ประวัติการค้นพบDNA

       

          เมื่อ 50 ปีที่แล้ว ได้มีการค้นพบอันยิ่งใหญ่ในวงการวิทยาศาสตร์ คือ โครงสร้างของ DNA เกลียวคู่ เหตุการณ์นี้เป็นรากฐานที่สำคัญของความก้าวหน้าทางวิทยาการใหม่ ๆ ที่เราได้ยินกันบ่อย ๆ เช่น ในเรื่อง จีเอ็มโอ การตรวจลายพิมพ์ DNA เพื่อพิสูจน์ พ่อ แม่ ลูก หรือแม้แต่เรื่อง จีโนมของมนุษย์ ซึ่งจะนำไปสู่การค้นพบอื่น ๆ ที่มีประโยชน์ต่อมนุษยชาติอีกมากมาย

         เรามักได้ยินกันแต่ว่า เจมส์ วัตสัน และ ฟรานซิส คริก เป็นผู้ค้นพบ DNA เกลียวคู่แบบเวียนขวา ในเดือนเมษายน 2496 และได้รับรางวัลโนเบลไปเมื่อ พ.ศ.2505 แต่เบื้องหลังการค้นพบนี้ ถึงแม้ว่าจะได้มีการกล่าวถึงในภาพยนตร์เรื่อง “เกลียวคู่” หรือในหนังสือเล่าประวัติการค้นพบของ เจมส์ วัตสัน แต่ หลาย ๆ ท่านอาจจะยังไม่ทราบ ผู้เขียน (ดร.ภิญโญ พานิชพันธ์) ในฐานะที่เคยเป็นศิษย์อยู่ในภาควิชาที่ทำการทดลองจนได้หลักฐานของโครงสร้างดีเอนเอที่คิงส์คอลเลจ ลอนดอน และได้เห็นโครงสร้างจำลองดีเอนเอรุ่นแรก ๆ ที่ทำด้วยมือ และยังได้พบและสนทนากับผู้ที่อยู่ในเหตุการณ์และได้ไปดูสถานที่ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง จึงใคร่ขอเล่าถึงเบื้องหลังการค้นพบนี้ ซึ่งมีส่วนคล้ายกับบางตอนของนวนิยายที่เร้าใจชวนติดตาม

ภาพที่ 1  เจมส์ วัตสัน และ ฟรานซิส คริก ผู้ค้นพบ DNA เกลียวคู่เวียนขวา

 

         ผู้ค้นพบโครงสร้างเกลียวคู่ของ DNA นั้นเกือบทั้งหมดเป็นนักฟิสิกส์ ไม่ใช่นักชีววิทยา สาเหตุจูงใจคือ การทิ้งระเบิดนิวเคลียร์ตอนปลายสงครามโลกครั้งที่ 2 นั้นทำให้นักฟิสิกส์จำนวนมากหันมาสนใจงานวิจัยทางชีววิทยา เพื่อจะทำสิ่งที่สร้างสรรค์ให้แก่มนุษยชาติ ซึ่งสิ่งที่พวกเขาสนใจคือ โครงสร้างของโปรตีนและยีน ในขณะนั้น หลักฐานทางชีววิทยาบ่งชี้ว่ายีนประกอบด้วยดีเอนเอ แต่ก็ยังมีคนไม่เชื่อว่ายีนเป็นดีเอนเออย่างเดียว ดังนั้นผู้ที่ฉลาดและคิดลึกกว่าผู้อื่น รวมทั้งอาจจะโชคดีกว่าผู้อื่น ๆ ได้มุ่งหาโครงสร้างของดีเอนเอ เพื่อที่จะคว้าชัยชนะอันยิ่งใหญ่ให้แก่ตนเองและมนุษยชาติ

 

