รางวัลโนเบลวิทยาศาสตร์

ฟ้ามีตาทำดีมีคนเห็นวิจัยค้นคว้า โดดเด่น ตอบแทนด้วยโนเบล วงการวิทยาศาสตร์ขอยินดีกับการงานค้นคว้ายาวนานหลายสิบปีทั้งสามสาขาเวียนมาอีกครั้งหนึ่งกับผลการประกาศรางวัลโนเบล สำหรับรางวัลโนเบลในสาขาที่เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ปีนี้เป็นผลงานที่ลงไปถึงระดับพื้นฐานของแต่ละสาขา คือ เรื่องของแสงในสาขาฟิสิกส์ เรื่องของไรโบโซมในสาขาเคมี และเรื่องของเทโลเมียร์ในสาขาสรีรศาสตร์หรือการแพทย์

โนเบลสาขาฟิสิกส์กับการค้นคว้าเรื่องแสง
รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปีนี้มาจากผลงานสองชิ้นที่ส่งผลอย่างมากต่อสังคม เครือข่ายที่เราใช้กันเป็นประจำ ผลงานที่ก่อให้เกิดการประยุกต์ใช้ที่เห็นจริงมากมายการค้นคว้าใน พ.ศ. 2509 โดย ชาลส์ เค. เกา (นักวิทยาศาสตร์จีนสัญชาติอังกฤษและอเมริกัน ปัจจุบันเกษียนแล้ว) ก่อให้เกิดจุดเปลี่ยนในเทคโนโลยี เส้นใยนำแสง เขาวิจัยศึกษาเพื่อหาหน ทางสื่อสารด้วยแสงไปตามใยแก้วยาวๆ ด้วยแก้วที่บริสุทธิ์ที่สุด ทำให้ส่งสัญญาณสื่อสารด้วยแสงไปได้ไกลกว่า 100 กิโลเมตร เทียบกับเส้นใยธรรมดาในยุคนั้นที่สื่อสารได้เพียง 20 เมตรเท่านั้น งานของเกากระตุ้นให้มีการค้นคว้าแลกเปลี่ยนมุมมองเกี่ยวกับศักยภาพในอนาคต ของใยแก้วนำแสงจนเส้นใยแก้วบริสุทธิ์มากเกิดขึ้นสำเร็จภายในสี่ปีหลังจาก นั้นเองปัจจุบันใยแก้วนำแสงเป็นอุปกรณ์หลักในระบบเครือข่ายที่โยงใยชีวิตของ พวกเราอย่างแท้จริง นั่นก็คือ โครงข่ายอินเทอร์เน็ต อุปกรณ์นี้ช่วยส่งสัญญาณข้อมูลทุกรูปแบบไปทั่วโลกภายในไม่กี่วินาทีเท่านั้น ถ้าจับเส้นใยแก้วทั้งหมดมาเรียงเป็นเส้นเดียว ก็จะได้ความยาวพอที่จะพันรอบโลกได้มากกว่า 25,000 รอบ ทั้งนี้ เส้นใยแก้วนี้ยังเพิ่มปริมาณนับพันกิโลเมตรในแต่ละชั่วโมงด้วยข้อมูลจำนวน มากที่วิ่งอยู่ในสังคมเครือข่ายอย่างหนึ่งก็คือรูปภาพดิจิทัล ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งในรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปีนี้ด้วย เมื่อ พ.ศ. 2512 วิลลาร์ด อี. บอยล์ (นักวิทยาศาสตร์สัญชาติแคนาดา อเมริกัน ปัจจุบันเกษียนแล้ว) และ จอร์จ อี. สมิท (นักวิทยาศาสตร์สัญชาติอเมริกัน จากห้องปฏิบัติการเบลล์) ค้นคว้าเทคโนโลยีทางภาพดิจิทัลสำเร็จเป็นครั้งแรกด้วยอุปกรณ์ดิจิ ทัลเซนเซอร์ที่เรียกว่า ซีซีดี ซีซีดีอาศัยความรู้จากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (ซึ่งเป็นผลงานที่ทำให้ ไอน์สไตน์ ได้รับรางวัลโนเบลด้วย) ปรากฏการณ์นี้คือการที่แสงเปลี่ยนไปเป็นสัญญาณไฟฟ้า ความท้าทายคือการออกแบบเซนเซอร์ภาพที่จะสร้างและอ่านข้อมูลสัญญาณจำนวนมาก ของจุดภาพแต่ละจุดอย่างรวดเร็ว ปัจจุบันซีซีดีเป็นเสมือนดวงตาของกล้องถ่ายภาพดิจิทัลที่เร่งพัฒนาการของวง การถ่ายภาพ ช่วยให้เราบันทึกแสง (ภาพ) แบบอิเล็กทรอนิกส์ได้ทันทีแทนที่จะเก็บลงบนแผ่นฟิล์ม รูปแบบดิจิทัลนี้ช่วยให้เราปรับแต่งและเผยแพร่รูปภาพได้อย่างง่ายดาย เทคโนโลยีซีซีดียังใช้ในวงการอื่น เช่น ภาพถ่ายทางการแพทย์ที่ช่วยให้เราวิเคราะห์โรค หรือช่วยผ่าตัดได้อีกด้วย อุปกรณ์ซีซีดีช่วยให้เราได้เห็นในสิ่งที่เราไม่เคยเห็นมาก่อน ดังนั้น ผลงานสองชิ้นที่มีความเกี่ยวโยงกันและพัฒนามาราว 40 ปีของเกา, บอยล์ และสมิท จึงร่วมกันคว้ารางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปีนี้ไปครอง

