ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดประกอบไปด้วยเซลล์ไม่ว่าจะพืช หรือสัตว์ แม้กระทั่งจุลินทรีย์ต่าง ๆ ในทางชีววิทยา เซลล์ (cell) เป็นโครงสร้างและหน่วยทำงานที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิตแทบทุกชนิด ในบางครั้งอาจเรียกว่า หน่วยที่เป็นองค์ประกอบของชีวิต (building blocks of life) สิ่งมีชีวิตบางชนิดเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (unicellular organism) เช่น แบคทีเรีย ยีสต์ แต่สิ่งมีชีวิตชนิดอื่น เช่น พืช สัตว์ เป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (multicellular organism)
มนุษย์มีเซลล์อยู่ประมาณ 100 ล้านล้านเซลล์
แต่ละเซลล์มีองค์ประกอบและดำรงชีวิตได้ด้วยตัวของมันเอง โดยการนำสารอาหารเข้าไปในเซลล์และเปลี่ยนสารอาหารให้กลายเป็นพลังงานเพื่อการดำรงชีวิตและการสืบพันธุ์ องค์ประกอบภายในเซลล์นั้น จะถูกเรียกว่า ออร์แกรเนลล์ ในหนึ่งเซลล์นั้นจะมีออร์แกเนลล์จำนวนมาก ยกตัวอย่างเช่น ในเซลล์สัตว์จะประกอบด้วยออร์แกเนลล์ต่าง ๆ ดังนี้ (1) นิวคลีโอลัส, (2) นิวเคลียส, (3) ไรโบโซม, (4) เวสิเคิล, (5) เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมแบบผิวขรุขระ, (6) กอลจิแอปพาราตัส, (7) ระบบเส้นใยของเซลล์, (8) เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมแบบผิวเรียบ, (9) ไมโทคอนเดรีย, (10) แวคิวโอล, (11) ไซโทพลาซึม, (12) ไลโซโซม, (13) เซนทริโอล เป็นต้น
ภาพแสดงองค์ประกอบของเซลล์
ภาพเปรียบเทียบแสดงหน้าที่ของแต่ละองค์ประกอบภายในเซลล์
การที่ในหนึ่งเซลล์สามารถดำรงชีวิตได้ด้วยตัวของมันเองนั้น ทำให้ต้องมีกิจกรรมเกิดขึ้นภายในเซลล์เป็นจำนวนมาก ไม่ว่าจะเป็นการสร้างพลังงานเพื่อใช้ในการดำรงชีวิต การนำสารอาหารเข้าภายในเซลล์ และการส่งสารต่างๆ ออกสู่ภายนอกเซลล์ ซึ่งล้วนแล้วแต่เป็นการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อน ดังนั้นการสร้างเซลล์เทียมขึ้นจึงนับเป็นเรื่องที่ยาก
แต่ความยากเหล่านี้ก็นับเป็นความท้าทายของ Jan van Hest นักเคมีจากสถาบันวิจัย Molecules and Materials จาก Radboud University เมือง Nijmegen ประเทศเนเธอร์แลนด์ และ Ruud Peters นักศึกษาปริญญาเอก เป็นเรื่องยากสำหรับการสร้างเซลล์คือการจำลองปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดภายในเซลล์ให้เกิดขึ้นภายในห้องทดลอง (Laboratory) เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์นั้นมีความซับซ้อน และยังเกิดปฏิกิริยาทางเคมีหลายๆ ปฏิกิริยาในเวลาเดียวกัน นอกจากนี้เซลล์ที่มีขนาดเล็กนี้ยังประกอบไปด้วยหลายออร์แกเนลล์ที่มีประสิทธิภาพสูงในการทำงาน สิ่งเหล่านี้เองที่ทำให้นักเคมีทั้งหลายพยายามที่จะจำลองเซลล์ของสิ่งมีชีวิตขึ้นมาให้ได้ นอกจากนี้พวกเขายังหวังเป็นอย่างยิ่งว่าจะได้เรียนรู้จุดกำเนิดของสิ่งมีชีวิตที่เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีจนเป็นชีววิทยา (สิ่งมีชีวิต)
