MIT ไขกลไกแบคทีเรียยึดเซลล์ เปิดทางเข้าใจพื้นฐานชีวิต

การทำความเข้าใจเชื้อก่อโรคอาจให้คำตอบมากกว่าเรื่องการติดเชื้อ เมื่อนักวิจัยสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ หรือ MIT ใช้การศึกษาวิธีที่แบคทีเรียเข้าควบคุมกลไกภายในเซลล์ เป็นช่องทางไขความลับว่าเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทำงานอย่างไร

รายงานข่าวจาก สถาบัน MIT Massachusetts Institute of Technology ระบุว่า รีเบคกา ลามาซอน รองศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาแห่ง MIT กำลังขยายขอบเขตการศึกษาแบคทีเรียก่อโรคไปสู่ชนิดที่เพาะเลี้ยงและศึกษาวิจัยได้ยาก เพื่อทำความเข้าใจกลยุทธ์อันหลากหลายที่เชื้อเหล่านี้ใช้มีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์เจ้าบ้าน

ที่ผ่านมา นักชีววิทยาจำนวนมากมุ่งศึกษาแบคทีเรียอย่าง Escherichia coli และ Staphylococcus aureus ซึ่งมีความสำคัญต่อสุขภาพมนุษย์และเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการได้ค่อนข้างง่าย แต่ลามาซอนมองว่าการศึกษาแบคทีเรียเพียงบางชนิดยังไม่เพียงพอที่จะอธิบายความหลากหลายของกลไกทางชีววิทยา

“เราไม่สามารถเรียนรู้ทุกอย่างได้จากแบคทีเรียเพียงชนิดเดียว หรือเซลล์เพียงประเภทเดียว” ลามาซอนกล่าว พร้อมระบุว่า นักวิทยาศาสตร์เพิ่งเริ่มทำความเข้าใจกลไกทางชีววิทยาอันหลากหลายได้เพียงผิวเผินเท่านั้น

เจาะแบคทีเรีย 2 ชนิด กลยุทธ์ติดเชื้อต่างกัน

งานวิจัยของลามาซอนมุ่งเน้นแบคทีเรียหลัก 2 ชนิด ได้แก่ Rickettsia parkeri แบคทีเรียที่มีเห็บเป็นพาหะ ก่อโรคไข้ผื่นจุดชนิดไม่รุนแรง และ Listeria monocytogenes ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับโรคจากอาหาร

แบคทีเรียทั้ง  2  มีข้อจำกัดในการดำรงชีวิตแตกต่างกัน โดย R. parkeri ต้องอาศัยอยู่ภายในเซลล์เจ้าบ้าน และพึ่งพากลไกของเซลล์ในการเพิ่มจำนวน ขณะที่ L. monocytogenes สามารถอยู่รอดและเพิ่มจำนวนได้ด้วยตัวเอง

ความแตกต่างนี้ทำให้ทีมวิจัยสนใจว่า ปัจจัยของแบคทีเรียและเซลล์เจ้าบ้านกำหนดรูปแบบการติดเชื้ออย่างไร รวมถึงเชื้อแต่ละชนิดใช้วิธีใดเคลื่อนย้ายระหว่างเซลล์

ลามาซอน อธิบายว่า เชื้อก่อโรคต้องเผชิญสภาพแวดล้อมอันซับซ้อนภายในเซลล์ จึงวิวัฒนาการวิธีแก้ปัญหาเฉพาะตัวขึ้นมา ทั้งการผ่านสิ่งกีดขวาง การยับยั้งไม่ให้เซลล์ตาย และการปิดการตอบสนองบางอย่างของเซลล์เจ้าบ้าน

การศึกษาวิธีเหล่านี้จึงช่วยให้นักวิจัยเข้าใจทั้งกระบวนการก่อโรคและการทำงานพื้นฐานของเซลล์ไปพร้อมกัน

พบแบคทีเรียเชื่อมโครงสร้างเซลล์อย่างแนบชิด

หนึ่งในการค้นพบล่าสุดของห้องปฏิบัติการ คือ R. parkeri สามารถสร้างจุดเชื่อมต่ออย่างแนบชิดกับ เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม หรือ ER ซึ่งเป็นโครงสร้างภายในเซลล์

ปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวมีลักษณะคล้ายการเชื่อมต่อระหว่างออร์แกเนลล์ของเซลล์เจ้าบ้านกับ ER โดยทีมวิจัยยังอยู่ระหว่างหาคำตอบว่า แบคทีเรียสร้างความเชื่อมโยงนี้ขึ้นมาเพื่ออะไร และยังไม่เคยพบปฏิสัมพันธ์ลักษณะเดียวกันในจุลชีพชนิดอื่น

การค้นพบครั้งนี้เกิดขึ้นขณะทีมใช้กล้องจุลทรรศน์ศึกษาคำถามอีกเรื่องหนึ่ง ก่อนสังเกตเห็นปรากฏการณ์ที่ไม่ได้คาดหมาย

ลามาซอนระบุว่า การพบสิ่งที่อยู่นอกเหนือความคาดหมายเป็นส่วนหนึ่งของงานทดลองด้านชีววิทยาของเซลล์ และอาจนำไปสู่คำถามวิจัยใหม่ได้

ใช้ CRISPR ฝ่าข้อจำกัดการศึกษายีน

นับตั้งแต่ก่อตั้งห้องปฏิบัติการที่ MIT ในปี 2560 ลามาซอนและทีมค้นพบโปรตีนของเซลล์เจ้าบ้าน รวมถึงปัจจัยอื่นจำนวนมากที่ช่วยให้แบคทีเรียทั้งสองชนิดทำหน้าที่ต่าง ๆ ระหว่างการติดเชื้อ เช่น การเคลื่อนย้ายระหว่างเซลล์ ซึ่งเชื้อแต่ละชนิดใช้วิธีแตกต่างกัน

อย่างไรก็ตาม การศึกษาเชื้อเหล่านี้จำเป็นต้องพัฒนาเครื่องมือใหม่ควบคู่กันไป เพื่อก้าวข้ามข้อจำกัดทางเทคนิค

ในปี 2567 ห้องปฏิบัติการของลามาซอนพัฒนาเทคนิคโดยใช้ CRISPR ซึ่งเป็นวิธีแรกที่สามารถเข้าไปจัดการยีนเป้าหมายเฉพาะใน R. parkeri ช่วยให้การศึกษาบทบาทของยีนที่สนใจทำได้ง่ายขึ้น

ทีมยังพัฒนาวิธีติดฉลากโปรตีนที่แบคทีเรียหลั่งเข้าสู่เซลล์เจ้าบ้าน ทำให้นักวิจัยแยกโปรตีนของเชื้อออกจากโปรตีนของเซลล์เจ้าบ้านได้ชัดเจนขึ้น

ลามาซอนกล่าวว่า งานของห้องปฏิบัติการมีทั้งการสร้างเครื่องมือเพื่อแก้ข้อจำกัดทางเทคนิค และการติดตามปรากฏการณ์ที่น่าสนใจเพื่อทำความเข้าใจกลไกเบื้องหลัง

ความร่วมมือหนุนการตอบโจทย์วิจัยซับซ้อน

เส้นทางวิจัยของลามาซอนเริ่มจากการเรียนด้านอณูชีววิทยาและเทคโนโลยีชีวภาพที่มหาวิทยาลัยมิลเลอร์สวิลล์ ก่อนศึกษาปริญญาเอกด้านภูมิคุ้มกันวิทยาที่มหาวิทยาลัยจอนส์ฮอปกินส์ และทำวิจัยหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์

ประสบการณ์เหล่านี้ทำให้เธอสนใจปฏิสัมพันธ์ระหว่างระบบชีวภาพ โดยเฉพาะวิธีที่เซลล์ตอบสนองต่อสัญญาณภายนอกและปรับการทำงานของตัวเอง

สำหรับการทำงานที่ MIT ลามาซอนมองว่า ความร่วมมือระหว่างห้องปฏิบัติการเป็นปัจจัยสำคัญ เมื่อทีมต้องเรียนรู้เทคนิคใหม่หรือศึกษาโครงสร้างเซลล์ที่ไม่คุ้นเคย ก็สามารถอาศัยความเชี่ยวชาญจากนักวิจัยกลุ่มอื่นมาช่วยเดินหน้างานได้

แรงสนับสนุนดังกล่าวเปิดโอกาสให้ทีมทดลองแนวคิดที่มีความไม่แน่นอนสูง พร้อมขยายมุมมองในการแก้ปัญหา เพื่อค้นหาคำตอบเกี่ยวกับกลไกของเซลล์ที่ยังไม่เป็นที่เข้าใจ