โนเบลสาขาเคมีกับโครงสร้างไรโบโซม
รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปีนี้เป็นเรื่องของการศึกษากระบวนการแก่นหลักของสิ่งมีชีวิต นั่นคือการแปลรหัสดีเอ็นเอออกเป็นข้อมูลสิ่งมีชีวิตโดยไรโบโซมไรโบโซมทำหน้าที่ผลิตโปรตีนซึ่งควบคุมเคมีภายในสิ่งมีชีวิต ไรโบโซมเป็นเครื่องมือสำคัญของชีวิต และยังเป็นเป้าหมายหลักของการพัฒนายาปฏิชีวนะขนานใหม่ด้วยผู้ที่คว้ารางวัลโนเบลสาขาเคมีปีนี้ ได้แก่ เวนกัตรมัน รามกริชนัน (นักวิทยาศาสตรอินเดีย สัญชาติอเมริกัน จากห้องปฏิบัติการชีววิทยาโมเลกุล เอ็มอาร์ซี มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์), ทอมัส เอ. สไตซ์ (นักวิทยาศาสตร์สัญชาติอเมริกัน จากมหาวิทยาลัยเยลล์) และ เอดา อี. โย นาท (นักวิทยาศาสตร์สัญชาติอิสราเอล จากสถาบันวิทยาศาสตร์ไอซ์แมนน์ ประเทศอิสราเอล) กับการเผยให้เห็นโฉมหน้าและการทำงานระดับอะตอมของไรโบโซม ทั้งสามท่านอาศัยเอกซเรย์คริสทัลโลกราฟีเพื่อสร้างแผนที่ตำแหน่งอะตอมต่างๆ ที่ประกอบกันเป็นโรโบโซม ซึ่งก็คือโครงสร้างของไรโบโซมนั่นเอง

ในแต่ละเซลล์ของสิ่งมีชีวิตจะมีโมเลกุลของดีเอ็นเออยู่ ดีเอ็นเอบรรจุพิมพ์เขียวเพื่อบอกว่า มนุษย์ พืช แบคทีเรีย จะมีรูปร่างอย่างไร และทำงานอย่างไร แต่ลำพังดีเอ็นเออย่างเดียวไม่พอ ดีเอ็นเอทำงานเองไม่ได้ ไรโบโซมจะอ่านพิมพ์เขียวดังกล่าวแล้วแปลความออกเป็นโครงสร้างของชีวิต โดยการสร้างโปรตีนขึ้นมา ไม่ว่าจะเป็นโปรตีนลำเลียงออกซิเจนในเฮโมโกลบิน ฮอร์โมนอย่างอินซูลิน คอลลาเจนของผิวหนัง หรือเอนไซม์ย่อยน้ำตาล ร่างกายของเรามีโปรตีนมากมายในรูปแบบต่างๆ และทำหน้าที่สารพันเพื่อควบคุมเคมีของร่างกาย

