มหัศจรรย์ DNA
เรียบเรียงข้อมูลโดยกระปุกดอทคอม
"ดีเอ็นเอ" ดูจะเป็นกุญแจไขคำตอบของปริศนาต่าง ๆ ตามภาพข่าวที่ปรากฎให้เห็นอยู่หน้าหนังสือพิมพ์บ่อยครั้ง ไม่ว่าจะเป็นข่าวอาชญากรรม ข่าวสังคม ลูกตามหาพ่อแม่ ฯลฯ อีกมากมาย ที่ล้วนแต่ทำให้เราคุ้นหูกับคำว่า "ดีเอ็นเอ" กันมากขึ้น แต่ไม่เพียงแค่นี้ เพราะ "ดีเอ็นเอ" ยังมีความมหัศจรรย์และลึกลับอีกมากมาย พร้อมจะไปรู้จักกับ "ดีเอ็นเอ" ให้มากขึ้นหรือยังล่ะ
ทำความรู้จัก DNA ได้ยินชื่อ "DNA" กันบ่อย ๆ ทราบไหมว่าย่อมาจากอะไร?
คำตอบก็คือ DNA ย่อมาจาก Deoxyribo Nucleic Acid (ดีออกซิไรโบ นิวคลีอิค เอซิด) เป็นสารพันธุกรรมในนิวเคลียส ที่เรียงตัวในลักษณะเกลียวคู่อย่างมีระเบียบ คล้ายบันไดวนบิดตัวไปทางขวา ขาของราวบันไดแต่ละข้างคือการเรียงตัวของนิวคลีโอไทด์ (Nucleotide) มีขนาดเล็กมาก ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า โดย
DNA จะทำหน้าที่ควบคุมลักษณะต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต ไม่ว่าจะเป็นพืช สัตว์ รวมทั้งมนุษย์อย่างเรา ๆ ด้วย ผ่านการบรรจุข้อมูลทางพันธุกรรม และถ่ายทอดข้อมูลไปยังลูกหลานรุ่นต่อ ๆ ไป (Offspring) และสำหรับมนุษย์แล้ว DNA เปรียบเหมือนประวัติส่วนบุคคลที่ถูกกำหนดขึ้นมาตายตัว นับตั้งแต่วินาทีแรกที่เราปฎิสนธิขึ้นในครรภ์มารดา เพราะ DNA ในแต่ละบุคคลจะไม่เหมือนกัน เนื่องจากจะได้รับลักษณะทางพันธุกรรมมาจากพ่อแม่อย่างละครึ่ง แล้วมารวมกันเป็น DNA เฉพาะตัวของลูกนั่นเอง แต่ก็ยังมีลักษณะบางอย่างที่เหมือนพ่อแม่ปรากฎให้เห็นอยู่
เช่นนั้นแล้ว แม้จะเป็นพี่น้องท้องเดียวกัน แต่รับรองว่า DNA ของพี่น้องไม่เหมือนกันอย่างแน่นอน ส่งผลให้มีรูปลักษณ์ หน้าตา สติปัญญา แตกต่างกันไป ยกเว้นแต่เป็นฝาแฝดที่เกิดจากไข่ใบเดียวกัน
การค้นพบ DNAเรา อาจจะเพิ่งมาได้ยินเรื่อง DNA กันบ่อย ๆ ในช่วงไม่กี่สิบปีหลังมานี้ แต่ก่อนหน้านั้น ผู้ที่้ค้นพบ DNA คนแรกคือ ฟรีดริช มีเชอร์ เมื่อปี พ.ศ.2412 แต่ไม่ทราบว่ามีโครงสร้างอย่างไร จนเมื่อปี พ.ศ.2496 เจมส์ วัตสัน และฟรานซิส คริก 2 นักวิทยาศาสตร์หนุ่มได้ลงบทความประกาศในวารสารวิทยาศาสตร์ Nature ว่า พวกเขาได้ค้นพบโครงสร้าง DNA ว่าเป็นสายคู่ที่บิดพับเป็นเกลียวคล้ายบันไดวน แบบที่เรียกว่า ดับเบิลเฮลิกซ์ (double helix) พร้อมข้อสันนิษฐานที่ว่า DNA น่าจะเป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต
การค้นพบของวัตสัน และคริก ครั้งนี้ ทำให้พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ หรือสรีรวิทยา ร่วมกับนักวิทยาศาสตร์อีกท่านหนึ่ง ที่มีผลงานเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด คือ มัวริส วิลคินส์ ในปีพ.ศ.2505 นั่นเอง และนี่ถือเป็นจุดเริ่มต้นที่ทำให้มีการค้นพบคุณสมบัติต่าง ๆ ของ DNA ว่ามหัศจรรย์เพียงใดตามมาภายหลัง
การใช้ประโยชน์จาก DNA ในแวดวงต่าง ๆเพราะ DNA เป็นประวัติส่วนตัวของแต่ละบุคคล ทำให้เราสามารถนำลายพิมพ์ DNA (DNA Fingerprints) มาใช้ในงานต่าง ๆ เพื่อตรวจสอบความเหมือนหรือความต่างได้ คือ
ด้านการแพทย์
ใช้ DNA ตรวจสอบความสัมพันธ์ทางสายเลือด โดยการนำเนื้อเยื่อหรือเลือดจากบุคคลมาสร้างเป็นลายพิมพ์ DNA แล้วนำมาเปรียบเทียบกัน อย่างที่ทราบกันว่า DNA ของลูกจะได้มาจากพ่อแม่อย่างละครึ่ง ดังนั้นลายพิมพ์ DNA ของลูกจะต้องประกอบด้วยแถบ DNA ที่มาจากพ่อแม่เท่านั้น ตรวจสอบและวินิจฉัยความผิดปกติทางกรรมพันธุ์ของผู้ใหญ่ เด็ก และทารกในครรภ์ โดยเฉพาะโรคที่ถ่ายทอดทางกรรมพันธุ์ เช่น เบาหวาน มะเร็งบางชนิด โลหิตจากธาลัสซีเมีย ใช้ในการติดตามการรักษาผู้ป่วยที่ได้รับการปลูกถ่ายไขกระดูก เช่น การรักษาผู้ป่วยมะเร็งเม็ดเลือดขาว จะต้องมีการปลูกถ่ายไขกระดูกจากญาติใกล้ชิด โดยนำไขกระดูกของผู้ให้เข้าไปแทนที่ไขกระดูกของผู้ป่วย ทำให้ลายพิมพ์ DNA จากเลือดของผู้ป่วยจะเปลี่ยนไป ตรงกับลายพิมพ์ DNA ของผู้ให้แทน ในขณะที่ลายพิมพ์ DNA จากเซลล์ส่วนอื่น ๆ ของร่างกายยังเหมือนเดิม ด้านนิติวิทยาศาสตร์ถือ ว่า DNA มีประโยชน์อย่างมากในงานด้านนิติวิทยาศาสตร์ เพราะธรรมชาติของ DNA ที่แตกต่างกันในแต่ละบุคคล จึงทำให้สามารถใช้ DNA มาระบุตัวบุคคล ตรวจสอบผู้กระทำ ผู้ต้องสงสัย ผู้เสียชีวิตที่ไม่ทราบชื่อ โดยนำเซลล์ส่วนใดส่วนหนึ่งในร่างกายมาใช้พิสูจน์ก็ได้ เพราะจะมี DNA รูปแบบเดียวกันทั้งร่างกาย เช่น คราบอสุจิ เส้นผม คราบเลือด ชิ้นเนื้อ ฟัน เป็นต้น
ด้านเกษตรกรรมและอุตสาหกรรมนอกจากการตรวจพิสูจน์ DNA ในมนุษย์แล้ว ปัจจุบันยังมีการพัฒนาเทคโนโลยีลายพิมพ์ DNA เพื่อประยุกต์ใช้ในวงการเกษตรกรรม และอุตสาหกรรม เช่น ทีมนักวิจัยชาวไทยแห่งศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีแห่งชาติ (BIOTEC) ที่ได้พัฒนาลายพิมพ์ DNA มาตรวจสอบพันธุ์พืช และสัตว์เศรษฐกิจ
อย่าง เช่น การพัฒนาลายพิมพ์ DNA ที่แตกต่างกันของข้าวแต่ละสายพันธุ์ เพื่อให้สามารถระบุได้ว่า มีข้าวประเภทอื่นปนมาในข้าวหอมมะลิหรือไม่ และปลอมปนมากกี่เปอร์เซ็นต์ ทั้งนี้ ก็เพื่อควบคุมมาตรฐานของข้าวหอมมะลิ ที่เป็นสินค้าส่งออกที่สำคัญของไทย
นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาลายพิมพ์ DNA ของปลาทูน่า เพื่อตรวจสอบปลาทูน่าสายพันธุ์ต่าง ๆ ก่อนนำมาผลิตเป็นปลาทูน่ากระป๋อง เพื่อส่งออกไปยังทวีปยุโรป ซึ่งได้ผลแม่นยำมาก
เกร็ดน่ารู้ ความมหัศจรรย์ ของ DNA DNA แม้จะอยู่ในเซลล์เพียงเซลล์เดียวแต่ ก็มีความยาวมากถึง 3 พันล้านหน่วย โดยหากนำ DNA ทุกเซลล์ในร่างกายมนุษย์ 1 คนมาต่อกันแล้วนำมาพันรอบโลก จะสามารถพันรอบโลกได้ถึง 12 รอบครึ่งเลยทีเดียว นอกจากนี้ หากนำ DNA มาต่อกันแล้ว ยังมีความยาวมากกว่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ (คือประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร) กว่า 100 เท่า สิ่งมีชีวิตแทบทุกชนิดบนโลกใบนี้ มี DNA เป็นสารพันธุกรรม ทั้ง คน สัตว์ พืช เชื้อรา เชื้อไวรัส เชื้อแบคทีเรีย ยกเว้นไวรัสบางชนิด จะมี RNA เป็นสารพันธุกรรมแทน ซึ่งโครงสร้าง RNA ก็คล้าย DNA แต่มีจำนวนอะตอมออกซิเจนมากกว่า DNA และจะอยู่เป็นสายเดี่ยว ไม่ได้จับเป็นสายคู่แบบ DNA เพราะสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดล้วนมี DNA เป็นสารพันธุกรรม ดังนั้น เราจึงสามารถทดลองสร้าง "วัคซีน" รวมทั้ง "ยารักษาโรค" ชนิดใหม่ ๆ ได้ด้วยการนำยีนที่สร้างโปรตีนบางอย่างของเชื้อที่ก่อให้เกิดโรค ไปทดสอบกับพืชบางชนิด หรือสัตว์บางชนิดที่มีโครงสร้างซับซ้อนน้อยกว่ามนุษย์ รวมทั้งการสร้าง "อวัยวะจำลอง" ซึ่งเราจะไม่สามารถทำได้เลย หากระบบการถ่ายทอดพันธุกรรมในมนุษย์ และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง DNA มีระบบการตรวจสอบความผิดปกติ และระบบซ่อมแซมตัวเองที่มีประสิทธิภาพสูงมาก โดยหากมีความผิดปกติเพียง 1 หน่วยพันธุกรรมจากในสายพันธุกรรมที่ยาวถึง 3 พันล้านหน่วย มันก็จะสามารถตรวจพบได้ และเริ่มซ่อมแซมตัวเองด้วยการคลายเกลียวดีเอ็นเอ และตัดหน่วยพันธุกรรมที่ผิดปกตินั้นออก จากนั้นจึงนำหน่วยพันธุกรรมที่ถูกต้องมาใส่แทนที่ ขั้นตอนสุดท้าย ก็จะเป็นการเชื่อมต่อสายดีเอ็นเอ และพันสายกลับเข้าที่เข้าทางดังเดิมนี่ เป็นเพียงความมหัศจรรย์ส่วนหนึ่งของ DNA เท่านั้น แต่หากใครได้ศึกษาทางด้านชีววิทยา หรือเทคโนโลยีทางชีวภาพแบบเจาะลึกลงไปอีก จะพบความมหัศจรรย์ของเจ้าสารพันธุกรรมตัวนี้ ว่ามันไม่ธรรมดาเลยจริง ๆ
อ่านรายละเอียดเพิ่มเติมจาก
- vcharkarn.com
- student.chula.ac.th
- uru.ac.th