จากนิวเคลียร์ถึงนิวคลีโอไทด์ (ซีรีส์ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทคตอนที่ 27)

ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

 

จากนิวเคลียร์ถึงนิวคลีโอไทด์

(ซีรีส์ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทคตอนที่ 27)

 

“วาทะ ‘บัดนี้เราคือความตาย คือผู้ทำลายล้างโลกทั้งมวล’ ของ Oppenheimer เบิกทางให้ศูนย์วิจัยผู้ไขความลับชีวิตของมวลมนุษย์”

– Mark Bitensky (แพทย์นักวิจัยและหัวหน้าหน่วยวิทยาศาสตร์ชีวภาพ, Los Alamos National Laboratory)

 

หลังสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สอง โครงการพัฒนาระเบิดนิวเคลียร์ (The Manhattan Project) ถูกเปิดเผยท่ามกลางความทึ่งจนขนลุกของสาธารณชน

เป็นไปได้อย่างไรที่รัฐบาลสามารถดำเนินโครงการลับมูลค่าหลักพันล้านดอลลาร์ แรงงานรวมกว่าแสนคน นักวิจัยระดับหัวกะทิ มหาวิทยาลัยแนวหน้า ภาคอุตสาหกรรม และศูนย์วิจัยใหม่สุดล้ำกระจายอยู่ทั่วประเทศ ทั้งหมดสำเร็จในเวลาเพียงสามปี?

งานระดับนี้ต้องอาศัยความสามารถบริหารขั้นเทพที่จะประสานทุกองคาพยพของเมกะโปรเจ็กต์วิจัยสุดซับซ้อน

ปี 1946 รัฐบาลสหรัฐตั้ง Atomic Energy Commission (AEC) มารับช่วงต่อโครงการและศูนย์วิจัยจาก The Manhattan Project ในช่วงต้นสงครามเย็น AEC รับหน้าที่ออกแบบและผลิตอาวุธนิวเคลียร์ รวมทั้งพัฒนาระบบปฏิกรณ์นิวเคลียร์สำหรับเรือรบ

พอเข้าช่วงทศวรรษ 1950s รัฐบาลเริ่มเปิดให้ร่วมงานกับเอกชนและนำเทคโนโลยีนิวเคลียร์ไปใช้กับงานด้านสันติภาพ

เช่น การสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และการใช้สารกัมมันตรังสีเพื่อการแพทย์ ซึ่ง AEC ก็ขยายบทบาทมาดูแลส่วนนี้ด้วย

ในประวัติศาสตร์ช่วงที่ผ่านมาสหรัฐอเมริกามีทรัพยากรพลังงานล้นเหลือโดยเฉพาะน้ำมันปิโตรเลียม ดังนั้น รัฐบาลจึงไม่ได้มีหน่วยงานและนโยบายบริหารจัดการพลังงานโดยเฉพาะ มีก็แต่โครงการย่อยๆ กระจัดกระจายไปตามหน่วยงานต่างๆ

การค้นพบและพัฒนาแหล่งน้ำมันในตะวันออกกลางทำให้สหรัฐหันมานำเข้าน้ำมันมากขึ้นเรื่อยๆ ขณะที่ชาติอาหรับในตะวันออกกลางก็ได้อำนาจต่อรองบนเวทีโลกในฐานะกลุ่มผู้ส่งออกน้ำมันรายใหญ่ (อ่านเพิ่มเติมในบทความตอนที่ 5-6)

ทศวรรษที่ 1970s เกิดวิกฤตขาดแคลนน้ำมันครั้งใหญ่จาก Yom Kippur War ระหว่างชาติอาหรับ-อิสราเอล และจากการปฏิวัติในอิหร่าน รัฐบาลสหรัฐ (สมัยประธานาธิบดี Jimmy Carter) จึงต้องหันมาจริงจังเรื่องพลังงาน และได้จัดตั้งกระทรวงพลังงาน (The Department of Energy, DOE) ขึ้นในปี 1977 เพื่อรวมศูนย์โครงการและนโยบายพลังงานทั้งหมด งานฝั่งวิจัยพลังงานนิวเคลียร์และพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์ของ AEC ก็ถูกโอนอยู่ภายใต้ DOE ด้วย

ดังนั้น DOE คือทายาทสายตรงจาก AEC และจาก The Manhattan Project กลายเป็นหน่วยงานมากประสบการณ์ที่สุดในสหรัฐเรื่องการบริหารเมกะโปรเจ็กต์วิจัยมูลค่ามหาศาลที่ต้องบูรณาการระหว่างศาสตร์สาขาและผสานงานข้ามหลากหลายหน่วยงานทั้งรัฐทั้งเอกชน

แล้ว DOE ที่ควรจะดูแลเรื่องพลังงานดันมาเกี่ยวข้องกับโครงการจีโนมมนุษย์ได้อย่างไร?

