Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

คนขายพลั่วแห่งยุคตื่นทองไบโอเทค ตอนที่ 4

(ซีรีส์ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทคตอนที่ 16)

ปี 1964 Hood ที่เพิ่งเรียนจบแพทย์กลับมาที่ Caltech รอบที่สองในฐานะนักศึกษาปริญญาเอก ได้ที่ปรึกษาคือ William J. Dreyer นักภูมิคุ้มกันวิทยาที่เพิ่งย้ายมาเป็นอาจารย์ที่ Caltech เช่นกัน

หัวข้อวิทยานิพนธ์ว่าด้วยความหลากหลายของแอนติบอดีทำให้ Hood ใช้เวลาส่วนใหญ่ไปกับการสกัดและทดสอบคุณสมบัติของโปรตีน ที่ขาดไม่ได้คือ การหาลำดับอะมิโนในแอนติบอดีด้วยเทคนิค protein sequencing ของ Edman

Dreyer อาจารย์ที่ปรึกษาของ Hood เป็นนักภูมิคุ้มกันวิทยาที่มีความเป็นนักประดิษฐ์ในตัว สมัยทำงานอยู่สถาบันวิจัยสุขภาพสหรัฐ (NIH) ก่อนจะย้ายมาเป็นอาจารย์ก็เคยร่วมประดิษฐ์เครื่องเคมีวิเคราะห์อัตโนมัติ ขณะทำงานที่ Caltech ก็ยังได้เป็นที่ปรึกษาให้บริษัทเครื่องมืออย่าง Beckman อีกด้วย

Hood มักจะเล่าถึงคำสอนสองข้อของอาจารย์ที่เขาจำได้แม่นยำตลอดชีวิตการทำงาน

“ถ้าอยากทำวิจัยด้านชีววิทยาจงเลือกหัวข้อวิจัยที่อยู่สุดพรมแดนขององค์ความรู้ และถ้าอยากไปอยู่สุดพรมแดนขององค์ความรู้ก็จงประดิษฐ์ ‘เครื่องมือ’ ใหม่ๆ ที่ไขความลับของข้อมูลในสิ่งมีชีวิต”

Hood จบปริญญาเอกในปี 1968 ไปทำวิจัยต่อที่ NIH อยู่สองปีก่อนจะกลับมา Caltech รอบที่สามในฐานะอาจารย์

กลุ่มวิจัยของ Hood แบ่งออกเป็นสองส่วน

ส่วนแรกโฟกัสงานวิจัยพื้นฐานด้านความหลากหลายของแอนติบอดีและโปรตีนในระบบภูมิคุ้มกันแนวทางเดียวกับที่เคยทำมาตั้งแต่ปริญญษเอก

ส่วนที่สองโฟกัสที่การพัฒนาเครื่องมือใหม่ๆ เพื่อช่วยส่งเสริมงานส่วนแรก

ด้วยความชำนาญด้านโปรตีนที่มีแต่เดิมทำให้ Hood เลือกที่จะเริ่มจากพัฒนาเครื่องมือที่จะช่วยให้การอ่านลำดับอะมิโนบนโปรตีนมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ช่วงต้นทศวรรษ 1970s ที่ Hood เริ่มตั้งกลุ่มวิจัยก็มีเครื่อง protein sequencer หรือ sequenator ในตลาดอยู่แล้วโดยเฉพาะจากบริษัทของ Beckman แต่เครื่องพวกนี้ก็ยังไม่ดีพอสำหรับงานศึกษาโปรตีนภูมิคุ้มกัน

sequenator สมัยนั้นใช้ของเหลวเป็นตัวทำละลายโปรตีนในแต่ละขั้นตอนการทำปฏิกิริยาจำแนกชนิดอะมิโนทีละตัว

โปรตีนส่วนมากสูญเสียไประหว่างขั้นตอนการล้างทำให้ต้องใช้โปรตีนตั้งต้นเยอะระดับไมโครกรัม มีโปรตีนไม่กี่ชนิดในธรรมชาติที่เราสามารถสกัดทำบริสุทธิ์ออกมาได้มากขนาดนั้น

การสูญเสียโปรตีนไประหว่างกระบวนการยังทำให้จำนวนอะมิโนในสายโปรตีนที่อ่านได้แต่ละรอบมักจะจำกัดอยู่แค่ไม่ถึง 30 ตัวเท่านั้น

ทีมวิจัยจาก Caltech นำโดย Hood และ Dreyer พัฒนา sequenator ที่ใช้ก๊าซเป็นตัวกลางทำปฏิกิริยาแทนที่จะใช้ของเหลว อัพเกรดกระบวนการเคมีของ Edman ให้ประสิทธิภาพสูงขึ้น ตลอดจนคิดค้นระบบวาล์วในเครื่องกันการรั่วไหลและทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมีที่ใช้

หลังจากปลุกปล้ำทำวิจัยลองผิดลองถูกกันอยู่เกือบสิบปีเครื่องอ่านลำดับอะมิโนเวอร์ชั่นใหม่ก็ถูกสร้างขึ้นสำเร็จ

Hood ตีพิมพ์งานวิจัยนี้ในวารสาร Science ในปี 1980

เครื่อง sequenator เวอร์ชั่นนี้ (“The automated gas-phase protein sequencer”) ใช้โปรตีนตั้งต้นน้อยกว่าเดิมถึง 200 เท่า

โปรตีนแค่ไม่กี่ร้อยนาโนกรัมก็เพียงพอสำหรับอ่านลำดับอะมิโนได้ถึง 90 ตัวในคราวเดียว

