รางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 2015

By: terminus
Writer
on Wed, 07/10/2015 - 18:15

วันนี้ (วันที่ 7 ตุลาคม 2015) ที่ประชุมคณะกรรมการรางวัลโนเบล ณ ราชสมาคมวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน กรุงสตอกโฮล์ม ได้ประกาศมอบรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2015 ให้แก่นักวิทยาศาสตร์ 3 ท่าน คือ Tomas Lindahl, Paul Modrich และ Aziz Sancar เนื่องด้วยผลงานการศึกษากลไกการซ่อมแซม DNA

นับตั้งแต่การค้นพบ DNA และหน้าที่ของมันในฐานะสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต นักวิทยาศาสตร์ก็เชื่อว่า DNA เป็นโมเลกุลที่เสถียรมากพอ มิฉะนั้นแล้วพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตจะกลายพันธุ์อย่างรวดเร็วเลยเถิดจนไม่สามารถเกิดวิวัฒนาการได้อย่างสมดุล แต่ในราวปี 1970 Tomas Lindahl เริ่มจะสงสัยในข้อสรุปที่ทึกทักเอาจากผลไปหาเหตุแบบนี้ เพราะเขาค้นพบว่า DNA ในแบคทีเรียโดยเฉพาะที่ลำดับเบส Cytosine มีความเสียหายเกิดขึ้นได้บ่อยๆ Cytosine มักจะสูญเสียหมู่อะมิโนแล้วกลายเป็นเบสอีกตัวที่ชื่อ Uracil คราวนี้ Uracil ก็จะเข้าคู่กับ Adenine แทน ทำให้ลำดับเบสผิดเพี้ยนไปจากเดิม (Cytosine จะจับคู่กับ Guanine) แต่ Tomas Lindahl พบว่ามันน่าแปลกประหลาดมากที่ความผิดเพี้ยนลักษณะนี้ส่วนใหญ่ไม่ถูกส่งผ่านไปยังแบคทีเรียรุ่นต่อไป แปลว่าแบคทีเรียต้องมีกลไกอะไรสักอย่างที่แก้ไขความเสียหายในพันธุกรรมของตัวเอง

Tomas Lindahl ค้นคว้าทดลองลงลึกไปจนค้นพบเอนไซม์ที่ชื่อว่า glycosylase เอนไซม์ตัวนี้มีหน้าที่ตรวจหาเบส Uracil ใน nucleotide ของ DNA ถ้าเจอปุ๊บ มันก็จะตัดเบสตัวนั้นทิ้ง เหลือ nucleotide ไร้เบสโล่งๆ ตรงตำแหน่งนั้น รอให้เอนไซม์อีกตัวเข้ามาตัดซาก nucleotide ไร้เบสออกไป และเอา nucleotide ที่มีเบส Cytosine ถูกต้องเข้ามาเติมเต็ม กระบวนการนี้เรียกว่า "Base excision repair"

  • Lindahl, T. (1974) An N-Glycosidase from Escherichia coli That Releases Free Uracil from DNA Containing Deaminated Cystosine Residues, Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 71(9), 3649–3653

base excision repair

หลังจากที่ Tomas Lindahl ค้นพบว่า DNA มีความเสียหายได้และสิ่งมีชีวิตมีกลไกการซ่อมแซม DNA มันก็นำไปสู่ข้อสงสัยอีกว่าความเสียหายแบบอื่นที่ไม่ใช่การเสียหมู่อะมิโนของ Cytosine เช่น ความเสียหายจากรังสี UV จะถูกซ่อมอย่างไร คำถามนี้ได้รับคำตอบโดยผลการศึกษาที่เสนอโดย Aziz Sancar ในปี 1983

Aziz Sancar ทำการทดลองกับแบคทีเรียที่มียีนกลายพันธุ์ uvrA, uvrB และ uvrC จนในที่สุดก็พบว่า Thymine dimer ซึ่งเกิดขึ้นบนสาย DNA ที่โดนรังสี UV จะกระตุ้นในเกิดกระบวนการซ่อมแซมที่เรียกว่า "Nucleotide excision repair" กระบวนการนี้เริ่มด้วยการใช้เอนไซม์ตัด nucleotide ที่มี Thymine dimer ออกไป แต่มันไม่ได้ตัดเฉพาะตำแหน่งนั้น เอนไซม์จะเหมาตัด nucleotide ข้างๆ ออกไปด้วย ส่วนที่ถูกตัดจะมีความยาวประมาณ 12-13 nucleotides ทำให้เหลือเป็นช่องว่างโล่งๆ จากนั้น DNA polymerase ก็จะใช้ DNA อีกเส้นเป็นแม่แบบเติมเต็มเส้น DNA โล่งๆ ตรงนั้น

