เมื่อเกือบเที่ยงคืนของวันที่ 30 ต.ค.ที่เพิ่งผ่านมา มนุษย์อวกาศ 3 คนที่ขึ้นไปปฏิบัติหน้าที่ในสถานีอวกาศนานาชาติบนวงโคจรได้กลับลงมายังพื้นโลกอย่างปลอดภัย ซึ่งเป็นเรื่องน่ายินดี และมากกว่านั้นหนึ่งในสมาชิกลูกเรืออวกาศได้สร้างประวัติศาสตร์สำคัญให้แก่มนุษย์ชาติ ด้วยการถอดลำดับพันธุกรรมของดีเอ็นเอภายใต้สภาพแรงโน้มถ่วงต่ำเป็นครั้งแรก
เคท รูบินส์ (Kate Rubins) คือมนุษย์หญิงผู้สร้างประวัติศาสตร์ดังกล่าว เธอเป็นมนุษย์อวกาศในสังกัดองค์การบริหารการบินอวกาศสหรัฐฯ (นาซา) ปฏิบัติหน้าที่ประจำภารกิจที่ 49 บนสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station) และเธอได้สร้างประวัติศาสตร์ด้วยการถอดลำดับพันธุกรรมดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตบนอวกาศเป็นครั้งแรก
นาซาระบุว่า การถอดลำดับพันธุกรรมของดีเอ็นเอภายใต้ความโน้มถ่วงต่ำนั้น เป็นการเปิดประตูสู่โลกใหม่ ทั้งในโลกของวิทยาศาสตร์และโลกทางการแพทย์ซึ่งเป็นจุดเปลี่ยนที่สำคัญ ด้วยวิธีถอดลำดับพันธุกรรมดีเอ็นเอในอวกาศนั้นจะทำให้มนุษย์สามารถวินิจฉัยความเจ็บป่วย หรือระบุได้ว่าจุลินทรีย์อะไรที่เจจริญเติบโตภายในสถานีอวกาศ และช่วยให้มนุษย์อวกาศประเมินได้ว่า จุลินทรีย์เหล่านั้นเป็นภัยต่อสุขภาพหรือไม่
การถอดลำดับพันธุกรรมดีเอ็นเอซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการทดลอง “ไบโอโมเลกูลซีเควนเซอร์” (Biomolecule Sequencer) นี้ จะเป็นเครื่องมือสำคัญที่จะช่วยปกป้องมนุษย์อวกาศระหว่างปฏิบัติการท่องอวกาศที่ยาวนานในภารกิจเดินทางสู่ดาวอังคารได้ และยังช่วยให้นักสำรวจในอนาคตได้ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีนี้เพื่อจำแนกสิ่งมีชีวิตต่างดาวที่มีดีเอ็นเอได้ด้วย
ดีเอ็นเอ (DNA) หรือดีออกซีไรโบนิวคลีอิคแอซิด (deoxyribonucleic acid) มี “ชุดคำสั่ง” ที่แต่ละเซลล์ของสิ่งมีชีวิตบนโลกจำเป็นต้องใช้เพื่อดำรงชีวิต ชุดคำสั่งเหล่านั้นแทนด้วยอักษรตัวใหญ่ A, G, C และ T ซึ่งเป็นตัวย่อของเบสเคมีในดีเอ็นเอ คือ อะดีนีน (adenine), กวานีน (guanine) ไซโตซีน (cytosine) และไทมีน (thymine) ซึ่งทั้งจำนวนและการเรียงตัวของเบสเหล่านี้แตกต่างกันไปตามสิ่งมีชีวิตต่างๆ ดังนั้น การเรียงตัวหรือลำดับจะใช้เพื่อจำแนกสิ่งชีวิตได้อย่างเฉพาะเจาะจง
“การทดลองไบโอโมเลกูลซีเควนเซอร์ทำให้เราขยับใกล้ความสามารถในการถอดลำดับพันธุกรรมดีเอ็นเอในอวกาศ โดยแสดงให้ประจักษ์เป็นครั้งแรกว่า การถอดลำดับดีเอ็นในยานอวกาศที่กำลังโคจรอยู่นั้นเป็นไปได้” รายงานจากนาซาระบุ
ทั้งนี้ ในโครงการไบโอโมเลกูลซีเควนเซอร์ได้ส่งตัวอย่างดีเอ็นเอของหนู ไวรัส และแบคทีเรีย สู่สถานีอวกาศ เพื่อทดสอบความเป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์ของอุปกรณ์ถอดลำดับพันธุกรรมดีเอ็นเอที่ชื่อ “มิเนียน” (MinION) ซึ่งพัฒนาโดยบริษัทออกซ์ฟอร์ดนาโนพอร์เทคโนโลยีส์ (Oxford Nanopore Technologies)
