โรซาลินด์ แฟรงคลิน ผู้อยู่เบื้องหลังการค้นพบโครงสร้างโมเลกุลของ DNA

โรซาลินด์ แฟรงคลิน (Rosalind Franklin) เป็นนักเคมีผู้มีบททางสำคัญต่อการทำความเข้าใจโครงสร้างโมเลกุลของ DNA, RNA, ไวรัส รวมทั้งถ่านหินและกราไฟท์ เธอใช้เทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ศึกษาโครงสร้างโมเลกุลของ DNA นำไปสู่การค้นพบว่ามี DNA อยู่สองรูปแบบ เธอกับลูกศิษย์ได้พยายามถ่ายภาพของ DNA ด้วยรังสีเอกซ์เพื่อใช้ไขปริศนาโครงสร้างโมเลกุลของ DNA จนกระทั่งได้ภาพถ่ายประวัติศาสตร์ “Photo 51” ที่ชัดเจนที่สุด และภาพถ่ายดังกล่าวได้กลายเป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้ James Watson และ Francis Crick ค้นพบโครงสร้างโมเลกุลที่ถูกต้องของ DNA แม้ว่าแฟรงคลินจะไม่ได้รับรางวัลโนเบลแต่เธอได้รับการยกย่องว่าเป็นนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่คนหนึ่งของโลก

 
ตั้งใจเป็นนักวิทยาศาสตร์ตั้งแต่เด็ก

rosalind-franklin-02

โรซาลินด์ แฟรงคลิน เป็นชาวอังกฤษ เกิดเมื่อปี 1920 ที่ย่านน็อตติ้งฮิลล์ กรุงลอนดอน ในครอบครัวนายธนาคารเชื้อสายยิวผู้มั่งคั่ง แฟรงคลินเป็นเด็กหญิงที่ฉลาดและเรียนเก่ง เธอเข้าเรียนชั้นมัธยมที่โรงเรียน St Paul’s Girls’ School ซึ่งเป็นหนึ่งในโรงเรียนผู้หญิงไม่กี่แห่งที่มีการสอนวิชาฟิสิกส์และเคมี ที่โรงเรียนแห่งนี้แฟรงคลินได้แสดงให้เห็นว่าความสามารถทางวิทยาศาสตร์ของเธอนั้นยอดเยี่ยมมาก เธอเป็นที่หนึ่งในชั้นเรียนและได้รับรางวัลเป็นประจำ แฟรงคลินยังสนใจศึกษาวิทยาศาสตร์ในระดับที่สูงกว่าวัยของเธออันแสดงถึงความตั้งใจจะเป็นนักวิทยาศาสตร์ในอนาคต นอกจากนี้เธอยังเก่งทางด้านภาษาทั้งละติน เยอรมัน และภาษาฝรั่งเศสที่เธอพูดได้อย่างคล่องแคล่ว เธอเรียนจบชั้นมัธยมด้วยคะแนนยอดเยี่ยมทำให้ได้รับทุนสำหรับเรียนต่อระดับมหาวิทยาลัย แต่เธอตัดสินใจยกทุนนั้นให้แก่นักเรียนผู้ลี้ภัย

ปี 1938 แฟรงคลินในวัย 18 ปีเข้าเรียนต่อที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ เธอตั้งใจเรียนอย่างจริงจังรวมทั้งมีส่วนร่วมอย่างเต็มที่ในสังคมของมหาวิทยาลัย โดยเข้าร่วมชมรมเคมี ชมรมคณิตศาสตร์ และสมาคมชาวยิว เธอใช้เวลาแค่ 3 ปีเรียนจบปริญญาตรีด้วยเกียรตินิยมอันดับสอง แต่นั่นกลับเป็นสิ่งที่น่าผิดหวังสำหรับเธอเพราะมันไม่ใช่เกียรตินิยมอันดับหนึ่ง อย่างไรก็ตามเธอทำคะแนนสูงสุดในวิชาเคมีกายภาพส่งผลให้เธอได้รับทุนวิจัย แฟรงคลินทำงานวิจัยอยู่ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์หนึ่งปีภายใต้ Ronald George Wreyford Norrish นักเคมีชาวอังกฤษที่ต่อมาได้รับรางวัลโนเบล แต่ช่วงนั้นเขาดื่มจัดและไม่ได้สนับสนุนเธอเท่าที่ควรงานวิจัยของเธอจึงไม่ค่อยประสบความสำเร็จ แฟรงคลินจึงลาออกไปทำงานเป็นนักวิจัยผู้ช่วยที่สมาคมวิจัยการใช้ถ่านหินของอังกฤษ (BCURA) และเป็นที่นี่เองที่เธอได้แสดงศักยภาพด้านงานวิจัยของเธอให้เป็นที่ประจักษ์

