มหศจรรย ดเอนเอ (DNA) ภาค 1

ดเอนเอ คอ ...ปจจบนนหากพดถงคำาวา ดเอนเอ “ (DNA)” กคงจะคนหกนจนเปนเรองธรรมดาไปเสยแลวสำาหรบคนไทย เพราะหากดจากพาดหวขาวหนงสอพมพจะมคำาวา ดเอนเอ ปรากฏออกมาเปนระยะๆอยางไมขาดสาย“ ” ... จะหาคนรายหรอตรวจสอบฆาตกรกตอง ตรวจดเอนเอ อยากรวาเปนญาตกบคนดงจรงหรอไมกตอง ตรวจดเอนเอ อยากรวา มอะไร“ ” “ ” “กบใคร จรงหรอไมกตอง ตรวจดเอนเอ ” “ ” (อกเชนกน)

ไมเวนแมแตจะตรวจวา ไมทอนทตำารวจเกบไวเปนของกลางมาจากสาละวนจรงหรอไม กยงตองมการขอให ตรวจ“ดเอนเอ กนเลยครบ ”

[รปท 1]ดเอนเอ โมเลกลแหงชวต

นอกจากดเอนเอจะกลายมาเปน อปกรณ หรอ หลกฐาน สำาคญในการไขปรศนาคดลกลบตางๆแลว ดเอนเอยงเปน“ ” “ ” สญลกษณ “ (symbol)” หรอ ( ถาจะเรยกใหทนสมยทนยคทคอมพวเตอรครองเมองกคงตองวาเปน ไอคอน “

(icon)”) สำาหรบวทยาศาสตรชวภาพไปแลว ในแบบเดยวกบทเวลาคดถงวชา ฟสกส คนจำานวนไมนอยจะนกถงภาพ“ ”นกวทยาศาสตรหวฟๆทานนน (กจะใครเสยอกละครบ กคณปไอนสไตนนนแหละครบ… ) และ สมการสะทานโลกอยาง E= mc2 สมการนน

[รปท 2]ดเอนเอทมโครงสรางเปนรปเกลยวค ประกอบขนจากนำาตาล หมฟอสเฟต และเบสรวม 4 ชนด

ความจรงคนเรารจกกบดเอนเอมาเกอบ 140 ปมาแลว แตนกวทยาศาสตรสวนใหญไมใหความสำาคญกบมนมากนก เนองจากกำาลงมวสนใจกบ โปรตน โมเลกลมหศจรรยอกชนดหนง เหตผลสำาคญกคอ โปรตนมความหลากหลายและลกษณะซบซอน จงเชอกนวา โปรตนนาจะเปนสารทเหมาะสมกบหนาทในการกมความลบของชวตและเปน สารพนธกรรม ทถายทอดลกษณะของสงมชวตจากรนหนงไปยงอกรนหนง

ดเอนเอกลายมาเปนทสนใจในวงกวางมากขนเมอ 50 ปทแลวมานเอง เมอนกวทยาศาสตรหนมสองคนในขณะนนคอ เจมส วตสน และ ฟรานซส ครก ไดประกาศการคนพบโครงสรางดเอนเอวาเปนสายคทบดพบเปนเกลยวคลายบนได

เวยนแบบทเรยกวา ดบเบลเฮลกซ (double helix) ในวารสารวทยาศาสตรทเกาแกและมชอเสยงฉบบหนงคอ Nature เมอวนท 25 เมษายน 2496

[รปท 3]เจมส วตสน และ ฟรานซส ครก สองนกวทยาศาสตร

ผคนพบโครงสรางดเอนเอกบโมเดลและรปวาดดเอนเอของพวกเขา

[รปท 4]บทความของวตสนและครก ทตพมพในวารสาร Nature ในป 2496

สงเกตนะครบวามความยาวเพยงหนงหนากระดาษนดๆ เทานน

เหตทบทความดงกลาวกระตนความสนใจของนกวทยาศาสตรในสมยนน กเพราะวา วตสนและครกสงเกตและแนะนำาไวอยางถกตอง (ตรวจสอบดวยการทดลองในภายหลง) วาสายดเอนเอแตละสายทำาหนาทเปน ตนแบบ ในการสราง“ ”สายดเอนเอสายใหมขนได ซงทำาใหสมมตฐานทเรมชดเจนมากขนเรอยๆในสมยนนวา ดเอนเอนเองทนาจะทำาหนาทเปน

สารพนธกรรม “ ” ... ฟงดมนำาหนกและสมเหตสมผลอยางทสด

การคนพบดงกลาวสงผลกระทบอยางกวางขวางและลกซงตอแวดวงวทยาศาสตร และ สงผลใหวตสนและครกไดรบรางวลโนเบลสาขาการแพทยหรอสรรวทยารวมกบนกวทยาศาสตรอกทานหนงทมผลงานเกยวของกนอยางใกลชด คอ มวรส วลคนส ในป 2505

นบจากการประกาศการคนพบโครงสรางของดเอนเอ กมการคนพบคณสมบตตางๆของดเอนเอออกมาเรอยๆ ซงลวนแลวแตนาสนใจจนกลาวไดวาถงขน มหศจรรรย ไดอยางเตมปากเตมคำา ดงทผมจะไดยกตวอยางและสาธยายให“ ” …ฟงโดยละเอยดตอไป

ขนาด รปทรง และความเปนระเบยบของดเอนเอลกษณะทเดนชดทสดขอหนงของดเอนเอกคอ ดเอนเอม ขนาดทเลกมาก ปกตแลวเราไมอาจจะมองเหนสายของด“ ”เอนเอไดดวยตาเปลา แมแตกลองจลทรรศนทพบเหนไดตามหองปฏบตการทวๆไป ทมกำาลงขยายไดมากถงพนเทา กยงมองเหนดเอนเอ ไดในภาวะพเศษและคอนขางเฉพาะเทานน คอ ภาวะทดเอนเออดกนแนนเปนพเศษในโครงสรางทมชอวา โครโมโซม ในหวงเวลาขณะเซลลกำาลงแบงตวเองเพอเพมจำานวน “ ”

