วันนี้ในอดีต เมื่อวันที่ 25 เมษายน 2496 “วันดีเอ็นเอโลก” (World DNA Day) “เจมส์ วัตสัน (James Dewey Watson)” นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน และ “ฟรานซิส คริก (Francis Harry Compton Crick)” นักอณูชีววิทยาชาวอังกฤษ ประกาศการค้นพบ “โครงสร้างดีเอ็นเอ (DNA)” ว่าเป็นสายคู่ที่บิดพับเป็นเกลียวคล้ายบันไดเวียน แบบที่เรียกว่า “ดับเบิล เฮลิกซ์” (Double Helix)

Thai PBS Sci & Tech จึงขอพาไปไขรหัส DNA ความลับของชีวิต ซึ่งถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ 2 ท่านนี้ โดยทั้งคู่เชื่อว่าหากสามารถทราบถึงโครงสร้างทางเคมีของยีน จะทำให้เราสามารถอธิบายกระบวนการถ่ายทอกลักษณะต่าง ๆ ทางพันธุกรรม จากสิ่งมีชีวิตรุ่นหนึ่งไปสู่อีกรุ่นหนึ่งได้

ในปี ค.ศ. 1953 (พ.ศ. 2496) กุญแจดอกนี้เป็นที่รู้จักของ “ดีเอ็นเอ” (DNA) การค้นพบในครั้งนั้นจุดประกายให้เกิดการศึกษาวิจัยและทดลองในสาขาพันธุศาสตร์ และเทคโนโลยีชีวภาพอย่างกว้างขวาง ส่งผลให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีทันสมัย หลากหลายแขนง ในช่วงครึ่งหลังศตวรรษที่ 20 และนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงครั้งยิ่งใหญ่ที่อาจมีผลกระทบต่อการดำรงอยู่ของ สิ่งมีชีวิตทั้งหลายในศตวรรษที่ 21 จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่เราจะต้องทำความรู้จักและเข้าใจถึงความสำคัญของ “ดีเอ็นเอ” (DNA) เป็นเบื้องต้น

มารู้จัก DNA กันเถอะ

คำว่า “ดีเอ็นเอ” (DNA) ย่อมาจากคำว่า Deoxyribonucleic acid ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด และเป็นเสมือนคำตอบที่มนุษย์ทุกคนอยากรู้มานานแล้ว ว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหลายดำรงเผ่าพันธุ์และสืบทอดลักษณะต่าง ๆ มาได้อย่างไร

ร่างกายคนเราประกอบด้วยเซลล์มากมาย จะหยิบจับส่วนไหนก็ล้วนแล้วแต่มีเซลล์เป็น องค์ประกอบอยู่แทบทั้งสิ้น กองบัญชาการควบคุมการทำงานของเซลล์ซึ่งเป็นส่วนที่มีเจ้า DNA (Deoxyribonucleic acid) อยู่นี่เองทำหน้าที่สร้างสายโปรตีนต่าง ๆ ออกมาใช้เป็น ส่วนประกอบต่าง ๆ ในเนื้อเยื่อฮอร์โมน เอ็นไชม์และอีกหลากหลาย ทำให้คนเรามีชีวิต อยู่ได้ หน้าตาของเจ้า DNA เป็นเส้นคล้ายสร้อยลูกปัด แต่ละเส้นจะประกอบด้วยอนุพันธ์ย่อย ๆ ทางการแพทย์ เรียกว่า “นิวคลีโอไทต์” (Nucleotide)

คนเราทุกคนจะมีเส้นสายของ DNA หรือโครโมโซมเหล่านี้ครึ่งหนึ่งได้จากพ่ออีกครึ่งหนึ่ง ได้จากแม่ ความจริงแล้วในเซลล์ของมนุษย์มี DNA อยู่สองส่วนคือ อยู่ในโครโมโซมในนิวเคลียส ซึ่งถ่ายทอดมาจากพ่อและแม่ อย่างละครึ่ง อีกส่วนอยู่ในโครงสร้างที่เรียกว่า “โมโตคอนเดรีย” ซึ่งอยู่ในไซโตพลาสซึม ดีเอ็นเอ (DNA) ส่วนนี้ถ่ายทอดมาจากแม่ร้อยเปอร์เซ็นต์ เราจึงใช้ดีเอ็นเอ (DNA) ส่วนนี้ พิสูจน์บุคคลว่า มีสายพันธุ์ ทางมารดาเดียวกัน

และสิ่งที่น่าสนใจก็คือการเรียงตัวของนิวคลีโอไทต์แต่ละคนจะไม่เหมือนกัน อย่าง A C G T ที่เรียงลำดับกันนี้ บางช่วงอาจจะมีการเรียงซ้ำเป็นชุด ๆ ได้ เช่น ACACA... ส่วนใหญ่เป็นการซ้ำ 2 3 หรือ 4 ครั้งจนถึง 70 ครั้งได้ แตกต่างกันไปในแต่ละคน สมมุติว่าพ่อมี DNA ที่ระดับอณูชีววิทยานี้ 15 ซ้ำ ชุดหนึ่งจากปู่ อีกชุดหนึ่ง 20 ซ้ำจากย่า DNA คือ (15, 20) แม่มี DNA 18 ซ้ำจาก ตา 22 ซ้ำจากยาย รหัส DNA คือ (18, 22) พ่อแม่คู่นี้จะมีโอกาสมีลูกที่มีรหัส DNA คือ (15, 18) (15, 22) (20, 18) (20, 22) ฉะนั้นการตรวจรหัส DNA จะมีความแม่นยำมาก โอกาสที่คนเราจะมีลักษณะเหมือนกันไปเสียหมดทุกตำแหน่งเป็นไปได้ยากมาก ๆ เลย

