ประวัติศาสตร์ธุรกิจถอดรหัสจีโนม (10)

Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

ระหว่างที่ David Deamer จากฝั่งแคลิฟอร์เนียกำลังศึกษาวิทยาศาสตร์พื้นฐานของกำเนิดชีวิต อีกฟากชายฝั่งอเมริกา Hagan Bayley ศึกษาวิทยาศาสตร์พื้นฐานของช่องโปรตีนบนเยื่อหุ้มเซลล์โดยเฉพาะ มีตั้งแต่ช่องโปรตีนในระบบสังเคราะห์ด้วยแสง ในระบบประสาท และช่องโปรตีนอย่าง hemolysin ที่เป็นอาวุธเจาะทำลายเซลล์ที่พวกแบคทีเรียเอาไว้สูบกินอาหารจากเซลล์เม็ดเลือดแดงเราด้วย

Hemolysin ที่ Bayley ศึกษาเยอะๆ ก็คือ ?-hemolysin จากแบคทีเรีย Streptococcus ตัวเดียวกับ Deamer ใช้ส่งนิวคลีโอไทด์เข้าถุง liposome นั่นเอง

ทีมของ Bayley พัฒนาวิธีการผลิต ศึกษา ปรับแก้ และประยุกต์ใช้ที่หลากหลายจากโปรตีนตัวนี้ มีตั้งแต่ใช้เป็นอาวุธเจาะทำลายเซลล์มะเร็ง เป็นแพลตฟอร์มผลิตวัสดุชีวภาพ ไปจนถึงใช้เป็นเซนเซอร์ชีวภาพตรวจจับไอออนหรือโมเลกุลเคมีที่ไหลผ่าน ซึ่งรวมไปถึงโพลิเมอร์อย่างดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอด้วย

ทีมวิจัยของ Bayley ตีพิมพ์โครงสร้างสามมิติของโปรตีนตัวนี้ในวารสารวิชาการชั้นนำอย่าง Science ตอนปี 1996 ไล่เลี่ยกับงานวัดความยาวอาร์เอ็นเอผ่านรู nanopore ของทีม Deamer

ปี 2001 ทีมวิจัยของ Deamer และ Bayley ตีพิมพ์งานวิจัยออกมาแทบจะพร้อมกันโดยมิได้นัดหมายในวารสารวิชาการชั้นนำอย่าง Nature Biotechnology แสดงหลักฐานชิ้นแรกว่าระบบ nanopore จาก ?-hemolysin สามารเอาไปจำแนกความต่างระดับเบสตัวเดี่ยวๆ ระหว่างสายดีเอ็นเอได้

โดยทีมของ Deamer ใช้ตัว nanopore เปล่าๆ มาวัดการเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าจำแนกความต่างระหว่างสายดีเอ็นเอที่มันพับเป็นรูปร่าง (hairpin structure) ต่างกัน

ในขณะที่ทีม Bayley เอาดีเอ็นเอสายเดี่ยวไปพ่วงกับปากทางเข้า ?-hemolysin เพื่อใช้จำแนกชิ้นดีเอ็นเอสายสั้นๆ ขนาด 30 เบส ที่อาจจะมีจุดกลายพันธุ์ที่ต่างกันเพียงเบสเดียว

งานสองชิ้นนี้จุดประกายความหวังให้วงการถอดรหัสพันธุกรรม

มันเปิดความเป็นไปได้ที่วันหนึ่งเราอาจจะสามารถอ่านลำดับเบสจากสายดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอโดยตรง ไม่ต้องไปก๊อบปี้เพิ่มจำนวน ไม่ต้องไปสังเคราะห์ใหม่ ไม่ต้องติดสารเรืองแสง ตั้งระบบถ่ายภาพความไวสูงอะไรอีกให้ยุ่งยาก

Bayley ย้ายกลับภูมิลำเนาที่อังกฤษในปี 2003 รับตำแหน่งอาจารย์นักวิจัยที่ Oxford และตั้งบริษัทสตาร์ตอัพบนฐานเทคโนโลยีข้างต้นภายใต้ชื่อ Oxford Nanopore Technologies (ONT) ในปี 2005

ONT เดินหน้าปิดดีลกับนักวิจัยทั้งฝั่ง Harvard และฝั่ง UCSC ที่ทำวิจัยร่วมกับ Deamer มาหลายปี

ขอซื้อสิทธิ์ในการใช้ทรัพย์สินทางปัญญาแถมยังเชิญเหล่านักวิจัยรวมทั้ง Deamer ให้มาเป็นบอร์ดที่ปรึกษาของทางบริษัท

ปัญหาสำคัญอย่างน้อยสองอย่างของ nanopore ที่ใช้กันตอนนั้นคือ รูทางเข้าของดีเอ็นเอยังกว้างไป และสายดีเอ็นเอผ่านรูเร็วไป

ปัญหาพวกนี้ทำให้สัญญาณที่ไฟฟ้าจับได้ยังไม่คมชัดพอที่จะอ่านเบสเดี่ยวๆ ออกมาทีละตัว

ทั้งทีมฝั่ง Deamer และ Bayley ปรับปรุงยกเครื่องระบบ nanopore อีกหลายเวอร์ชั่น เช่น การเปลี่ยนอะมิโนบางตัวใน ?-hemolysin, การติดตั้ง cyclodextrin เป็นตัว adapter, การใช้ exonuclease I ตัดนิวคลีโอไทด์จากดีเอ็นเอออกมาทีละตัว

เพื่ออ่านสัญญาณ (มีต่อ)