คณะกรรมการโนเบลแห่งสถาบันแคโรลินสกา (The Nobel Assembly at Karolinska Institutet) ประเทศสวีเดน ได้ประกาศรายชื่อนักวิทยาศาสตร์ซึ่งสร้างผลงานอันโดดเด่นและเป็นประโยชน์ต่อมวลมนุษยชาติที่ได้รับรางวัลโนเบลในสาขาสรีรวิทยา หรือแพทยศาสตร์ ประจำปี 2017 เมื่อวันที่ 2 ตุลาคมที่ผ่านมา
โดยรางวัลในปีนี้ตกเป็นของเจฟฟรีย์ ซี ฮอลล์ (Jeffrey C. Hall), ไมเคิล รอสบาช (Michael Rosbash) และไมเคิล ดับบลิว ยัง (Michael W. Young) สามนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน สำหรับการค้นพบกลไกระดับโมเลกุลที่ควบคุมนาฬิกาชีวภาพในรอบวัน (Circadian Rhythm) ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ทั้งสามท่านจะได้รับเหรียญรางวัล ใบประกาศนียบัตร และเงินรางวัลรวม 10 ล้านโครน หรือราว 40 ล้านบาท ซึ่งจะต้องแบ่งกันคนละ 1 ใน 3 ส่วน
ทำความรู้จัก ‘นาฬิกาชีวภาพ’
การที่เรารู้สึกง่วงนอนตอนกลางคืน ตื่นเช้ามาด้วยความสดใส บางคนอาจจะอยากเข้าห้องน้ำในช่วงเวลานั้น พอช่วงเที่ยงหลายคนจะเกิดความหิว บ่ายแก่ๆ จะเริ่มเพลีย ช่วงหัวค่ำเป็นเวลาพักผ่อน และเข้านอนตอนกลางคืน
ที่ยกตัวอย่างมานี้เป็นเพียงพฤติกรรมที่สังเกตได้จากภายนอก แต่ภายในร่างกายของเราเองก็เกิดความเปลี่ยนแปลงไปมาระหว่างวันเช่นเดียวกัน ฮอร์โมนคอร์ติซอล (Cortisol) ที่จะทำให้เรารับมือกับความเครียดได้ดีจะหลั่งช่วง 6 โมงเช้า ความดันเลือดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วง 10 โมง เราจะตอบสนองต่อสิ่งเร้าได้เร็วที่สุดในช่วงบ่าย ส่วน 6 โมงเย็นจะเป็นช่วงเวลาที่ร่างกายมีอุณหภูมิสูงที่สุด ฮอร์โมนเมลาโทนิน (Melatonin) ที่ทำให้เรารู้สึกง่วงนอนจะหลั่งช่วงก่อนเที่ยงคืน และราวตี 4 อุณหภูมิของร่างกายจะลดลงต่ำที่สุด
ทั้งหมดที่ว่ามานี้คือการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรม การหลั่งฮอร์โมน และสรีรวิทยาของร่างกายในรอบหนึ่งวันที่ทำให้มนุษย์สามารถรับมือกับช่วงเวลากลางวัน-กลางคืนได้อย่างเหมาะสม นักวิทยาศาสตร์พบว่าความสามารถนี้ไม่เพียงพบได้แต่ในมนุษย์ แต่ยังพบในสัตว์ พืช ไปจนถึงจุลินทรีย์ จนกล่าวได้ว่าไม่มีสิ่งมีชีวิตชนิดไหนบนโลกที่ไม่มีนาฬิกาชีวภาพ หรือ Biological Clock ในร่างกาย
การปรับสภาพของร่างกายในรอบวันเกิดจากการหมุนรอบตัวเองของโลกที่ทำให้เกิดช่วงเวลากลางวัน-กลางคืน ซึ่งมีความแน่นอนมานานนับพันล้านปีแล้ว สภาพแวดล้อมมีความเปลี่ยนแปลงไปตามช่วงเวลาต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นปริมาณแสง อุณหภูมิ ความชื้น กระแสลม ฯลฯ สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บนโลกจึงต้องมีนาฬิกาชีวภาพภายในร่างกายที่ต้องปรับให้เดินไปพร้อมกับการหมุนของโลก
ไขความลับระดับโมเลกุลด้วยการศึกษายีนในแมลงหวี่
นักวิทยาศาสตร์ทำการศึกษามาตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 แล้วว่า ต้นไมยราบจะกางใบออกช่วงกลางวันและหุบใบตอนกลางคืน และเมื่อนำไมยราบไปไว้ในที่มืดตลอดเวลา มันก็จะยังคงกางใบและหุบใบอยู่เหมือนเดิม แสดงให้เห็นว่าไมยราบมีนาฬิกาชีวภาพคอยควบคุมอยู่โดยไม่ขึ้นกับแสง
ต่อมาเมื่อความรู้ด้านชีววิทยาระดับโมเลกุลพัฒนามากขึ้น ช่วงทศวรรษที่ 1970 ซีมัวร์ เบนเซอร์ (Seymour Benzer) และลูกศิษย์ ได้ศึกษายีนที่ควบคุมนาฬิกาชีวภาพในแมลงหวี่ พวกเขาพบว่าการกลายพันธุ์ในยีนที่ยังไม่ทราบตำแหน่งที่แน่ชัดทำให้แมลงหวี่มีวงรอบวันที่เปลี่ยนแปลงไป ยีนนี้จึงได้ชื่อว่าพีเรียด (Period) ที่แปลว่าคาบของเวลา
ในปี 1984 เจฟฟรีย์ ฮอลล์ และไมเคิล รอสบาช ทำการไขปริศนาว่ายีน Period นี้มีบทบาทต่อการควบคุมวงรอบวันอย่างไร
ยีน Period จะเป็นแม่แบบให้เกิดการสร้างโปรตีน PER ขึ้นมาในตอนกลางคืน พอตอนเช้าปริมาณโปรตีน PER ที่สั่งสมมาจะเข้าไปยับยั้งการสร้างตัวมันเองในนิวเคลียสของเซลล์ จากนั้นโปรตีน PER จะถูกทำลายลง ยีน Period จึงกลับมาทำงานได้อีกครั้ง วงจรนี้เองที่ทำให้โปรตีนสามารถควบคุมระดับการสร้างตัวมันเองได้ แต่กลไกนี้ก็ยังขาดจิ๊กซอว์ชิ้นสำคัญ นั่นก็คือกระบวนการขนส่งโปรตีน PER เข้าไปในนิวเคลียสที่ยังเป็นปริศนา
อีก 10 ปีต่อมา ไมเคิลยังพิสูจน์ได้ว่าวงจรรอบวันในระดับโมเลกุลนี้ยังต้องอาศัยโปรตีน TIM อีกตัวหนึ่ง โดยโปรตีน TIM จะเข้าไปจับกับโปรตีน PER แล้วพากันเข้าสู่นิวเคลียสจนสามารถยับยั้งการสร้างโปรตีน PER ได้นั่นเอง
งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบลทั้ง 3 ท่านนี้จึงเป็นการเปิดประตูให้กับการศึกษาการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับเซลล์หรือร่างกายสิ่งมีชีวิตอย่างเป็นวงรอบ หรือที่เรียกวิชา Chronobiology จนนำไปสู่การค้นพบยีนอื่นๆ เพิ่มเติมอีกมาก รวมถึงวงจรที่เกิดขึ้นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอย่างมนุษย์ และกลไกในระดับโมเลกุลที่แสดงให้เห็นว่าปริมาณแสงในช่วงวันจะไปปรับนาฬิกาชีวภาพให้ตรงกับจังหวะการหมุนรอบตัวเองของโลก
นาฬิกาชีวภาพกับสุขภาพ
ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์พบว่านาฬิกาภายในร่างกายของเราจะช่วยควบคุมพฤติกรรม ระดับฮอร์โมน การนอนหลับ อุณหภูมิของร่างกาย และการเผาผลาญอาหารให้เหมาะสมกับช่วงเวลาต่างๆ ของวันอย่างแม่นยำ
ความไม่สอดประสานกันระหว่างนาฬิกาชีวภาพกับนาฬิกาของโลกจะทำให้เกิดปัญหาต่างๆ ตามมามากมาย ไม่ว่าจะเป็นอาการเจ็ตแล็กที่นักเดินทางข้ามเส้นเวลาทั้งหลายต้องเคยประสบพบเจอ การอดนอนและโรคนอนไม่หลับที่ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลง ไม่เว้นแม้แต่เจ้าหน้าที่รักษาความปลอดภัย หนุ่มสาวโรงงาน คนขับรถทางไกล พนักงานร้านอาหารที่เปิด 24 ชั่วโมง และผู้ให้บริการด้านสุขภาพ (อย่างแพทย์หรือพยาบาล) ซึ่งต่างก็ต้องทำงานกะดึกจนมีโอกาสเผชิญกับภาวะนาฬิกาในร่างกายที่ผิดปกติไปเช่นกัน
หลักฐานจากการศึกษาวิจัยจำนวนมากชี้ว่า บุคคลที่มีปัญหาด้านการปรับนาฬิกาชีวภาพจะมีความเสี่ยงต่อการเป็นโรคหัวใจและหลอดเลือด เบาหวาน โรคอ้วน มะเร็ง และโรคที่เกิดจากความเสื่อมของสมองมากกว่าคนทั่วไป
โมงยามแห่งความเจริญรุ่งเรืองที่ทำให้วิถีชีวิตของมนุษย์ห่างไกลจากความกลมกลืนไปกับจังหวะของธรรมชาติมากขึ้นทุกทีจึงก่อให้เกิดผลร้ายต่อสุขภาพของเราตามมา
ความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างยีน พฤติกรรม และสิ่งแวดล้อมอย่างลึกซึ้งที่นักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบลทั้ง 3 ท่านได้สร้างรากฐานเอาไว้ อาจทำให้เราค้นพบวิธีการใหม่ๆ ในการรักษาและสร้างเสริมสุขภาพที่ถดถอยลงไปอันเกิดจากความผิดปกติของนาฬิกาชีวภาพอย่างเป็นองค์รวมได้ในที่สุด
อ้างอิง:
