Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

คนขายพลั่วแห่งยุคตื่นทองไบโอเทค ตอนที่ 3

(ซีรีส์ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทคตอนที่ 15)

“พรมแดนใหม่แห่งวิทยาศาสตร์มักจะถูกเปิดออกด้วย ‘เครื่องมือใหม่’ มากกว่าด้วย ‘คอนเซ็ปต์ใหม่’ การปฏิวัติวงการด้วย ‘คอนเซ็ปต์’ เป็นเพียงการอธิบายสิ่งเก่าในแนวทางใหม่ แต่การปฏิวัติวงการด้วย ‘เครื่องมือ’ ทำให้เราค้นพบสิ่งใหม่ที่ต้องการคำอธิบาย”

– Freeman J. Dyson, Imagined Worlds

คนทั่วไปโดยเฉพาะในประเทศไทยคงไม่ค่อยคุ้นชื่อ Caltech (California Institute of Technology) มหาวิทยาลัยขนาดเล็กทางตอนใต้ของแคลิฟอร์เนียประมาณสิบกว่ากิโลเมตรจากมหานครลอสแอนเจลิส บนพื้นที่ขนาดแค่สามร้อยไร่ สนามหญ้าและสวนหย่อมเขียวขจีตลอดทั้งปี

อาคารเรียนและศูนย์วิจัยไม่เกิน 4-5 ชั้นกระจายกันห่างๆ

Caltech มีนักศึกษาปริญญาตรีทุกสาขาวิชาสี่ชั้นปีรวมกันไม่ถึงหนึ่งพันคน ปริญญาโท-เอกพันกว่าคน อาจารย์ประมาณสามร้อยคน

แต่ที่นี่มีศิษย์เก่าและอาจารย์ได้รางวัลโนเบลรวมกัน 70 กว่าคน คิดเป็นอันดับ 7 ของโลกทั้งที่จำนวนนักศึกษาและอาจารย์น้อยกว่าอันดับ 1-6 อย่าง Harvard, Berkeley, Chicago, MIT และ Columbia หลายเท่า

ที่นี่เป็นจุดเริ่มต้นของหลายเหตุการณ์ประวัติศาสตร์ในวงการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีรวมทั้งงานสายไบโอเทคด้วย

หนึ่งในภาพจำสมัยของผมเรียนปริญญาตรีที่ Caltech เมื่อเกือบยี่สิบปีก่อนคือ Beckman Auditorium หอประชุมทรงวิหารโรมันหลังคากลมสำหรับจัดสัมมนาใหญ่

ทางซ้ายคือ Beckman Behavioral Biology Lab อาคารวิจัยพฤติกรรมศาสตร์

ถัดมาเป็น Beckman Institute ศูนย์วิจัยเครื่องมือทางเคมีและชีววิทยาเป็นตึกที่สวยที่สุดในแคมปัสด้วยดีไซน์แบบสถาปัตยกรรมสเปน

มีบ่อน้ำยาวด้านหน้าและสายน้ำพุที่พุ่งเป็นเกลียวดีเอ็นเอจนได้ชื่อเล่นจากชาว Caltech ว่า “Gene Pool”

สมัยนั้นพวกเราก็เคยสงสัยว่านาย Beckman นี่คือใคร น่าจะรวยมากถึงบริจาคเงินจนมีชื่อเต็มไปหมด

Arnold O. Beckman เป็นทั้งศิษย์เก่าและอาจารย์ด้านเคมีที่ Caltech ช่วงปี 1930s คิดค้น pH meter (เครื่องวัดระดับความเป็นกรดเบสอัตโนมัติ) และก่อตั้ง Beckman Coulter บริษัทขายอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ชั้นนำของโลกจนถึงปัจจุบัน

บริษัทของ Beckman เป็นผู้บุกเบิกเครื่องมืออย่าง spectrophotometer (เครื่องวัดวิเคราะห์สารเคมีจากการดูดกลืนแสง), ultracentrifuge (เครื่องปั่นเหวี่ยงกำลังสูง) ใช้ในห้องแล็บเคมีวิเคราะห์และศูนย์วิจัยการแพทย์ทั่วโลก, ร่วมพัฒนาระบบเรดาร์ เครื่องวัดออกซิเจน เครื่องวัดกัมมันตรังสีสมัยสงครามโลก

นอกจากนี้ หน่วยวิจัยเซมิคอนดักเตอร์และทรานซิสเตอร์ของ Beckman ยังให้กำเนิดบริษัท Shockley Semiconductor Laboratory (นำโดยศิษย์เก่า Caltech อีกคนชื่อ William Shockley) และย้ายไปตั้งรกรากที่แคลิฟอร์เนียเหนือจนกลายเป็นซิลิคอนวัลเลย์ที่เรารู้จักกันทุกวันนี้

โมเดลธุรกิจของ Beckman คือ การขายพลั่วในยุคตื่นทองของวงการเคมี ฟิสิกส์ วิศวกรรมไฟฟ้า ฯลฯ ช่วงหลังสงครามโลกครั้งที่สอง

เครื่องมือวิทยาศาสตร์ของ Beckman คือ สิ่งที่ทุกศูนย์วิจัยทั้งในมหาวิทยาลัยและบริษัทขาดไม่ได้ ไม่ว่าจะวิจัยเพื่องานวิชาการหรือเชิงพาณิชย์

ความเดิมจากตอนที่แล้ว Pehr Edman นักชีวเคมีชาวสวีเดนคิดค้นเทคนิคหาลำดับอะมิโนในโปรตีน (protein sequencing) และสร้างต้นแบบเครื่องอ่านลำดับอะมิโนอัตโนมัติ (protein sequencer หรือ sequenator) ช่วงปลายทศวรรษ 1960s

หนึ่งในทีมงานของ Edman ย้ายมาทำงานกับบริษัท Beckman และผลิตเครื่องนี้ออกมาขาย เครื่อง sequenator ที่ใช้ง่ายขายดีที่สุดช่วงต้นทศวรรษ 1970s ก็คือ เครื่องรุ่น Model 890 Sequencer ที่ทางบริษัทเคลมว่าสามารถอ่านลำดับอะมิโนได้เร็วกว่าทำเองมือเปล่า 12-15 เท่า

sequenator ของ Beckman ทำให้งานวิจัยโปรตีนสบายขึ้นเยอะ

แต่ก็ยังมีนักชีวเคมีบางคนที่ยังหงุดหงิดกับประสิทธิภาพระดับนี้

หงุดหงิดมากพอที่จะลงทุนลงแรงสร้างเครื่องรุ่นใหม่ที่ล้ำยิ่งกว่า

sequenator รุ่นใหม่นี้จะเป็นตัวเปลี่ยนเกมของแท้ในวงการชีวเคมี และเป็นต้นกำเนิดของสตาร์ตอัพขายเครื่องมือที่จะมาชิงตลาดไปจากบริษัท Beckman

นักชีวเคมีคนนั้นคือ Leroy Hood ศิษย์เก่าและอาจารย์รุ่นลูกของ Beckman ที่ Caltech นั่นเอง

Hood เกิดในปี 1938 รุ่นใกล้ๆ กับ Herbert Boyer และ Stanley Cohen สองผู้บุกเบิกงานพันธุวิศวกรรมที่เราได้อ่านเรื่องราวกันไปหลายตอนก่อน

เขาเริ่มสนใจชีววิทยาครั้งแรกตอนที่น้องชายคนหนึ่งเกิดมาพร้อมกับโรคดาวน์ซินโดรมแต่ยังไม่มีใครในตอนนั้นตอบได้ว่าสาเหตุมาจากอะไร

ช่วง 1950s การค้นพบโครงสร้างดีเอ็นเอและกลไกการแสดงออกยีนเป็นข่าวดังไปทั่ว

Hood ในชั้นมัธยมได้อ่านเรื่องราวที่น่าตื่นเต้นในวารสารป๊อปไซน์ชั้นนำอย่าง Scientific American บวกกับแรงเชียร์จากครูมัธยมที่เป็นศิษย์เก่า Caltech ทำเขาตัดสินใจเรียนปริญญาตรีที่มหาวิทยาลัยแห่งนี้ในเวลาต่อมา