 
สาวน้อยนักวิจัยโมเลกุลของถ่านหิน

rosalind-franklin-03

ในปี 1942 ช่วงกลางของสงครามโลกครั้งที่ 2 แฟรงคลินเริ่มทำงานวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างโมเลกุลของถ่านหิน (Coal) ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่ขณะนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประเทศอังกฤษ ถ่านหินมีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นธาตุคาร์บอน ถ่านหินมีรูพรุนลักษณะคล้ายเครือข่ายของอุโมงค์เล็กๆวิ่งอยู่ทั่ว คุณสมบัติของอุโมงค์เหล่านี้มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของถ่านหินในฐานะเชื้อเพลิง เธอศึกษาความพรุนของถ่านหินโดยใช้ก๊าซฮีเลียมเพื่อหาความหนาแน่นของมัน ผลงานวิจัยของเธอทำให้สามารถจำแนกถ่านหินตามความพรุนและทำนายประสิทธิภาพของถ่านหินได้อย่างแม่นยำ แฟรงคลินยังพบว่าอุโมงค์เล็กๆในถ่านหินมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางใกล้เคียงกับโมเลกุลของก๊าซจึงสามารถใช้เป็นตะแกรงเพื่อแยกโมเลกุลของก๊าซได้ ผลงานวิจัยของเธอกลายเป็นพื้นฐานสำคัญของการศึกษาถ่านหินและกราไฟท์ และทำให้เธอได้รับปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในปี 1945

ในปี 1947 แฟรงคลินย้ายไปทำงานที่กรุงปารีสเป็นหนึ่งในทีมวิจัยที่ห้องทดลองเคมี Laboratoire Central des Services Chimiques de l’État ภายใต้การดูแลของของ Jacques Mering นักผลึกศาสตร์ชาวฝรั่งเศสผู้บุกเบิกใช้การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ในการศึกษาสารอสัณฐานหรือสารที่โครงสร้างโมเลกุลไม่มีการจัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบ แฟรงคลินได้ศึกษาโครงสร้างผลึกด้วยรังสีเอกซ์ (X-ray crystallography) อยู่หลายปีจนกลายเป็นผู้เชี่ยวชาญ เธอใช้การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์เพื่อศึกษาโครงสร้างอะตอมของถ่านหิน โดยเฉพาะในกระบวนการเปลี่ยนถ่านหินอสัณฐานให้เป็นกราไฟต์จนสามารถระบุประเภทของคาร์บอนอสัณฐานที่สามารถเปลี่ยนเป็นกราไฟท์ได้ จนถึงปี 1950 แฟรงคลินได้รับทุนเป็นนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยคิงส์คอลเลจลอนดอนจึงได้เวลาที่เธอจะกลับมาทำงานที่บ้านเกิดเมืองนอนเสียที

 
ศึกษาโครงสร้าง DNA ด้วยรังสีเอ็กซ์

rosalind-franklin-05

แฟรงคลินกลับมาเริ่มงานที่มหาวิทยาลัยคิงส์คอลเลจลอนดอนในช่วงต้นปี 1951 ภายใต้การกำกับดูแลของ John Randall ซึ่งได้มอบหมายให้เธอศึกษาโครงสร้างโมเลกุลของ DNA โดยใช้การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ที่เธอเป็นผู้เชี่ยวชาญ และได้ให้นักศึกษาปริญญาเอก Raymond Gosling มาเป็นผู้ช่วยของเธอ แต่ก่อนหน้านั้นงานศึกษาโครงสร้าง DNA ของที่นี่มีนักวิจัยอาวุโส Maurice Wilkins ทำอยู่ก่อนแล้วโดยมี Gosling เป็นผู้ช่วยเช่นกัน เผอิญ Randall ไม่ได้บอกกล่าวต่อ Wilkins ให้ชัดเจนเรื่องการมอบหมายงานต่อแฟรงคลินทำให้เขาปฏิบัติต่อเธอเหมือนเธอเป็นทีมงานของเขา ในขณะที่แฟรงคลินก็รู้สึกว่าเขาเข้ามาก้าวก่ายงานในความรับผิดชอบของเธอ บรรยากาศการทำงานวิจัย DNA ที่ห้องทดลองของมหาวิทยาลัยคิงส์คอลเลจลอนดอนจึงดำเนินไปแบบค่อนข้างจะอึมครึม

