Sir David Klenerman ผู้ปฏิวัติวงการถอดรหัสพันธุกรรมและกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูง
ในโลกของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ การทำความเข้าใจรหัสพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตเป็นกุญแจสำคัญสู่การรักษาโรคและการเข้าใจวิวัฒนาการ Sir David Klenerman นักเคมีชีวฟิสิกส์ชาวอังกฤษ คือหนึ่งในบุคคลสำคัญที่ทำให้การถอดรหัส DNA กลายเป็นเรื่องที่รวดเร็วและเข้าถึงได้มากขึ้น ผลงานของเขาไม่เพียงแต่เปลี่ยนโฉมหน้าของพันธุศาสตร์ แต่ยังขยายขอบเขตการมองเห็นโลกขนาดจิ๋วผ่านเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์ขั้นสูง
ปัจจุบันเขาดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ด้านเคมีชีวฟิสิกส์ (Biophysical Chemistry) ประจำภาควิชาเคมี มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ และเป็นสมาชิกของ Christ's College ซึ่งเป็นสถาบันที่เขาผูกพันมาตั้งแต่สมัยเรียน
เส้นทางสู่ความสำเร็จและการศึกษา
Sir David Klenerman เกิดในปี 1959 โดยมีพื้นฐานครอบครัวเป็นชาวเยิวที่เกิดในแอฟริกาใต้ เขาเริ่มต้นเส้นทางวิชาการที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ โดยสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีจาก Christ's College ในปี 1982 และคว้าปริญญาเอกด้านเคมีในปี 1986 จาก Churchill College ภายใต้การดูแลของ Ian William Murison Smith
หลังจบการศึกษา เขาได้เดินทางไปสหรัฐอเมริกาในฐานะนักวิจัยทุน Fulbright ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด เพื่อศึกษาด้าน High-overtone chemistry ร่วมกับ Richard Zare ก่อนจะกลับมาทำงานในภาคอุตสาหกรรมที่ BP Research เป็นเวลา 7 ปี และท้ายที่สุดได้ก้าวเข้าสู่บทบาทอาจารย์และนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในปี 1994
นวัตกรรมเปลี่ยนโลก: การถอดรหัส DNA ยุคใหม่
ผลงานที่สร้างชื่อเสียงให้เขามากที่สุดคือการร่วมมือกับ Shankar Balasubramanian ในการคิดค้นวิธีการถอดรหัส DNA ยุคใหม่ (Next-Generation Sequencing - NGS) ซึ่งเป็นที่รู้จักในชื่อ Solexa sequencing หรือ Illumina dye sequencing
เทคนิคนี้ใช้หลักการตรวจจับนิวคลีโอไทด์ (หน่วยย่อยของ DNA) ที่ติดฉลากด้วยสารเรืองแสง (Fluorophore) ในขณะที่พวกมันถูกรวมเข้ากับสาย DNA ซึ่งเรียกว่าวิธีการ Sequencing by synthesis วิธีนี้เข้ามาแทนที่เทคนิค Sanger แบบดั้งเดิม เนื่องจากมีข้อดีหลายประการ ดังนี้:
- ความเร็วและอัตโนมัติ: ทำงานได้รวดเร็วและลดการใช้แรงงานคน
- ความแม่นยำสูง: ให้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้ในระดับสูง
- การประมวลผลแบบขนาน: สามารถถอดรหัส DNA หลายสายได้พร้อมกันในคราวเดียว (Massive parallel sequencing)
- ความคุ้มค่า: ลดค่าใช้จ่ายในการถอดรหัสพันธุกรรมทั้งจีโนม (Whole genome sequencing) ลงอย่างมหาศาล
การบุกเบิกเทคโนโลยีการสร้างภาพระดับนาโน
นอกเหนือจากเรื่อง DNA แล้ว Sir David ยังเชี่ยวชาญด้านการสร้างภาพระดับโมเลกุล โดยเขาได้พัฒนา Scanning Ion-Conductance Microscopy (SICM) ซึ่งใช้ Nanopipette (ท่อขนาดจิ๋วระดับนาโน) แทนที่ Micropipette แบบเดิม ทำให้สามารถสร้างภาพพื้นผิวของเซลล์ที่มีชีวิตได้ในความละเอียดสูงมาก รวมถึงสามารถส่งโมเลกุลขนาดเล็กเข้าสู่เซลล์ได้อย่างแม่นยำเพื่อศึกษาการทำงานของเซลล์แบบเรียลไทม์