  • Sancar, A. and Rupp, W. D. (1983) A Novel Repair Enzyme: UVRABC Excision Nuclease of Escherichia coil Cuts a DNA Strand on Both Sides of the Damaged Region, Cell, 33(1), 249–260.

nucleotide excision repair

ส่วนคนสุดท้าย Paul Modrich ค้นพบกระบวนการซ่อมแซมที่เรียกว่า "Mismatch repair" ซึ่งเป็นการแก้ไขลำดับเบสที่จับคู่กันผิดเพี้ยนให้ถูกต้อง

ในการจำลองตัวเองของ DNA แต่ละครั้ง จะมีเบสจำนวนหนึ่งจับคู่ผิด นั่นคือ Adenine ไปจับกับ Cytosine (ที่ถูกต้องจับกับ Thymine), หรือ Guanine ไปจับกับ Thymine (ที่ถูกต้องจับกับ Cytosine) การจับคู่ผิดแบบนี้เล่นเอานักชีววิทยางุนงงว่าเซลล์สิ่งมีชีวิตรู้ได้อย่างไรว่าเบสตัวไหนในคู่ที่มันผิด

การทดลองของทีมวิจัย Paul Modrich ใช้เทคนิคทางชีวเคมีสร้าง DNA ที่มีคู่เบสผิดคู่จำนวนมากแล้วใช้ไวรัสนำ DNA ผิดปกตินี้เข้าไปในแบคทีเรีย จนในที่สุดพวกเขาก็เจอว่าเคล็ดลับที่ทำให้เซลล์แยกแยะ DNA เส้นที่มีเบสถูกต้องคือองค์ประกอบเล็กๆ ที่เรียกว่าหมู่ methyl (-CH3) นั่นเอง ก่อนที่ DNA จะจำลองตัวเอง มันจะมีกระบวนการที่เรียกว่า DNA methylation ซึ่งเข้าไปเติมหมู่ methyl ไว้บนสาย DNA เพื่อให้เซลล์จำได้ว่านี่คือ DNA เส้นเดิม (ที่มีเบสถูกต้อง) หลังจากนั้นเมื่อ DNA จำลองตัวเองแล้วมีคู่เบสผิดคู่เกิดขึ้น เซลล์ก็จะใช้ DNA เส้นเดิมที่มีหมู่ methyl แปะอยู่เป็นตัวตรวจสอบความถูกต้อง nucleotide บน DNA เส้นที่ไม่มีหมู่ methyl จะถูกตัดตรงตำแหน่งความผิดพลาดแบบเหมายกส่วน (คล้ายกับ Nucleotide excision repair) แล้วรอให้ DNA polymerase มาเติมเต็มช่องว่างนั้น

  • Lahue, R. S, Au, K. G. and Modrich, P. (1989) DNA Mismatch Correction in a Defined System, Science, 245(4914), 160–164.

mismatch repair

เงินรางวัล 8 ล้านโครนสวีเดนจะแบ่งให้ทั้งสามท่านเท่าๆ กัน

ที่มาข่าวและภาพ - Nobel Prize Press Release

4 Comments

Kittichok's picture

ผม (ที่ไม่มีความรู้เคมี) คาดหวังว่าความรู้นี้จะช่วยในเรื่องป้องกันความผิดปกติทางพันธุกรรมได้นะครับ

hisoft's picture

อันนั้นน่าจะเกิดตั้งแต่ตอนปฏิสนธิเสร็จนะครับ พอเริ่มแบ่งเซลล์ไปแล้วนี่ไม่น่าทำอะไรได้แล้ว

The Phantom Thief

terminus's picture

ขอบคุณที่เตือนครับ

ผมอัพขึ้น Google Photo อะครับ แล้วกดเลือก copy image URL มาวาง เมื่อก่อนมันให้ลิงค์ไฟล์รูปมา ตอนนี้มันเป็นลิงค์อะไรไม่รู้ๆ ยาวๆ ผมเพิ่งสังเกตว่าพอ log out ออกจาก Google รูปก็ไม่ขึ้น

GOOGLE = EVIL