บันทึกบทความไว้อ่านภายหลังเรียบร้อย

จาก “สัตว์เรืองแสงตัวเล็ก” สู่ “การช่วยชีวิตมนุษย์”

เผยแพร่แล้ว เมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 2562 - 13:15 น.
AA 15

ถ้าพูดถึงสัตว์ที่เรืองแสงได้แล้ว คนรุ่นโตส่วนใหญ่คงจะนึกถึงหิ่งห้อย หรือ Firefly (ภาษาใต้ ว่า หญิงฮอย ค่ะ)


#หิ่งห้อย #ไดโนสคูล
#หิ่งห้อย #ไดโนสคูล

(ถ้าเป็นเด็กรุ่นเล็ก อาจจะไม่เคยเห็นหิ่งห้อยตัวจริง ก็ให้นึกถึงหลอดไฟหิ่งห้อยแทนแล้วกันนะคะ)

#ไฟหิ่งห้อย ประดับประดาตามต้นไม้ สวยงามน่าหลงใหล
#ไฟหิ่งห้อย ประดับประดาตามต้นไม้ สวยงามน่าหลงใหล

การที่ปล้องท้องด้านใกล้ก้นของหิ่งห้อยสามารถเรืองแสงได้ ก็เพราะมีโปรตีน Luciferin อยู่ ซึ่งเมื่อมีการหายใจเอาออกซิเจนเข้าไปทางหลอดลม จะเกิดปฏิกิริยาให้ “เรืองแสง” ทางก้นได้ 

#หิ่งห้อย #ไดโนสคูล
#หิ่งห้อย #ไดโนสคูล

นับเป็นเทคนิคการดึงดูดใจหิ่งห้อยสาว ของเหล่าบรรดาหิ่งห้อยหนุ่ม ๆ อย่างมาก แถมมีนักกีฏวิทยาศึกษาอีกว่าหิ่งห้อยตัวผู้จะควบคุมความถี่ในการริบหรี่ ๆ และความสว่างของแสงที่ก้นได้ชัดเจนกว่าตัวเมียด้วยค่ะ

(รู้ไหมคะ ว่า จริง ๆ แล้ว หิ่งห้อยเขาเปล่งแสงได้ ตั้งแต่ยังเป็น “เบบี้หนอน” เสียด้วยซ้ำ) 


การเรืองแสงนี้ ยังมีความแตกต่างตามสายพันธุ์ของหิ่งห้อยด้วยค่ะ สายพันธุ์ที่แสงที่ก้นไม่สว่างพอ ก็มักจะอกหัก จับคู่ไม่ได้ (เพราะหากันไม่เจอ.. เศร้า) กลายเป็นอยู่ในภาวะใกล้สูญพันธุ์กันไป



เวลาใครพูดถึงหิ่งห้อย ก็จะนึกถึง “คู่กรรม” โกโบริ ฮิเดโกะ และต้นลำพู ซึ่งที่จริงแล้ว หิ่งห้อย ไม่ได้อยู่แต่ต้นลำพูนะคะ เพียงแค่ ใบต้นลำพู มีขนเยอะ ทำให้เก็บน้ำค้าง น้ำฝน ได้มาก ซึ่งเป็นอาหารชนิดเดียวที่หิ่งห้อยโตเต็มวัยกินน่ะค่ะ

(คู่กรรมภาคยอดฮิตในดวงใจ)
(คู่กรรมภาคยอดฮิตในดวงใจ)






ที่นี้ การเรืองแสงของสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ เนี่ย นำไปสู่การช่วยชีวิตมนุษยชาติได้ยังไง?


อย่างที่คุยกันไปว่า ถ้าเป็นคนยุคปัจจุบันจะนึกถึงหิ่งห้อย .. แต่ถ้าเป็นสมัยนักปรัชญาและนักวิทยาศาสตร์รุ่นแรก ๆ คือ อริสโตเติล สังเกตจากท่อนไม้ผุและปลาที่ตายแล้ว พบว่ามีแบคทีเรียที่ไปกินซาก สามารถปล่อยแสงสีฟ้า ๆ ออกมาให้ตาเห็นได้ (ซึ่งต่อมาเรียกว่าเป็น Bioluminescence bacteria)




แต่ที่ศึกษาชัดเจนลงลึกขึ้น ก็คือ ในช่วงปี ค.ศ. 1667 (พ.ศ. 2210) สมัยพระเจ้าชาร์ลส์ที่ 2 ของอังกฤษ (หรือ สมัยสมเด็จพระนารายณ์มหาราชของประเทศไทย) มีนักเคมีชาวอังกฤษชื่อ Boyle เป็นคนแรก ที่พบว่ามีหนอนเรืองแสง (glow-worm) สีฟ้าได้ จากการสูดออกซิเจนเข้าไป แล้วเกิดปฏิกิริยาเคมีกับสารในตัว


(สมเด็จพระนารายณ์มหาราช พ.ศ. 2174-2231)
(สมเด็จพระนารายณ์มหาราช พ.ศ. 2174-2231)

และที่สำคัญ คือ ในช่วงสมัยรัชกาลที่ 6 ของไทย ประมาณปี พ.ศ. 2460 มีนักวิทยาศาสตร์ ชื่อ Harvey ได้ค้นพบปฏิกิริยา Luciferin-Luciferase system ที่เรียกเสียงฮือฮา และทำให้เกิดการก้าวเข้าสู่วิทยาศาสตร์ยุคใหม่อีกขั้นหนึ่ง


ปฏิกิริยา Luciferin-Luciferase system คืออะไร?

โดยหลักการ คือ ในสิ่งมีชีวิตที่เรืองแสงได้ จะมีสารโปรตีน Luciferin ที่หากอยู่ในสภาวะมีปัจจัยเอื้ออำนวย คือ มีเอนไซม์เร่งปฏิกริยาเคมี ชื่อ Luciferase ออกซิเจน และก้อนแบตเตอร์รี่ (พลังงาน ATP) ก็จะเกิดการสร้างพันธะเคมีให้ Luciferin กลายเป็น Oxyluciferin และมีการคายพลังงานส่วนหนึ่งออกมา เป็นแสงเรืองรองนั่นเอง


และนั่น ก็เป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญจุดหนึ่ง ของการช่วยมนุษยชาติในปัจจุบันและอนาคต ที่จะกล่าวถึงในต่อไปค่ะ 






ทางการแพทย์จะเรียกสารเรืองแสงชีวภาพ (ผลิตในตัวสัตว์) ว่า Bioluminescence

ซึ่ง คำว่า Luminescence นี้ เชื่อว่าผู้หญิงหลายคนจะเคยได้ยินคำว่าบ่อย ๆ เพราะแปลว่ากระจ่างใส มักผ่านตากับเวชสำอาง ครีมบำรุงหน้า ฯลฯ (ทั้งนี้ก็พิจารณาให้ดีด้วยนะคะ ว่าจะต้องไม่มีสารปรอท ที่ทำให้หน้าใสชั่วคราว แต่จะทำให้เกิดเป็นฝ้าถาวรในอนาคตอันใกล้!)



ต้องบอกว่า ..ที่มากกว่าตัวหิ่งห้อย ก็คือ สัตว์ทะเล ค่ะ

ที่นักวิทยาศาสตร์ให้ความสนใจในการศึกษา “สารเรืองแสงชีวภาพ” เรียกได้ว่า ทะเลและมหาสมุทร เป็นขุมทรัพย์ยวนใจสำหรับแทบทุกศาสตร์และศิลป์เลยทีเดียว 


เชื่อไหมคะ ว่าราวสามในสี่ (76%) ของสัตว์ที่อาศัยในผืนน้ำ ไม่ว่าจะเป็นแมงกะพรุน แพลงตอน เม่นทะเล หนอนทะเล และอีกมากมาย สามารถที่จะเปล่งแสงได้ด้วยตัวเองนะเออ (มากเกินกว่าที่เราคิดไว้เลยใช่ไหม) โดยนักวิทยาศาสตร์ เรียกชื่อโปรตีนเรืองแสงของสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ในภาคมหาสมุทรนี้ว่า Aequorin ค่ะ


#แมงกะพรุน
#แมงกะพรุน




สาร Aequorin ที่เรืองแสง จะเป็นสีฟ้าอมเขียว (blue-green lights) ซึ่งอยู่ในช่วงความถี่คลื่นแสง 485-490 นาโนเมตร นะคะ ส่วนถ้าออกเน้นเขียว จะอยู่ในช่วง 510-520 นาโนเมตรค่ะ



จุดนี้แหละค่ะ เมื่อบวกกับนวัตกรรมทางไบโอเทคในช่วงระยะยี่สิบปีมานี้ ที่มีการศึกษาด้านการตัดต่อพันธุกรรม ตกแต่งยีน หรือที่เรียกว่า การทำ recombinant DNA ก็ทำให้มีการศึกษาหายีน (ท่อนสีฟ้า ๆ ในรูปด้านล่าง) ที่มีความสามารถในการสังเคราะห์โปรตีน ที่สามารถนำมาซึ่งปฏิกริยาเรืองแสง เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ได้หลากหลายด้าน



หลักการย่อ ๆ recombinant DNA คือการเอายีนที่สามารถสร้างโปรตีน มาตัดต่อใส่ในสาย DNA ของเซลล์สิ่งมีชีวิต เพื่อให้สามารถผลิตโปรตีน เพิ่มจำนวน จนใช้ประโยชน์ได้ ซึ่งถ้าเป็นตามรูป ข้างล่าง ก็คือ ยีน A และ B ที่สามารถผลิต โปรตีน alpha กับ beta จับคู่กันเป็นปาท่องโก๋ เมื่ออยู่ในสิ่งแวดล้อมที่มีปัจจัยรอบด้านเหมาะสม ก็จะเกิดปฏิกิริยาเคมีกลายเป็นสารใหม่ พร้อมกับคายพลังงานแสงสีฟ้า ออกมาให้วัดได้นั่นเองค่ะ


จุดนี้สำคัญทีเดียวค่ะ เพราะว่าเป็นหลักการที่จะใช้ในการที่จะตัดต่อพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ เพื่อให้สร้างสารโปรตีนที่มนุษย์เราต้องการได้ ถ้าทางเกษตร ก็คือ การตัดต่อพันธุกรรมพืช GMO เพื่อให้ผลผลิตที่สมบูรณ์ ทนต่อโรค ทนต่อสภาวะอากาศ ยิ่งขึ้น ..ส่วนทางการแพทย์นั้น..อ่านกันต่อเลยค่ะ


อย่างที่เล่าไปก่อนหน้านี้ว่า สารโปรตีนนี้ ไม่ได้เรืองแสงได้ด้วยตัวเอง แต่ต้องอาศัยปฏิกิริยาจากปัจจัยรอบตัว ซึ่งปัจจุบันนี้ มีการศึกษาพบว่า ตัวที่สำคัญสุด ๆ คือ อนุภาคแคลเซียม (Ca2+) ซึ่งมันเป็นหน้าที่เป็น secondary Messenger (เปรียบเหมือนพนักงาน Skootar Kerry Lalamove ฯลฯ) ที่ช่วยตัวเชื่อมโยงให้เกิดปฏิกิริยาต่าง ๆ ได้ครบวงจร หากไม่มีแคลเซียมแล้ว ก็มักจะทำให้ปฏิกิริยาต่าง ๆ นั้นหยุดชะงักไป



อย่างในรูปด้านบนนี้ ผู้วิจัยต้องมีการ ตัดตกแต่งสาร “Coelenterazine” เพื่อให้ Aequorin เกิดปฏิกริยาเคมี ที่อาศัยทั้ง แคลเซียมและออกซิเจน กว่าจะได้ ภาวะเรืองแสงสีฟ้า ให้ใช้เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์วัดผลได้ค่ะ


เรื่องราวกำลังจะมาถึงจุดพีคแล้วค่ะ มาดูกันว่าที่เล่ามาตั้งเยอะ มันเกี่ยวกับการช่วยชีวิตคนเราไว้ได้อย่างไร!






ในแต่ละเซลล์ของสิ่งมีชีวิต จะนำเข้าแคลเซียมในการทำปฏิกิริยาเพื่อการดำรงอยู่มากน้อยไม่เท่ากัน ยกตัวอย่าง เช่น เซลล์ที่ต้องมีกิจกรรมภายในสูง ๆ อย่าง เซลล์ไข่ (oocyte) ในผู้หญิง เซลล์ของกล้ามเนื้อหัวใจที่ต้องทำงานให้หัวใจเต้นตลอดเวลาทั้งวันทั้งคืน เซลล์ตับที่มีความสามารถในการคืนชีพตัวเอง (หากเสียหายน้อย) และกำจัดสารพิษจากร่างกาย เซลล์ในต่อมหมวกไตที่สำคัญต่อการสร้างฮอร์โมนควบคุมสมดุลร่างกายหลายชนิด เป็นต้น 

เซลล์ไข่ในผู้หญิงแต่ละคน จะมีตั้งแต่แรกเกิดหลายแสนฟอง แต่จะเก็บไว้แบบ ไข่อ่อน รอการกระตุ้นจากฮอร์โมนและปัจจัยแวดล้อม จนเริ่มมีประจำเดือนครั้งแรก นั่นคือ ไข่ฟองแรกที่พัฒนาเป็นไข่เต็มวัย พร้อมสืบพันธุ์ให้กำเนิดบุตรเมื่อได้รับการผสมจากสเปิร์มของฝ่ายชาย 


เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ
เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ
เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ กับการเรืองแสงของเซลล์ ที่แสดงถึงการทำงานขณะหัวใจบีบตัว
เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ กับการเรืองแสงของเซลล์ ที่แสดงถึงการทำงานขณะหัวใจบีบตัว

เซลล์ที่แอดกล่าวมา ล้วนต้องการความ Active สูง ใช้พลังงานโคตรเยอะ ซึ่งสำคญต่อการมีชีวิตอยู่ของสิ่งมีชีวิต

ซึ่งการย้อมสีของเซลล์เหล่านี้ เพื่อศึกษาทางการแพทย์เป็นเรื่องที่ยากลำบากและมีค่าใช้จ่ายสูง การใช้เทคนิคของการตัดต่อยีนปล่อยสารเรืองแสง เพื่อเช็คระดับการเปลี่ยนแปลงของแคลเซียมในเซลล์จิ๋ว ๆ แต่สำคัญ จึงมีประโยชน์มาก


การเปลี่ยนแปลงระดับของสารเรืองแสง (ดังตัวอย่างภาพในจอ 12-45 ด้านบน) สามารถที่จะบอกได้ถึงความผิดปกติของเซลล์ บ่งบอกภาวะโรค ระยะการแบ่งตัว ฯลฯ ของเซลล์ที่นำมาทดสอบได้ เพราะจะเทียบกับเกณฑ์มาตรฐานของเซลล์ปกติได้อย่างชัดเจนค่ะ

ถ้าเป็นการทดสอบทางเภสัชศาสตร์ จะมีการวัดผลการเปลี่ยนแปลงของก่อนและหลังการใช้ยา เพื่อดูว่าเซลล์มีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร ก็จะเป็นอีกหนึ่งวิธีที่บอกประสิทธิภาพของยาได้เช่นกัน (เพราะความสว่างเรืองรอง สัมพันธ์กับความสามารถในการนำแคลเซียมเข้าเซลล์ ยิ่งเซลล์มี activity เยอะ ก็ยิ่งเรืองแสงมาก)


Bioluminescence สารเรืองแสงชีวภาพ จึงเป็นเทคนิคที่ใช้ในการวิเคราะห์ในห้องแล็ปทางวิทยาศาสตร์และทางการแพทย์ ที่ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ ทั่วโลกค่ะ 


อีกประเด็นหนึ่ง ที่สารเรืองแสงเล็ก ๆ นี้ช่วยปกป้องมนุษยชาติจากสารพิษรอบตัว คือ การที่นำตัดต่อ DNA เข้าไปในตัวแบคทีเรีย แล้วให้สามารถเรืองแสง เป็น “ซุปเปอร์แบคทีเรีย” (แอดเรียกเองค่ะ) หรือ ภาษาทางการ ว่า bacterial bioreporter ใช้ทดสอบระดับสารพิษในสิ่งแวดล้อม ขั้นละเอียดสุด ๆ วัดได้ถึงระดับ 1 zeptomol (10 ยกกำลังลบ 21 mol เลยแน่ะ) 

เมื่อซุปเปอร์แบค เจอกับมลพิษสีแดง จะปล่อยพลังแสงสีฟ้า แว่บบ แว่บบ ให้เครื่องมือวัดได้


เป็นยังไงกันบ้างคะ มีอาการงงกันบ้างไหม

หวังว่าเรื่องราวที่เล่ามานี้จะเป็นที่ถูกใจ และทำให้เชื่อมโยงความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตเล็กๆ ที่เรืองแสงได้ กับความก้าวหน้าทางการแพทย์ได้ดียิ่งขึ้นนะคะ



แล้วพบกันในเรื่องต่อไปค่ะ (เม้นต์เรื่องที่อยากให้แอดทำไว้ได้นะคะ)

ขอบคุณค่ะ

แอดนกไดโน

อ้างอิง

https://doi.org/10.1016/j.biopha.2018.02.065

https://doi.org/10.1016/B978-0-12-809633-8.20681-X

https://doi.org/10.1016/B978-0-12-809633-8.20895-9





ความคิดเห็นต่อบทความ

  • ความเห็นบน MagGang(0)

  • ความเห็นบน Facebook()

default avatar
  • sticker1
  • sticker2
  • sticker3
  • sticker4
  • sticker5
  • sticker6
  • sticker7
  • sticker8
  • sticker9
  • sticker10
  • sticker11
  • sticker12
  • sticker13
  • sticker14
  • sticker15
  • sticker16
  • sticker17
  • sticker18
  • sticker19
  • sticker20
ความเห็นล่าสุด
  •  
คัดลอก URL แล้ว

จาก “สัตว์เรืองแสงตัวเล็ก” สู่ “การช่วยชีวิตมนุษย์”