนั้นเกี่ยวโยงกับยีนของมนุษย์ และในร่างกายของเรา ซึ่งแนวคิดของชาลฟีคือนำเอายีนที่เป็นรหัสของโปรตีนจีเอฟพีมาติดไว้กับยีนต่างๆ ภายในเซลล์ เพื่อติดตามดูว่ายีนเหล่านั้นถอดรหัสเป็นโปรตีนใด ที่เซลล์ไหนบ้าง โดยมีโปรตีนจีเอฟพีเป็นเครื่องส่งสัญญาณ
       
       สิ่งแรกที่ชาลฟีต้องทำคือค้นหายีนของแมงกะพรุนที่ควบคุมการแสดงออกของโปรตีนจีเอฟพี และเขาก็พบว่าดักลาส พราเชอร์ (Douglas Prasher) ที่อยู่สถาบันสมุทรศาสตร์ วูดส์ โฮล์ (Woods Hole Oceanographic Institution) มลรัฐแมสซาชูเซตต์ส ได้เริ่มค้นหายีนจีเอฟพีล่วงหน้าก่อนแล้ว จึงได้ติดต่อไปยังพราเชอร์และขอให้เขาติดต่อกลับมาหากว่าพบยีนดังกล่าวแล้ว
       
       2 ปีถัดมา พราเชอร์ก็ส่งตัวอย่างยีนจีเอฟพีที่เขาแยกได้มาให้ชาลฟี และเขาก็ทดลองนำยีนนี้ไปใส่ให้แบคทีเรีย อี โคไล (E. coli) และพบว่ามันเรืองแสงสีเขียวได้เมื่อฉายแสงยูวีให้มัน การทดลองนี้ถือได้ว่าเป็นรากฐานของการใช้ประโยชน์โปรตีนเรืองแสงของทุกวันนี้
       
       ยิ่งไปกว่านั้นการทดลองของชาลฟีครั้งนี้ยังหักล้างความเชื่อเดิมของนักวิทยาศาสตร์ในยุคนั้นที่เข้าใจว่ากลไกการสร้างสารจำพวกโมเลกุลเรืองแสงและสารที่ทำให้เกิดสีในพืชและสัตว์นั้นต้องผ่านหลายขั้นตอน และถูกควบคุมด้วยโปรตีนหลายชนิด รวมทั้งสารเรืองแสงในจีเอฟพีก็ต้องมีโปรตีนอื่นๆ ควบคุมด้วยเหมือนกัน แต่ชาลฟีก็แสดงให้เห็นว่าไม่จำเป็นต้องมีโปรตีนอื่นๆ เพียงแค่จีเอฟพีมันก็เรืองแสงได้
       

       จากนั้นชาลฟีก็ทดลองนำยีนของจีเอฟพีไปติดไว้กับตัวเปิดการทำงานของยีน (promoter) ที่ควบคุมการสร้างโปรตีนรีเซพเตอร์ (receptor) ของเซลล์ประสาทในหนอนตัวกลมจนสำเร็จ ซึ่งผลงานนี้ได้ตีพิมพ์พร้อมขึ้นปกวารสารไซน์ (Science) ฉบับเดือน ก.พ. 2537
       
       เพิ่มสีสันการเรืองแสงด้วยปรับแต่งตำแหน่งกรดอะมิโน
       

       ส่วนเจ้าของโนเบลเคมีคนสุดท้าย โรเจอร์ เฉียน เขาคือผู้ที่มีบทบาทสำคัญในการปฏิวัติโปรตีนจีเอฟพี เพราะเขาทำให้นักวิจัยคนอื่นๆ มีโปรตีนเรืองแสงหลากหลายสีให้เลือกใช้มากขึ้น และยังเพิ่มประสิทธิภาพการเรืองแสงให้ดียิ่งขึ้นด้วย
       
       เฉียนสร้างแผนที่ลำดับกรดอะมิโน 238 ตัว ของโปรตีนจีเอฟพี เพื่อดูว่าโครโมฟอร์ในโปรตีนจีเอฟพีมีหน้าตาอย่างไร โดยก่อนหน้านั้นมีนักวิจัยเคยระบุไว้แล้วว่ากรดอะมิโน 3 ตัว ที่ตำแหน่ง 65-67 ทำปฏิกิริยาต่อกันจนเกิดเป็นโครโมฟอร์ และเฉียนก็ได้ข้อมูลเพิ่มเติมว่าต้องมีออกซิเจนเข้าไปเกี่ยวข้องด้วย และเขาก็ยังอธิบายด้วยว่ามันเกิดขึ้นโดยไม่ต้องอาศัยการควบคุมจากโปรตีนชนิดอื่นได้อย่างไร
       