จากความเชี่ยวชาญการใช้รังสีเอกซ์ศึกษาโครงสร้างผลึกทำให้งานวิจัยของแฟรงคลินก้าวหน้าไปอย่างมาก ผ่านไปเพียง 8 เดือนแฟรงคลินก็พบกับความสำเร็จขั้นแรก เธอค้นพบว่ามี DNA อยู่ 2 รูปแบบ เมื่อเปียกหรือมีความชื้นสูงเส้นใย DNA จะยาวและบางซึ่งเธอเรียกว่า “B DNA” เมื่อแห้งเส้นใย DNA จะสั้นและอ้วนซึ่งเธอเรียกว่า “A DNA” ปัจจุบันนี้เราทราบแล้วว่า “B DNA” เป็นการจัดเรียงตามปกติของ DNA ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตซึ่งสภาพแวดล้อมนั้นชื้นมาก หลังการค้นพบเธอได้นำเสนอเกี่ยวกับเรื่องนี้ที่งานสัมมนาหนึ่งซึ่งมีนักวิจัยหนุ่มชาวอเมริกันคนหนึ่งมานั่งฟังอยู่ด้วย เขาคนนั้นคือ James Watson ผู้ซึ่งในอีกสองปีต่อมาเป็นผู้ค้นพบโครงสร้างโมเลกุลของ DNA แต่นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นในเส้นทางที่ถูกต้องของเขาเท่านั้น เขายังต้องทำงานอีกมากกว่าจะพบกับความสำเร็จที่แท้จริง แต่กุญแจสำคัญที่นำไปสู่ความสำเร็จกลับเป็นผลงานของแฟรงคลิน

 
ภาพถ่ายประวัติศาสตร์ “Photo 51”

rosalind-franklin-06


งานวิจัยโครงสร้าง DNA ดำเนินไปอย่างเข้มข้น แฟรงคลินกับ Gosling ลูกศิษย์ของเธอได้พยายามถ่ายภาพของ DNA ด้วยเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์เพื่อให้ได้ภาพที่ชัดเจนมากพอที่จะวิเคราะห์สรุปโครงสร้างที่แท้จริงของ DNA ภาพถ่ายมีความชัดเจนมากขึ้นเป็นลำดับด้วยความเชี่ยวชาญและฝีมือในการปรับแต่งเครื่องมือ การโฟกัสภาพ และการเตรียมตัวอย่างของแฟรงคลิน ราวกลางปี 1952 Gosling ได้ถ่ายภาพที่เรียกว่า “Photo 51” ซึ่งเป็นภาพถ่ายการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของ “B DNA” ที่ชัดเจนมากที่สุด แฟรงคลินได้ศึกษาจนสรุปได้ว่าโมเลกุล DNA มีโครงสร้างเป็นรูปเกลียวโดยมีฟอสเฟตอยู่ด้านนอก แต่ด้วยปัญหาความขัดแย้งกับ Wilkins และผู้บริหารเธอจึงย้ายไปทำงานที่มหาวิทยาลัยเบิร์กเบค พอแฟรงคลินย้ายออกไป Gosling จึงกลับมาเป็นผู้ช่วยของ Wilkins อีกครั้ง จุดเปลี่ยนสำคัญในงานวิจัยโครงสร้าง DNA จึงเกิดขึ้น

Gosling ได้มอบผลงานที่ได้ทำร่วมกับแฟรงคลินซึ่งรวมทั้งภาพถ่าย “Photo 51” ให้กับ Wilkins จากนั้น Wilkins ได้ส่งต่อไปให้ James Watson และ Francis Crick ที่ห้องทดลองคาเวนดิชซึ่งกำลังศึกษาโครงสร้างโมเลกุลของ DNA อยู่เหมือนกัน หลังจากนั้นไม่นานทั้งคู่ก็ค้นพบโครงสร้างโมเลกุลที่ถูกต้องของ DNA ทำให้ James Watson, Francis Crick และ Maurice Wilkins ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1962 แม้ว่าแฟรงคลินไม่ได้เป็นผู้ค้นพบโครงสร้าง DNA ด้วยตัวเองแต่ถือว่ามีส่วนร่วมสำคัญในการค้นพบครั้งสำคัญนี้ Francis Crick ยอมรับกับเพื่อนของเขาว่าข้อมูลที่ช่วยให้พวกเขาค้นพบโครงสร้างโมเลกุลของ DNA ส่วนใหญ่มาจากแฟรงคลิน ดังนั้นผู้ที่สมควรได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานนี้อีกคนน่าจะเป็นแฟรงคลิน แต่เธอก็ต้องพลาดรางวัลสำคัญนี้เพราะเธอได้เสียชีวิตไปเสียก่อนที่จะมีการประกาศรางวัล