แถมตองยอมดวยสจำาเพาะกอนทจะมองเหนอกตางหากแตอนทจรงถาเรามจำานวนเซลลมากพอ (เซลลอะไรกได ไมวาจะเปนเซลลแบคทเรย เซลลพช หรอเซลลสตว) เรากอาจจะสกดเอาดเอนเอออกมาจากเซลลเหลานนไดดวยสารเคมทหาไดงายและกระบวนการทไมยงยากมากนก (ลองไปถามนกวจยไบโอเทคดไดครบ มคนทำาเปนอยหลายคนครบ) ในกรณนเราอาจจะเหน กอน ดเอนเอไดเปนสายหรอกระจกสขาว“ ”ใสหรอขาวขนไดเหมอนกน แตดเอนเอทเหนไมใชสายเดยว (หรอสายเดยว!) หรอ สายคแคนน แตเปนกลมของสายดเอนเอนบลานๆเสน (หรอมากกวานน) ทมาเกาะเกยวกนอย

อยากรไหมครบวา ดเอนเอมขนาดเลกแคไหน มรปทรง และ ความเปนระเบยบทนาสนใจสกเพยงใด หากเฉลยกนงายๆ กคงไมนาสนใจเทาไหร ลองเอา การบาน ไปทำาดกอนสกสองขอนะครบ … “ ”

— ขอแรกคอ ลองไปหาเทปเพลง (เกาๆทไมใชแลวหรอเสยแลวกไดครบ) ลองเอามาเปดดวา กนเวลา ยาวสกเทาไหร“ ” (กนาท) จากนนลอง ประมาณ ความยาวดนะครบวา เทปอนนนจะม ความยาว สกเทาไหร “ ” “ ” (กเมตร?) แลวลอง ดง“

เทปอนนนออกมา วด ดวา อนทจรงแลวยาวสกเทาไร จะ วดไปตดไป ดวยเลยกไดไมวากน ” “ ” “ ” ... สละเทปสกอนเพอความรความเขาใจทางวทยาศาสตรคงไมเปนไรนะครบ!

— จากนนลองไปหาเชอกมาดสกอน เชอกอะไรกไดครบ เชอกปาน เชอกปอ เชอกลกเสอ ยงเสนใหญไดเทาไหรยงด …ถาหาไมไดจรงๆ ลองไปหาเชอกมดพสดไปรษณยมาดกยงด ลองสงเกตการพน มวนและโครงสรางของเชอกใหดครบ

คราวหนาเรามาดกนวา เทปเพลงและเสนเชอกจะ สอน เราเกยวกบโครงสรางดเอนเอไดอยางไร “ ”

ผมไดเกรนลกษณะทเดนชดทสดขอหนงของดเอนเอไวในคราวทแลวกคอ ดเอนเอม ขนาด ทเลกมาก เราไมอาจจะ“ ”มองเหนสายของดเอนเอไดดวยตาเปลา

ถาอยากรวา ดเอนเอ มขนาดเลกขนาดไหน กตองเรมจากการสมมตนะครบ ลองสมมตวาเราเปน ซเปอรแมน … “ ” (ถาเปนผหญงใหเปน สาวนอยมหศจรรย กไดครบ ไมวากนอยแลว“ ” … ) สมมตตอไปใหซเปอรแมนมพลงพเศษททำาใหสามารถมองทะลทะลวงลงไปเหนสงตางๆทมขนาดเลกไดดงใจ ... อยางทคนทวไปทำาไมอาจทำาได เอาเปนวาเพม…กำาลงขยายไดคราวละ สบเทา กแลวกนนะครบ“ ”

[รปท 5 และ รปท 6 ตามลำาดบ]

ถาเราเรมตนจากไปแอบมองชายหนมทออกไปปกนก แลวนอนสลบไสลอยางมความสขบนสนามหญาในวนอากาศแจมใสดงรปท 5 (เออ แคมองเฉยๆ คงไมโดนขอหาเบยงเบนทางเพศนะครบ… !) ในรปท6 นกรอบทงสดานจะมขนาดดานละ 1 เมตร อนเปนขนาดความยาวทมนษยเราคนเคยกนด

คราวนหากมองเจาะลงไปทกรอบสเหลยมบรเวณกงกลางของภาพกจะเหนดงรปท 6 จะเหนบรเวณหลงมอของชายคนนชดเจนมากยงขน (กชดเจนขนาดเหนขนบนหลงมอได จะจะ นนแหละครบ“ ” )

[รปท 7 และ รปท 8 ตามลำาดบ]

จากนนมองเจาะลงไปอกสบเทา กจะเรมเหนภาพทไมคนเคยของเซลลผวหนงทเรยงแผกนอยางนาสนใจอยางในรปท 7 ผวหนงทเหนนเปนลกษณะปกตของคนทวไปนะครบ คณผหญงทประทนผวอยางประณตบรรจงอยางไรกตาม หากมอง ความงาม กน ลกซง ถงระดบนแลวกอาจจะงดงามไมตางกนมากนกหรอกนะครบ ลองมองลกลงไปอกสบ” ” “ ”เทานะครบ จะเหนดงในรปท 8 ทระดบความละเอยดขนาดนคณจะเรมเหน รอง และ หลม บนผวหนงทราบเรยบ“ ” “ ”และราบลนงดงามของคณ

ในรปท 8 นกรอบแตละขางจะมขนาดเพยง 1 มลลเมตรหรอ “1 ใน 1000 ของเมตร หมายถงวา หากคณมไมเมตร”สกอน (ความยาว 1 เมตรกประมาณวาเทยบเทากบ ความยาวทวดจากปลายนวของแขนขางหนงไปยงปลายนวของ“แขนอกขางหนงทกางออกสดแขน นนแหละครบ” ) คณจะตองตดแบงไมเมตรอนดงกลาวออกเปน 1,000 ชนเทาๆกนจงจะไดขนาดความยาวเทากบ หนงมลลเมตร ทความละเอยดขนาดนกเขาใกลจดจำากดของความสามารถในการมอง“ ”สงของเลกๆของคนทวไปแลวละครบ

[รปท 9 และ รปท 10 ตามลำาดบ]

แตเราจะไมหยดแตเพยงเทาน (เพราะวาเราเปนซเปอรแมนครบ อยาเพงลม!) เมอเราเพงมองทรายละเอยดทมากขนอกสบเทา กจะเหนดงใน รปท 9 รองและหลมขนาดเลกๆ กะทดรดบนผวหนงใน รปท 8 กจะชดเจนมากขนวา อนทจรงแลวเปนหลมขนาดใหญและมความลกไมนอยทเดยวหากมองกนทกำาลงขยายขนาดน

คราวนลองใหซเปอรแมนมองลกทะลผวหนงลงไปในเสนเลอดทอยดานใตดวยกำาลงขยายทเพมขนอก 10 เทากจะเหนสงทอยในเสนเลอดปรากฏดง รปท 10 ทายถกไหมครบวา ทเหนอยคออะไร?

