จีโนม (genome) คือ ชื่อของยีนสมบูรณ์ ที่อยู่ภายในอวัยวะ ส่วนโปรตีโนม
(proteome) คือ โปรตีนสมบูรณ์ หากคุณรู้เรื่องเหล่านี้แล้ว คุณจะทราบถึงการทำงาน
ที่แท้จริงภายในร่างกายของคุณ
บางครั้งเมื่อคุณกำลังไต่เขา สิ่งแรก ที่คุณจะได้เห็นจากยอดเขา คือ
ภูเขา ลูกใหญ่กว่า ที่อยู่เบื้องหน้า บรรดานักสำรวจปีนป่ายถึงยอดเขาจีโนม
(หรือเวอร์ ชั่นของมนุษย์) เมื่อปลายเดือนมิถุนายน ที่ผ่านมา เหล่านักสำรวจต่างปักธงชาติของตน
โต้เถียงกันเอง เพื่อหาตัวคนแรก ที่ก้าวขึ้นสู่ยอดเขาเป็นคนแรก ก่อนจับมือ
กัน และประกาศให้โลกรู้ ก่อนจะเงยหน้าขึ้น และตรงนั้น เอง ที่พวกเขาเห็นภูเขาอีกลูกหนึ่ง
ที่ชื่อ ภูเขาโปรตีโนม ภูเขาลูกนี้ใหญ่ มาก ใหญ่จนไม่รู้ว่ายอดเขาอยู่ตรงไหน
การปีนป่ายภูเขาจีโนม - หรือส่วน เติมความสมบูรณ์ของดีเอ็นเอมนุษย์
นั้น เป็นเรื่องง่าย เซลล์ส่วนใหญ่ภายในอวัยวะต่างๆ มียีนเดียวกันอยู่ภายในนิวเคลียส
ดังนั้น จึงไม่สำคัญนักว่าคุณจะหยิบยีนตัวใดออกมา สิ่งที่คุณควรให้ความสนใจคือ
ลำดับ "ตัวอักษร" ของยีน อันเป็นฐานทางเคมี ที่ใช้เขียนภาษายีน แม้ ขณะนี้เหล่านักสำรวจยังโต้แย้งกันถึงขนาด
ที่แท้จริงของมัน แต่เอาเข้าจริงจีโนมของมนุษย์อาจมีขนาดเล็กจนน่าประหลาด
ใจประมาณ 40,000 ยีน
โปรตีนมีความสลับซับซ้อนมากกว่าด้วยเหตุผลหลายประการ ประการแรก เซลล์แต่ละเซลล์มีส่วน
เติมเต็มของโปรตีน ที่แตกต่างกัน แต่มีเซลล์ต่างๆ ในร่างกายมนุษย์มากกว่า
20 ชนิด หากต้องการเติมโปรตีโนมของมนุษย์ให้สมบูรณ์ โปรตีนแต่ละส่วนจะต้องถูกนำมาเป็นตัวอย่าง
และ ทดสอบ ประการที่สอง โปรตีน ที่สร้าง จากเซลล์เปลี่ยนแปลงตามเวลาเงื่อน
ไข บางอย่างที่เซลล์ได้รับจะมาจากโลก ภายนอก และความแข็งแรงของเซลล์ และประการสุดท้าย
มียีนอยู่มากมาย แนวคิดแบบเก่าๆ คือ ยีนแต่ละตัวสามารถสร้างโปรตีนเดี่ยว
ที่เหมือนกับของเดิม แต่โปรตีน ที่พบกลับถูกผ่าซีกออก และเปลี่ยนสภาพจากเดิมมาก
เพื่อปรับตัวให้เข้ากับการทำงาน ผลที่เกิดขึ้นคือ จริงๆ แล้วภายในร่าง กายมนุษย์มีโปรตีน
ที่แตกต่างกันมาก น้อยเพียงใด ซึ่งจะต้องมากถึง 1 ล้าน หน่วย
นี่คือ ภูเขาลูกใหม่ ที่สูงจนยาก จะปีนป่าย หากต้องการปีนภูเขาลูกนี้จริงๆ
สิ่งที่ต้องมีคือ พัฒนาการของเทคนิคทางเทคโนโลยี ที่ก้าวหน้ากว่า ที่ใช้ขณะวิเคราะห์เรื่องดีเอ็นเอแต่คงต้องปีนภูเขาลูกนี้
