วันที่ 26 กุมภาพันธ์ ค.ศ.1869 (ตรงกับรัชสมัยพระปิยมหาราช) ที่เมือง Tübingen ในเยอรมนี แพทย์หนุ่มชาวสวิสชื่อ Friedrich Miescher ซึ่งเพิ่งเข้ามาตั้งรกรากอยู่ที่เมืองได้นาน 3 เดือน ได้เขียนจดหมายถึงลุง และกล่าวถึงการพบสารชนิดหนึ่งที่ตนมั่นใจว่ามาจากนิวเคลียสของเซลล์ และสารนี้มีองค์ประกอบที่แตกต่างจากโปรตีนหรือสารอื่นๆ ทุกชนิดที่ทุกคนรู้จักในขณะนั้น
สิ่งที่ Miescher พบคือ DNA (Deoxyribonicleic acid) ซึ่งอยู่ในโครโมโซม (chromosome) และเป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่จะถูกส่งต่อไปยังลูกหลานโดยกระบวนการถ่ายทอดทางพันธุกรรม นี่จึงเป็นการพบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดชิ้นหนึ่งในประวัติวิทยาศาสตร์ เพราะอีก 150 ปีต่อมา DNA ได้ทำให้มนุษย์เข้าใจธรรมชาติของชีวิต และได้ปฏิรูปวิทยาการด้านแพทยศาสตร์อย่างที่ Miescher เองก็ไม่คิดว่าจะเป็นไปได้
Johann Friedrich Miescher เกิดเมื่อปี 1844 (ตรงกับรัชสมัยพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว) ชื่อเต็มของ Miescher มี Johann นำหน้า แต่ในเวลาต่อมาคำๆ นี้ถูกตัดออก โลกจึงรู้จักเขาในนาม Friedrich Miescher บิดาและน้าชาย Wilhelm His เป็นแพทย์และศาสตราจารย์กายวิภาคศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Pascal ในสวิตเซอร์แลนด์ Miescher เล่าว่า ในวัยเด็กบิดามักเชิญนักวิชาการมาพบปะและเสวนากันที่บ้านบ่อย ทำให้ Miescher รู้สึกสนใจและตั้งใจจะมีอาชีพแพทย์ ดังนั้น เมื่ออายุ 17 ปี จึงตัดสินใจเรียนแพทย์ และสำเร็จการศึกษาในอีก 6 ปีต่อมา
ในเบื้องต้น Miescher ตั้งใจจะประกอบอาชีพเป็นแพทย์เหมือนบิดา แต่ได้พบว่า หูมีอาการอักเสบ ทำให้ไม่สามารถได้ยินเสียงชัด จึงมีปัญหาเวลาตรวจโรคเวลาใช้หูฟัง ทำให้ต้องหาทางออกโดยการเป็นนักวิจัยแทน ตามคำแนะนำของน้าชาย ซึ่งกำลังสนใจการทำงานของเนื้อเยื่อในร่างกาย Miescher จึงเริ่มศึกษาวิชาชีวเคมีของเนื้อเยื่อ
ในฤดูใบไม้ผลิของปี 1868 Miescher ได้เดินทางไป Tübingen ในเยอรมนีเพื่อทำงานวิจัยชีวเคมีร่วมกับ Adolf Strecker และ Felix Hoppe-Seyler ซึ่งมีชื่อเสียงโด่งดังมากจากการศึกษาสมบัติของ hemoglobin
ก่อนนั้น 2 ปี Ernst Haeckel ได้เคยเสนอข้อคิดว่านิวเคลียสของเซลล์อาจมีองค์ประกอบที่มีหน้าที่ควบคุมการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและ Hoppe-Seyler ก็มีความเห็นในทำนองเดียวกัน จึงแนะนำให้ Miescher ศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของเซลล์สัตว์โดยใช้ lymphocyte ซึ่งเป็นเซลล์เม็ดเลือดขาวที่ได้จากต่อมน้ำเหลือง แต่เขาพบว่าการสกัดเซลล์ชนิดนี้เพื่อนำมาทำให้บริสุทธิ์ในปริมาณมากนั้น เป็นเรื่องที่ทำได้ยาก ทางเลือกต่อไปคือให้หันไปศึกษาเซลล์ leukocyte ที่พบในหนองและน้ำเหลืองแทน
ในยุคนั้นแพทย์ยังไม่มียาป้องกันแผลเน่า ดังนั้น Miescher จึงไม่มีปัญหาใดๆ ในการหาหนองจากแผลคนไข้ที่โรงพยาบาลในเมือง Tübingen และได้เริ่มแยกเซลล์ leukocyte จากผ้าพันแผลที่เปื้อนหนอง โดยใช้น้ำเกลือ กรด ด่าง และแอลกอฮอล์หลายชนิดมาชะ แล้วใช้กล้องจุลทรรศน์ส่องดูสิ่งที่ได้ จากนั้นก็แยก protein และ lipid ออกจากเซลล์ เพราะ Miescher เชื่อว่า ถ้ารู้ชนิดของโปรตีนก็จะทำให้รู้ว่า เซลล์ทำงานอย่างไร แต่โปรตีนที่เขาพบมีความซับซ้อนและมีความแตกต่างอย่างหลากหลายจนไม่สามารถจัดแยกเป็นกลุ่มได้ และในขั้นตอนของการวิเคราะห์นั่นเอง Miescher ได้พบสารชนิดหนึ่งที่มีสมบัติประหลาดมาก คือ เวลาสารนั้นสัมผัสสารละลายที่เป็นกรดเกลือเจือจางมันจะตกตะกอน และมีลักษณะเหมือนนิวเคลียสอิสระ ครั้นเมื่อเติมไอโอดีนลงไป นิวเคลียสจะปรากฏสี นั่นแสดงว่า โปรตีนได้ถูกสกัดออกจนหมดสิ้นแล้ว ครั้นเวลาเติมสารละลายที่มีฤทธิ์เป็นด่างมากขึ้นลงไป นิวเคลียสจะพองตัว แต่ไม่ละลาย
ในขั้นตอนต่อไปของการศึกษาสมบัติของสารประหลาดนั้น Miescher จำต้องทำให้สารบริสุทธิ์ก่อน และได้พบว่า ต้องดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำเพื่อไม่ให้สมบัติของสารสลาย ในเบื้องต้นเขาเอาผ้าพันแผลที่ชุ่มหนองมาล้างด้วยสารละลาย sodium sulfate ที่เจือจางเพื่อชะเซลล์เม็ดเลือดขาวออกมา จากนั้นก็นำสิ่งที่ได้ไปกรองเพื่อกำจัดเศษใยผ้าพันแผล หลังจากที่ปล่อยให้เซลล์ตกตะกอนที่ก้นภาชนะเป็นเวลาหลายชั่วโมง Miescher ได้นำเซลล์มาตรวจเพื่อให้มั่นใจว่ามันยังคงมีสภาพเหมือนเดิม แล้วได้นำไปล้างด้วยแอลกอฮอล์อุ่นหลายครั้งเพื่อกำจัดผนังเซลล์และ lipid
จากนั้น Miescher ได้นำกระเพาะหมูมาล้างด้วยกรดเกลืออย่างอ่อนเพื่อให้ได้สารละลายที่มีเอนไซม์ pepsin ที่จะทำหน้าที่ย่อยโปรตีน แล้วนำไปแช่เซลล์เป็นเวลา 18-24 ชั่วโมงที่อุณหภูมิไม่สูง เมื่อถึงขั้นนี้ เซลล์ได้เปลี่ยนสภาพเป็นตะกอนของนิวเคลียสอิสระคือเป็นตะกอนสีเทา ที่แยกตัวจากของเหลวสีเหลืองอ่อน
Miescher นำนิวเคลียสอิสระที่ได้มาเขย่าด้วย ether หลายครั้งเพื่อกำจัด lipid ส่วนที่หลงเหลืออยู่ แล้วนำไปล้างน้ำ จากนั้นก็นำไปทดสอบด้วย iodine ครั้นเมื่อส่องดูด้วยกล้องจุลทรรศน์ก็พบว่า สิ่งที่เห็นไม่มีสีใดๆ นั่นแสดงว่าสิ่งที่ได้ไม่มีโปรตีนเหลืออยู่เลย
จึงไปล้างด้วยแอลกอฮอล์อุ่น แล้วเติมสารละลายด่างของ sodium carbonate ลงไป เขาสังเกตเห็นว่านิวเคลียสจะบวมเป่งและดูใส ครั้นใส่กรดลงไป ก็ได้ตะกอนที่ไม่ละลายน้ำกลับคืนมาอีก
นี่เป็นสารชนิดใหม่ที่มิใช่โปรตีน Miescher จึงเรียกมันว่า nuclein ซึ่งมีนัยยะว่าเป็นโปรตีนที่แยกได้จากนิวเคลียส (การตั้งชื่อโปรตีนในสมัยนั้นมักลงท้ายด้วย –in) หลังจากที่มั่นใจในฤดูใบไม้ร่วงปี 1869 Miescher ได้เดินทางกลับ Basel เพื่อพักผ่อน และเริ่มเรียบเรียงงานวิจัยชิ้นแรกในชีวิต ซึ่งตั้งชื่อว่า “การวิเคราะห์องค์ประกอบเคมีของ leukocyte” และรู้สึกเชื่อว่า สิ่งที่พบนี้ (nuclein) มีความสำคัญพอๆ กับโปรตีน
หลังการพักผ่อนที่ Basel แทนที่ Miescher จะเดินทางกลับ Tübingen เขาเปลี่ยนแผนเดินทางไปเพิ่มพูนประสบการณ์วิจัยที่มหาวิทยาลัย Leipzig แทน และได้ส่งต้นฉบับงานวิจัยเรื่อง nuclein ไปให้ Hoppe-Seyler ที่มหาวิทยาลัย Tübingen อ่าน พร้อมกันนั้นก็เขียนจดหมายบอกบิดามารดาว่า นักวิจัยชื่อ Friedrich Miescher กำลังจะแจ้งเกิด
ตัว Hoppe-Seyler รู้สึกแปลกใจมากที่ Miescher อ้างพบสารประหลาดในเซลล์ แต่ก่อนจะส่งไปลงพิมพ์ในวารสาร Medicinish – chemische Untersuchungen (Medical – Chemical Investigations) ที่ตนเป็นบรรณาธิการ เขาต้องการตรวจสอบผลการทดลองนี้ด้วยตนเอง เพื่อยืนยันว่าสิ่งที่ Miescher พบเป็นโมเลกุลตัวใหม่จริงๆ
Miescher จึงต้องคอยผลการตรวจสอบของ Hoppe-Seyler อย่างกระวนกระวายใจเป็นที่สุด ในการทดสอบหยาบๆ Hoppe-Seyler ได้ผลแตกต่างจากที่ Miescher สรุปเล็กน้อย จึงเขียนจดหมายบอก Miescher ว่าจะให้ส่งไปลงในวารสารอื่นหรือไม่ แต่ก็ออกตัวว่า การทดลองของ Hoppe-Seyler เป็นไปอย่างรีบร้อน จึงไม่มั่นใจว่าถูกต้อง 100% Miescher จึงเขียนจดหมายตอบว่า เขาสามารถคอยได้ เพราะต้องการให้ผลงานลงตีพิมพ์ในวารสารที่มี Hoppe-Seyler เป็นบรรณาธิการ เพราะเป็นวารสารที่เป็นที่ยอมรับ
เมื่อถึงเดือนกรกฎาคม ค.ศ.1870 ได้เกิดสงครามระหว่างฝรั่งเศสกับ ปรัสเซีย บรรดาอาจารย์และนักวิชาการทุกคนต้องหยุดสอน และหยุดวิจัย เพื่อไปทำงานเป็นทหารรับใช้ชาติ Miescher ต้องการให้ผลการทดลองของเขาได้รับการยืนยันในเร็ววัน เพราะจะได้ใช้ผลในการสมัครงานเป็นอาจารย์ และเกรงว่า ถ้าช้า นักวิจัยคนอื่นอาจพบสิ่งเดียวกัน แล้วตีพิมพ์ก่อน
Miescher จึงเขียนจดหมายเตือน Hoppe-Seyler อย่างสุภาพ เพื่อขอให้เร่งตรวจสอบ ในขณะเดียวกันก็คิดจะขอต้นฉบับจาก Hoppe-Seyler คืน เพื่อส่งไปลงตีพิมพ์ในวารสารอื่น ในที่สุดเมื่อถึงเดือนตุลาคม ค.ศ.1870 Hoppe-Seyler ก็ได้ตอบจดหมายของ Miescher ว่าสิ่งที่ Miescher พบนั้นถูกต้องทุกประการ และวารสารจะลงเรื่องนี้ให้
Miescher รู้สึกดีใจเป็นล้นพ้น อีกสามสัปดาห์ต่อมา เขาก็ได้รับต้นฉบับของบทความเรื่อง “On the Chemical Composition of Pus Cells” เมื่อพิสูจน์อักษร และพบมีที่พิมพ์ผิดมาก คงเป็นเพราะคนพิมพ์อ่านลายมือของ Miescher ไม่ออก
ในที่สุดวารสาร Medical – Chemical Investigations ฉบับแรกของปี 1871 ก็มีบทความของ Miescher เป็นเรื่องแรก และมีบทความของลูกศิษย์ของ Hoppe-Seyler เรื่อง nuclein ในเม็ดเลือดแดงของนกกับงู เป็นเรื่องที่สอง ตามติดด้วยบทความของ Hoppe-Seyler ซึ่งได้ยืนยันว่า nuclein ที่ Miescher พบนั้นเป็นของจริง ผลที่ตามมาคือ Miescher ได้รับการเสนอชื่อให้ไปดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย Basel ในสวิตเซอร์แลนด์
ดังนั้นหลังสิ้นสุดการพักผ่อนที่ Leipzig Miescher จึงเดินทางกลับบ้านเกิดเมืองนอน และเข้าครองตำแหน่งศาสตราจารย์สรีรวิทยาเดียวกับที่บิดาและน้าชายเคยครอง Miescher ต้องทำงานหนักมาก เพื่อพิสูจน์ให้ทุกคนเห็นว่า ตำแหน่งที่เขาได้มานี้ มาจากความสามารถล้วนๆ มิได้มาจากเส้นหรือนามสกุลแต่ประการใด
แต่ห้องปฏิบัติการมหาวิทยาลัย Basel นั้นขาดแคลนทั้งวัสดุ และอุปกรณ์ Miescher ซึ่งต้องการทำงานวิจัยเรื่อง nuclein ต่อไป จึงหันไปสนใจ nuclein ในเซลล์ไข่กับเซลล์อสุจิ และพบว่า เซลล์อสุจิประกอบด้วยนิวเคลียสเป็นส่วนใหญ่ จึงเหมาะสำหรับการสกัด nuclein ออกมาในปริมาณมาก และไม่ยากในการทำให้บริสุทธิ์ ดังนั้นในฤดูใบไม้ร่วงปี 1871 Miescher จึงใช้อสุจิของปลาแซลมอนที่มีอุดมสมบูรณ์ในแม่น้ำ Rhine ซึ่งไหลผ่านเมือง Basel มาทดลองสกัด nuclein
เมื่อได้พบว่าห้องทดลองไม่มีเครื่องปรับอากาศที่จะทำให้อุณหภูมิต่ำ Miescher จึงต้องทดลองเรื่องนี้ในฤดูหนาว และต้องลุกจากเตียงกลางดึก เพื่อออกไปจับปลากลางแม่น้ำ แล้วนำกลับมาผ่าเพื่อคว้านอสุจิ โดยได้เปิดหน้าต่างห้องทดลองให้อากาศเย็นไหลผ่านตลอดเวลา จนใกล้สว่างก็ได้ nuclein ในปริมาณมาก จนสามารถวิเคราะห์ได้ และได้พบว่า สารนี้มี phosphorus ค่อนข้างมาก
ในปี 1874 Miescher ได้เสนอผลงานการพบ nuclein ในอสุจิของสัตว์กระดูกสันหลังของสัตว์อีกหลายชนิด และบันทึกเสริมว่า สิ่งนี้อาจมีบทบาทในการปฏิสนธิของตัวอ่อน แต่เขาไม่คิดว่า โมเลกุลเพียงตัวเดียวจะสำคัญถึงขนาดทำให้โลกมีสิ่งมีชีวิตที่มีความหลากหลายทางชีวภาพ
อีกหนึ่งปีต่อมา Miescher ได้พบว่า ในการอพยพของปลาแซลมอนจากมหาสมุทรแอตแลนติกเข้ามาวางไข่ในแม่น้ำ Rhine ตลอดช่วงฤดูหนาวปลาจะไม่บริโภคอาหารเลย Miescher ได้วัดขนาดและชั่งน้ำหนักของปลานับพันตัว รวมถึงตรวจกล้ามเนื้อ อวัยวะภายใน กับเลือดของปลา และได้พบว่า อวัยวะเพศของปลามีขนาดใหญ่ขึ้นประมาณ 1/4 ของน้ำหนักตัว ในขณะที่กล้ามเนื้อส่วนอื่นๆ ของลำตัวลดขนาดลง
เมื่อถึงฤดูใบไม้ร่วงของปี 1876 ทางรัฐบาลสวิสได้ขอร้องให้ Miescher วิจัยเรื่อง คุณค่าทางโภชนาการของอาหารนักโทษในคุกที่เมือง Basel ซึ่ง Miescher ก็จัดการให้อย่างไม่เต็มใจ เพราะรู้สึกเสียเวลาที่ต้องไปวิจัยสิ่งที่มิได้เป็นงานที่ใช่หรือชอบ เมื่อทำงานเสร็จบรรดาเจ้าหน้าคุกที่เมืองต่างๆ ในประเทศได้พากันมาขอคำแนะนำจน Miescher รู้สึกว่า ทุกคนกำลังพยายามจะฆ่าเขาเชิงวิชาการ โดยให้รับผิดชอบเรื่องอาหารการกินของประชากรชาวสวิสทั้ง 3 ล้านคน
ในปี 1885 Miescher ได้จัดตั้งสถาบันวิจัยกายวิภาค-สรีรวิทยาที่ Basel โดยมีตนเป็นผู้อำนวยการคนแรก และได้ศึกษาองค์ประกอบของเลือดว่าขึ้นกับส่วนสูงของคนอย่างไร จนได้พบว่า ความเข้มข้นของคาร์บอนไดอ็อกไซด์ในเลือดมิใช่ออกซิเจนเป็นตัวควบคุมการหายใจ
Miescher เป็นคนทำงานหนักและพักผ่อนน้อย เพราะเป็นคนสมบูรณ์แบบ แม้กระทั่งวันหยุดก็ยังทำงาน และเป็นคนไม่ชอบเข้าสังคม ในที่สุดร่างกายก็อ่อนแอลงๆ จนล้มป่วยเป็นวัณโรค และต้องพักรักษาตัวที่สถานพักฟื้นในเมือง Davos
Miescher เสียชีวิตในปี 1895 สิริอายุ 51 ปี
หลังจากที่เสียชีวิตไม่นาน น้า Wilhelm His ได้รวบรวมผลงานทั้งหมดของหลานชายมาตีพิมพ์ และคิดไม่ถึงเลยว่า สิ่งที่หลานทำนั้นมีความสำคัญต่อโลกมาก
คำถามหนึ่งที่ทำให้ทุกคนแคลงใจ คือ เหตุใด ผู้คนทุกวันนี้จึงไม่ค่อยมีคนรู้จัก Miescher