ใชแลวครบ หลายคนคงทายถกวาเปน เซลลเมดเลอด แตตองเปน “ ” … “เซลลเมดเลอดขาว เทานนนะครบ เพราะวา”ถาเปนเซลลเมดเลอดแดง ตรงกลางเซลลจะหายไป ดคลายกบโดนท…

[รปท 11 (ซาย) รปท 12(ขวาบน) รปท 12 (ขวากลางและขวาลาง)]

คราวนหากมองทะลเขาไปในเยอหมเซลลเมดเลอดขาวดานนอกเขาไปได ทกำาลงขยายเพมขนอกสบเทาเรากจะเหนเยอหมเซลลอกอนหนงทอยภายในกคอ เยอหมนวเคลยส ดงใน“ ” รปท 11

จะเหนวาเยอหมนวเคลยสม ร หรอ หลม อยเหมอนกน ซงจะพดไปแลวกนาสนใจเหมอนกนนะครบวา โครงสรางท“ ” “ ”ทำาหนาทหอหม สงมชวต ทระดบตางๆ “ ” (ไมวาจะเปนผวหนงทหอหมรางกาย เยอหมเซลลทหอหมเซลล และเยอหมนวเคลยสทหอหมนวเคลยส) อย มกจะม ร หรอ รอง คลายๆกนเลยนะครบ … “ ” “ ”

รบนเยอหมนวเคลยสจะเหนไดชดเจนยงขนจากภาพถายดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนดงรปท 12 กำาลงขยายทเรากำาลงดอยนอยในขนาด (scale) ระดบทนกวทยาศาสตรเรยกวา ไมครอน (micron) หรอ ไมโครเมตร (micrometer) หรอขนาดทเลกเพยง 1 ใน 1,000,000 (ลาน) สวนของเมตร (ลองจนตนาการอกท .... เอาไมเมตรอนใหมมา (แตยาวเทากบอนเดมนนแหละครบ) แตคราวนตดแบงเปนลานชนเทาๆกน ความยาวของไมแตละชนนนแหละครบเทากบ 1 ไมโครเมตร)

ทระดบไมโครเมตรนเองทเราเรมมองเหนโครงสรางทใหญทสดของดเอนเอ นนกคอ โครงสรางทมชอวา โครโมโซม “ ”(chromosome) ซงกคอ โครงสรางทมลกษณะคลายกบแทงปาทองโก (ทอรอยทสดกบกาแฟหรอนำาเตาหนนแหละครบ พดแลวกเปรยวปากครบ… ) ดงรปท 12

[รปท 13 (ซายบน) รปท 14 (ขวาบน) รปท 15 (ซายลาง) รปท 16 (ขวาลาง)]

คำาวา โครโมโซม กแปลวา สงทยอมตดส (chrome หรอ chroma แปลวา ส ครบ) สาเหตเพราะวา โครโมโซมสงเกตพบครงแรกใตกลองจลทรรศน เพราะยอมตดสจำาเพาะบางอยาง ออ โครโมโซมมโปรตนบางชนดเปนองค…ประกอบอยดวยนอกเหนอไปจากดเอนเอนะครบ

คราวน หากเราจะยงมองเจาะลกลงไปอกสบเทา เรากจะเรมมองเหนเกลยวของดเอนเอทพนทบซอนกนอยางเปนระเบยบและซบซอนเปนอยางยง ดงรปท 13 หากมองลกลงไปอกสบเทากจะเหนเกลยวคของดเอนเอไดอยางชดเจน ดงรปท 14

หากมองลกตอไปดวยกำาลงขยายอกสบเทา ดงในรปท 15 เราจะมองเหนในระดบทเรยกวา นาโนเมตร “ ”(nanometer) หรอ 1 ใน 1,000,000,000 (พนลาน) สวนของเมตร อนเปนระดบของ อะตอม หรอ โมเลกล“ ” “

ทมาเรยงตวกนเปนดเอนเอ ทระดบนเองทนกวทยาศาสตรกำาลงใหความสนใจเปนอยางมากในการ จดการ หรอ บ” “ ” “

งคบควบคม ใหอะตอมหรอโมเลกลทำางานบางอยางไดตามทตองการ เกดเปนเทคโนโลยขนาดเลกจวใหมเอยมทไมเคย”มมากอนเรยกวา นาโนเทคโนโลย “ ” (nanotechnology) นนเอง

บรเวณกงกลางของรปท 15 กคอ อะตอมของธาตคารบอน (carbon) อนเปนอะตอมทสงมชวตทกชนดทพบแลวในโลกใบน (รวมทงมนษย) ใชเปนองคประกอบในสารพนธกรรม ไมมใครร (หรอแนใจ) นะครบวา สงมชวตในดาวดวงอน (ถาม) จะใชธาตคารบอนเปนองคประกอบสำาคญในการเกบรกษาและถายทอดพนธกรรมแบบเดยวกบสงมชวตบนโลกนหรอไม

