โดย…ดร.นิพนธ์ เอี่ยมสุภาษิต

       กลุ่มวิจัยที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (Massachusetts Institute of Technology – MIT) นำโดย Christopher Voigt, Daniel I.C Wang เป็นศาสตราจารย์ด้านเทคโนโลยีชีวภาพขั้นสูง ได้ทำงานวิจัยเพื่อพัฒนาธัญพืช (cereal crops)ให้ตรึงไนโตรเจน ซึ่งใกล้ความเป็นจริง

         ในการพัฒนาธัญพืชที่ตรึงไนโตรเจน นักวิจัยใน Voigt Lab ได้กำหนดยีนเป้าหมายเฉพาะที่มีอยู่ในแบคทีเรียตรึงไนโตรเจน (nitrogen-fixing bacteria)ที่ทำงานร่วมกับพืชตระกูลถั่วแบบ symbiotic หรือที่อาศัยอยู่ร่วมกัน และเรียกยีนนั้นว่า “ยีนนิฟ” (nif genes) ยีนเหล่านี้ทำให้เกิดการแสดงออกของโครงสร้างโปรตีนในกลุ่ม Nitrogenase ที่ตรึงไนโตรเจนจากอากาศ

          อย่างไรก็ตามงานด้านพันธุวิศวกรรมนี้เป็นความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญเนื่องจากเส้นทางของ nif (nif pathway)มีขนาดใหญ่มากและเกี่ยวข้องกับยีนต่าง ๆ มากมาย การถ่ายโอนกลุ่มยีนขนาดใหญ่ เป็นงานที่ยากและไม่เพียงแต่ต้องให้นักวิจัยทำการถ่ายโอนยีนดังกล่าวแล้ว แต่ยังทำซ้ำส่วนประกอบของเซลล์ (replicate the cellular components)ที่รับผิดชอบในการควบคุมเส้นทางดังกล่าว

       สิ่งนี้นำไปสู่การวิจัยที่ท้าทาย จุลินทรีย์ที่รับผิดชอบในการตรึงไนโตรเจนในพืชตระกูลถั่วคือแบคทีเรีย ซึ่งเป็นโปรคาริโอต หรือ สิ่งมีชีวิตที่ไม่มีโครงสร้างอื่นที่มีเยื้อหุ้มและไม่มีเยื่อหุ้มนิเคลียส ในขณะที่การแสดงออกของยีนนั้นแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงเมื่ออยู่ในพืชซึ่งเป็นยูคาริโอต หรือเป็นสิ่งมีชีวิตที่เซลล์มีนิวเคลียสและโครงสร้างอื่นอยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์ การปรับรื้อเส้นทางของ nif ในยูคาริโอตนั้น เท่ากับเป็นการยกเครื่องใหม่ทั้งระบบอย่างสมบูรณ์ ห้องปฏิบัติการ Voigt ได้พบวิธีการแก้ปัญหาและกำหนดเป้าหมายโครงสร้างอื่น ที่อยู่ภายในเซลล์โดยเฉพาะคลอโรพลาสต์และไมโตคอนเดรีย(mitochondria)

      จากนั้นทีมงานได้ออกแบบระบบจัดส่งยีนไนโตรเจนเนส (nitrogenase gene delivery system)โดยใช้ยีสต์ ซึ่งพวกเขาได้ใส่ยีนไนโตรเจนเนสในนิวเคลียสของยีสต์ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อให้mitochondria ทำการหลอมรวมของเปปไทด์ (peptide fusions)และส่งผลให้สิ่งมีชีวิตในกลุ่มยูคาริโอตแรก ได้แสดงให้เห็นถึงการก่อตัวของโครงสร้างโปรตีนที่มีไนโตรเจน(nitrogenase structural proteins)

     งานวิจัยนี้ได้ผลลัพธ์ที่ก้าวล้ำและเคลื่อนเข้าใกล้ความเป็นจริงที่ธัญพืชสามารถตรึงไนโตรเจนได้ (nitrogen-fixing cereals) ทีมวิจัยได้สร้างความคืบหน้าโดยการตั้งเป้าไปที่ไมโตคอนเดรีย เพื่อสร้าง nitrogenase และสามารถแสดงอย่างสมบูรณ์ของ NifDK tetramer ซึ่งเป็นโปรตีนสำคัญในกลุ่ม nitrogenase ในไมโตคอนเดรียของยีสต์ แม้จะมีความคืบหน้า แต่ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำ

      ครับ ก็คงไม่พ้นความพยายามของนักวิทยาศาสตร์ ที่ต้องการสร้างสิ่งที่ดีให้กับมนุษยชาติ

       อ่านเพิ่มเติมได้ที่ http://news.mit.edu/2020/making-real-biotechnology-dream-nitrogen-fixing-cereal-crops-0110