ในปัจจุบัน ทีมวิจัยของเขากำลังมุ่งเน้นไปที่ 3D Super-resolution microscopy หรือกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงพิเศษแบบ 3 มิติ เพื่อศึกษาการม้วนตัวผิดปกติของโปรตีน (Protein misfolding) ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญของโรคเสื่อมทางระบบประสาท (Neurodegenerative diseases)
การต่อยอดสู่เชิงพาณิชย์
ความสำเร็จทางวิชาการของเขาถูกเปลี่ยนให้เป็นเครื่องมือที่ใช้งานได้จริงผ่านการก่อตั้งบริษัท 2 แห่ง:
- Solexa: ก่อตั้งในปี 1998 เพื่อนำเทคโนโลยีถอดรหัส DNA ความเร็วสูงมาใช้ในเชิงพาณิชย์ ต่อมาในปี 2007 บริษัท Illumina ได้เข้าซื้อกิจการด้วยมูลค่าถึง 600 ล้านดอลลาร์สหรัฐ
- Ionscope: ก่อตั้งในปี 2004 เพื่อผลิตและจำหน่ายกล้องจุลทรรศน์ SICM สำหรับนักวิจัยที่ต้องการภาพ 3 มิติความละเอียดสูงของเซลล์ที่มีชีวิต
| หัวข้อ | รายละเอียด |
|---|---|
| ความเชี่ยวชาญหลัก | เคมีชีวฟิสิกส์, การถอดรหัส DNA, กล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูง |
| ผลงานเด่น | ร่วมคิดค้น Solexa/Illumina sequencing, พัฒนา SICM |
| บริษัทที่ร่วมก่อตั้ง | Solexa, Ionscope |
| สถาบันปัจจุบัน | University of Cambridge (Department of Chemistry) |
| รางวัลสูงสุด | Breakthrough Prize in Life Sciences, Royal Medal, Canada Gairdner International Award |
ข้อเท็จจริงสำคัญ
- เป็นผู้ร่วมบุกเบิกเทคโนโลยี Next-Generation Sequencing ที่ใช้แพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน
- ได้รับแต่งตั้งเป็น Knight (อัศวิน) ในปี 2019 จากผลงานด้านวิทยาศาสตร์
- พัฒนาเทคนิคการถ่ายภาพเซลล์ที่มีชีวิตด้วย Nanopipette เพื่อความละเอียดที่เหนือกว่าเดิม
- มุ่งเน้นการวิจัยเพื่อหาคำตอบเกี่ยวกับโรคทางสมองผ่านกล้องจุลทรรศน์ 3 มิติความละเอียดสูง
คำถามที่พบบ่อย
Solexa sequencing แตกต่างจากวิธีเดิมอย่างไร?
แตกต่างจากวิธี Sanger แบบเดิมตรงที่สามารถถอดรหัส DNA หลายล้านสายได้พร้อมกันในครั้งเดียว (Massive parallel) ทำให้ทำงานได้รวดเร็วกว่าและมีราคาถูกกว่ามากในการถอดรหัสพันธุกรรมทั้งหมด
Scanning Ion-Conductance Microscopy (SICM) คืออะไร?
คือเทคโนโลยีการสร้างภาพพื้นผิวของเซลล์โดยใช้ท่อขนาดนาโน (Nanopipette) ตรวจวัดการนำไฟฟ้าของไอออน ทำให้สามารถเห็นโครงสร้าง 3 มิติของเซลล์ที่มีชีวิตได้โดยไม่ทำลายตัวอย่าง
Sir David Klenerman มีบทบาทอย่างไรในบริษัท Illumina?
เขาเป็นผู้ร่วมก่อตั้งบริษัท Solexa ซึ่งเป็นผู้คิดค้นเทคโนโลยีการถอดรหัส DNA ที่ต่อมาบริษัท Illumina ได้เข้าซื้อกิจการ และนำเทคโนโลยีนี้ไปพัฒนาจนกลายเป็นมาตรฐานหลักของโลกในปัจจุบัน
งานวิจัยปัจจุบันของเขามุ่งเน้นไปที่เรื่องใด?
ปัจจุบันเขากำลังใช้กล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงพิเศษแบบ 3 มิติ เพื่อศึกษาการทำงานของโปรตีนที่ม้วนตัวผิดปกติ ซึ่งเกี่ยวข้องกับโรคเสื่อมทางระบบประสาท เช่น อัลไซเมอร์หรือพาร์กินสัน