หากยงคงมองทะลทะลวงลงไปอกสบเทา เรากจะเรมมองเหนอนภาคทเปนองคประกอบพนฐานชนดหนงของอะตอมคอ อเลกตรอน (electron) ทเคลอนอยรอบๆแกนกลางของอะตอม (เรยกวา นวเคลยส อกนนแหละครบ แตเปน“ ” …คนละอนกบ นวเคลยส“ ” ของเซลลทกลาวถงไปกอนหนานนะครบ) ทระดบดงกลาวปรากฏการณหลายๆอยางจะเรมขดกบสามญสำานก (common sense) ของคนเราแลวนะครบ อยางในรปท 16 น แตละจดในรปจะแทน โอกาส ท“ ”เราจะพบอเลกตรอน ณ เวลาใดเวลาหนง ในรปดงกลาว บรเวณใดทมจดหนาแนนกแปลวาจะมโอกาสพบอเลกตรอนมากหนอย (ไมไดแปลวา มอเลกตรอนอยหลายอเลกตรอนแตอยางใด)

งงดไหมละครบ! แตวาเรองนผมวายงไมชวน มนตบ เทากบทวานกฟสกสเคายนยนวา อนภาคตางๆ“ ” (รวมทงอเลกตรอนทเพงกลาวไปดวย) นอกจากจะมลกษณะเปนอนภาค คอ มลกษณะเหมอนกบเปนกอนอะไรสกอยางทมมวล แตวาบางท (ภายใตสถานการณบางอยาง) เรากอาจจะพบวามนทำาตวเปนเหมอนกบเปน “คลน (แมเหลกไฟฟา)” ไดอกแนะ

เรมมนไดทแลวใชไหมละครบ ถาเชนนนกขอสรปเปนเบองตนกนเสยอกทตรงนวา ดเอนเอเปนโมเลกลทมขนาดเลก“มากๆ ” (ดงทสาธยายมายดยาวถงสองตอนนนแหละครบ) สำาหรบคนทไปทำาการบานเกยวกบ เทปเพลง และ เชอก“ ” “

ทผมใหไวในคราวทแลว คงจะเฉลยกนไมทนเสยแลว ” ... ไมตองนอยใจหรอเสยใจนะครบ

เราจะมาดเฉลยกนในตอนหนานะครบวา วตถสองอยางนจะสอนเราเกยวกบโครงสรางของดเอนเอไดอยางไรบาง

สวนใครยงไมลองไปทำาด กยงมโอกาสใหไปลองทำาดไดนะครบ…

แนะนำาหนงสออานเพมเตมประวตการคนพบโครงสรางดเอนเอเมอ 50 ปกอนเปนเรองราวทสนกสนาน นาสนใจและกลายเปน ตำานาน ทคนใน“ ”วงการวทยาศาสตรกลาวขวญถงอยเสมอ ทานทสนใจหาอานไดจากเอกสารขางลางนนะครบ

1. หนงสอ ดเอนเอ ปรศนาลบรหสชวต, มรกต ตนตเจรญ บรรณาธการ, พมพครงแรก เมษายน 2546, ศนยพนธวศวกรรมและเทคโนโลยชวภาพ

2. บทความ เปดบนทกเกลยวค“ .... ผไขปรศนาแหงชวต ” (เรยบเรยงโดย ศรศกด เทพาคำา), วารสาร @ll BIOTECH เทคโนโลยชวภาพปรทรรศน, ปท 1 ฉบบท 3 มนาคม 2546, ศนยพนธวศวกรรมและ เทคโนโลยชวภาพ

3. บทความ เปดตำานานเกลยวคแหงชวต “ ” (เรยบเรยงโดย นำาชย ชวววรรธน), นตยสารอพเดท (UpDATE) ฉบบพเศษ 50 ปดเอนเอ, ปท 18 ฉบบท 188 เมษายน 2546, บรษทซเอดยเคชน จำากด (มหาชน)

4. ภาพสวยๆทใชประกอบบทความในคราวนไดมาจากหนงสอ Powers of Ten ของ Philip Morrison และ Phylis Morrison ทรวมจดทำากบ The Office of Charles & Ray Eames พมพครงท 14 ป 2000 โดยสำานกพมพ Scientific American Library (ลองหาดตามรานหนงสอตางประเทศในกรงเทพฯ ถายงไมเจอกลองแวะไปดทรานคโนคนยะ ทเอมโพเรยมนะครบ) นอกจากภาพทเหนแลวในบทความน หนงสอเลมดงกลาวยงแสดงภาพของสงตางๆในเอกภพในสเกลทใหญกวานมากๆ (ใหญสดคอ 1025 เมตร) และเลกกวานมากๆมาก (เลกทสดคอ 10-16 เมตร) อกดวย นบเปนตวอยางของหนงสอแสดงใหเหนชดเจนวา รปภาพสวยๆนาประทบใจ และการเรยบเรยงเรองราวอยางเหมาะเจาะลงตว ชวยสงเสรมจนตนาการ และ ชวยใหเราเขาใจเรองยากๆทางวทยาศาสตรไดสะดวกมากขนเปนอนมาก

ความสามารถในการ เกบขอมล ของ ดเอนเอในสองตอนแรกทผานไป ผมสรปไววา ดเอนเอมขนาดทเลกมากๆ แตการทเราทราบแลวในปจจบนวา “ ”ดเอนเอเปนโมเลกลทเกบ รหสพนธกรรม ทกำาหนดลกษณะตางๆ ของสงมชวต“ ”

ดงนน ดเอนเอกนาจะมความสามารถในการ เกบขอมล ไดเปนอนด ลองมาดกนนะครบวา ความสามารถในการเกบ“ ”ขอมลดงกลาว มความเกยวพนกบรปทรงและความเปนระเบยบของดเอนเออยางไร

มใครลองไปทำา การบาน เรอง เทปเพลงและเสนเชอก ทผมใหไว เมอสองตอนทแลวดบางครบ“ ” “ ” ?

