ทะลุกรอบ | ป๋วย อุ่นใจ

 

‘ยูเทลี’ กับปริศนาจำนวนเซลล์

ในร่างกายมนุษย์

 

วันนั้นเป็นวันศุกร์ ผมวางจานเพาะเชื้อจานเล็กๆ หลายจานลงบนโต๊ะ “วันนี้ปฏิบัติการนีมาโทด (nematode) เราจะมาส่องหนอนน้อยกัน ยกดูได้เลยนะครับ มีใครเห็นตัวมันบ้าง” ผมเริ่มปฏิบัติการด้วยคำถามพร้อมกับยิ้มให้กำลังใจ

“ไหนคะอาจารย์ เจ้าหนอนที่ว่า หนูมองไม่เห็นเลย มองยากมาก” นักศึกษาสาวคนหนึ่งถามด้วยความสนใจ พร้อมยกจานเพาะเชื้อขนาดเล็กขึ้นมาดู

“ลองส่องไฟดู อาจจะเห็นได้ง่ายขึ้น พวกมันมักจะขยับซิกแซ็ก ยุกยิก ดุ๊กดิ๊กเป็นจังหวะ” ผมตอบ “หนอนนีมาโทด หรือหนอนตัวกลมรูปร่างเรียวยาว ตัวเล็กไม่ถึงมิลลิเมตร มองด้วยตาเปล่าแทบไม่เห็น ต้องเพ่งนิดนึง พวกมันจะดิ้นส่ายไปส่ายมาเป็นรูปตัว S อยู่ในจานเพาะเชื้อนั่นแหละ”

“ตัวเล็กมากเลย ตอนแรกนึกว่าจะใหญ่กว่านี้เสียอีก มันดิ้นได้น่ากลัวมาก” นักศึกษาสาวคนเดิมกล่าวพร้อมกับชี้อย่างตื่นเต้นให้เพื่อนๆ ดู หลายคนหรี่ตาพยายามเพ่งมองด้วยความสนใจ

ผมเริ่มกระตุ้น “ลองเขี่ยไปส่องดูใต้กล้องจุลทรรศน์ได้นะ”

ไม่นาน ฝูงหนอนก็ถูกเขี่ยกระจัดกระจายลงไปบนกระจกสไลด์บางใส นักศึกษาหลายคนส่องดูด้วยความสนใจ ภาพหนอนตัวกลมที่เขาเคยจินตนาการตอนเรียนมาเมื่อมัธยมช่างต่างจากตัวจริงที่เห็นใต้กล้องนี้อย่างสิ้นเชิง บรรยากาศในห้องดูตื่นตัว ทุกคนดูใจจดใจจ่อกับเนื้อหาอย่างที่สุด

ผมรู้สึกแฮปปี้มากกับบรรยากาศห้องเรียนแบบนี้…

ในอีกไม่กี่นาทีต่อมา คลิปหนอนจิ๋วแดนซ์ประกอบเพลงลูกทุ่งชื่อดังเวอร์ชั่นรีมิกซ์สุดเร้าใจก็ถูกโพสต์ลงติ๊กต็อก (และไอจี)…

นี่คือบรรยากาศการเรียนแลบชีววิทยาแบบรื่นเริงบันเทิงใจ…

หนอนตัวกลมหรือหนอนนีมาโทดเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีคุณูปการอย่างมหาศาลกับวงการชีววิทยาพัฒนาการ (Developmental Biology) และชีววิทยาความชรา (Ageing)

ด้วยคุณสมบัติเฉพาะของมันที่เรียกว่า ยูเทลี (Eutely) หรือการมีจำนวนเซลล์ร่างกายคงที่ หนอนจิ๋วหน้าตาไม่ต่างจากพยาธิที่เรียกว่า Caenorhabditis elegans หรือที่มักเรียกกันสั้นๆ ว่า C. elegans ได้กลายเป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง “ซิดนีย์ เบรนเนอร์ (Sydney Brenner)” ได้รับรางวัลโนเบลไปเมื่อปี 2002 ในฐานะหนึ่งในผู้ไขปริศนาแห่งพัฒนาการ ทำให้เราเข้าใจกลไกการพัฒนาของเซลล์ในร่างกายและการเปลี่ยนแปลงไปเป็นอวัยวะต่างๆ ได้อย่างลึกซึ้ง