นอกจากนี้ การใช้ก๊าซเป็นตัวกลางยังทำให้เครื่องรุ่นนี้ไม่มีข้อจำกัดเรื่องการวิเคราะห์ลำดับอะมิโนที่ละลายน้ำยากอย่างเครื่องรุ่นก่อน

sequenator ที่ทรงประสิทธิภาพนี้พาทีมของ Hood และนักวิจัยทั่วโลกไปสู่พรมแดนใหม่ขององค์ความรู้ โปรตีนที่น่าสนใจสารพัดชนิดที่ก่อนนี้เราไม่สามารถสกัดออกมามากพอจะศึกษาก็ถูกนำมาอ่านลำดับอะมิโน ได้ข้อมูลมาก็เอาไปสังเคราะห์เป็นสายดีเอ็นเอด้วยกระบวนการเคมี จากนั้นก็ตัดต่อใส่พลาสมิดให้แบคทีเรีย (ด้วยเทคนิคที่ Boyer – Cohen พัฒนาขึ้นมาในช่วงเวลาไล่เลี่ยกัน) ผลิตออกมาเยอะๆ ให้เราศึกษาต่อได้เหลือเฟือ

ทีมวิจัยของ Hood ใช้วิธีนี้ศึกษาโปรตีนเร่งการเจริญเซลล์จากเกล็ดเลือดจนนำมาสู่การค้นพบยีนก่อมะเร็ง ศึกษาโปรตีนพริออน (prion) จนค้นพบตัวการก่อโรคสมองพรุน ศึกษาโปรตีนจากไตจนค้นพบวิธีผลิตฮอร์โมนเร่งการผลิตเม็ดเลือดแดง ฯลฯ

ด้วย ‘เครื่องมือ’ ใหม่นี้ทำให้ชื่อของ Hood เริ่มไปปรากฏอยู่ในหลากหลายสาขาวิจัยไม่จำกัดอยู่เพียงงานภูมิคุ้มกันวิทยาอีกต่อไป

Hood ได้ตำแหน่งศาสตราจารย์ที่ Caltech ด้วยวัยเพียง 37 ปี กลุ่มวิจัยเติบโตขึ้นจนนักวิจัยในสังกัดร่วมร้อยคนใหญ่โตผิดวิสัยของกลุ่มวิจัยอื่นๆ ใน Caltech ที่เน้นจำนวนคนน้อยๆ

เขากลายเป็นนักวิจัยแถวหน้าของทั้งวงการภูมิคุ้มกันวิทยาและชีวโมเลกุลบดบังรัศมีอาจารย์ตัวเองอย่าง Dreyer เสียมิด

นอกจากงาน protein sequencer แล้ว Hood ก็ยังคิดการณ์ไกลไปถึงว่าสุดท้ายแล้วชุดเครื่องมือที่จะไขความลับของสิ่งมีชีวิตทั้งมวลจะต้องสามารถอ่านและเขียนข้อมูลของโมเลกุลโพลิเมอร์ในกระบวนการแสดงออกยีนทั้งสาม คือ ดีเอ็นเอ อาร์เอ็นเอ และโปรตีน

ดังนั้น นอกจาก protein sequencer สำหรับอ่านลำดับอะมิโนในโปรตีนแล้ว เราก็ควรต้องมี protein synthesizer ไว้สังเคราะห์โปรตีนตามลำดับอะมิโนที่ต้องการ, DNA sequencer ไว้อ่านลำดับเบสในดีเอ็นเอที่สนใจ และ DNA synthesizer ไว้สังเคราะห์ดีเอ็นเอตามลำดับเบสที่ต้องการ

แม้ว่าเทคนิคสำหรับทำงานต่างๆ เหล่านี้จะมีนักวิจัยท่านอื่นบุกเบิกมาก่อนแล้ว (เช่น Edman คิดค้นวิธีการอ่านลำดับอะมิโน) แต่ยังขาดคนนำไปต่อยอดสร้างเป็นเครื่องมืออัตโนมัติ (automation) เพื่อให้งานเหล่านี้เร็ว ถูก สะดวก แม่นยำ จนนักวิจัยที่ไหนๆ ทั่วโลกก็เอาไปใช้ประโยชน์ได้

ในบรรดาเครื่องมือเหล่านี้ DNA synthesizer คือ สิ่งที่จะมาเติมเต็มกระบวนการทำงานของ protein sequencer ถ้ามีสองอย่างนี้ในมือเราสามารถอ่านลำดับอะมิโนของโปรตีนอะไรก็ได้ที่สนใจ แปลงข้อมูลเป็นลำดับเบสดีเอ็นเอ สังเคราะห์และตัดต่อใส่แบคทีเรียให้ผลิตโปรตีนนั้นออกมาเยอะๆ ตามต้องการ

แต่ก่อนอื่น Hood จะต้องหาพันธมิตรเป็นนักเคมีเก่งๆ ที่รู้วิธีสังเคราะห์สายดีเอ็นเอเสียก่อน

ตอนต่อไปจะเล่าถึงเรื่องราวของ Marvin Caruthers นักวิจัยร่วมรุ่นต่างสถาบันของ Hood ผู้จะมาร่วมก่อตั้ง Applied Biosystems (ABI) บริษัทขายเครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดแห่งยุคพันธุศาสตร์จีโนมแซงหน้าแชมป์เก่าอย่าง Beckman ได้สำเร็จ

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

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022