รปท 1 (ดานบน) ตลบเทปเพลงธรรมดาทเราคนเคยกนดสามารถบนทก ประวตศาสตร ในรปของเสยงไดนบชวโมง“ ”

รปท 2 (ดานลาง) เนอเทปทเรยงกนอยอยางเปนระเบยบสามารถเกบ “เสยง ได แบบเดยวกบ ดเอนเอทเรยงตวกนอยเปนระเบยบสามารถเกบ รหสพนธกรรม ได” “ ”

ถามใครไปลองวดความยาวของ เนอ เทปเพลงดก“ ” จะพบวาเปนเรองนาประหลาดใจไมนอยทเดยววา ตลบเทปเพลงทสามารถอดเสยง (เพลง ฯลฯ) ไดยาวถง 60 นาท (รวมสองหนาเทป) นน มความกวางเพยง 6.3 เซนตเมตร และ ยาวเพยง 9.9 เซนตเมตร แตสามารถเกบเนอเทปทมความยาวถง 90 เมตร ได (ยาวกวาความยาวของตลบเทปถงเกอบรอยเทา!) [รปท 1 และ 2]

ความจรงเรองเทปเพลงน ลองพจารณาดใหดๆ กจะยงประหลาดใจครบ การทเราอดเสยงเอาไวไดกหมายถง เราสามารถแปลง คลนแมเหลกไฟฟา ชนดหนงท จบตองไมได และ ลองลอยไปมาในอากาศ ใหกลายเปน สญญา“ ” “ ” “ณ หรอ รหส อกอยางหนงเกบอยบนเนอเทป ซงเปนสงทมลกษณะ จบตองได ” “ ” “ ” (คอ อยางนอยกมลกษณะเปนตวตน และ รปธรรมมากกวาคลนทลองลอยไปมาในอากาศ นนแหละครบ) และ ยงสามารถนำามาแปลงกลบไปเปน คลนแ“

มเหลกไฟฟา ทจบตองไมได ” (คอ เปดฟงเสยงได) อกแนะ !

มองอกอยางกคอ เราสามารถเกบ อดต “ ” (หรอ ประวตศาสตร) ของเสยงท เคยเกดขนมาแลว ไวไดดวย“ ”ตลบเทปธรรมดาๆ นแหละครบ!

ถาสงเกตใหดจะเหนวา เนอเทปดงกลาวตองเกบเปนระเบยบทเดยวคอ พนมวนเปนวงอยางด นอกจากนยงตองเรยบตง ไมยบยนหงกงอ และ ตองอยในตำาแหนงทเลอนไปบน หวอาน ของเครองเลนเทปอยางพอเหมาะพอด “ ”(ไมเอยงหรอตกขอบไปดานใดดานหนง)

คดวาคงมหลายคนทเคยเจอกบปญหาเนอเทปเกดยบยนยย (อาจจะเปนเพราะ ถกเครองเลนเทปทเรมเกาหรอชำารด ง“บ เอา” ) ซงกจะสงเกตไดไมยากวา การทจะแกไขใหดเหมอนเดมนน แทบจะทำาไมไดเอาทเดยว และ การทจะตดเอาเทปตรงเฉพาะสวนดงกลาวทงไปแลว ตอใหมดวยเทปกาวกแทบจะเปน งานฝมอ แบบหนงเลยทเดยว “ ”

หากมองในแงนแลว ดเอนเอกตองเกบรกษาอยางเปน ระบบ และ ระเบยบ “ ” “ ” (คอ มตำาแหนงกอนและ หลงในสายดเอนเอทแนนอนและชดเจน ซงเราจะคยกนเรองนอกครงในภายหลงนะครบ… ) ไมแตกตางกนกบ เนอเทปเพลงแตอยางใด แตสวนทตางกนมากกคอ ตามธรรมชาตแลว หากเกดกรณทดเอนเอแตกหกเสยหาย (เชน ดเอนเอของ เซลล“ผวหนง ทโดนแสงอลตราไวโอเลต หรอ ” UV ในแสงแดด แผดเผาอยางรนแรงเปนเวลานานๆ) กลไกการตรวจสอบ ตลอดจนซอมแซม และสรางดเอนเอ สวนทแตกหกเสยหายขนใหม (ดวยเอนไซมหลายๆ ชนด) กสามารถทำาหนาทไดเปนอยางด (เรยกวา ดอยางเหลอเชอ ทเดยวละครบ)

เพราะมฉะนนประชากรโลกในแถบศนยสตรโลก กคงเปนมะเรงผวหนงกนไปหมดแลว

คราวน หากเราจะมาดกนทรปทรงของดเอนเอ กจะพบวา ธรรมชาตไดรงสรรค รปทรง อนแสนเหมาะสมกบงานของ“ ”มนเปนอยางยง กลาวคอ ดเอนเอมลกษณะตามธรรมชาตเปนสายค เปนสายคกนทไมธรรมดามากๆ คอ เปนสายคของดเอนเอทจบกนไดอยางพอเหมาะพอเจาะ (ยงกวากงทองใบหยกเสยอก!) เกาะเกยวกนอย โดย ตกรองปลอง“รองชน กนทกแงมม สองสายของดเอนเอนนจบกน และ บดไปมาคลายกบ บนไดเวยน หรอ หากตดสายดเอนเอ” “ ”แตละทอนออกมาด กจะเหนไดวามลกษณะคลายๆ กบ สปรง ซงจดวาเปนโครงสรางแบบหนงทมความยดหยนสงสด“ ”เลยทเดยว

ขอเดนของสปรงททกทานคงทราบดอยแลว นนกคอ สปรงนนทนทานตอ แรงดง และ แรงกด มากเปนพเศษ เมอ“ ” “ ”เทยบกบโครงสรางแบบอนๆ ทวไป

ถาใครไดลองไปหาเชอกมาสงเกตด อยางทผมบอกไวกอนหนาน กจะเหนลกษณะพเศษของเสนเชอกตางๆ นนกคอ เสนเชอกตางๆ (ยงเสนใหญกจะยงเหนไดชดเจนมากยงขน) มกจะประกอบดวย เสนเชอกทเลกกวา หลาย“ ”เสนมาพนกนอย แตการพนดงกลาวนน ไมใชพนกนอยางไรกไดนะครบ เปนการพนกนอยางเปน ระบบ และ … “ระเบยบ ทแนนอนมากทเดยวละครบ”

รปท 3 (ดานบน) ขดเชอก เกดจากเสนเชอกมาพนกนอยอยางซบซอน และ เปนระเบยบ

รปท 4 (ตรงกลาง) ภายในเกลยวเชอกขนาดยอย กยงมเกลยวเชอกขนาดเลก และ ยอยกวามวนพนกนอย

รปท 5 (ดานลาง) เปรยบเทยบขนาดระหวางเกลยวเชอกทเลกทสดในสาย กบ เกลยวเชอกทพนกนเปนโครงสรางทซบซอนมากขน

