ออกซิเจนกับการปรับตัวของเซลล์ งานวิจัยชิ้นสำคัญที่คว้ารางวัลโนเบล 2019

ออกซิเจนสำคัญต่อมนุษย์และสิ่งมีชีวิต เป็นวิทยาการที่เผยแพร่กันมานานมากกว่าร้อยปีแล้ว เราได้เรียนหรือได้ยินได้ฟังกันมาตั้งแต่เด็กว่า ออกซิเจนสำคัญต่อร่างกาย ถ้าร่างกายขาดออกซิเจนจะทำให้เสียชีวิต แต่ไม่มีใครรู้ว่าออกซิเจนส่งผลต่อการทำงานในระดับเซลล์ของร่างกายอย่างไร จนกระทั่งมีการค้นพบครั้งใหม่เมื่อเร็ว ๆ นี้

ผู้ที่ค้นพบความซับซ้อนทางชีววิทยาที่ว่านี้ คือ วิลเลียม จี. แคลิน จูเนียร์ (William G. Kaelin Jr.) จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด เซอร์ปีเตอร์ เจ. แรตคลิฟฟ์ (Sir Peter J. Ratcliffe) จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด และ เกร็ก แอล. เซเมนซา (Gregg L. Semenza) จากมหาวิทยาลัยจอห์นส ฮอปกินส์ เจ้าของงานวิจัยหัวข้อ “เซลล์ของมนุษย์ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงระดับออกซิเจนอย่างไร” ซึ่งส่งผลให้ทั้งสามคว้ารางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ประจำปี 2019 กับเงินรางวัล 900,000 ดอลลาร์สหรัฐไปครองร่วมกัน

สิ่งที่งานวิจัยชิ้นนี้ค้นพบมีความสำคัญต่อแวดวงวิทยาศาสตร์การแพทย์และมวลมนุษยชาติอย่างไร เหตุผลที่คณะกรรมการพิจารณารางวัลโนเบลบอกไว้ในการประกาศผลรางวัล ณ สถาบันแคโรลินสกา (Karolinska Institute) กรุงสตอกโฮล์ม ประเทศสวีเดน เมื่อวันที่ 7 ตุลาคมที่ผ่านมา อธิบายได้เป็นอย่างดี

“สัตว์ต้องการออกซิเจนเพื่อแปลงอาหารให้เป็นพลังงานที่มีประโยชน์ เราเข้าใจถึงความสำคัญพื้นฐานของออกซิเจนกันมานานหลายศตวรรษแล้ว แต่วิธีการที่เซลล์ปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงระดับออกซิเจนยังคงเป็นปริศนามานาน จนกระทั่งวิลเลียม จี. แคลิน จูเนียร์, เซอร์ปีเตอร์ เจ. แรตคลิฟฟ์ และเกร็ก แอล. เซเมนซา ค้นพบว่าเซลล์สามารถรับรู้ระดับออกซิเจนและปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของระดับออกซิเจนได้อย่างไร พวกเขาค้นพบจักรกลโมเลกุล (molecular machinery) ที่ควบคุมกิจกรรมของยีนในการตอบสนองต่อระดับออกซิเจนที่แตกต่างกัน

การค้นพบของผู้ได้รับรางวัลโนเบลในปีนี้ เปิดเผยให้เห็นถึงกลไกกระบวนการปรับตัวที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของชีวิต พวกเขาสร้างพื้นฐานความเข้าใจให้เราว่า ระดับออกซิเจนมีผลต่อการเผาผลาญของเซลล์และการทำงานของร่างกายอย่างไร การค้นพบของพวกเขาได้ปูทางไปสู่กลยุทธ์ใหม่ ๆ ในการต่อสู้กับโรคโลหิตจาง โรคมะเร็ง และโรคอื่น ๆ อีกมากมาย”

คณะกรรมการรางวัลโนเบลให้ข้อมูลอีกว่า งานวิจัยชิ้นนี้ทำให้เราได้รู้ว่าระดับออกซิเจนมีผลต่อการควบคุมกระบวนการทางสรีรวิทยาพื้นฐาน โดยการวิจัยพบว่าการที่เซลล์รับรู้ระดับออกซิเจนช่วยให้เซลล์สามารถปรับกระบวนการเผาผลาญเมื่อระดับออกซิเจนต่ำ รวมถึงการสร้างเส้นเลือดใหม่และการผลิตเซลล์เม็ดเลือดแดงก็เป็นกระบวนการปรับตัวของเซลล์ที่ควบคุมโดยการตรวจวัดออกซิเจน กล่าวได้ว่า ระบบภูมิคุ้มกันและฟังก์ชั่นทางสรีรวิทยาอื่น ๆ มากมายได้รับการปรับแต่งโดยตัวตรวจจับออกซิเจน (the O2-sensing machinery) อีกทั้งการรับรู้ระดับออกซิเจนยังมีความสำคัญต่อพัฒนาการของทารกในครรภ์ในด้านการควบคุมการสร้างเส้นเลือดและพัฒนาการของรกด้วย

ที่สำคัญคือ กลไกการควบคุมออกซิเจนมีบทบาทในการเกิดและการยับยั้งโรคหลาย ๆ โรค รวมถึงโรคร้ายอย่างมะเร็งซึ่งมีการใช้กลไกควบคุมออกซิเจนเพื่อกระตุ้นการสร้างเส้นเลือดในเนื้องอก และก่อร่าง metabolism ขึ้นใหม่เพื่อเพิ่มจำนวนเซลล์มะเร็งอย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อมีข้อมูลอย่างนี้แล้ว บริษัทยาจึงมีกำลังใจทำงานอย่างเข้มข้นเพื่อคิดค้นพัฒนายาที่สามารถรบกวนหรือยับยั้งการทำงานของโรคต่าง ๆ โดยการเปิดหรือปิดกั้นกลไกตรวจจับออกซิเจน

ไม่ว่าการพัฒนายาดังกล่าวจะสำเร็จช้าหรือเร็ว เราก็ต้องขอบคุณในความมุ่งมั่นของนักวิจัยทั้งสามท่านสำหรับการค้นพบครั้งสำคัญ ซึ่งการไขความลับทางธรรมชาติครั้งนี้จะนำไปสู่การต่อยอดพัฒนาวิทยาการทางการแพทย์อีกมากมาย