การเข้าใจการทำงานของ ไรโบโซมจะช่วยให้เราเข้าใจกลไกภายในสิ่งมีชีวิตซึ่งนำไปสู่การประยุกต์ใช้งานได้ โดยเฉพาะในด้านยาปฏิชีวนะซึ่งปัจจุบันต่อสู้กับโรค โดยการกีดกั้นการทำงานของไรโบโซมของจุลชีพ ทำให้จุลชีพตาย ไรโบโซมจึงเป็นเป้าหมายสำคัญในการค้นคว้ายาปฏิชีวนะใหม่ๆ



ผลงานรางวัลโนเบลสาขาเคมีปีนี้มาจากการสร้างแบบจำลองสามมิติที่ทำให้ทราบว่ายาปฏิชีวนะแต่ละชนิดจับกับไรโบโซมอย่างไร แบบจำลองนี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์พัฒนายาปฏิ ชีวนะชนิดใหม่เพื่อรักษาโรค ช่วยรักษาชีวิตมนุษย์ได้มากมาย

 

 

โนเบลสาขาสรีรศาสตร์หรือการแพทย์กับความลับเทโลเมียร์
รางวัลโนเบลสาขาสรีรศาสตร์หรือการแพทย์ประจำปีนี้มอบให้กับการเผยความลับทางชีววิทยาที่ว่า โครโมโซมทำสำเนาตัวเองให้สมบูรณ์ได้อย่างไรใน ขั้นตอนการแบ่งเซลล์ รวมทั้งมันป้องกันการเสื่อมสลายตัวเองได้อย่างไร คำตอบอยู่ที่ส่วนปลายสุดของโครโมโซมที่เรียกว่า เทโลเมียร์กับเอนไซม์เทโลเมอเรสที่สร้าง เทโลเมียร์ขึ้นมาโมเลกุลดีเอ็นเอนั้นขดตัวแน่นเป็นแท่งโครโมโซม เทโลเมียร์นั้นเปรียบเสมือนปลอกพลาสติกปลายเชือกผูกรองเท้าที่กันไม่ให้เชือกหลุดลุ่ย เอลิซาเบท แบล็กเบิร์น (นักวิทยาศาสตร์สัญชาติอเมริกันและออสเตรเลีย จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียในซานฟรานซิสโก) และ แจ็ก โซสแตก (นักวิทยาศาสตร์อเมริกัน จากโรงพยาบาลเจเนอรัล แมสซาซูเซ็ตส์ ในบอสตัน) พบว่าลำดับดีเอ็นเอที่มีความจำเพาะในเทโลเมียร์เป็นตัวป้องกันไม่ให้โครโมโซมเสื่อมสลาย แบล็กเบิร์นยังร่วมกับ แครอล ไกรเดอร์ (นักวิทยาศาสตร์สัญชาติอเมริกัน จากคณะแพทย์ศาสตร์ มหาวิทยาลัยจอนส์ ฮอบกินส์ วิทยาเขตบัลติมอร์) แยกเอนไซม์เทโลเมอเรสซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สังเคราะห์เทโลเมียร์ดีเอ็นเอด้วย

จากการศึกษาโครโมโซมในอดีตเคยมีการตั้งข้อสังเกตไว้ก่อนแล้วว่าเทโลเมียร์ น่าจะมีบทบาทสำคัญบางอย่างในการป้องกันการเชื่อมติดกันของโครโมโซม และการศึกษาการแบ่งตัวของเซลล์ก็มีข้อสังสัยว่า การทำสำเนาดีเอ็นเอที่ตอนปลายสายไม่น่าจะทำได้เพราะมีความยาวไม่พอ ทำให้โครโมโซมน่าจะมีขนาดสั้นลงทุกๆ ครั้งที่เซลล์แบ่งตัว แต่ในความเป็นจริงกลับไม่เป็นเช่นนั้น