Caltech วางรากฐานการแก้โจทย์วิทยาศาสตร์แบบรอบด้านให้เขา

Hood เล่าว่าที่นี่เขาได้เรียนกับนักฟิสิกส์ตัวท็อปแห่งยุคอย่าง Richard Feynman (โนเบลปี 1965), นักเคมีอย่าง Linus Pauling (โนเบลปี 1954, 1963), นักชีววิทยาอย่าง George Beadle (โนเบลปี 1958)

หลังจบปริญญาตรี Hood ไปเรียนต่อแพทย์หลักสูตรเร่งรัดที่ John Hopkins สานความฝันวัยเด็กที่อยากเข้าใจเรื่องโรคและพันธุกรรมมนุษย์

ระหว่างนั้นเองที่เขาได้รู้จักกับอีกศาสตร์ของชีววิทยาที่กำลังมาแรง

ภูมิคุ้มกันวิทยา (immunology) เป็นศาสตร์เก่าแก่อายุหลายร้อยปีแล้ว การปลูกฝีป้องกันโรคเริ่มปลายศตวรรษที่ 18 วัคซีนชนิดแรกผลิตได้สำเร็จในศตวรรษที่ 19 เซลล์และโมเลกุลต่างๆ ในระบบภูมิคุ้มกันถูกศึกษามาอย่างต่อเนื่อง

แต่ปริศนาสำคัญที่ยังรอคำตอบคืออะไรทำให้ระบบภูมิคุ้มกันของเราสามารถจัดการกับเชื้อโรคสารพัดได้อย่างเจาะจง ขณะเดียวกันก็ไม่หันอาวุธไปทำร้ายเซลล์ในร่างกายของเราเอง?

ปริศนานี้เริ่มถูกไขกระจ่างในทศวรรษที่ 1950s เซลล์ในระบบภูมิคุ้มกันของเราถูกสร้างให้มีความหลากหลายสูงมากๆ ให้พร้อมรับมือทุกสิ่งแปลกปลอมที่เป็นไปได้

เซลล์ไหนที่มีทีท่าจะทำร้ายเซลล์ร่างกายเราเองจะถูกกำจัดทิ้ง

ส่วนเซลล์ไหนที่จัดการกับสิ่งแปลกปลอมได้ดีก็ถูกกระตุ้นให้แบ่งตัวเพิ่มจำนวน (“clonal selection theory”) กระบวนการที่อาศัยความหลากหลาย + การคัดเลือกนี้คล้ายคลึงกับการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตเพียงแต่กรณีนี้เป็นเซลล์ในร่างกายเราเอง

เซลล์ในระบบภูมิคุ้มกันใช้โปรตีนผิวเซลล์เป็นเครื่องมือตัวจับสิ่งแปลกปลอม และก็ใช้โปรตีนที่หลั่งออกมาอย่างแอนติบอดีเป็นอาวุธจัดการกับพวกมัน

นั่นแปลว่าโปรตีนพวกนี้ก็ต้องมีความหลายหลายมหาศาลด้วย

โครงสร้างแอนติบอดีถูกค้นพบช่วงปลายทศวรรษที่ 1950s ถึงต้นทศวรรษที่ 1960s โจทย์ใหญ่ของวงการภูมิคุ้มกันวิทยาในเวลานั้นคือ โครงสร้างที่หลากหลายมหาศาลของแอนติบอดีและโปรตีนอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องในภูมิคุ้มกันมีอะไรบ้าง?

และความหลากหลายดังกล่าวมาจากไหน?

ต้นทศวรรษที่ 1960s องค์ความรู้ด้านชีวโมเลกุลจากการค้นพบโครงสร้างดีเอ็นเอและกลไกการแสดงออกของยีนบรรจบเข้ากับองค์ความรู้ด้านโมเลกุลและเซลล์ในระบบภูมิคุ้มกัน

กลายเป็นศาสตร์ใหม่ว่าด้วยภูมิคุ้มกันวิทยาระดับโมเลกุล (molecular immunology)

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

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022