การบรรยายพิเศษจากนักวิทยาศาสตร์ รางวัลโนเบล สาขาเคมี Prof. Ada Yonath

เมื่อวันที่ 7 สิงหาคม 2557 เวลา 14.00 น. ณ ห้อง L 01 อาคารเรียนรวม (ตึกกลม) คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล พญาไท  ศาสตราจารย์ ดร. ศกรณ์ มงคลสุข คณบดี กล่าวต้อนรับและเปิดงาน การบรรยายพิเศษ จากนักวิทยาศาสตร์ รางวัลโนเบล สาขาเคมี ปีค.ศ. 2009   Prof. Ada Yonath ในหัวข้อ “ความมหัศจรรย์ ของไรโบโซม กับกระบวนการสร้างโปรตีน”

Prof. Ada Yonath ได้เริ่มต้นด้วยการอธิบายความสำคัญของโปรตีน ซึ่งเป็นสารชีวโมเลกุลที่มีจำนวนและหน้าที่ที่หลากหลาย มีความจำเป็นยิ่งยวดต่อการทำงานของเซลล์สิ่งมีชีวิตทุกชนิด และโยงไปถึงการทำงานของไรโบโซม ซึ่งเป็นสารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบไปด้วย RNA (คือสารชีวโมเลกุลในกลุ่ม ribonucleic acid) และโปรตีน   ไรโบโซมมีหน้าที่หลักในการสร้างโปรตีนต่างๆ ในเซลล์สิ่งมีชีวิต โดยจะมีการทำงานร่วมกันกับโปรตีนอีกหลายชนิด เพื่อจะแปลรหัสพันธุกรรมบนสาย mRNA (messenger RNA) ให้เป็นโปรตีน  ทั้งนี้ในเซลล์สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีการเก็บรหัสพันธุกรรมอยู่บนสาย DNA (คือสารชีวโมเลกุลในกลุ่ม deoxyribonucleic acid) ในรูปของนิวคลีโอไทด์เบส 4 ชนิด คือ A, G, C, และ T มีลักษณะเสมือนเป็นตัวอักษร 4 ตัว (ยกเว้นพวก retrovirus ซึ่งเก็บรหัสพันธุกรรมบนสาย RNA โดยใช้นิวคลีโอไทด์เบส 4 ชนิด คือ A, G, C, และ U) มาประกอบเป็นคำ โดยแต่ละคำจะใช้ตัวอักษร 3 ตัว เรียกว่า โคดอน(codon) และแต่ละ codon นี้จะถูกถอดรหัสได้เป็นกรดอะมิโนได้หนึ่งหน่วยจากกรดอะมิโนตามธรรมชาติที่เป็นไปได้ 20 ชนิด  การทำงานของไรโบโซมจึงเป็นการแปลรหัสพันธุกรรมใน DNA ผ่าน mRNA มาเป็นกรดอะมิโนแต่ละตัวต่อกันเป็นสายโพลีเปปไทด์ซึ่งจะมีการขดตัวเป็นโครงสร้างสามมิติเป็นโปรตีนชนิดต่างๆ ตามแต่รหัสของพันธุกรรมนั้นๆ ต่อไป

โครงสร้างของไรโบโซมแบ่งเป็นสองส่วนหลักๆ คือ ยูนิทขนาดใหญ่ (large subunit, ในแบคทีเรียอาจเรียกว่า 50S unit) และยูนิทย่อยขนาดเล็ก (small subunit, ในแบคทีเรียอาจเรียกว่า 30S unit) โดย ยูนิทย่อยขนาดเล็กทำหน้าที่จับกับสาย mRNA ในขณะที่สับยูนิทใหญ่ทำหน้าที่จับกับ tRNA (transfer RNA) และสร้างพันธะเปปไทด์เชื่อมต่อกรดอะมิโนให้เป็นสายโพลีเปปไทด์ โดยที่ tRNA แต่ละชนิดมีความจำเพาะต่อกรดอะมิโนและ codon แต่ละชุด และทำหน้าที่นำกรดอะมิโนที่ถูกต้องสำหรับ codon หนึ่งๆ เข้ามาวางในตำแหน่งที่ไรโบโซมยูนิทขนาดใหญ่สามารถเชื่อมต่อกรดอะมิโนตัวใหม่ที่นำเข้ามานี้ เข้ากับกรดอะมิโนตัวก่อนหน้าบนสายโพลีเปปไทด์ที่กำลังสร้าง และทำหน้าที่ตรวจสอบความถูกต้องของการแปลรหัสดังกล่าว เมื่อการแปลรหัส ณ ตำแหน่ง codon นี้ถูกต้อง ก็จะมีการเลื่อนตำแหน่งของ mRNA และสายโพลีเปปไทด์ที่เกาะบนไรโบโซมนี้ไปในตำแหน่งที่พร้อมจะทำการแปล codon ถัดไป  ความซับซ้อนของการทำงานของไรโบโซมก็คือมันจะต้องทำงานได้อย่างรวดเร็วมาก  และถูกต้องแม่นยำ  ไม่เช่นนั้นจะทำให้สร้างโปรตีนที่ผิดพลาด หรือไม่ทันต่อกระบวนการทำงานของเซลล์สิ่งมีชีวิตจนส่งผลให้ถึงแก่ชีวิตได้ทีเดียว