ภาพที่ 2 โครงสร้าง DNA เกลียวคู่แบบเวียนขวา

       บรรดานักวิทยาศาสตร์ที่มุ่งหาคำตอบเกี่ยวกับโครงสร้างของ DNA อย่างจริงจัง จนประสบความสำเร็จนั้น นับได้ว่ามีอยู่ 2 คู่ คู่แรกเป็นชาวอังกฤษอยู่ที่มหาวิทยาลัยลอนดอนด้วยกันคือ โรซาลินด์ แฟรงคลิน (Rosalind Franklin) และมอรีส วิลคินส์ (Maurice Wilkins) ซึ่งทำงานวิจัยกับสารกึ่งผลึกของดีเอนเอโดยใช้รังสีเอ็กซ์ แต่ทั้ง 2 คนนี้ไม่กินเส้นกัน และต่างคนต่างทำไม่ปรึกษาหารือกัน เพราะในสมัยนั้น นักวิทยาศาสตร์ชายทั่วไปมักจะดูแคลนและกีดกันผู้หญิงอยู่มาก ทั้ง ๆ ที่โรซาลินด์ แฟรงคลินนั้นถือได้ว่าเก่งขนาดเป็นมืออาชีพในวงการวิชาการด้านนี้       ส่วนอีกคู่นั้นซึ่งรวมทีมกันเป็นอย่างดีอยู่ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในประเทศอังกฤษเหมือนกัน คือ เจมส์ วัตสัน (James Watson) ซึ่งเป็นนักชีววิทยาชาวอเมริกัน และฟรานซิส คริก (Francis Crick) ชาวอังกฤษ ทั้งคู่นี้ต่างจากคู่แรกที่ไม่ได้ลงมือทำงานกับตัวสาร DNA โดยตรง แต่ได้เอาข้อมูลจากการฟังสัมมนา และอ่านรายงานต่าง ๆ ได้เห็นภาพรังสีเอ็กซ์ของทั้งแฟรงคลิน และวิลคินส์ รวมทั้งได้ใช้วิธีการต่าง ๆ เพื่อให้ได้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์จากทั้งวิลคินส์และแฟรงคลิน โดยเฉพาะเมื่อทั้งคู่นี้แตกกันมากขึ้น และยังมีโอกาสได้เห็นรายงาน “ลับ” ที่แฟรงคลินส่งไปให้องค์กรที่ให้ทุนวิจัยจนได้ข้อมูลมากพอที่จะนำมาลองผิดลองถูก 2-3 ครั้ง จนในที่สุดสามารถได้โครงสร้างเกลียวคู่ของ DNA ที่ถูกต้องทีเดียว

    

ภาพที่ 3 มอรีส วิลคินส์ และ โรซาลินด์ แฟรงคลิน ผู้ทำงานวิจัยสารกึ่งผลึกของ DNA โดยใช้รังสีเอ็กซ

          นอกจากวัตสันและคริกแล้ว ยังมีนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่โด่งดังอีกท่านหนึ่งคือ ไลนัส พอลลิ่ง (Linus Pauling) ที่มหาวิทยาลัยแคลเทค (Caltech) ซึ่งได้ใช้วิธีจับเสือมือเปล่าเช่นเดียวกับวัตสัน และ คริก เพื่อที่จะพิสูจน์โครงสร้าง DNA แต่ทว่าโชคไม่เข้าข้าง พอลลิ่งไม่สามารถเดินทางมาอังกฤษได้ด้วยเหตุผลทางการเมืองภายในสหรัฐอเมริกาในขณะนั้น จึงไม่สามารถได้รับข่าวสารข้อมูลมากพอ จึงต้องพ่ายแพ้ไปในที่สุด

         ถึงแม้ว่าวัตสันและคริก จะไม่ได้ลงมือทำการทดลองเอง แต่ความที่ทั้ง 2 ท่านเก่งกาจ จึงสามารถเอาข้อมูลต่าง ๆ มาวิเคราะห์และคาดเดาโครงสร้าง DNA จากทฤษฎีทางฟิสิกส์ที่มีอยู่และที่ตนเองสร้างขึ้น คริกได้สร้างทฤษฎีเกี่ยวกับเกลียวและภาพที่จะเกิดขึ้นจากการทดลองทางรังสีเอ็กซ์ไว้ก่อนแล้ว จึงสามารถสรุปโครงสร้างเกลียวเวียนขวาจากภาพรังสีเอ็กซ์ของผู้อื่น ๆ ได้ เขาสามารถสรุปได้ว่า DNA ทั้ง 2 สายต้องมีทิศทางของสันหลัง (5′- 3′) สวนทางกันจากหลักฐานในภาพรังสีเอ็กซ์