หากสงเกตตอไปกจะพบวา เสนเชอกทเลกกวา นน กมกจะประกอบดวย เสนเชอกทเลกยงกวา ลงไปอก “ ” “ ”บางคราวเสนเชอกเสนเลกๆ ทเราใชงานกนอย อาจจะประกอบดวย เสนเชอกทเลกกวาเปนลำาดบถงสามสทอดดวยกน [รปท 3 ถงรป 5] เมอสงเกตเหนเชนนกคงจะเขาใจไดไมยากวา เหตใดเสนเชอกแตละเสน จงทน แรงดง และ แรง“ ” “เคน จากการใชงานไดดนก ”

[รปท 6]

ลองสงเกตดจะเหนถง ความเปนระเบยบ และความซบซอนของการจดเรยง ตวของสายดเอนเอในรปน (ลองเทยบกบรปเสนเชอกกอนหนาน)

คราวนลองดรปท 6 กจะเหนวา ดเอนเอมการจดเรยงตว และ พบตวไปมาคลายๆ กบเสนเชอกอยไมนอยเลยทเดยว โดยหนวยเลกทสดกจะเปนสายของดเอนเอสองสาย จากนนกจะมการพนทบไปมา และ เรมมโปรตนบางอยาง (มกจะเปนโปรตนทมประจเฉลยเปนบวก โดยเฉพาะอยางยงโปรตนจำาพวก ฮสโตน “ ” ) มารวมจบดวย ซงกมผลทำาใหแรงผลก เนองจากประจลบของสายดเอนเอลดนอยลง ทำาใหสามารถพบ และ บดไปมาไดสะดวกมากยงขน โครงสรางทไดจงมขนาดเลก กระทดรดมากยงขน โดยในทายทสด สายดเอนเอจะพนกนจนได โครงสรางทมขนาดใหญทสด (ทมหนาตาคลายปาทองโก) เรยกวา โครโมโซม นนเอง“ ”

[รปท 7]

โครโมโซมมนษยทนำามาเรยงกนเปนคๆ จากใหญไปเลก แตละแทงโครโมโซมทเหนม “รหสพนธกรรม อยนบสบนบรอยลานหนวย”

ดเอนเอทสมบรณครบชด หรอทเรยกวา จโนม (genome) ของมนษยนน มความยาวถง 3 พนลานหนวย หนวยทวาน ศพทวชาการเรยกวาเปน คเบส (base pair) ดเอนเอทงหมดทวากกระจายกนอยในโครโมโซมจำานวน 46 แทงนนเอง [รป 7] ดงนน แตละโครโมโซมจะมหนวยพนธกรรมของเราอยหลายสบลานหนวย (ขนไป) เลยทเดยว

ออ แตวาโครโมโซมแตละเสนของคนเรานน มความสนยาวไมเทากนนะครบ ขนาดโดยคราวๆ กจะเรยงลำาดบจากท…ใหญทสดไปหาเลกทสด ตามลำาดบหมายเลขของโครโมโซมนนเอง กลาวอกนยหนงกคอ โครโมโซมทใหญทสดคอ โครโมโซมหมายเลข 1 และ โครโมโซมทเลกทสดคอ โครโมโซมหมายเลข 22

สวนโครโมโซมอนๆ กมขนาดลดหลนกนไป (ทงนไมรวมโครโมโซม X และ โครโมโซม Y ทเปนโครโมโซมเพศ ซง ไมเขากบกฎเกณฑดงกลาว)

คงจะพอเหนความมหศจรรยของการจดเรยงตว และ รปรางของดเอนเอในระดบตางๆ แลวนะครบ คราวหนาเราจะมดความมหศจรรยในแงอนๆ ของดเอนเอกนตอครบ

แนะนำาหนงสออานเพมเตมคราวนจะขอแนะนำาหนงสอ Genome The Autobiography of a Species in 23 Chapters ของ Matt Ridley (2000, สำานกพมพ Perennial, ISBN 0-06-093290-2) หนงสอเลมดงกลาว ยกเอาเรองตางๆ ทนาสนใจทางวทยาศาสตร (ความจำา, สตปญญา, สญชาตญาณ, ชวต, ความตาย ฯลฯ) มารอยเรยง และ ลำาดบตามความสมพนธของเรองตางๆ ดงกลาวกบยน และ ตำาแหนงของยนบนโครโมโซมทง 23 ชดของมนษย นบเปนหนงสอทม concept นาสนใจ ทงยงเขยนไดดมากๆ เลมหนงครบ ตดอนดบเบสตเซลเลอร อยหลายสปดาหทเดยว (ในตางประเทศ) นอกจากน ยงไดรบคำาชมจากนกวจารณคอนขางมาก เรยกวาเปนงานระดบมาสเตอรพซ ของนกเขยนคนนเลยทเดยว เหมาะกบทงผอานทงทเปนคนทวไป จนกระทงคนในแวดวงวชาการ (ไมวาจะเปนนสต นกศกษา คร อาจารย นกวจย ฯลฯ)

ถาพอจะสนกกบการอานภาษาองกฤษไหว กลองหามาอานดนะครบ

ไปกลบโลกดวงอาทตย 50 รอบ ระยะทางยงนอยกวาความยาวดเอนเอในรางกายเราจะเหนไดนะครบวาในทงสามตอนทผานมา ผมพยายามแสดงใหเหนดวยวธการ และ ตวอยางตางๆ หลายรปแบบดวยกน เพอทจะเนนยำาวา ดเอนเอมขนาดทเลกมากเสยเหลอเกน แตกระนนกยงไดซอนความเปนระเบยบ และ ขอมลพนธกรรมเอาไวอยางเหมาะเจาะลงตว ภายใตรปทรงเกลยวคทสวยสดงดงาม ทำาใหมประโยชน ครบถวนตอการกอเกด และถายทอดลกษณะทางพนธกรรม ซงอาจจะเรยกให อนเทรนด “ ” กตองวา ดเอนเอนน ไมไดสวยแตอยางเพยงอยางเดยว แต สวยอยางมคณคา “ ” (แบบเดยวกบ สโลแกนนางงามสมยน นนแหละครบ)