8 ความรู้พื้นฐานเรื่อง “ดีเอ็นเอ” (DNA)

1. เนื้อเยื่ออวัยวะของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด จะประกอบด้วยเซลล์มากมาย ในร่างการมนุษย์นั้น มีเซลล์รวมกันถึง 300 ล้านเซลล์

2. เซลล์ทุกเซลล์ในร่างกายมนุษย์ ประกอบด้วยนิวเคลียสและไซโตพลาสซึม เว้นแต่เม็ด เลือดแดง ที่ไม่มีนิวเคลียส

3. ในนิวเคสียสมีโครงสร้างสำคัญซึ่งบรรจุสารพันธุกรรมเรียกว่า “โครโมโซม” มนุษย์จะมี โครโมโซม 46 อัน อยู่เป็นคู่ ๆ รวม 23 คู่ แยกเป็นโครโมโซมร่างกาย 22 คู่ (Autosome) และเป็น โครโมโซมเพศ 1 คู่ (Sex chromosome)

4. โครโมโซมในเซลล์ของร่างการมนุษย์เกิดจากการผสมกัน ระหว่างไข่จากแม่ ซึ่งจะพาโครโมโซมมา 23 อัน เมื่อผสมกันเป็นตัวอ่อน ก็จะรวมกันเป็น โครโมโซม 23 คู่

5. โครโมโซมมีส่วนประกอบของสารพันธุกรรม ดีเอ็นเอ ขดจับตัวกับโปรตีน โดย DNA จะมีโครงสร้าง พื้นฐาน เป็นเส้นคู่ บิดเป็นเกลียว

6. สารพันธุกรรม DNA ประกอบด้วยการจับตัวของสารประกอบทางเคมี 4 ชนิด การเรียงตัว ของเบส (Base) เบสเหล่านี้ เปรียบเสมือนเป็นรหัสข้อมูลภายในเซลล์

7. สารพันธุกรรมที่มีในโครโมโซมจะเป็นสองส่วน ส่วนแรกทำหน้าที่ควบคุมการทำงานในการสร้างโปรตีน เพื่อนำไปใช้ในการทำงานของเซลล์ต่าง ๆ ในอวัยวะของร่างกาย ส่วนนี้ เราเรียกกันว่า “ยีน” (Gene) ซึ่งจะมีอยู่เพียง 10% ของจำนวน ดีเอ็นเอ (DNA) ในนิวเคลียส

ส่วนที่สองไม่ได้ทำหน้าที่อะไรเป็นพิเศษ แต่มีมากถึง 90% เรียกว่า “Stutters” ส่วนนี้ มีความหลากหลายของการเรียงตัวของ “เบส” นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่า การเรียงตัวของเบสในร่างการของมนุษย์แต่ละคนนั้น จะเรียงตัวไม่ซ้ำกัน เราจึงเอาคุณสมบัติข้อนี้มาพิสูจน์บุคคล ! ส่วนการเรียงตัวกันของเบสในส่วนที่เป็นยีนนั้น อาจจะซ้ำกันได้ เพราะเป็นส่วนที่ควบคุม หน้าที่ต่าง ๆ ของอวัยวะในร่างกาย ซึ่งมีไม่มากนัก เช่น ยีนควบคุมสีตา ทำให้ตามีสีน้ำตาล สีฟ้า เป็นต้น การเรียงตัว ของเบสเหล่านี้ จึงไม่สามารถนำมาพิสูจน์บุคคลได้

8. สารพันธุกรรม DNA ในส่วน Stutters เปรียบเสมือนลายเซ็นของเรา ซึ่งต่างก็มี “ลักษณะเฉพาะตัว” โอกาสที่เบส Stutters จะซ้ำกันได้มีเพียงหนึ่งในพันล้านคนเท่านั้น

นี่คือความมหัศจรรย์ของธรรมชาติที่สร้างมนุษย์มา โดยให้มีสารพันธุกรรม “ดีเอ็นเอ” (DNA)

เกร็ดน่ารู้ : เทคโนโลยี DNA กับ COVID-19

การตรวจ COVID-19 ด้วยวิธี RT-PCR เป็นการเปลี่ยน RNA สายเดี่ยวของไวรัสมาเป็น DNA สายคู่ แล้วนำมาเพิ่มปริมาณด้วยเทคนิค PCR (polymerase chain reaction) ทำให้สามารถตรวจวัดได้แม้มีเชื้อปริมาณน้อยหรือเพิ่งได้รับเชื้อมาไม่นาน มีความไวและความจำเพาะสูง อีกทั้งยังทราบผลตรวจได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ

🗝 เล่าอดีต บันทึกปัจจุบัน รอบรู้ทุกวัน กับ Thai PBS On This Day | www.thaipbs.or.th/OnThisDay  

📢 บริการ #TextToSpeech คลิกฟังฉบับ #AIvoice 🎧 www.thaipbs.or.th/ai-audio-news

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของ #ThaiPBS ได้ที่ www.thaipbs.or.th/news/playlists/SciAndTech  

แหล่งข้อมูลอ้างอิง : สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) กระทรวงศึกษาธิการ

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech