เผยโฉมหน้าศัตรูที่มองไม่เห็น ‘Coronavirus’ นักวิทย์ฯ ศึกษาโครงสร้างไวรัสจิ๋วได้อย่างไร ?

ไวรัสโควิด-19 ที่ระบาดหนักไปทั่วโลกในตอนนี้ การเรียนรู้โครงสร้างของไวรัสโคโรน่า รวมถึงศึกษาการทำงานของมันกับเซลส์ในร่างกายเรา จึงเป็นกุญแจสำคัญของนักวิทยาศาสตร์ ที่จะนำไปสู่การคิดค้นวัคซีนมาหยุดยั้งการแพร่ระบาดนี้ 

หลายคนอาจเคยเห็นหน้าตาของไวรัสโคโรน่าในพาดหัวข่าวหลายสำนัก ชวนนึกจินตนาการว่า ไวรัสหน้าตาน่าขนลุกแบบนี้หรือที่จะเข้ามาอยู่ในเรา ?  เราจะชวนทุกคนมาหาคำตอบว่า นักวิทยาศาสตร์เขามีวิธีศึกษาโครงสร้างของไวรัสจิ๋วที่ชื่อว่า ‘ไวรัสโคโรน่า’ กันอย่างไร แล้วหน้าตาของมันเป็นอย่างไรกันแน่ ?

Photo Credit : Vox, Youtube | https://bit.ly/2VaZkMc

• รู้จัก SARS-CoV-2 หรือไวรัสโคโรน่า 

ไวรัสตัวใหม่ที่อุบัติขึ้นเมื่อปลายปีที่แล้ว จะเข้ามายึดเซลล์ในร่างกายของเราผ่านการหายใจหรือทางปาก แล้วแพร่เชื้อไปตามเซลล์ที่เยื่อบุคอ ท่อทางเดินหายใจ และปอด หลังจากบุกยึดสำเร็จมันจะผลิตลูกหลานออกมามากมาย จนกระทั่งเซลส์ที่มันใช้เพิ่มจำนวนไวรัสตาย มันก็จะไปหาเซลล์อื่นเพื่อเป็นที่อยู่ใหม่และทำซ้ำแบบเดิมไปเรื่อยๆ

Photo Credit : Vox, Youtube | https://bit.ly/2VaZkMc

• วิธีศึกษาไวรัสจิ๋วของนักวิทยาศาสตร์

แน่นอนว่าไม่ใช่เรื่องง่าย เพราะไวรัสโคโรน่าไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า แม้กระทั่งขยายผ่านกล้องจุลทรรศน์ทั่วไปก็มองไม่เห็น Frank Scheltens อาจารย์ประจำภาควิชาวัสดุศาสตร์ และวิศวกรรม แห่งมหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตต ได้ให้สัมภาษณ์กับสื่ออย่าง Vox ว่า

ไวรัสโคโรน่ามีขนาดเล็กจิ๋วประมาณ 100 นาโนมิเตอร์ หรือเล็กกว่า 1 มิลลิเมตรบนไม้บรรทัดถึง 10,000 เท่า เราจึงไม่สามารถมองเห็นได้อย่างแน่นอน หรือแม้จะใช้กล้องจุลทรรศน์แบบมาตรฐานส่องดูก็ตาม เนื่องจากความยาวคลื่นของแสงที่เล็กที่สุดที่มนุษย์สามารถมองเห็นได้ วัดได้ประมาณ 400 นาโนมิเตอร์ ซึ่งไวรัสโคโรน่ามีขนาดเล็กกว่านั้น 4 เท่า 

ดังนั้นนักวิทยาศาตร์จึงจำเป็นต้องใช้ Electron Microscopes หรือกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้อิเล็กตรอน ซึ่งต่างจากกล้องจุลทรรศน์ทั่วไปที่ใช้แสงในการสร้างภาพขยายของวัตถุต่างๆ โดยการดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมและเร่งความเร็วที่มากพอ ซึ่งจะทำให้อิเล็กตรอนทำตัวเหมือนคลื่น เมื่อความยาวคลื่นเล็กกว่าคลื่นแสงปกติที่อยู่ในกล้องจุลทรรศน์ทั่วไป ก็จะสามารถมองเห็นสิ่งที่เล็กจิ๋วอย่างไวรัสโคโรน่าได้

Photo Credit : Vox, Youtube | https://bit.ly/2VaZkMc

• เผยโฉมหน้าไวรัสที่มองไม่เห็น

กล้องจุลทรรศน์ที่ใช้อิเล็กตรอนมี 2 ประเภท ซึ่งจะแสดงภาพไวรัสที่แตกต่างกัน

  1. Scanning Electron Microscope (SEM) หรือ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนประเภทส่องกราด ใช้ศึกษาโครงสร้างภายนอกของวัตถุ ลักษณะผิวภายนอกของเซลล์ ผิวโลหะ ซึ่งจะแสดงผลบนจอคอมพิวเตอร์เป็นภาพ 3 มิติ มองเห็นความลึก มีกำลังขยายหลายหมื่นเท่า

    โดยสแกนพื้นผิวของตัวอย่างและบันทึกสิ่งที่สะท้อนกลับมาในรูปร่างและลักษณะพื้นผิวแบบภูมิประเทศ (Topography) เช่นเดียวกับภาพถ่ายดาวเทียม พร้อมแสงที่สมจริงคล้ายกับการถ่ายรูป โดยเงาและขนาดของวัตถุจะแสดงให้เห็นตำแหน่งการวางตัวของไวรัสและการเคลื่อนที่ผ่านเซลส์
  2. Tranmission Electron Microscope (TEM) หรือ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนประเภทส่องผ่าน ใช้ศึกษาโครงสร้างภายในของเซลล์ หรือรูปผลึกของสารต่างๆ ในการวิเคราะห์ทางเคมี ซึ่งจะแสดงผลบนจอเรืองแสงเป็นภาพ 2 มิติ มีกำลังขยายสูงมากถึง 500,000 ถึง 1,000,000 เท่า

    กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบ TEM นี้ จะบันทึกรายละเอียดภายในของตัวอย่าง โดยการส่งอิเล็กตรอนผ่านตัวอย่าง และแสดงให้เห็นภาพหน้าตัดของโครงสร้างภายใน

    อ้างอิงเพิ่มเติมจาก : แอคทีฟพริ้นท์, กรุงเทพฯ; 2557; หน้า 30
    Wikipedia | https://bit.ly/3cgQBh9, https://bit.ly/2K85Ug4
Photo Credit : Vox, Youtube | https://bit.ly/2VaZkMc

สิ่งที่น่าเซอร์ไพรส์ไปกว่านั้นคือ ภาพจากกล้องจุลทรรศน์ทั้ง 2 ประเภทจะเป็นสีขาวดำ ส่วนสีนั้นจะถูกใส่เพิ่มเข้ามาทีหลังเพื่อให้เห็นได้ชัดเจน 

อย่างตัวอย่างภาพจากกล้องจุลทรรศน์แบบ SEM เราจะเห็นอนุภาคไวรัสเป็นสีเหลือง แยกออกมาจากผิวเซลส์สีฟ้าและชมพู เมื่อนำภาพมาวิเคราะห์ร่วมกันแล้วจะสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ เข้าใจการทำงานของไวรัสได้มากขึ้นนั่นเอง

Photo Credit : Vox, Youtube | https://bit.ly/2VaZkMc

• โครงสร้างไวรัสลึกลับแต่ไม่ซับซ้อน

ภาพแรกของไวรัสโคโรน่าผ่านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (Electron Microscopes) จัดทำขึ้นโดยสถาบันโรคภูมิแพ้และโรคติดเชื้อแห่งชาติ หรือ NIAID หน่วยงานภายใต้กระทรวงสาธารณสุขของสหรัฐอเมริกา ซึ่งเปิดให้ดาวน์โหลดฟรีใน Flickr และเป็นชุดภาพที่ถูกใช้ในสื่อต่างๆ อย่างแพร่หลาย 

ภาพโคลสอัพของไวรัสโคโรน่าแสดงให้เราได้เห็นว่า ไวรัสเคลื่อนที่อย่างไรในร่างกายมนุษย์ และบุกเข้ามายึดเซลส์ต่างๆ ได้อย่างไร Beth Fisher จาก NIAID อธิบายกับ Vox ว่า ในภาพเราจะเห็นสีแดงและเหลือง นั่นคือแกนกลางของไวรัส และรัศมีรอบๆ ที่เป็นสีฟ้าคือส่วนที่เรียกว่า “โคโรน่า” ซึ่งเป็นตัวการที่ทำให้ไวรัสสามารถบุกยึดเซลล์ของเราได้นั่นเอง

รัศมีรอบตัวไวรัสนี้เป็นโปรตีนมีลักษณะเป็นหนามแหลม ชื่อว่า “Spike protein” หรือ “S-protein” ทำหน้าที่เสมือนกุญแจที่ไขประตูให้ไวรัสวิ่งเข้าสู่เซลล์ของเรา โดยเริ่มจากมันจะไปเกาะตามเยื่อหุ้มเซลล์ แล้วแทรกตัวเข้าไปในเซลล์ เมื่อมันลักลอบเข้าไปแล้ว มันจะปล่อย RNA ไปทั่วเซลล์ หรือก็อปปี้ตัวเองเพื่อเพิ่มประชากรไวรัส จนเมื่อเซลส์ของเราตาย ไวรัสเหล่านี้ก็จะออกไปล่าเซลส์อื่นในร่างกายต่อ

Photo Credit : Vox, Youtube | https://bit.ly/2VaZkMc

• หนทางต่อสู้กับไวรัสตัวฉกาจ

วิธีการยึดเซลส์ของไวรัสโคโรน่านั้น ไม่ต่างจากไวรัสที่เคยอุบัติขึ้นมาก่อนหน้านี้ อย่างเชื้อไวรัสอีโบล่า เชื้อไวรัส HIV หรือไวรัสชนิดไหนก็ตามที่มี S-protein อยู่รอบนอก ซึ่งเจ้าโปรตีนแหลมๆ นี่แหละเป็นเป้าหมายที่นักวิทยาศาสตร์มุ่งศึกษาเพื่อนำไปพัฒนาวัคซีน

โดยมีหลักการคือ การมัดรวมเจ้าหนามแหลมของเจ้าไวรัสนี้ด้วย Antibody หรือโปรตีนที่ระบบภูมิคุ้มกันในร่างกายของสิ่งมีชีวิตสร้างขึ้นมา ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้ไวรัสสามารถยึดเกาะและแทรกตัวเข้าไปในเซลส์ 

Beth Fisher ได้ทิ้งท้ายไว้ว่า “ฉันคิดว่า การเข้าใจว่าสิ่งที่เรามองคืออะไร และมันทำงานอย่างไรในร่างกายของเรา คือสิ่งที่จะทำให้เราสามารถต่อสู้และก้าวผ่านวิกฤตครั้งนี้ไปได้” 


Sources : Vox | https://bit.ly/2VaZkMc
NIAID | https://bit.ly/2RFgxuQ

Writer