ถายงจำาไดนะครบ ผมเคยกลาวไวแลววา ดเอนเอทครบชดครบถวนสมบรณ ซงสามารถนำามาใชเปน “ตนแบบ เพอสรางสงมชวตได เรยกกนวาเปน ” จโนม “ (genome)” หนงชด ซงกเปนเรองทนาทง อกนนแหละครบท จโนมทงชดจะสามารถบรรจลงไปในเซลล ซงมขนาดเฉลยในระดบทสายตามนษย แทบจะไมสามารถมองเหนได

[รปท 1] โครโมโซมท 1 ของมนษย แสดงในรปแบบของแผนทยน

ความทวา การจะสรางสงมชวตทมความสลบซบซอนไดนน จะตองมความยาวของดเอนเอทยาวมากพอ (เพอเกบขอมลทางพนธกรรมใหไดมากพอ) ยกตวอยางเชน เซลลมนษยมดเอนเอทเปนองคประกอบในจโนมมากถง 3 พนลานคเบส หรอ 3 พนลาน หนวยยอยทางพนธกรรม“ ” โดยทงหมดทวาน บรรจอยในโครงสรางทชอ โครโมโซม รวม “ ” 23 แทง (ของโครโมโซม) [รป 1]

ออ แคเพยงหนงชดของโครโมโซมนไมเพยงพอนะครบ ตองมถงสองชดดวยกนนะครบ เพราะวาหากมความผด…พลาดเกดขนในยนของโครโมโซมชดหนง จะไดม ยนด หรอยนทยงใชงานไดตามปกต ในโครโมโซมอกชดหนงมา“ ”ชดเชยทดแทน ทำาใหคนเรามโอกาสเปนโรคหลายชนดลดลง นเองเปนสาเหตททำาใหตองระบวา มนษยเรามโครโมโซมรวม 23 ค นนเอง (กลาวอกนยหนงนนกคอ มรวมทงสน 6 พนลานคเบส หรอ 6,000,000,000 (6x109) คเบส ทเดยว)

จำานวนโครโมโซมทวาน ถาหากมเพยงชดเดยวกจะไมเพยงพอ ทจะทำาใหเกดเปนมนษยทสมบรณไดนะครบ สวนหากมมากกวาน หรอ นอยกวาน เชน โครโมโซมเกนมาหรอขาดไปสกแทงหนง ไมวาจะเปนโครโมโซมรางกาย หรอ โครโมโซมเพศ (โครโมโซม X หรอ โครโมโซม Y) หรอ บางครงพบแมกระทงวา เกนมาถงหนงชดโครโมโซมกม ซงลวนแลวแตมผลทำาใหเปนโรคลกษณะตางๆ ซงบางกมอาการรนแรง จนทำาใหเสยชวตตงแตในครรภ หรอ บางกลมตามมาดโลกไดไม

นานกเสยชวตกม แตกมบางบางโรคทความผดปกตมนอยจนแทบไมสงเกตเหน

ซงหากมองแบบชาวพทธทวไปกคงตองวา ทกอยางกเปนไปตามคำาทพระทานสอนนนแหละครบ ทวา … นอยไปกไมด “มากไปกไมด พอดๆ นนแหละด ” (สาธ)

[รปท 2] ดเอนเอทอยในเซลลมนษยหนงเซลลนน ยาวกวาความสงของคนทวไปเสยอก [รปท 3] ดเอนเอหากกวางเทาคน จะยาวขนาดพนรอบโลกไดมากกวา 12 ครง

เมอพจารณาจากขอเทจจรงทวา ระยะหางระหวางเบส (หรอ ระหวางหางระหวางหนวยยอยทางพนธกรรม ดงทวามาขางตน) ของดเอนเอนน มขนาดราว 0.34 นาโนเมตร (หรอ เทากบ 0.34 x 10-9 เมตร) ดงนน หากนำาดเอนเอทงหมดในจโนมของมนษยมาคลออก แลวเรยงตอกนไป จะพบวามความยาวทมากถงราว 2 เมตร (ไดมาจาก 6 x 109 เบสคณกบ 0.34 x 10-9 เมตร) ดงปรากฏใน [รป 2]

พดใหเขาใจงายๆ กคอ ดเอนเอของมนษยเรา ทบรรจอยในเซลลเพยงเซลลเดยว มความยาวทมากกวาความสงโดยเฉลยของคนทวไปทเปนเจาของเซลลนนๆ ดวยซำา

ความยาวขนาดนนาทงมากนอยเพยงใด? กจะขอเปรยบเทยบใหเหนกนชดๆ อกแบบหนงนะครบ หากวาเรามอำานาจวเศษทสามารถเสกใหดเอนเอขยายขนาดขน โดยใหยงคงม สดสวน ระหวางความกวางและ ความยาวคงเดมไม“ ”เปลยนแปลง เมอขยายดเอนเอจนมขนาดความกวางเทาๆ กบ ขนาดของชวงไหล ของคนเรา มนกจะมความยาวใน“ ”ระดบท สามารถนำามาพนรอบโลกไดถง 12 รอบครงเลยทเดยว! ดรปประกอบดง [รป 3]

กลาวอกอยางกคอ หากพนดเอนเอทวาไปรอบโลกดวยความเรวประมาณ 30 วนตอรอบ แมจะพนอย 1 ปเตมๆ

ยงพนไมเสรจ (คอ ไมหมดความยาวของดเอนเอ) เลยครบ

แตวา อยาเชอกนงายๆ ครบ ลองคำานวณดวาผมมวนมหรอเปลา ดเอนเอมความกวางประมาณ 2 นาโนเมตร (2 x 10-