 
หันไปวิจัยโครงสร้าง RNA และไวรัส

rosalind-franklin-07

ห้องทดลองของแฟรงคลินที่เบิร์กเบคไม่ได้ทันสมัยสะดวกสบายเหมือนกับที่คิงส์คอลเลจลอนดอน แต่เธอกลับทำงานด้วยความสบายใจกว่ามาก ไม่นานหลังจากที่แฟรงคลินย้ายมาอยู่ที่นี่เธอได้กลายเป็นนักวิจัยอาวุโสที่มีนักวิจัยภายใต้การดูแลหลายคน เธอหันไปศึกษาโครงสร้างของ RNA ที่เป็นสารชีวโมเลกุลที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตแบบเดียวกับ DNA เธอใช้เทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ในศึกษาโครงสร้างของไวรัสในพืชหลายชนิดที่เป็นไวรัส RNA ทีมวิจัยคนสำคัญของเธอคือ Aaron Klug นักชีวฟิสิกส์ที่เพิ่งเรียนจบปริญญาเอกและมาเริ่มทำวิจัยร่วมกับเธอตอนต้นปี 1954 ทั้งคู่ทำงานด้วยกันนานหลายปีและประสบความสำเร็จเป็นอย่างดี

แฟรงคลินและทีมวิจัยของเธอค้นพบโครงสร้างโมเลกุลของไวรัส RNA หลายชนิดได้แก่ไวรัสใบยาสูบ (TMV), ไวรัสใบด่างแตง (CMV) และไวรัสใบด่างผักกาด (TyMV) และเริ่มตีพิมพ์ผลงานเผยแพร่ตั้งแต่ปี 1956 แฟรงคลินได้รับเชิญให้สร้างแบบจำลองของโมเลกุลไวรัสใบยาสูบขนาดสูง 5 ฟุตเพื่อนำไปจัดแสดงที่งาน Expo 58 ที่จะมีการจัดขึ้นในกรุงบรัสเซลส์ในปี 1958 นอกจากนี้แฟรงคลินยังได้เริ่มต้นทำการศึกษาโครงสร้างโมเลกุลของไวรัสโปลิโอในขณะที่มันอยู่ในสถานะผลึก แต่เธอจำเป็นต้องหยุดงานวิจัยนี้ไปเนื่องจากสุขภาพที่ทรุดลงอย่างรวดเร็ว อาจจะด้วยการทำงานกับรังสีเอกซ์เป็นเวลานานทำให้เธอป่วยเป็นโรคมะเร็งและเสียชีวิตไปในปี 1958 ขณะที่มีอายุเพียง 37 ปีเท่านั้น แบบจำลองโมเลกุลไวรัสใบยาสูบของเธอถูกจัดแสดงในงานหลังเธอเสียชีวิตเพียง 1 วัน หลังจากเธอจากไปแล้ว Aaron Klug ได้ทำหน้าที่แทนเธอและทำวิจัยต่อไปจนได้รับรางวัลโนเบลไปอีกคนหนึ่ง

 
ผู้อยู่เบื้องหลังความสำเร็จอันยิ่งใหญ่

rosalind-franklin-08

แม้ว่าแฟรงคลินจะมีอายุสั้นเสียชีวิตไปก่อนวัยอันควรเหมือนกับอัจฉริยะอีกหลายคน แต่ผลงานของเธอมีส่วนช่วยให้วิทยาศาสตร์มีความก้าวหน้าอย่างมาก โดยเฉพาะการมีส่วนร่วมในการค้นพบโครงสร้างโมเลกุลของ DNA ซึ่งเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญทางวิทยาศาสตร์และเริ่มต้นยุคใหม่ของชีววิทยา หลังจากที่เธอจากไปแล้วโลกได้ให้การยกย่องเธออย่างสูง มีการมอบรางวัลเกียรติยศแก่เธอมากมาย เรื่องราวของเธอถูกนำไปสร้างเป็นภาพยนตร์ทีวี สารคดี และละครนับสิบเรื่อง เช่น Life Story, DNA – Secret of Photo 51 และ Rosalind: A Question of Life เป็นต้น แม้ว่าแฟรงคลินจะไม่ได้รับรางวัลโนเบลแต่เธอคือผู้อยู่เบื้องหลังความสำเร็จและได้รับการยกย่องว่าเป็นนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่คนหนึ่งของโลก

rosalind-franklin-09

 

ข้อมูลและภาพจาก wikipedia, famousscientists, biography

Leave a Reply

Your email address will not be published.