       ส่วนเจมส์ วัตสัน นั้นสามารถใช้ข้อมูลของชาร์กาฟฟ์ (Chargaff) (จำนวนเบสเพียวรีนเท่ากับจำนวนเบสพิริมิดีนใน DNA ส่วนใหญ่ คือมีอะดินีนเท่ากับไธมีน และกัวนีนเท่ากับไซโตซีน) มาคิดและพบว่าที่เป็นเช่นนั้นเพราะเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบสคู่หูดังกล่าวทั้ง 2 คู่ จนได้รูปร่างของคู่เบสที่แทบจะเหมือนกัน ยิ่งกว่านั้น วัตสันยังสามารถสอดคู่เบสเข้าไปอยู่ในโพรงของ DNA ระหว่างสันหลัง 2 สายที่สวนทางกันที่อยู่ด้านนอกของ DNA พอดี นี่เป็นเหตุที่เราเรียกคู่เบสโดยใช้ชื่อ วัตสันก่อนชื่อของคริก โครงสร้าง DNA เกลียวคู่เวียนขวาที่มีประมาณ 10 คู่เบสต่อหนึ่งรอบของเกลียวและมีคู่เบสจำเพาะดังนี้ ยังชี้ให้เห็นถึงกระบวนการสร้าง DNA สายใหม่ การสร้าง RNA สายใหม่ และยังทำให้เห็นได้ว่ารหัสของยีนน่าจะเป็นอย่างไรได้บ้าง จึงจะสร้างโปรตีนได้ ซึ่งวัตสันและคริกได้เขียนบทความแบบจำลอง DNA นี้ลงวารสารเนเจอร์เมื่อเมษายน 2496 (50 ปีที่แล้ว)

ภาพที่ 4 โครงสร้าง DNA ที่มีทิศทาง 5′-3′

ภาพที่ 5 ภาพถ่ายโครงสร้าง DNA จากรังสีเอ็กซ์

        ในส่วนของมอรีส วิลคินส์นั้น หลังจากที่โรซาลินด์ แฟรงคลินลาออกจากงาน เขาได้เพียรพยายามทำงานวิจัยจนได้หลักฐานสนับสนุนโครงสร้างเกลียวคู่ที่เสนอโดยวัตสัน – คริก และได้ข้อมูลที่แน่ชัดเกี่ยวกับดีเอนเอที่วัตสันและคริกไม่อาจได้จากการคาดคะเน ได้ความยาวของพันธะโควาเลนท์ต่าง ๆ ที่ถูกต้อง และได้ระยะทางระหว่างอะตอมทุกตัวอย่างถูกต้อง ซึ่งเป็นรากฐานของโครงสร้างที่พวกเราใช้ในขณะนี้ เช่น ระยะห่างของคู่เบส แต่ละขั้นตามแกนของ DNA คือ 3.4 อังสตรอม (ดูรายละเอียดในบทที่ 1) เป็นต้น ฉะนั้นจึงสามารถกล่าวได้ว่า หากวัตสันและคริกไม่ชิงได้คำตอบก่อน จากข้อมูลของ แฟรงคลินและวิลคินส์ คนหนึ่งคนใดหรือทั้ง 2 คนนี้ร่วมกัน อาจจะได้คำตอบภายในไม่กี่ปีหลังจากนั้นได้ เพราะข้อมูลรังสีเอ็กซ์จะพาไปหาคำตอบเอง แต่อย่างไรก็ตาม แบบจำลอง DNA จากการทดลองนี้ ยืนยันว่า DNA ที่วัตสันและคริกเสนอลงในบทความ 1 หน้าในวารสารเนเจอร์ (Nature) ในเดือนเมษายน พ.ศ.2496 (50 ปีที่แล้ว) ถูกต้องในประเด็นสำคัญทั้งหมด

         ด้วยความเป็นอัจฉริยะของวัตสันและคริก เขาทั้งสองจึงสมควรที่จะได้รับการสรรเสริญโดยได้รับรางวัลโนเบลในปี 2505 แทนที่จะถูกกล่าวหาว่าได้รางวัลโดยข้อมูลจากผู้อื่น ๆ ซึ่งรางวัลนี้เป็นรางวัลร่วมระหว่าง 3 คน คือ เจมส์ วัตสัน ฟรานซิส คริก และ มอรีส วิลคินส์ ส่วนโรซาลินด์ แฟรงคลินนั้น โชคไม่เข้าข้าง เธอไม่สามารถได้รับรางวัล เพราะเธอเสียชีวิตด้วยโรคมะเร็งไปก่อนหน้านี้ แต่โลกนี้ไม่ได้ลืมเธอ และได้สดุดีเธอทุกครั้งเมื่อมีการกล่าวถึงงานโครงสร้าง DNA

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s