ในระยะเต็มวัย หนอนตัวผู้ (male) จะมีเซลล์ร่างกายเพียงแค่ 1031 เซลล์ และหนอนกะเทย (hermaphrodite) จะมีเซลล์ร่างกายเพียงแค่ 959 เซลล์เท่านั้น

และที่เด็ดที่สุด ก็คือนอกจากจำนวนเซลล์ในร่างกายจะคงที่แล้ว จำนวนเซลล์ในแต่ละอวัยวะยังคงที่อีกด้วย

อาทิ หนอนกะเทยจะมีจำนวนเซลล์ประสาท 302 เซลล์เสมอ และจำนวนเซลล์ในระบบประสาทของหนอนตัวผู้ก็จะมีเพียงแค่ 385 เซลล์เท่านั้น

และนั่นทำให้นักวิทยาศาสตร์มากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ซิดนีย์ สนใจที่จะสร้างแอตลาสสามมิติ (3D atlas) หรือก็คือแผนที่สามมิติที่สามารถระบุตำแหน่งของเซลล์ชนิดต่างๆ ในทุกๆ อวัยวะของหนอน เพื่อให้เราสามารถเข้าใจหลักการทำงาน (Design principle) ของระบบประสาทที่แสนซับซ้อนของสัตว์ได้ (โดยใช้หนอน C. elegans เป็นตัวแทน)

ด้วยตัวที่ใสมองทะลุได้ ผนวกกับเทคโนโลยีพันธุวิศวกรรม อย่างเช่น CRISPR-Cas9 ที่ช่วยให้เราสามารถตัดต่อยีนสีฟลูออเรสเซนต์เข้าไปในเซลล์ของหนอน เพื่อย้อมสีเซลล์ที่เราสนใจ นักวิจัยสามารถติดตามตำแหน่ง พัฒนาการและการเสื่อมถอยของเซลล์ในร่างกายหนอนในระยะต่างๆ ได้อย่างละเอียด ในทุกช่วงตั้งแต่ปฏิสนธิ ไปจนถึงตัวอ่อนระยะต่างๆ พัฒนาต่อจนกลายเป็นตัวเต็มวัยที่สมบูรณ์ ไปจนถึงระยะเริ่มเสื่อมถอยในวัยชรา

นั่นหมายความว่าเราจะทราบตำแหน่งและชะตาชีวิตของเซลล์แทบทุกเซลล์ที่เราสนใจในร่างกายหนอนได้แทบจะทุกช่วงของชีวิต ซึ่งจะช่วยให้เราสามารถอนุมานบทบาทหน้าที่ของเซลล์เหล่านั้นได้

 

การศึกษาระบบประสาทในหนอนนั้นก้าวหน้าไปไกลมาก ไม่เพียงแค่สามารถเปิดทางให้สามารถเชื่อมโยงเครือข่ายเซลล์ประสาทในหนอนได้อย่างแม่นยำแล้ว ยังล้ำหน้าไปจนถึงขั้นที่มีวิศวกรหยิบเอากลไกการสื่อสารกันของเครือข่ายเซลล์ประสาทของหนอนมาออกแบบซอฟต์แวร์ควบคุมหุ่นยนต์กล่อง

ซึ่งผลที่ได้เป็นที่น่าตื่นเต้นมากเพราะพอเริ่มจำลองการสื่อกระแสประสาท หุ่นยนต์กล่องก็เริ่มส่ายออกท่าแดนซ์ในทันที ดิ้นซิกแซ็กเป็นจังหวะไม่ต่างจากพฤติกรรมปกติของหนอน C. elegans เลยแม้แต่น้อย

สิ่งประดิษฐ์สุดเพี้ยน หุ่นยนต์สมองหนอนนี้ เลยกลายเป็นข่าวใหญ่ในวงการหุ่นยนต์เลียนแบบทางชีวภาพ (bio-inspired robot) ที่วิศวกรอีกมากมายให้ความสนใจ

“ยูเทลี” หรือการมีจำนวนเซลล์ที่คงที่เป็นประเด็นสำคัญ สำหรับการศึกษาพัฒนาการระดับเซลล์ และการทำแอตลาสแห่งพัฒนาการสี่มิติ ทั้งปริภูมิ (space) และเวลา (time)

การติดตามชะตาชีวิตของเซลล์อย่างละเอียดจะทำให้เรารู้ได้ว่าสเต็มเซลล์ใดถือกำเนิดมาเมื่อไร และจะแบ่งเซลล์ พัฒนาต่อจนกลายไปเป็นเซลล์ของอวัยวะใด เซลล์นั้นจะเสื่อมสลายลงอย่างไร และเมื่อไร และส่งผลอะไรบ้างกับร่างกาย… ยิ่งใช้พันธุวิศวกรรมาช่วยย้อมสีติดตามได้ด้วยแล้ว

นี่คือการเปิดโลกทำให้เราเข้าใจกลไกการสร้าง การทำงาน และการเสื่อมของทุกอวัยวะในร่างกาย

 

คําถามหนึ่งที่นักวิจัยหลายคนให้ความสนใจคือมนุษย์เป็น “ยูเทลี” กับเขาด้วยมั้ย…

ปัจจุบัน ยังไม่มีใครสามารถตอบได้ชัดเจน เพราะแค่จะบอกจำนวนเซลล์ทั้งหมดที่แน่นอนในร่างกายมนุษย์นั้นยังทำไม่ได้ การจะไล่ตามดูว่าเซลล์ไหนพัฒนาไปเป็นอะไรในช่วงไหนในช่วงต่างๆ ของการพัฒนาการจึงเป็นเรื่องที่ท้าทายอย่างมหาศาล

ประเด็นก็คือจำนวนเซลล์ในร่างกายของเรานั้นมันมากมายเหลือคณา ที่จริงแล้ว ถ้ามองย้อนกลับไปศตวรรษก่อน มีผู้พยายามจะประมาณการจำนวนเซลล์ทั้งหมดในร่างกายมนุษย์มาแล้วมากมายหลายทีม แต่ละทีมก็ประมาณออกมาได้ไม่ใกล้เคียงกันเลย ตัวเลขมีสะเปะสะปะตั้งแต่ ห้าพันล้าน ไปจนถึง สองร้อยล้านล้านล้านเซลล์

บางคนก็บอกว่าตีเหมาเอาแบบกำปั้นทุบดินว่าเซลล์มนุษย์เซลล์หนึ่งจะมีน้ำหนักเฉลี่ยราวๆ 1 นาโนกรัม ร่างกายมนุษย์หนักราวๆ 70 กิโลกรัม ก็น่าจะมีเซลล์ราวๆ เจ็ดสิบล้านล้านเซลล์

แต่ถ้าไม่วัดตามน้ำหนัก แต่วัดด้วยปริมาตร ปริมาตรเฉลี่ยของเซลล์มนุษย์จะอยู่ที่ราวๆ หนึ่งพันถึงหนึ่งหมื่นลูกบาศก์ไมโครเมตร จำนวนเซลล์ในร่างกายคนหนัก 70 กิโลกรัม ก็น่าจะอยู่ที่ระหว่างสามสิบล้านล้านเซลล์ไปถึงสี่สิบล้านล้านเซลล์

แต่ในความเป็นจริง เซลล์แต่ละชนิดในร่างกายของมนุษย์นั้นมีขนาดและรูปร่างที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง อีกทั้งยังมีจุลินทรีย์อีกสารพัดชนิดที่เรียกว่าไมโครไบโอตาที่อยู่อาศัยร่วมด้วยในร่างกายอีก

ตัวเลขที่ได้นี้จึงถือว่าค่อนข้างหยาบและเอาไปใช้อะไรได้ยาก

 

ในปี 2013 ทีมวิจัยจากยุโรป นำโดยปิแอร์ลุยจิ สตริปโปลิ (Pierluigi Strippoli) จากมหาวิทยาลัยโบโลญญา (University of Bologna) ประเทศอิตาลีได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัย An Estimation of the Number of Cells in the Human Body ลงในวารสาร Annals of Human Biology และนำเสนอตัวเลขใหม่จากการคำนวณแบบแยกทีละอวัยวะ ตัวเลขที่พวกเขาได้คือ สามสิบเจ็ดล้านสองแสนล้านเซลล์สำหรับเซลล์มนุษย์ (ไม่นับจุลินทรีย์ในไมโครไบโอตา)

“ในความสัตย์จริง มันเป็นไปไม่ได้เลยที่ทางทีมของผมจะศึกษาตัวเลขทั้งหมดของทุกชนิดของเซลล์ จากทุกๆ อวัยวะในร่างกายมนุษย์ ตัวเลขนี้เป็นแค่ตัวเลขตั้งต้นเท่านั้น” ปิแอร์ลุยจิกล่าวออกตัว “หวังว่าผลงานในอนาคตที่เผยแพร่โดยผู้เชี่ยวชาญอวัยวะต่างๆ จะช่วยปรับปรุงการประมาณการการนับจำนวนเซลล์ในร่างกายมนุษย์ให้ดีขึ้นได้อีก”

แม้ปิแอร์ลุยจิจะออกตัวไว้อย่างชัดเจน แต่ตัวเลขสามสิบเจ็ดล้านสองแสนล้านเซลล์นี้ก็ยังได้รับการยอมรับอย่างสูงในวงการวิทยาศาสตร์

สามปีต่อมา ในปี 2016 นักชีววิทยาเชิงคำนวณชื่อดัง รอน ไมโล (Ron Milo) จากสถาบันวิทยาศาสตร์ไวซ์แมน (Weizman Institute of Science) ประเทศอิสราเอล ก็นำเสนอตัวเลขใหม่ขึ้นมา การคำนวณของเขาจะเริ่มด้วยการเทียบปริมาตรของเซลล์กับปริมาตรของร่างกาย ซึ่งตัวเลขที่ได้จะอยู่ระหว่างสามสิบถึงสี่สิบล้านล้านเซลล์

หลังจากนั้นจะย้อนกลับไปคำนวณจำนวนของเซลล์มนุษย์ 5 ชนิดที่เป็นองค์ประกอบหลัก (ราวๆ 97 เปอร์เซ็นต์) ในร่างกาย ซึ่งตัวเลขประมาณการเซลล์มนุษย์ของเขาที่คำนวณได้จะอยู่ที่ราวๆ สามสิบล้านล้านเซลล์ และจำนวนเซลล์ของแบคทีเรียและสารพัดจุลินทรีย์ในไมโครไบโอมนั้น จะอยู่ที่ราวๆ สามสิบแปดล้านล้านเซลล์

และถ้ารวมทั้งเซลล์มนุษย์และไมโครไบโอตาเข้าด้วยกันก็จะอยู่ที่ราวๆ เจ็ดสิบล้านล้านเซลล์ และนี่ก็คือตัวเลขที่ได้รับการยอมรับกันในปัจจุบัน

 

ถ้าดูตัวเลขของรอน จำนวนเซลล์มนุษย์นั้นไม่ได้เปลี่ยนแปลงอะไรมากนักถ้าเทียบกับของปิแอร์ลุยจิ แต่ที่ทำให้หลายคนแปลกใจเพราะจำนวน เซลล์ของจุลินทรีย์ในร่างกายนั้นมีพอๆ กับจำนวนเซลล์ของมนุษย์ ซึ่งพลิกโผไปอย่างมากจากความเชื่อเดิมว่าจำนวนจุลินทรีย์ในร่างกายนั้นควรจะมีมากกว่าเซลล์มนุษย์ถึงสิบเท่า

และนั่นทำให้นักวิจัยมากมายต้องเริ่มกลับมาทบทวนแนวคิดทางชีววิทยาของโปรไบโอติกกันอีกรอบ

การประมาณการตัวเลขคือจุดเริ่มต้นของการหาพิมพ์เขียวสามมิติแห่งชีวิตที่เมื่อผนวกรวมกับมิติแห่งเวลาได้จะช่วยเปิดประตูสู่การคิดค้นและต่อยอดเทคโนโลยีทั้งทางด้านทางเวชศาสตร์ฟื้นฟู และวิศวกรรมเนื้อเยื่อ

อย่างเช่น การกระตุ้นการงอกอวัยวะใหม่การเพาะเลี้ยงอะไหล่อวัยวะ หรือแม้แต่การย้อนวัยกลับไปเป็นหนุ่มเป็นสาวอีกครั้ง

และที่สำคัญ อาจจะช่วยทำให้เราเข้าใจต้นกำเนิดและพัฒนาการแห่งความเป็นมนุษย์มากขึ้น…

 

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022