เทคนิคเร่งวิวัฒนาการเอนไซม์คว้ารางวัลโนเบลสาขาเคมี

ศ. ฟรานซีส เอช. อาร์โนลด์ นักวิจัยชาวอเมริกันจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย (แคลเทค) รวมทั้ง ศ. จอร์จ พี. สมิธ จากมหาวิทยาลัยมิสซูรีของสหรัฐฯ และเซอร์ เกรกอรี พี. วินเทอร์ นักวิจัยชาวอังกฤษจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ที่เคยได้รับรางวัลสมเด็จเจ้าฟ้ามหิดลประจำปี 2559 คือผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2018 ร่วมกัน จากผลงานการพัฒนาโปรตีนเช่นเอนไซม์และแอนติบอดีที่เป็นประโยชน์ต่อวงการแพทย์ ยาและเวชภัณฑ์ พลังงาน อุตสาหกรรม รวมทั้งสิ่งแวดล้อม

ศ. อาร์โนลด์ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์หญิงคนที่ 5 ที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี จะได้รับเงินรางวัลครึ่งหนึ่งจากผลงานคิดค้นเทคนิคเร่งวิวัฒนาการของเอนไซม์ให้เกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการ โดยสามารถควบคุมให้กระบวนการระดับโมเลกุลนี้เกิดขึ้นเร็วกว่าในธรรมชาติได้หลายพันเท่า

เอนไซม์นั้นเป็นโปรตีนซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีชนิดหนึ่ง แต่เอนไซม์ที่ได้จากเทคนิคของ ศ. อาร์โนลด์ จะมีความเสถียรและมีประสิทธิภาพสูงกว่าเอนไซม์ที่พบได้ทั่วไป สามารถทำให้เกิดพันธะเคมีที่ไม่สามารถเป็นไปได้ตามธรรมชาติ และมีการนำไปใช้งานในอุตสาหกรรมหลายแขนง ไม่ว่าจะเป็นการผลิตยารักษาโรค เชื้อเพลิงชีวภาพ หรือผงซักฟอกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

เทคนิคดังกล่าวซึ่งเรียกว่า Directed evolution ทำได้โดยการนำชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่เกิดการกลายพันธุ์แบบสุ่ม ใส่เข้าไปในยีนผลิตเอนไซม์ที่ต้องการให้เกิดการเปลี่ยนแปลง จากนั้นนำยีนที่ดัดแปลงแล้วไปใส่ในแบคทีเรีย ซึ่งมันจะใช้ยีนนั้นเป็นต้นแบบในการผลิตเอนไซม์ที่เกิดจากการกลายพันธุ์ออกมาหลาย ๆ แบบ

หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์จะนำเอนไซม์ดังกล่าวมาทดสอบและคัดเลือกเอาเอนไซม์ที่มีคุณภาพตามต้องการในรอบแรก ก่อนจะทำซ้ำกระบวนการทั้งหมดอีกหลายครั้ง ซึ่งเท่ากับเร่งให้เกิดการคัดเลือกตามทฤษฎีวิวัฒนาการของชาร์ลส์ ดาร์วิน เร็วขึ้นนั่นเอง

ส่วน ศ. สมิธ และ ศ.วินเทอร์ ซึ่งจะร่วมกันครองรางวัลโนเบลสาขาเคมีอีกครึ่งหนึ่งนั้น มีผลงานในการพัฒนาเทคนิคที่เรียกว่า Phage display ซึ่งใช้ไวรัสชนิดที่เข้าไปอาศัยและแพร่พันธุ์ในเชื้อแบคทีเรีย (Bacteriophage) เป็นตัวผลิตแอนติบอดีชนิดใหม่ ๆ

แอนติบอดีนั้นเป็นโปรตีนที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึ่งระบบภูมิคุ้มกันร่างกายใช้ต้านทานเชื้อโรคและสิ่งแปลกปลอมที่เป็นอันตราย การคิดค้นแอนติบอดีใหม่ ๆ ด้วยวิธีการนี้ นำไปสู่การผลิตยาหลายขนาน เช่น ยา Adalimumab ซึ่งได้รับอนุมัติในปี 2002 ให้ใช้รักษาโรคข้ออักเสบรูมาตอยด์และโรคสะเก็ดเงิน ปัจจุบันยังมีการนำแอนติบอดีที่ผลิตได้จากเทคนิคนี้ไปใช้เป็นยาต้านพิษ รักษาโรคภูมิคุ้มกันต้านทานตนเอง และมะเร็งระยะลุกลามด้วย

เมื่อปีที่แล้ว ศ.วินเทอร์ ได้เข้ารับพระราชทานรางวัลสมเด็จเจ้าฟ้ามหิดลประจำปี 2559 จากสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี จากผลงานการพัฒนาวิธีดัดแปลงโมเลกุลแอนติบอดีของหนู ให้เป็นโมเลกุลเสมือนแอนติบอดีในมนุษย์ ทำให้สามารถใช้ในการรักษาโรคในมนุษย์ได้

นักวิจัยทั้งสามจะแบ่งปันเงินรางวัล 1 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ (ราว 32 ล้านบาท) ร่วมกัน ซึ่งพิธีมอบรางวัลประจำปีนี้จะมีขึ้นในวันที่ 10 ธันวาคม ที่กรุงสตอกโฮล์ม ประเทศสวีเดน