9 เมตร) สวนความยาวกประมาณวาสก 2 เมตร (ดงทคำานวณไวขางบนนนนะครบ) สวนขนาดชวงไหลคนเรา กประมาณใหเปน 50 เซนตเมตรกแลวกน เสนผานศนยกลางของโลกวดทบรเวณศนยสตร กมคาประมาณ 12,756 กโลเมตร (ดงนน รศมกมคาประมาณครงหนงของคาดงกลาว) และ คาเสนรอบวง (รอบโลก) กคำานวณไดจากสตร 2 x pi x r (คา pi มคาประมาณเทากบ 22/7 สวน r กใช คารศมโลก ดงทกลาวไปแลว)

[รป 4] เซลลในรางกายของเรามมากวาดวงดาวในกาแลกซทางชางเผอกเสยอก

คราวน หากเรานำาความมหศจรรยในเรองของ ความยาวของดเอนเอ มารวมกนเขากบความอศจรรยในเรอง จำานวน“ ” “เซลลทประกอบกนเปนรางกายของเรา กจะพบวาเรองราวตางๆ ดจะนาแปลกประหลาดใจมากยงขนไปอก เพราะ ”มนษยเรามเซลลอยอยางมากมายยงคอ มากถง 10 ลานลานเซลล (1013 เซลล) แตอยาไปซเรยสกบตวเลขทวามากนะครบ เอาเปนวามกจะประมาณกนวาอยในราว … 1012 – 1014 เซลล แตจดทนาสนใจกคอ เซลลในรางกายของคนเรา ทประกอบกนเปนเนอเยอและอวยวะตางๆ มมากวาดวงดาวในกาแลกซทางชางเผอกเสยอก ดภาพ [รป 4] ประกอบนะครบ

หากนำาดเอนเอในทกเซลลของรางกายมาตอรวมกน กจะกลายเปนเรองทแทบไมเชอวา จะมความยาวรวมกนแลวมากกวา ระยะทางจากโลกถงดวงอาทตยถงกวา 100 เทาดวยกน

[รป 5] ดเอนเอทงหมดในรางกายของคนเรายาวกวา ระยะทางจากโลกถงดวงอาทตยเปน 100 เทา

ใครไมเชอกลองคำานวณดนะครบ ระยะทางจากโลกถงดวงอาทตย กคอราว 150 ลานกโลเมตร (หรอ 1.5 x 1011 เมตร) ดง [รป 5] หากเปรยบเทยบอกอยางหนงกคอ ความยาวดงกลาวเทยบเทากบ ระยะทางทแสง ซงเปนสงทเดนทางไดเรวทสดเทาทเรารจกกนในปจจบน ดวยสถตสดยอดในจกรวาลคอ ราว 3 แสนกโลเมตร (3 x 108 เมตร) ตอวนาท แตกยงตองใชเวลาเดนทางถง 18 ชวโมงครง จงจะสามารถผานพนความยาวขนาดนไปได!

นแหละครบ ความมหศจรรยอยางแทจรงเรองหนงของดเอนเอ … (อานตอภาค 2)

แนะนำาหนงสออานเพมเตม

คราวนจะขอแนะนำาหนงสอภาษาไทยครบ เลมแรกชอ คคด ครวทยาศาสตร “ ” (พมพรวมเลมครงแรก ม.ค. 2545, สำานกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต)

สวนอกเลมหนงชอ คห ครวทย “ ” (พมพรวมเลมครงแรก ส.ค. 2546, สำานกพมพ ส.ส.ท.) ทงสองเลมเปนผลงานของผเขยนคนเดยวกน คอ ดร. บญชา ธนบญสมบต

หนงสอทงสองเลมน นบเปนขมทรพยสำาหรบคนไทยโดยแท โดยเฉพาะอยางยงสำาหรบผทใฝหากลยทธในการ ทำาเรอง“ยากใหเปนเรองงาย และการ ทำาเรองซบซอนใหสนกสนาน ” “ ” (โดยเฉพาะเรองทางวทยาศาสตร) ซงกแนนอนวา บรรดาครบาอาจารย นกวจย ผทเกยวของกบการสอสารทางวทยาศาสตร (อยางเชน สอมวลชนสาขาตางๆ) และ หองสมด ไมควรพลาดเปนอยางยง แตอนทจรง ผมวานกเรยน นสต นกศกษากนาจะเกบเกยวอะไรตอมอะไรไดไมนอย จากหนงสอทงสองเลมนนะครบ ทานจะเหนตวอยางจากภายในหนงสอทงคดงกลาววา นอกจาก เทคนคการเปรยบเทยบ การยกตวอยาง การเลอกใชสอทเหมาะสม เชน รปภาพ (อยางทผมเองใชอยในคอลมนนแลว) ยงมเทคนคอกเยอะแยะมากมายทนำามาใชได

เกยวกบผเขยน

ดร.นำาชย ชวววรรธน จบ ม.ปลาย จากโรงเรยนเตรยมอดมศกษา และรบทนการศกษาโครงการ พสวท เพอศกษาตอ ป.ตร ดานชววทยา ทคณะวทยาศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย และ ป.โท ดานชวเคม จากมหาวทยาลยมหดล และสำาเรจปรญญาเอก Molecular Genetics จาก Kumamoto University ประเทศญปน

ดร.นำาชย ชวววรรธน ไมเพยงแคเปนหนงในนกวทยาศาสตรฝมอดของศนยพนธวศวกรรมและเทคโนโลยชวภาพแหงชาต แตยงเปนคนทถายทอด เรองราววทยาศาสตรไดอยางดเยยม สนกสนาน ฟงงาย เขาใจงาย นอกเหนอจากผลงานวจย ดร.นำาชย มผลงานดานการเขยน เรองวทยาศาสตรดวยเชนกน ดงเชน สชวตอมตะ

( เทคโนโลยชวภาพและการแพทยศตวรรษท 21), ดเอนเอ ปรศนาลบรหสชวต, จากอณถงอนนต วทยาศาสตรตองร, วทยาศาสตรในสตาร วอรส เปนตน

ดร.นำาชย เปนอกหนงทาน ทขอเปนอกแรง ชวยผลกดน การเผยแพรเรองราววทยาศาสตรดๆ สประเทศไทย ผานวชาการ.คอม

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ขอบคณทมาบทความ: ผเขยนโดย ดร.นำาชย ชวววรรธน และ website วชาการ.คอม