Alienum phaedrum torquatos nec eu, vis detraxit periculis ex, nihil expetendis in mei. Mei an pericula euripidis, hinc partem.
 

ภาพโมเลกุลวิศวกรของเซลล์ความละเอียดสูงสู่การรักษามะเร็ง

ภาพโมเลกุลวิศวกรของเซลล์ความละเอียดสูงสู่การรักษามะเร็ง

การจะสร้างสถาปัตยกรรมอันงดงามวิจิตรขึ้นมาสักหลัง แบบแปลนที่ได้รับการออกแบบมาเป็นอย่างดีโดยสถาปนิกผู้เชี่ยวชาญเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง แต่สิ่งที่วาดเอาไว้เสียดิบดีในแบบแปลนจะไม่มีวันเกิดขึ้นมาได้จริงถ้าไม่มีวิศวกรและคนงานอีกหลายร้อยชีวิตเข้ามาทำงานในส่วนของการก่อสร้าง ร่างกายสิ่งมีชีวิตอันสลับซับซ้อนก็เช่นกัน

แบบแปลนชีวภาพที่ทุกเซลล์ใช้งานร่วมกันก็คือดีเอ็นเอ (DNA) ซึ่งบรรจุข้อมูลทางพันธุกรรมเอาไว้ในรูปแบบของการเรียงลำดับเบสที่แทนด้วยตัวอักษรสี่ตัว ได้แก่ A C T และ G ซึ่งจะไม่สามารถควบคุมและสั่งการเซลล์ได้เลยหากไม่มีเอนไซม์อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรส (RNA polymerase) สร้างอาร์เอ็นเอ (RNA) ขึ้นมาด้วยกระบวนการถอดรหัสดีเอ็นเอ (transcription) กล่าวได้ว่า อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสคือวิศวกรระดับเซลล์ที่ทำให้สิ่งที่เขียนเอาไว้ในดีเอ็นเอเกิดขึ้นได้จริง

สายดีเอ็นเอที่โครงสร้างบิดเกลียวคล้ายบันไดเวียนและถูกเก็บรักษาไว้เป็นอย่างดีภายในนิวเคลียสมักอยู่ใจกลางเซลล์ อาร์เอ็นเอก็เป็นสารพันธุกรรมอีกชนิดหนึ่งที่มีโครงสร้างหลากหลายรูปแบบและทำให้คำสั่งต่างๆที่บรรจุอยู่ในสายดีเอ็นเอเกิดผลในทางปฏิบัติภายนอกนิวเคลียส อาร์เอ็นเอจะคอยผลิตโปรตีนชนิดต่างๆตามความต้องการของร่างกาย รวมถึงควบคุมการเจริญเติบโตและการเปลี่ยนรูปร่างของเซลล์ด้วย นี่เองที่เป็นช่องทางให้เซลล์มะเร็งสบโอกาสใช้งานวิศวกรของเซลล์มาควบคุมให้ตัวมันเองเพิ่มจำนวนได้อย่างไม่มีขีดจำกัด

นักวิทยาศาสตร์จึงเกิดไอเดียว่าถ้าเราสามารถสังเคราะห์ตัวยาขึ้นมาขัดขวางไม่ให้วิศวกรในเซลล์มะเร็งทำงานได้ เราก็น่าจะยับยั้งการแพร่กระจายของเซลล์ตัวร้ายนี้ได้ด้วยเช่นกัน แต่ก่อนที่จะไปถึงกระบวนการออกแบบตัวยา นักวิทยาศาสตร์ต้องรู้จักหน้าตาของวิศวกรระดับเซลล์ หรือก็คือโครงสร้างของอาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสให้ถ่องแท้เสียก่อน