ทั้งนี้ Prof. Yonath เป็นนักวิจัยที่ทุ่มเทในการศึกษาโครงสร้างสามมิติของไรโบโซมด้วยเทคนิคทางเอกซ์เรย์คริสตัลโลกราฟี จนสามารถหาโครงสร้างของไรโบโซมได้เป็นกลุ่มแรกในโลก โดยความยากของงานวิจัยนี้หลักๆ ก็คือความยากลำบากของการตกผลึกไรโบโซมเพื่อจะนำมาวิเคราะห์ด้วยการยิงรังสีเอกซ์เรย์ ซึ่งมีหลายกลุ่มวิจัยที่พยายามทำแต่ไม่สำเร็จจนต้องล้มเลิกไป  จนเมื่อท่านได้ผลึกมาแล้วยังพบกับปัญหาความไม่เสถียรของผลึกที่ได้ ทำให้ไม่สามารถเก็บข้อมูลการหักเหเอารังสีเอกซ์เรย์ได้ครบถ้วนเพียงพอที่จะใช้หาโครงสร้างสามมิติอีกต่างหาก ยังไม่นับถึงบรรดาคำพูดจากผู้คนมากมายที่ต่างกล่าวว่าการศึกษาดังกล่าวนั้นเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ด้วยเหตุผลต่างๆ ล้วนชวนให้หมดกำลังใจ เช่นไรโบโซมเป็นสารที่มีโมเลกุลใหญ่มากและมีโครงสร้างที่สามารถอยู่ได้ในหลายในรูปแบบ ไม่สามารถเรียงตัวเป็นระเบียบจนตกผลึกได้ เป็นต้น  อย่างไรก็ตาม ท่านก็ไม่ได้ถอดใจ ยังได้พยายามแก้ปัญหาการตกผลึกมาจนท่านประสบอุบัติเหตุ จักรยานล้มทำให้ศีรษะกระแทกและต้องพักรักษาตัวเป็นเวลา 9 เดือน ซึ่งเป็นเวลาที่ท่านได้อ่านหนังสือจนไปพบเรื่องเกี่ยวกับหมีขั้วโลกที่มีการจัดเก็บไรโบโซมของมันเรียงตัวเป็นระเบียบในเซลล์ระหว่างที่มันจำศีลเพื่อรักษาไรโบโซมไม่ให้ถูกทำลายและพร้อมทำงานผลิตโปรตีนได้ ท่านจึงมั่นใจว่าไรโบโซมสามารถจัดเรียงตัวให้เกิดโครงร่างผลึกสามมิติได้ โดยเฉพาะเมื่อหมีนั้นอยู่ในที่หนาวเย็นจัด  จนในที่สุดท่านได้แก้ปัญหา โดยการแยกบริสุทธิ์ไรโบโซมจากแบคทีเรียต่างๆ ที่อาศัยในธรรมชาติที่มีสภาพแวดล้อมสุดโต่ง เช่นจาก Dead sea ซึ่งเป็นทะเลที่มีความเค็มสูง หรือจากบ่อน้ำพุร้อน หรือจากแหล่งที่เย็นจัด เป็นต้น โดยตั้งสมมุติฐานว่าไรโบโซมจากแบคทีเรียเหล่านี้จะต้องมีเสถียรภาพสูงกว่าไรโบโซมจากสิ่งมีชีวิตทั่วไปจนอาจสามารถตกผลึกได้  และยังเป็นคนแรกที่ประยุกต์เทคนิคการแช่แข็งที่อุณหภูมิ –195°C มาใช้กับผลึกสารชีวโมเลกุล เพื่อลดความเสียหายของผลึกไรโบโซมเมื่อถูกยิงด้วยรังสีเอกซ์เรย์ จนสามารถเก็บข้อมูลการหักเหของรังสีเอกซ์เรย์และหาโครงสร้างสามมิติของไรโบโซมได้เป็นผลสำเร็จ

ข้อมูลโครงสร้างสามมิติของไรโบโซมนี้ ช่วยทำให้เข้าใจการทำงานของไรโบโซมในการแปลรหัสพันธุกรรม รวมไปถึงการทำงานของยาปฏิขีวนะหลายกลุ่ม ที่ออกฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรียโดยการยับยั้งการทำงานของไรโบโซมของแบคทีเรียนั้นๆ (โดยไม่ยับยั้งการทำงานของไรโบโซมในคน ซึ่งมีโครงสร้างสามมิติแตกต่างกันเล็กน้อย) ผ่านการจับกับไรโบโซมที่ตำแหน่งต่างๆ ซึ่งนำไปสู่การพัฒนายาที่ดีขึ้น เพื่อสู้กับเชื้อแบคทีเรียที่เกิดการดื้อยา ด้วยเหตุที่แบคทีเรียมีการเปลี่ยนโครงสร้างไรโบโซมของมันจนยาเดิมไม่สามารถจับและยับยั้งการทำงานของไรโบโซมที่เปลี่ยนไปได้

นอกจากนี้ Prof. Yonath ยังกล่าวขอบคุณผู้บริหารสถาบันที่ท่านทำงาน ซึ่งคอยสนับสนุนและให้กำลังใจเรื่อยมาจนประสบความสำเร็จ ตลอดจนบรรดานักวิจัยต่างๆ ที่ทำงานร่วมกับท่าน และท้ายสุด ได้ฝากข้อความถึงกลุ่มสตรีที่มีความสนใจทางวิทยาศาสตร์ว่าถ้ามีความตั้งใจจริง ก็สามารถที่จะบริหารชีวิตให้ทำงานวิจัยที่ดี ทั้งยังเป็นแม่บ้านและคุณแม่ที่ดีได้อีกด้วย

ในการบรรยายพิเศษครั้งนี้ ได้รับความสนใจจากมีนักเรียน นักศึกษา คณาจารย์ และบุคคลที่สนใจเข้าร่วมฟังมากกว่า 300 คน