Cr. ณฤภรณ์ โสดา

ย้อนไปตั้งแต่ช่วงพัฒนาระเบิดนิวเคลียร์ หนึ่งในคำถามสำคัญคือกัมมันตรังสีจากงานนิวเคลียร์มีผลกระทบอย่างไรบ้างต่อร่างกายมนุษย์โดยเฉพาะกับสารพันธุกรรม หลังสงครามโลกครั้งที่สอง AEC ซึ่งมีงบประมาณปีหนึ่งๆ มหาศาลกลายเป็นหน่วยงานให้ทุนหลักกับการวิจัยด้านพันธุศาสตร์ โดยเฉพาะในช่วงที่หน่วยงานให้ทุนอื่นอย่าง National Science Foundation (NSF) และ National Institute of Health (NIH) ยังเล็กอยู่

ที่ฮิโรชิมาและนางาซากิ ประชาชนชาวญี่ปุ่นจำนวนมากรับรังสีจากระเบิดนิวเคลียร์ในระดับที่ไม่สูงพอจะเสียชีวิตทันที แต่คนกลุ่มนี้หลายคนเริ่มเจ็บป่วยโดยเฉพาะด้วยโรคมะเร็งต่างๆ ในอัตราที่สูงกว่าคนปกติ

ความผิดปกติเหล่านี้อาจจะเผยให้เห็นในระยะหลายปีหรือหลายสิบปีหลังจากได้รับรังสีแล้ว

ในภาษาญี่ปุ่นเรียกคนเหล่านี้ว่า “Hibakusha” แปลตรงตัวว่า “ผู้ได้รับผลจากระเบิด”

Hibakusha ถูกตีตราจากสังคมว่ามีพันธุกรรมบกพร่อง จะแต่งงานสร้างครอบครัวมีลูกก็ไม่ค่อยมีใครเอาเพราะกลัวพวกนี้ส่งทอดความผิดปกติทางพันธุกรรมไปให้ลูกหลาน

AEC ให้ทุนวิจัยศึกษาติดตามอาการของคนกลุ่มนี้ต่อเนื่องหลายทศวรรษกลายเป็นหนึ่งในโครงการศึกษาด้านระบาดวิทยาที่ใหญ่ ยาวนานและซับซ้อนที่สุดเท่าที่เคยมีมา

แม้จะเป็นที่แน่ชัดว่าการรับรังสีจะเพิ่มอัตราการกลาย (mutation) แต่ไม่มีใครรู้ว่าจะกลายมากน้อยแค่ไหน และส่งผลกระทบอย่างไรต่อร่างกายมนุษย์ทั้งผู้ได้รับรังสีเองและลูกหลานผู้สืบทอดพันธุกรรม การจะตอบคำถามเหล่านี้ได้เราต้องสามารถศึกษาการเปลี่ยนแปลงของดีเอ็นเออย่างละเอียดถึงลำดับเบสของนิวคลีโอไทด์แต่ละตัว

ปลายทศวรรษที่ 1970s ถึงต้นทศวรรษที่ 1980s เทคโนโลยีการอ่านลำดับเบสดีเอ็นเอ (DNA sequencing) พัฒนาขึ้นอย่างก้าวกระโดด ทั้งเทคนิคของ Frederick Sanger และของ Walter Gilbert ที่ได้รางวัลโนเบลไปในปี 1980

นอกจากนี้ ยังมีเครื่องอ่านลำดับเบสดีเอ็นเออัตโนมัติของ Leroy Hood ซึ่งกำลังจะออกวางขายผ่านบริษัท Applied Biosystem (ABI) ตามที่เราอ่านไปเมื่อหลายตอนก่อน

เทคโนโลยี DNA sequencing อ่านลำดับเบสได้ทีละหลักร้อยเบสเท่านั้น ในขณะที่ดีเอ็นเอของจีโนมของมนุษย์มีอยู่ถึงสามพันล้านเบส

ดังนั้น เราจำเป็นต้องตัดชิ้นดีเอ็นเอนี้เป็นส่วนๆ อ่านลำดับเบสทีละส่วนและนำข้อมูลมาปะติดปะต่อกัน

การจะทำแบบนี้เราจำเป็นต้องรู้ว่าดีเอ็นเอแต่ละส่วนที่ตัดมาควรจะต้องเรียงลำดับอย่างไร ชิ้นไหนอยู่หน้า ชิ้นไหนอยู่หลัง ชิ้นไหนต่อกัน ฯลฯ

ช่วงทศวรรษที่ 1970s-1980s มีอีกชุดเทคโนโลยีมาช่วยตอบโจทย์ตรงนี้

เทคนิคการทำดีเอ็นเอลูกผสม (recombinant DNA) ช่วยเราเอาชิ้นส่วนดีเอ็นเอพวกนี้แต่ละชิ้นไปฝากไว้กับพลาสมิดดีเอ็นเอของแบคทีเรีย และให้แบคทีเรียก๊อบปี้เพิ่มจำนวนดีเอ็นเอให้เราได้ตามใจชอบ

การใช้เอนไซม์ตัดจำเพาะ (restriction enzyme) ช่วยเราระบุตำแหน่งคร่าวๆ จากจุดตัดของเอนไซม์ ว่าดีเอ็นเอชิ้นไหนน่าจะมีบางส่วนของลำดับเบสทับซ้อนกัน เทคนิคพวกนี้ประกอบกันทำให้เราสามารถระบุแผนที่กายภาพ (physical mapping) คร่าวๆ ของตำแหน่งยีนต่างๆ บนจีโนมได้

DNA sequencing กับ physical mapping อาจทำให้เรารวมข้อมูลลำดับเบสทั้งหมดของจีโนมสำเร็จ

แต่อีกโจทย์ที่น่าปวดหัวไม่แพ้กันคือเราจะจัดการอย่างไรกับข้อมูลมหาศาลเกินกว่างานวิจัยใดๆ ที่วงการชีววิทยาเคยมีประสบการณ์มา

ปัญหานี้นำมาสู่การกำเนิดศาสตร์ที่เรียกว่า ชีวสารสนเทศ (bioinformatics) กับเรื่องราวของนักฟิสิกส์ผู้คร่ำหวอดในเรื่องการจัดการข้อมูลขนาดใหญ่จากโครงการระเบิดนิวเคลียร์นั่นเองบรรยายภาพ :

 

กระทรวงพลังงาน (DOE) ผู้มากประสบการณ์เมกะโปรเจ็กต์วิจัย
Cr. ณฤภรณ์ โสดา