Jan van Hest และ Ruud Peter ได้สร้างออร์แกเนลล์ต่างๆ โดยการนำสารตั้งต้นของเซลล์มาห่อหุ้มด้วย polystyrene-b-poly(3-(isocyano-l-alanyl-aminoethyl)thiophene; PS-b-PIAT) ซึ่งเป็นนาโนรีแอกเตอร์ (nanoreactor) หลังจากนั้นก็ทำการห่อหุ้มนาโนรีแอกเตอร์ (ออร์แกเนลล์) ทั้งหมดด้วย polybutadiene-b-poly(ethylene oxide; PB-b-PEO) ซึ่งมีลักษณะเป็นถุงขนาดเล็ก (polymersome) พร้อมทั้งมีการเติมเอนไซม์อิสระ และสารอื่นๆ เพื่อให้เหมือนกับสารที่มีอยู่ในเซลล์ โดยเซลล์ที่สร้างขึ้นนี้จะมีลักษณะเป็นทรงกลม อีกทั้งโพลิเมอร์ที่นำมาใช้หุ้มนาโนรีแอกเตอร์ทนั้นมีคุณสมบัติเหมือนกับเยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane) ของสิ่งมีชีวิต ทำให้สารต่างๆ สามารถผ่านเข้าและออกภายในเซลล์ได้ และเพื่อศึกษาการเกิดปฏิกิริยาเคมี นักวิทยาศาสตร์จึงใช้สารฟลูออเรสเซนต์เพื่อติดตามการเกิดปฏิกิริยาเคมีว่าดำเนินไปอย่างถูกต้องหรือไม่
ภาพจำลองการสร้างเซลล์ (Ref: http://phys.org/news/2014-01-plastic-cell-organelle.html#jCp)
ด้วยเหตุนี้เองทำให้นี่เป็นครั้งแรกที่นักเคมีสามารถสร้างเซลล์จำลองได้สำเร็จ โดยการใช้ใช้โพลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติเสมือนเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ ทำให้สามารถทำงานร่วมกับออร์แกเนลล์ต่างๆ ที่สร้างขึ้นได้ และเมื่อสารต่างๆ สามารถผ่านเข้าออกเซลล์ได้ จึงทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีเหมือนกับเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
การค้นหาต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิต
การสร้างเซลล์ให้เหมือนกับเซลล์จริงๆ ในสิ่งมีชีวิตนั้นกำลังเป็นอีกสาขาหนึ่งที่นิยมกันในวงการวิทยาศาสตร์สาขาเคมี แห่งสถาบันวิจัย Molecules and Materials (IMM) ด้วยความหลากหลายในวิธีการที่จะเนรมิตให้ได้ออกมาเหมือนกับเซลล์ในสิ่งมีชีวิตมากที่สุด เช่นวิธีการของศาสาตราจารย์ Wilhelm Huck ที่สร้างเซลล์จากหยดของสารละลายที่มีคุณสมบัติเหมือนกับกับไซโทพลาสซึม (cytoplasm) หรือวิธีการของ Van Hest ที่สร้างเซลล์โดยใช้โพลิเมอร์ เป็นต้น
การสร้างเซลล์ให้เหมือนกับสิ่งมีชีวิตในธรรมชาตินั้นกำลังเข้าใกล้ความเป็นจริงเข้าไปทุกที ปัจจุบันมีนักวิทยาศาสตร์มากมายพยายามสร้างเซลล์โดยเลียนแบบเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เช่น สร้างเซลล์จากกรดไขมัน (fatty acid) โดยมีความคาดหวังว่าในอนาคตจะสามารถสร้างได้เหมือนมากที่สุด ความมุ่งหวังถัดไปของการพัฒนาการสร้างเซลล์คือการทำให้เซลล์ที่สร้างขึ้นมานั้นสามารถสร้างพลังงานเพื่อใช้ในการดำรงชีวิตได้ด้วยตัวของมันเอง และสามารถควบคุมการเคลื่อนที่่ของสารเคมีให้ไปยังออร์แกเนลล์ต่างๆ ได้อย่างถูกต้อง ผลพลอยได้จากความพยายามที่จะสร้างเซลล์ให้เหมือนกับเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่สุดนี้ ทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจเซลล์สิ่งมีชีวิตมากขึ้น ซึ่งหวังว่าในสักวันหนึ่งพวกเขาจะสามารถสร้างบางสิ่งให้เหมือนกับสิ่งมีชีวิตจริงๆ ขึ้นมาได้
อ้างอิงจาก
- Ruud J. R. W. Peters, Maïté Marguet, Sébastien Marais, Marco W. Fraaije, Jan C. M. van Hest, Sébastien Lecommandoux.Cascade Reactions in Multicompartmentalized Polymersomes. Angewandte Chemie International Edition, 2014; 53 (1): 146 DOI:10.1002/anie.201308141
- Radboud University Nijmegen. "First plastic cell with working organelle." ScienceDaily, 14 Jan. 2014. Web. 23 Jan. 2014.
ขอขอบคุณเรื่องราวดีๆ จาก www.vichakarn.com และขอขอบคุณนักวิทยาศาสตร์ที่ได้ศึกษาค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์อันเป็นประโยชน์ต่อโลกและมนุษย์ในอนาคต
