Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

 

วาฬบนฟ้ากับ PCR ในแล็บ (3)

(ซีรีส์ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทคตอนที่ 21)

 

ปี 1983 ทีมพันธุวิศวกรรมของ Cetus Corporation ผลิต Interleukin-2 (IL-2) สำเร็จเป็นเจ้าแรก

โปรตีนในระบบภูมิคุ้มกันที่ออกฤทธิ์กว้างขวางตัวนี้อาจใช้เพื่อกระตุ้นเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการต่อสู้มะเร็ง

ยาเพื่อภูมิคุ้มกันบำบัด (immunotherapy) จาก IL-2 มีตลาดมูลค่ามหาศาลดึงดูดเหล่าบริษัทยาและบริษัทไบโอเทคในยุคนั้น

IL-2 กลายเป็นโปรเจ็กต์เรือธงที่ผู้บริหาร Cetus ทุ่มเทสรรพกำลังทั้งเงินทุนและแรงงานคนลงไปไม่อั้น

การต่อสู้ระหว่างบริษัทคู่แข่งดุเดือดทั้งในห้องแล็บและในชั้นศาล

คู่แข่งอย่าง AmGEN ที่พันธุวิศวกรรมผลิต IL-2 สำเร็จตามมาติดๆ โดน Cetus ฟ้องร้องจนต้องม้วนเสื่อออกจากสนามแข่งไป

Cetus ที่มั่นใจเต็มที่ลงทุนไปกว่า 120 ล้านเหรียญสหรัฐ สร้างโรงงานทั้งในสหรัฐและยุโรปเตรียมไว้

แถมยังวางแผนช่องทางจำหน่ายและพนักงานฝ่ายขายรอไว้ด้วย

Cetus กำลังจะเติบโตจาก “สตาร์ตอัพไบโอเทค” เป็น “บริษัทยา” ชั้นนำที่ทั้งวิจัย ผลิต และจำหน่ายยาจากเทคนิคพันธุวิศวกรรม

นอกจาก IL-2 แล้ว Cetus ก็ยังมี interferon beta, TNF และโปรตีนยาอีกหลายตัวที่กำลังอยู่ระหว่างการวิจัยจ่อคิวจะออกมาตีตลาดในอีกไม่นาน

ดังนั้น ย้อนไปในปี 1983 ก็ไม่แปลกที่ผู้บริหารจะมองข้ามผลงานที่ Kary Mullis เพิ่งคิดค้นมาสดๆ ร้อนๆ ว่าด้วยการใช้เทคนิค Polymerase Chain Reaction (PCR) ก๊อบปี้ดีเอ็นเอ

ยิ่งกว่านั้น Mullis เองก็ยังมีปัญหาเรื้อรังในที่ทำงานถึงขั้นที่ทางบริษัทกำลังพิจารณาว่าจะไล่ออกดีไหม

Mullis อาจจะเป็นนักวิจัยที่ขยันและคิดสร้างสรรค์นอกกรอบแต่ทำงานไม่ค่อยเรียบร้อย

อย่างผลงาน PCR รอบแรกก็ทำมาซ้ำเดียว การทดลองชุดควบคุมก็ไม่มี

ความเป็นนักเคมีสังเคราะห์ที่ไม่ได้รู้เรื่องชีวโมเลกุลมากนักยิ่งทำให้เพื่อนนักวิจัยหลายคนไม่เชื่อในผลงานของเขา

แย่กว่านั้นคือที่ผ่านมา Mullis ก่อเรื่องไปทั่วทั้งทะเลาะวิวาทกับคนไม่เลือกหน้าตั้งแต่ยามหน้าตึก พนักงานต้อนรับ ไปจนถึงเพื่อนร่วมงานและหัวหน้าแผนก

ทั้งเรื่องชู้สาวกับสมาชิกในแล็บ Mullis เคยคลั่งขนาดขู่จะพกปืนมาที่ทำงานด้วยความหึงหวง

หลายเดือนหลังจากการคิดค้น PCR เขาก้มหน้าก้มตาพัฒนาเทคนิคนี้ต่อไปเงียบๆ กับลูกมืออีกแค่หนึ่งคน PCR รอบแรกก๊อบปี้ได้แค่ดีเอ็นเอสายสั้นๆ ไม่กี่สิบเบสจากแบคทีเรีย Mullis ทดลองปรับสภาวะต่างๆ ให้ PCR สามารถก๊อบปี้ดีเอ็นเอสายยาวขึ้นเรื่อยๆ และยังได้ทดลองใช้กับดีเอ็นเอของยีนมนุษย์ (beta globulin) เผื่อใช้วินิจฉัยโรคพันธุกรรม

ปี 1984 Mullis นำเสนอโปสเตอร์ผลงาน PCR ที่งานประชุมวิชาการภายในของบริษัท

ตอนนั้นแทบไม่มีใครสนใจโปสเตอร์ผลงานนี้เลย มีแค่ Joshua Lederberg นักวิจัยอาวุโสหนึ่งในบอร์ดที่ปรึกษาของ Cetus (โนเบลปี 1958) ที่ Mullis ลากตัวมาได้สำเร็จ

หลังจากยืนอ่านอยู่พักใหญ่ Lederberg ถามออกมาสั้นๆ ว่า “เทคนิคนี่มันใช้ได้จริงๆ เหรอ?”