งานช่วงแรกของแบล็กเบิร์นเป็นการทำแผนที่ลำดับดีเอ็นเอของเตตระไฮมีนาซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ทำให้เธอพบลำดับดีเอ็นเอซ้ำๆ ที่ปลายโครโมโซมหลายครั้ง (ลำดับดีเอ็นเอที่ซ้ำๆ กันนี้คือเทโลเมียร์นั่นเอง) ในขณะเดียวกันนั้นเองโซสแตกพบว่าโมเลกุลดีเอ็นเอสายตรง (เป็นแบบหนึ่งของมินิโครโมโซม) สลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อใส่เข้าไปในเซลล์ของยีสต์ หลังจากที่โซสแตกได้เห็นงานของแบล็กเบิร์น เขาทั้งสองก็ร่วมกันทดลอง โดยแบล็กเบิร์นแยกลำดับดีเอ็นเอที่ซ้ำๆ กันนั้นออก แล้วโซสแตกก็จัดการต่อมันเข้าไปในมินิโครโมโซม แล้วใส่มันกลับเข้าไปในเซลล์ของยีสต์ ผลปรากฏว่ามินิโครโมโซมนี้ไม่สลายตัว ซึ่งกลายเป็นข้อพิสูจน์ว่าเทโลเมียร์ทำหน้าที่ป้องกันการสลายตัวของโครโมโซมระหว่างนั้นเอง แบล็กเบิร์นกับไกรเดอร์ ร่วมกันหา คำตอบว่ามีเอนไซม์บางอย่างสังเคราะห์เทโลเมียร์ดีเอ็นเอขึ้น มาใช่หรือไม่ จนถึงวันคริสต์มาส พ.ศ. 2527 ไกรเดอร์ก็พบปฏิกิริยาของเอนไซม์ ทั้งคู่ตั้งชื่อเอนไซม์ตัวนี้ว่า เทโลเมอเรส พวกเขาพบว่าเอนไซม์นี้ประกอบด้วยอาร์เอ็นเอและโปรตีน ส่วนของอาร์เอ็นเอนั้นมีลำดับเบสเช่นเดียวกับเทโลเมียร์ มันจึงทำหน้าที่เป็นแม่แบบในการสร้างเทโลเมียร์นั่นเอง เทโลเมอเรสนี้ทำหน้าที่ขยายเทโลเมียร์ดีเอ็นเอออกไป ทำให้สายโครโมโซมมีพื้นที่ยาวมากพอที่จะจำลองตัวเองได้อย่างสมบูรณ์ครบทั้งเส้น ไม่ขาดหายไป ซึ่งตอบคำถามคาใจในเรื่องการแบ่งเซลล์ในที่สุด

นอกจากจะไขปริศนาสำคัญทางชีววิทยาแล้ว การค้นพบนี้ยังมีอิทธิพลกับวงการวิทยาศาสตร์ต่อไปอีก นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากเห็นว่าการที่เทโลเมียร์สั้นลงเป็นส่วนหนึ่งของ กระบวนการชราภาพทั้งระดับเซลล์ และระดับร่างกาย และในเซลล์ปกติจะมีปฏิกิริยาของเทโลเมอเรสไม่มากนัก (เนื่องจากเซลล์แบ่งตัวไม่มากครั้งนัก) แต่ในเซลล์มะเร็งที่มีการแบ่งตัวบ่อยมากจะมีปฏิกิริยานี้สูง ซึ่งเราอาจจัดการกับมะเร็งได้โดย การควบคุมปฏิกิริยานี้ นอกจากนี้ยังมีโรคที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมอื่นๆ ที่เกิดจากความบกพร่องของเทโลเมอเรสด้วย

โดยสรุปแล้ว การค้นพบเรื่องราวของเทโลเมียร์และเทโล เมอเรสนี้เป็นการเติมเต็มความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับเซลล์ และกลไกการเกิดโรค อันก่อให้เกิดแนวทางรักษาโรคเหล่านั้น ส่งผลให้แบล็กเบิร์น, โซสแตก และไกรเดอร์คว้ารางวัลโนเบลสาขาสรีรศาสตร์หรือการแพทย์ประจำปีนี้ไปครอง