ลองนึกภาพวงออเคสตราขนาดใหญ่อันประกอบไปด้วยนักดนตรีกว่าร้อยชีวิตที่ต่างคนต่างร่วมบรรเลงโน้ตเพลงของตัวเองออกมาสอดประสานกันอย่างลงตัว
สิ่งเหล่านี้จะเกิดขึ้นได้เมื่อสมาชิกในวงรู้หน้าที่ของตัวเอง
ในทำนองเดียวกัน เซลล์แต่ละเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มีร่างกายซับซ้อนจะต้องประสานการทำงานให้เป็นไปในทิศทางเดียวกันให้ได้เช่นกัน
สำหรับพืช นักพฤกษศาสตร์รู้จัก “พลาสโมเดสมาทา” (plasmodesmata)ซึ่งเป็นรูตามผนังเซลล์ที่จะคอยเชื่อมเซลล์พืชสองเซลล์เข้าด้วยกันมานานแล้ว ส่วนในสัตว์นั้นกระบวนการดังกล่าวยังไม่เป็นที่รู้จักมากนัก
ทีมนักวิทยาศาสตร์จากหน่วยวิจัยการขนส่งเยื่อหุ้มและกระบวนการก่อโรคสถาบันปาสเตอร์ประเทศฝรั่งเศส (Membrane Trafficking and Pathogenesis Unit, Instut Pasteur) ได้ศึกษาระบบเชื่อมต่อสื่อสารกันระหว่างเซลล์สัตว์มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 2016 ซาอิดา อาบูนี (Saïda Abounit) และคณะได้พบว่าก้อนโปรตีนอัลฟา-ซินนิวคลีอิน (alpha-synuclein) ซึ่งเป็นต้นตอของโรคพาร์กินสันสามารถเดินทางจากเซลล์ประสาทหนึ่งไปสู่อีกเซลล์หนึ่งผ่านทางเชื่อมระหว่างเซลล์ที่เล็กจิ๋วในระดับนาโนเมตรได้ ทีมวิจัยเรียกโครงสร้างนี้ว่าอุโมงค์นาโนทิวบ์ (“tunneling nanotubes” เรียกย่อๆว่า TNTs) นอกจากนี้ยังยืนยันว่ามีการขนส่งโปรตีนพริออนซึ่งเป็นตัวการก่อโรคสมองฝ่อชนิดติดต่อได้ผ่านนาโนทิวบ์อีกด้วย
ล่าสุด โครงสร้างของนาโนทิวบ์เพิ่งจะได้รับการค้นพบไม่นานนี้ โดยคณะนักวิจัยนำโดยอันนา ซาร์โตริ-รัปป์ (Anna Sartori Rupp) ได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัยผ่านวารสาร Nature Communications เมื่อปลายเดือนมกราคม ค.ศ. 2019 ที่ผ่านมา
ความยากคือ โครงสร้างของนาโนทิวบ์ที่บอบบางทำให้มันสลายตัวลงไปในขั้นตอนการเตรียมตัวอย่างสำหรับการศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์ ต้องขอบคุณเทคโนโลยีทางการฉายภาพอันล้ำหน้าที่นักวิทยาศาสตร์นำมาใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเย็นยิ่งยวด (cryo-EM) ซึ่งใช้อีเทน (ethane) เหลวอุณหภูมิราว -80 องศาเซลเซียสรักษาสภาพของเซลล์เอาไว้ก่อนที่จะนำไปศึกษาโครงสร้างสามมิติของนาโนทิวบ์
คณะนักวิจัยพบว่านาโนทิวบ์เกิดจากเส้นใยโปรตีนจำพวกแอกทิน (actin) มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย 109 นาโนเมตร ปลายทั้งสองด้านเปิดออกสู่เซลล์ที่เชื่อมกันอยู่ ภายในท่อพบถุงบรรจุสารของเซลล์ (vesicle) รวมถึงองค์ประกอบของเซลล์อย่างไมโทคอนเดรีย (mitochondria) ที่เป็นตัวสร้างพลังงานด้วย
การค้นพบนี้ท้าทายแนวคิดดั้งเดิมเกี่ยวกับ “เซลล์” เป็นอย่างมาก
แม้เซลล์สัตว์จะอาศัยโปรตีนจำนวนมากเชื่อมเซลล์เข้าด้วยกันจนเป็นเนื้อเยื่อและส่งสารเคมีไปมาหาสู่กันได้ดี แต่สารเคมีดังกล่าวจะต้องหลุดออกมาจากเซลล์หนึ่งแล้วเดินทางเข้าสู่อีกเซลล์หนึ่งคล้ายกับการแพ็กของเพื่อส่งพัสดุ แต่อุโมงค์นาโนทิวบ์นั้นจะเชื่อมของเหลวที่อยู่ภายในเซลล์เข้าด้วยกันโดยตรงทำให้สารเคมีไหลเชื่อมต่อกันรวมถึงอาจจะแลกเปลี่ยนองค์ประกอบอื่นๆภายในเซลล์ได้
เซลล์สัตว์บางประเภทจึงไม่สามารถนับว่าเป็นเซลล์เดี่ยวๆได้อีกต่อไป
เทคนิคที่ทีมวิจัยนี้ใช้เพื่อศึกษาโครงสร้างของอุโมงค์นาโนทิวบ์จะเป็นต้นแบบให้กับทีมนักวิทยาศาสตร์อื่นๆทั่วโลกเพื่อร่วมกันศึกษาสรีรวิทยา รวมถึงกลไกการก่อโรคในอนาคตไม่ว่าจะเป็นการแพร่กระจายของไวรัส แบคทีเรีย องค์ประกอบอื่นๆของเซลล์ รวมถึงโปรตีนที่มีรูปร่างผิดปกติก่อนที่จะนำไปสู่การรักษาและป้องกันโรคต่อไปในอนาคต
บทความโดย อาจวรงค์ จันทมาศ
อ้างอิง