Mullis ยืนยันว่า PCR ใช้ได้จริงๆ และหลักการพื้นฐานมันก็มีแค่นี้จริงๆ

Lederberg เล่าว่าเมื่อสักยี่สิบปีก่อนเขากับ Arthur Kornberg (ผู้ค้นพบเอนไซม์สังเคราะห์ดีเอ็นเอ; โนเบลปี 1959) ก็เคยคิดเรื่องการก๊อบปี้ดีเอ็นเอออกมาเยอะๆ ในหลอดทดลอง แต่สมัยนั้นเทคนิคการสังเคราะห์และข้อมูลลำดับเบสดีเอ็นเอยังไม่พร้อม

ความเรียบง่ายของ PCR ทำให้ Lederberg และนักวิจัยอีกหลายคนหลังจากนั้นต่างก็สงสัยว่าทำไมไม่มีใครคิดได้ก่อนหน้านี้

ในงานประชุมนั้นเอง Mullis วิวาทชกต่อยกับนักวิจัยอีกคนในบริษัท (เรื่องที่ไม่เกี่ยวกับ PCR) เขาถูกปลดจากตำแหน่งหัวหน้างานสังเคราะห์ดีเอ็นเอ

แต่ยังได้โอกาสทำงานต่ออีกหนึ่งปีเพื่อพิสูจน์ว่า PCR เอาไปใช้ประโยชน์ได้จริง

 

Cetus ยังได้ตั้งทีมวิจัยเล็กๆ อีกทีม วิจัยและพัฒนาเทคนิค PCR คู่ขนานกับ Mullis ไป ผลงานหลังจากนี้เครดิตจะตกอยู่กับ Mullis หรือกับทีมวิจัยขึ้นอยู่กับใครเป็นคนเล่าเรื่อง Mullis มักจะอ้างว่าเขาเป็นผู้คิดค้นหลักหนึ่งเดียวของเทคนิคนี้ ขณะที่ทีมวิจัยของ Cetus คนอื่นๆ บอกว่า Mullis เป็นแค่เจ้าของไอเดียเริ่มต้นกับผลการทดลองลวกๆ ที่ยังเอาแน่เอานอนไม่ได้ พวกเขาต่างหากที่ทำให้ PCR กลายเป็นเทคนิคที่ใช้ได้แพร่หลายจนถึงปัจจุบัน

หนึ่งในก้าวสำคัญคือการใช้เอนไซม์สังเคราะห์ดีเอ็นเอ (DNA polymerase) ชนิดทนร้อนในการทำ PCR เดิมที Mullis ใช้เอนไซม์สังเคราะดีเอ็นเอที่มาจากแบคทีเรีย Escherichia coli

ปัญหาคือเอนไซม์ตัวนี้ทำงานได้ดีที่ 37 องศาเซลเซียส (อุณหภูมิร่างกายมนุษย์ที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติของ E.coli) และเสียสภาพที่อุณหภูมิสูง

แต่การทำ PCR ต้องใช้อุณหภูมิเกือบ 100 องศาเซลเซียส ในแต่ละรอบการทำงานเพื่อแยกสายดีเอ็นเอ ดังนั้น นักวิจัยต้องคอยเติม DNA polymerase ทุกรอบของการทำ PCR (20-40 รอบต่อการทำ PCR หนึ่งครั้ง)

ปี 1985 ทีมวิจัยของ Cetus พัฒนาวิธีการสกัดและใช้ประโยชน์จาก DNA polymerase ชนิดทนร้อนจากแบคทีเรีย Thermus aquaticus (Taq) ซึ่งปกติอาศัยอยู่ในน้ำพุร้อน Taq DNA polymerase ช่วยให้ PCR เรียบง่ายขึ้นมาก เติมดีเอ็นเอ, เอนไซม์ และบัพเฟอร์ต่างๆ แค่ครั้งเดียวก็สามารถปิดหลอดทำปฏิกิริยายาวหลายสิบรอบจนจบ

ความเรียบง่ายของการทำ PCR ด้วย Taq DNA polymerase ยังนำมาสู่การประดิษฐ์เครื่อง Thermal Cycler สำหรับปรับอุณหภูมิหลอดทดลองขึ้นลงอัตโนมัติเป็นวัฏจักรตามเวลาที่กำหนดระหว่างการทำ PCR แทนที่จะต้องให้นักวิจัยมาคอยนั่งจับเวลาอุ่นร้อนและทำเย็นหลอดทดลองซ้ำๆ

ทั้ง Taq DNA polymerase และ Thermal Cycler ยังคงถูกใช้แพร่หลายในแล็บวิจัยทั่วโลกจนถึงปัจจุบัน

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

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022