       เฉียนทดลองเปลี่ยนชนิดของกรดอะมิโนที่ตำแหน่งต่างๆ และพบว่ามันทำให้จีเอฟพีสามารถดูดกลืนและปล่อยพลังงานแสงที่ความยาวคลื่นต่างๆ ได้ ทำให้เขาสามารถสร้างโปรตีนจีเอฟพีให้เรืองแสงได้หลากหลายสีและสว่างมากขึ้น ส่งผลให้ขอบเขตงานวิจัยขยายวงกว้างมากขึ้น นักวิจัยสามารถติดฉลากโปรตีนต่างชนิดกันด้วยสีที่แตกต่างกัน และสังเกตปฏิกิริยาต่อกันที่เกิดขึ้นภายในเซลล์สิ่งมีชีวิตได้ง่ายยิ่งขึ้น
       
       ทั้งนี้ เฉียนไม่สามารถทำให้จีเอฟพีเรืองแสงสีแดงได้ แต่ต่อมา 2 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียก็ต่อยอดจนทำสำเร็จ จากโปรตีนเรืองแสงที่พบในปะการัง
       
       จากวันนั้นถึงปัจจุบันนี้ ทำให้นักวิทยาศาสตร์รู้หน้าที่และกลไกการทำงานของยีนต่างๆ, พัฒนาการของเซลล์ประสาท, การสร้างฮอร์โมนอินซูลิน, การแพร่กระจายของเซลล์มะเร็ง และอื่นๆ อีกมากมายที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ที่มองด้วยตาเปล่าไม่เห็น รวมถึงสร้างสารพัดสัตว์ที่เรืองแสงได้ ซึ่งแสดงถึงความก้าวหน้าทางวิทยาการ และนำไปสู่การค้นคว้าสิ่งใหม่หรือไขปริศนาต่างๆ อีกนับไม่ถ้วน

ตามรอยโนเบลเคมี จากโปรตีนเรืองแสงในแมงกะพรุนสู่วิทยาการเพื่อชีวิต
มาร์ติน ชาลฟี (ภาพจาก AFP)
       

       

       การประกาศผลรางวัลโนเบลประจำปี 2008
       


ตามรอยโนเบลเคมี จากโปรตีนเรืองแสงในแมงกะพรุนสู่วิทยาการเพื่อชีวิต
โรเจอร์ เฉียน (ภาพจาก AFP)
       

ตามรอยโนเบลเคมี จากโปรตีนเรืองแสงในแมงกะพรุนสู่วิทยาการเพื่อชีวิต
แมงกะพรุน Aequorea victoria (ภาพจาก Nature)
       

ตามรอยโนเบลเคมี จากโปรตีนเรืองแสงในแมงกะพรุนสู่วิทยาการเพื่อชีวิต
ปลาเรืองแสง (ภาพจาก AFP)
       

ตามรอยโนเบลเคมี จากโปรตีนเรืองแสงในแมงกะพรุนสู่วิทยาการเพื่อชีวิต
หนูเรืองแสง (ภาพจาก AFP)
       

ตามรอยโนเบลเคมี จากโปรตีนเรืองแสงในแมงกะพรุนสู่วิทยาการเพื่อชีวิต
หมูเรืองแสง (ภาพจาก AFP)
       

จำนวนคนโหวต 23 คน
คุณเห็นด้วยกับข่าว/บทความนี้หรือไม่
เห็นด้วย ไม่เห็นด้วย
เห็นด้วย 21 คน
92 %
ไม่เห็นด้วย 2 คน
8 %
 
หนังสือพิมพ์: ผู้จัดการออนไลน์ | ผู้จัดการรายวัน | ผู้จัดการสุดสัปดาห์ | นิตยสารผู้จัดการ 360° | Positioning | News1
มุม: การเมือง | อาชญากรรม | คุณภาพชีวิต | ภูมิภาค | ภาคใต้ | ต่างประเทศ | มุมจีน | iBiz Channel | เศรษฐกิจ-ธุรกิจ | ตลาดหลักทรัพย์
กองทุนรวม | SMEs | Motoring | CyberBiz | วิทยาศาสตร์ | เกม | กีฬา | บันเทิง | โต๊ะญี่ปุ่น | Celeb Online | ท่องเที่ยว | ธรรมะกับชีวิต
เว็บ: Asia Times | บุรพัฒน์ คอมมิคส์ | Mars Magazine | คุยกับเว็บมาสเตอร์ | Site Map | โฆษณาบนเว็บ | ติดต่อเรา
All site contents copyright ©1999-2017