เครื่อง “มิเนียน” นั้นทำงานโดยส่งกระแสไฟฟ้าที่เป็นบวกผ่านรูเล็กๆ ที่ฝังอยู่ในเยื่อบางๆ ภายในเครื่อง ที่เรียกว่า “นาโนพอร์” ในเวลาเดียวกันของเหลวที่มีตัวอย่างดีเอ็นเอก็ผ่านเข้าไปในเครื่องดังกล่าวด้วย ซึ่งโมเลกุลดีเอ็นเอจะกั้นรูเล็กๆ และเปลี่ยนแปลงกระแสในรูปแบบที่เฉพาะต่อลำดับดีเอ็นเอนั้นๆ เมื่อนักวิจัยเห็นการเปลี่ยนแปลงนี้ก็จะบอกได้ว่าเป็นลำดับดีเอ็นเอของอะไร
รูบินซึ่งมีความรู้ทางด้านชีววิทยาโมเลกุลได้เป็นตัวหลักในการทดลองดังกล่าวบนสถานีอวกาศ โดยมีผลลำดับพันธุกรรมของดีเอ็นเอตัวอย่างแบบเดียวกันที่ทดลองบนโลกเพื่อเทียบเคียง
อารอน เบอร์ตัน (Aaron Burton) นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ของนาซา บอกว่าการใช้อุปกรณ์ทดลองในสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำนี้ ท้าทายทีมวิจัยในวงโคจรหลายๆ ด้าน ซึ่งรวมถึงเรื่องฟองอากาศในของเหลวด้วย ซึ่งบนโลกนั้นฟองอากาศจะลอยขึ้นสู่ผิวของสารละลายของเหลว และใช้เครื่องหมุนเหวี่ยงแยกออกได้ง่ายๆ แต่ในอวกาศนั้นไม่สามารถคาดการณ์เรื่องฟองอากาศได้
“ในอวกาศ หากมีฟองอากาศเกิดขึ้น เราไม่รู้เลยว่าฟองนั้นจะมีพฤติกรรมอย่างไร ข้อกังวลใหญ่ๆ ของเราคือฟองอากาศนั้นอุดตันรูนาโนพอร์ได้” เบอร์ตันอธิบาย
การสาธิตเทคโนโลยีครั้งนี้ยังเพื่อทดสอบความสมบูรณ์ว่า อุปกรณ์ทดลองนั้นแข็งแกร่งพอที่จะทนต่อการสั่นสะเทือนระหว่างปล่อยไปพร้อมจรวด และยังสามารถใช้งานได้อย่างวางใจในสภาพความโน้มถ่วงต่ำ เมื่อทำการวัดการเปลี่ยนแปลงกระแสหรือทำการแปลงการเปลี่ยนแปลงนั้นให้กลายเป็นลำดับดีเอ็นเอ นอกจากนี้นักวิจัยยังพิจารณาด้วยว่ามีปัจจัยอื่นอีกหรือไม่ที่ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนหรือส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องมือในวงโคจร
เพื่อลดตัวแปรที่ไม่รู้ทีมวิจัยจึงทดสอบกระบวนการถอดลำดับพันธุกรรมทั้งหมดภายในห้องปฏิบัติการใต้น้ำที่มีชื่อเรียกสั้นๆ ว่า “นีโม” (NEEMO) ซึ่งย่อมาจากชื่อห้องปฏิบัติการสำหรับภารกิจภายใต้สภาพแวดล้อมที่สุดหฤโหดของนาซา ที่อยู่ใน “อควาเรียสเบส” (Aquarius Base) ฐานปฏิบัติการใต้น้ำลึก 60 ฟุตบริเวณชายฝั่งฟลอริดา
การทดลองภายในห้องปฏิบัติการนีโมนั้นเป็นอย่างราบลื่นและเป็นไปตามที่ตั้งใจ โดยทีมวิจัยได้พิจารณาตัวแปรหลายๆ อย่างภายในห้องปฏิบัติการที่อยู่ในสภาพแวดล้อมสุดหฤโหด มีความชื้น อุณหภูมิและความดันที่ต่างไปจากปกติ
นักประดาน้ำของห้องปฏิบัติการนีโมได้เก็บตัวอย่างจากถิ่นอาศัย สกัดและเตรียมดีเอ็นเอเพื่อถอดลำดับพันธุกรรม รวมถึงถอดลำดับพันธุกรรมดีเอ็นเอด้วย ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการทดลองในโครงการ “ไบโอโมเลกูลซีเควนเซอร์” และการทดสอบกระบวนการต่างๆ ใต้น้ำนี้คือส่วนสำคัญเพื่อนำไปใช้บนสถานีอวกาศ
จากการเปรียบเทียบผลการถอดลำดับพันธุกรรมที่ได้จากการทดลองในสภาพแรงโน้มถ่วงต่ำ และผลจากการทดลองบนโลก พบว่าทุกอย่างดูสอดคล้องกัน ซึ่งทดสอบขั้นต่อไปคือการทำทุกกระบวนการภายในอวกาศ ซึ่งรวมถึงการเตรียมตัวอย่างและการถอดลำดับพันธุกรรมในอวกาศด้วย หลังจากนั้นมนุษย์อวกาศสามารถถอดลำดับพันธุกรรมของดีเอ็นเอที่รู้จัก ซึ่งได้รับสกัด เตรียมตัวอย่างและถอดลำดับพันธุกรรม เพื่อแยกแยะจุลินทรีย์ที่ไม่รู้จักในวงโคจรได้
ซาราห์ คาสโตร-วอลเลซ (Sarah Castro-Wallace) นักจุลชีววิทยาของนาซาและเป็นผู้จัดการโครงการถอดลำดับพันธุกรรมดีเอ็นเอในอวกาศ ระบุว่าการถอดลำดับพันธุกรรมบนสถานีอวกาศนี้ช่วยให้ลูกเรือทราบถึงสภาพแวดล้อมที่ตัวเองอาศัยอยู่ และช่วยให้ทีมบนโลกประเมินได้ว่าจะถึงเวลาทำความสะอาดสถานีอวกาศเมื่อไร หรือจำเป็นไหมที่ต้องใช้ยาปฏิชีวนะ
แม้ว่าทีมสนับสนุนบนโลกจะสามารถส่งยาต้านการเชื้อหรือยาปฏิชีวนะขึ้นไปให้ลูกเรือในวงโคจรได้ทันที แต่คาสโตร-วอลเลซบอกว่าพวกเขาก็จำเป็นต้องรู้ว่าเมื่อไรจะเก็บทรัพยากรที่มีค่านี้ไว้ หรือเมื่อไรควรจะใช้
รูบินส์กลับสู่พื้นโลกที่คาซัคสถานเมื่อเวลา 22.58 น.ของคืนที่ 30 ต.ค.2016 ที่ผ่านมาตามเวลาประเทศไทย ด้วยแคปซูลโซยุซของรัสเซีย พร้อมกับ อนาโตลี อิวานิชิน (Anatoly Ivanishin) มนุษย์อวกาศรัสเซียจากองค์การองค์การอวกาศรัสเซีย “รอสคอสมอส” (Roscosmos) และ ทากูยะ โอนิชิ (Takuya Onishi) จากองค์การสำรวจการบินอวกาศญี่ปุ่น (Japan Aerospace Exploration Agency)
รูบินส์และโอนิชิใช้เวลาอยู่ในวงโคจรนาน 115 วัน ระหว่างภารกิจในอวกาศครั้งแรกในฐานะลูกเรือในภารกิจประจำสถานีอวกาศเที่ยวที่ 49 ส่วนอิวานิชินปฏิบัติภารกิจในอวกาศ 2 เที่ยวบินแล้ว รวมเวลาทั้งหมด 280 วัน ระหว่างปฏิบัติหน้าที่อยู่ในวงโคจรในฐานะลูกเรือของเที่ยวบินเดียวกัน พวกเขาได้ทำการทดลองวิทยาศาสตร์นับร้อยโครงการ ทั้งทางด้านชีววิทยา เทคโนโลยีชีวภาพ วิทยาศาสตร์กายภาพ และด้านวิทยาศาสตร์พื้นพิภพ (Earth science)
นอกจากการทดลองวิทยาศาสตร์และการนำทดลองถอดลำดับพันธุกรรมครั้งแรกแล้ว รูบินส์ยังเดินอวกาศ (spacewalks) ถึง 2 ครั้ง ครั้งแรกเมื่อ 19 ส.ค. เธอและเจฟฟ์ วิลเลียมส์ (Jeff Williams) ได้ติดตั้งอะแดปเตอร์เชื่อมต่อสถานีตัวแรก ซึ่งทั้งเซนเซอร์และระบบของอะแดปเตอร์ทำให้กลายเป็นจุดเชื่อมต่อสถานีสำหรับยานอวกาศที่จะนำมนุษย์อวกาศเข้าสู่สถานีได้ในอนาคต
คาดว่าผู้ที่จะได้ใช้งานอะแดปเตอร์เชื่อมต่อรายแรกๆ คือยานสตาร์ไลเนอร์ (Starliner) ของโบอิง (Boeing) และยานขนส่งลูกเรือดรากอน (Dragon) ของสเปซเอกซ์ (SpaceX) ซึ่งเป็นบริษัทเอกชนที่มีความร่วมมือกับนาซาในการพัฒนาระบบขนส่งลูกเรือเชิงพาณิชย์
ส่วนการเดินอวกาศครั้งที่ 2 ของรูบินส์คือเมื่อวันที่ 1 ก.ย. เธอและวิลเลียมส์ ได้ปลดตัวแผ่รังสีควบคุมความร้อน และติดตั้งกล้องความละเอียดสูงตัวใหม่อีก 2 ตัว
ตอนนี้ลูกเรือประจำเที่ยวบิน 50 คือ เชน คิมบรอก (Shane Kimbrough) จากนาซารับหน้าที่รักษาการผู้บังคับการบนสถานีอวกาศ พร้อมด้วย เซอร์กี ริซีกอฟ (Sergey Ryzhikov) และ แอนเดรย์ บอริเซโก (Andrey Borisenko) จากองค์การอวกาศรัสเซียรอสคอสมอส ทำหน้าที่บนสถานีอวกาศอีก 3 สัปดาห์ ระหว่างรอลูกเรือชุดใหม่ซึ่งจะถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรในวันที่ 17 พ.ย.นี้จากฐานปล่อยจรวดในไบโคนัวร์ คาซัคสถาน