คำตอบหนึ่งคือ ตามปกติในโลกวิชาการ โลกจะรู้จักโรค ตามชื่อแพทย์ที่พบเชื้อโรคนั้น เช่น Alzheimer, Lou-Gehrig, Huntington ฯลฯ แต่ Miescher พบชีวโมเลกุลชนิดใหม่ที่ไม่มีประเพณีให้ตั้งชื่อผู้พบ ดังนั้น ผู้คนจึงไม่รู้จัก นอกจากนี้ Miescher ก็ยังเป็นคนที่ไม่ชอบอวดอ้าง โม้ และเป็นคนชอบเก็บตัว จึงมีปฏิสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคนเพียงไม่กี่คน และไม่มีนิสิตมาทำงานวิจัยด้วย เพราะเมื่อเด็กหนุ่มสาวเหล่านั้นเห็นสไตล์การทำงานของ Miescher แล้ว ก็รู้สึกไม่ประสงค์จะร่วมงานด้วย เพราะ Miescher จริงจังเกินไป และชอบเรียกร้องให้ทุกคนทำงานอย่างสมบูรณ์แบบ คือ ให้ทดลองซ้ำแล้วซ้ำอีก เพื่อแน่ใจว่าจะไม่มีใครติ
การไม่รู้ข้อมูลเกี่ยวกับผลงานของ Miescher ทำให้ในปี 1889 Richard Altmann เรียก nuclein ที่ Miescher พบว่า nucleic acid เพราะสารดังกล่าวมีสมบัติเป็นกรด และหลังจากที่ Miescher พบ nuclein แล้ว 75 ปี โลกจึงรู้ว่า nuclein คือ DNA ที่สำคัญ เหล่านี้คือเหตุผลที่ทำให้มีคนไม่มากที่รู้จัก Friedrich Miescher
เมื่อถึงปี 1944 นักชีวเคมีชาวอเมริกัน 3 คน คือ Oswald T. Avery และเพื่อนชื่อ Colin Macleod กับ Maclyn McCarty ได้พบว่า DNA มีข้อมูลพันธุกรรม
ในปี 1949 Erwin Chargaff และคณะได้พบว่าองค์ประกอบของ DNA ในสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ มีจำนวนเบสที่ไม่เหมือนกัน และในสายของ DNA เบสมีการเรียงตัวแบบไม่สม่ำเสมอ
ปี 1952 Alfred Hershey และ Martha Chase ใช้ไวรัสพิสูจน์ว่า DNA ทำหน้าที่เป็นสารพันธุกรรม และโปรตีนมิใช่สารพันธุกรรม
ปี 1953 Rosalind Franklin, Maurice Wilkins, Francis Crick และ James Watson พบโครงสร้างของ DNA ว่าเป็นเกลียวคู่ โดยใช้เทคนิคการเลี้ยวเบนรังสีเอ็กซ์ด้วยผลึก โดย DNA สองสายจะจับกันเป็นสายของน้ำตาลและหมู่ฟอสเฟตอย่างต่อเนื่องเป็นสายยาว และมีเบสของ DNA แต่ละสายยื่นเข้าด้านในระหว่างสายของ DNA ทั้งคู่จึงทำหน้าที่เป็นตัวยึด DNA ทั้งสองสายเข้าด้วยกันคล้ายขั้นบันไดของบันไดเวียน
ทุกวันนี้ นักชีววิทยากำลังใช้วิทยาการพันธุกรรมเชิงโมเลกุล ถอดรหัส genome ของสิ่งมีชีวิต เพื่อรักษาและป้องกันโรค อีกทั้งปรับปรุงพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ทั้งหมดนี้เป็นผลที่เกิดจากการพบ DNA ของ Friedrich Miescher เมื่อ 145 ปีก่อน
อ่านเพิ่มเติมจาก “DNA Pioneers and Their Legacy โดย U. Lagerkvist จัดพิมพ์โดย Yale University Press, New York ปี 1998
เกี่ยวกับผู้เขียน
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์
ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
