Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร
ย้อนไปช่วงยุค 1970 – 1980 David Deamer จาก University of California Davis เป็นตัวอย่างของนักวิจัยพื้นฐานล้วนๆ ที่ไม่ได้มีความใฝ่ฝันด้านพัฒนาเทคโนโลยี หรือเข้าสู่วงการธุรกิจไบโอเทคที่กำลังบูมอยู่ตอนนั้น
งานวิจัยของ Deamer ว่าด้วยการศึกษาต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลก สร้างแบบจำลอง และทดสอบสมมุติฐานต่างๆ ที่อธิบายว่า สารชีวโมเลกุลที่ไร้ชีวิตมาประกอบร่างกันเป็นเซลล์บรรพบุรุษของทุกชีวิตบนโลกนี้ได้อย่างไร
ทุกเซลล์บนโลกนี้ประกอบด้วยชั้นไขมันเป็นเยื่อหุ้ม (cell membrane) เป็นเสมือนรั้วกันอาณาบริเวณภายในเซลล์จากนอกเซลล์
ขณะเดียวกัน ภายในเยื่อหุ้มนี้ก็ต้องมีสารพันธุกรรม (genetic materials) ไม่ว่าจะเป็นดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอ เป็นพิมพ์เขียวที่กำหนดลักษณะที่เซลล์นั้นจะแสดงออกและส่งต่อไปยังลูกหลาน
ทีมของ Deamer สร้างถุงไขมันขนาดจิ๋ว (liposome) มาเลียนแบบเซลล์แรกเริ่มสำเร็จแล้ว แต่ยังต้องหาวิธีส่ง nucleotide diphosphate (NDPs) ซึ่งเป็นวัตถุดิบสังเคราะห์สารพันธุกรรมเข้าไปในถุงนี้ให้ได้
NDP เป็นโมเลกุลละลายน้ำไม่ละลายในไขมัน ทะลุผ่านเยื่อหุ้ม liposome โดยตรงไม่ได้ Deamer ต้องสร้างประตูทางเข้าเอาไว้ให้ด้วย
ไอเดียตอนนั้นคือ ใช้โปรตีนไปฝังในเยื่อหุ้มและทำตัวเป็นประตูทางผ่านขนาดจิ๋วให้โมเลกุลที่ไม่ละลายน้ำสามารถผ่านเข้าออก
Cr. ณฤภรณ์ โสดา
เรื่องราวของ Deamer คงจะจบลงแค่นี้ ถ้าเขาไม่ได้ดันไปมีความรู้ในอีกศาสตร์ที่แทบไม่เกี่ยวกัน
ในวงการโลหิตวิทยา (hematology) มีเครื่องมือนับเม็ดเลือดแดงที่เรียกว่า Coulter counter
เจ้าเครื่องที่ว่านี้ใช้หลักการให้เม็ดเลือดแดงวิ่งผ่านช่องประตูแคบๆ ภายใต้สนามไฟฟ้า ทุกครั้งที่เม็ดเลือดแดงวิ่งผ่านกระแสไฟฟ้า บริเวณช่องจะถูกรบกวน กลายมาเป็นสัญญาณให้เครื่องนับจำนวนเม็ดเลือดแดงแต่ละเม็ด
27 มิถุนายน 1989 ระหว่างที่ Deamer กำลังขับรถปล่อยความคิดลอยไปเรื่อยเปื่อย ไอเดียของ Coulter counter ก็มาบรรจบกับไอเดียประตูทางเข้า NDP
ถ้าเรามีช่องประตูโปรตีนแคบๆ สเกลราว 1-2 นาโนเมตร (nanopore) ให้โมเลกุลผ่านทีละโมเลกุล และมีเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนไป เราก็น่าจะนับโมเลกุลได้แบบที่เครื่อง Coulter counter นับเม็ดเลือดแดง ยิ่งไปกว่านั้น ถ้าการวัดละเอียดพอ เราก็จะสามารถจำแนกชนิดโมเลกุลที่วิ่งผ่านได้ด้วย
และหากโมเลกุลที่ว่าคือนิวคลีโอไทด์ โมเลกุลหน่วยย่อยในสายดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอ เราก็น่าจะสามารถ “อ่าน” ลำดับนิวคลีโอไทด์บนสายดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอได้
Deamer รีบจอดรถข้างทางและสเกตช์ภาพไอเดียเครื่องถอดรหัสพันธุกรรมผ่านประตูโปรตีนลงบนสมุดบันทึก
อีกกว่าสองทศวรรษหลังจากนั้น รูปสเกตช์ที่เรียบง่ายบนกระดาษสองหน้านี้กลายเป็นธุรกิจหมื่นล้าน!
Cr. ณฤภรณ์ โสดา
Deamer ย้ายงานไปที่ University of California Santa Cruz (UCSC) ในปี 1994
ไอเดียการอ่านลำดับเบสดีเอ็นเอด้วย nanopore ถูกต่อยอดทดลองโดยทีมของเขาร่วมกับมิตรสหายเก่าจาก Harvard และทีมจากสถาบัน มาตรฐานเทคโนโลยี (National Institute of Standard Technology, NIST) พัฒนามาเป็นสิทธิบัตรฉบับแรกของเทคโนโลยี nanopore sequencing
ปี 1996 ทีมวิจัยตีพิมพ์ผลงานในวารสารวิชาการชั้นนำอย่าง PNAS รายงานว่า ภายใต้สนามไฟฟ้าโมเลกุล RNA สามารถถูกดันผ่านช่องโปรตีน nanopore ชนิด ?-hemolysin บนชั้นเยื่อหุ้มไขมัน (membrane lipid) ได้ นอกจากนี้ระยะเวลาที่สัญญาณไฟฟ้าถูกกีดขวางยังแปรผันตามความยาวของโมเลกุล RNA ที่ผ่านไป