ก้าวแรกของความฝันในการสร้างยาต้านมะเร็งกลุ่มใหม่นี้ได้เกิดขึ้นแล้ว เมื่อทีมนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิจัยโรคมะเร็ง (Cancer Research Institute) กรุงลอนดอน ประเทศอังกฤษ ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนความเย็นยิ่งยวด (cryo-electron microscope หรือ cryo-EM) จับภาพจังหวะที่เอนไซม์อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสของยีสต์กำลังเริ่มต้นถอดรหัสดีเอ็นเอด้วยความละเอียดใกล้เคียงระดับอะตอม Cryo-EM เป็นเทคโนโลยีที่เพิ่งจะได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีปี ค.ศ. 2017 ไปหมาดๆ ซึ่งเทคนิคนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นโดย ฌาคส์ ดูโบเชต์ (Jacques Dubochet) โยอาคิม แฟรงก์ (Joachim Frank) และริชาร์ด เฮนเดอร์สัน (Richard Henderson) หัวใจสำคัญของเทคโนโลยีนี้อยู่ที่การนำโมเลกุลที่ต้องการจะศึกษาไปละลายน้ำบนแผ่นฟิล์มตาข่ายแบนบางแล้วทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วในอีเทนเหลวอุณหภูมิ -180 องศาเซลเซียสที่หล่อเย็นด้วยไนโตรเจนเหลวอีกที ทำให้น้ำกลายเป็นสภาพกึ่งแข็งกึ่งเหลวและใสแจ๋วคล้ายแก้ว โครงสร้างโมเลกุลที่ต้องการจะศึกษาจึงไม่ถูกผลึกน้ำแข็งทำลายจนเสียหาย ในขณะเดียวมันก็อยู่นิ่งมากพอที่จะจับภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์ได้ เหมือนเรากดปุ่ม “Pause” เพื่อจับภาพวินาทีสำคัญเอาไว้ จากนั้นก็เป็นหน้าที่ของกล้องจุลทรรศน์ที่จะสาดลำอิเล็กตรอนเข้าใส่โมเลกุลเย็นยิ่งยวด เมื่ออิเล็กตรอนกระทบกับวัตถุ มันจะสะท้อนไปหาตัวจับสัญญาณที่อยู่ข้างๆ ข้อมูลที่ได้จะนำไปสร้างขึ้นเป็นภาพบนจอมอนิเตอร์ ทีมนักวิทยาศาสตร์ยังไม่เห็นโครงสร้างโมเลกุลทั้งก้อนในทันที เพราะลำอิเล็กตรอนแต่ละชุดก็จะให้ภาพสองมิติเพียงเศษเสี้ยวหนึ่งของทั้งหมดเท่านั้น ทีมนักวิทยาศาสตร์ต้องอาศัยพลังประมวลผลของคอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยเปรียบเทียบภาพที่สร้างออกมากว่าหลายแสนภาพ เพื่อดูว่าภาพส่วนใดที่คล้ายกันหรือเหมือนกัน เมื่อพบแล้วก็จะนำภาพดังกล่าวมาซ้อนทับกันไปเรื่อยๆจนกระทั่งได้เป็นภาพโครงสร้างสามมิติที่สมบูรณ์ในที่สุด

ดร.อะเลสซานโดร วานนินี (Alessandro Vannini) หนึ่งในสมาชิกทีมวิจัย กล่าว ว่าสิ่งเห็นในห้องแล็บมันเหมือนกับฝีแปรงที่ค่อยๆบรรจงสะบัดแต่งแต้มลงบนผืนผ้าใบในสายตาของเขา มันงดงาม “ราวกับภาพเขียนของแวน โกะห์”

ผลงานที่ได้มานี้ช่วยเผยให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงรูปร่างโมเลกุลในช่วงจังหวะสำคัญทีละเล็กทีละน้อย เริ่มตั้งแต่มีโปรตีนตัวช่วยถอดรหัส (transcription factor) เข้ามาจับที่สายดีเอ็นเอ ต่อด้วยการที่อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสตามเข้ามาประกบแล้วคลายเกลียวถ่างสายดีเอ็นเอส่วนที่ต้องการจะถอดรหัสออก จนเริ่มต้นสร้างอาร์เอ็นเอเส้นใหม่จากรหัสบนดีเอ็นเอได้สำเร็จ

ขั้นตอนยิบย่อยที่เกิดขึ้นก่อนกระบวนการถอดรหัสนี้เองที่จะเป็นเป้าหมายสำคัญในการผลิตยาต้านมะเร็งในอนาคต

“จะได้เห็นดีกันว่าเราสามารถจัดการกับมะเร็งได้หรือไม่” ดร.อะเลสซานโดรกล่าวปิดท้าย

 

บทความโดย อาจวรงค์  จันทมาศ

ที่มา
https://www.icr.ac.uk/news-archive/scientists-zoom-in-to-watch-dna-code-being-read
http://www.bbc.com/news/health-42652490
http://www.nature.com/articles/nature25441

Date

กุมภาพันธ์ 27, 2018

Category

STEM NEWS