เพราะความลับเรื่อง โครงการจีโนมในมนุษย์นั้น การรู้แต่เรื่องยีนเพียงเรื่องเดียวนั้น
ไม่ค่อยคุ้มค่านัก หากไม่นับรวมน้ำ ที่อยู่ภาย ในร่างกายมนุษย์ ทุกๆ อย่างมักทำมา
จากโปรตีนหรือด้วยโปรตีน มูลค่า ที่ แท้จริงทั้งในทางการแพทย์ และทาง การเงินมีอยู่ในโปรตีน
โปรตีนเหล่านี้อาจทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยโรคในระยะแรก โดยเฉพาะถ้าตรวจสอบได้ภายในเลือดของผู้ป่วย
และจากเนื้อเยื่อ ที่ต้องสงสัยโปรตีนเหล่านี้ยังทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้ เพื่อใช้ตรวจสอบความมีประสิทธิภาพของการบำบัดรักษาขั้นทดลอง
หรืออาจทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบของตัวยา
จุดเริ่มต้นของ Proteomic คือ ความบริสุทธิ์ ที่มักทำได้ด้วยวิธีอิเล็กโทรโฟเรซิส
(electrophore-sis) อันเป็นกระบวนการที่จะใช้กระแสไฟฟ้า เพื่อดึงโมเลกุลโปรตีนผ่านสสารชนิดหนึ่ง
ที่เรียกว่า โพลีอะครีลาร์ไมด์ (polyacrylamide) ทั้งนี้ โพลีอะครีลาไมด์จะแพร่กระจาย
ภายในชั้นบางๆ ที่อยู่ในเพลทกระจก ที่วางอยู่ระหว่างขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว
ความเร็ว ที่โมเลกุลโปรตีนจะทะลุผ่านช่องว่างระหว่างโมเลกุลโพลีอะครีลาร์ไมด์
( ซึ่งมองดูเหมือนมีแม่เหล็ก) มักขึ้นอยู่กับขนาด และประจุ ไฟฟ้าของมันโดยประจุไฟฟ้าดังกล่าวนี้จะขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของมันส่วนหนึ่ง
และความเป็นกรดของเจลอีกส่วนหนึ่ง ทั้งนี้ ความเป็นกรดสามารถสร้างขึ้นได้ในระดับต่างๆ
จาก ขอบด้านหนึ่งของเพลทไปยังขอบอีกด้านหนึ่งสิ่งนี้หมายความว่าโปรตีน ที่อยู่บนจุดๆ
หนึ่งสามารถจัดเรียงตามประจุไฟฟ้าของมันก่อนเป็นอย่างแรก ด้วยการดึงไปในทิศทางเดียวกับความเป็นกรด
ที่แตกต่างกัน หลังจากนั้น จึงปรับมุม 90 องศา ของเพลท ทำให้มันปรับเปลี่ยนตำแหน่งด้วยหรือ
เราอาจจัดเรียงโดยอาศัยขนาดการที่มีโปรตีนบางตัวเท่านั้น มีประจุไฟฟ้า เดียวกัน
และน้ำหนักเท่าๆ กันกระบวนการที่แบ่งเป็น 2 ขั้นตอนนี้จึงสามารถแยกส่วนผสม
ที่ประกอบด้วยยีนต่างชนิดกันรวม 1,000 ชนิด ซึ่งสามารถใช้ร่วมกับส่วนประกอบโปรตีนของเซลล์มนุษย์แต่ละคนได้
กระบวนการแยกแบบง่ายๆ สามารถนำมาเปรียบเทียบเนื้อเยื่อของคนที่มีสุขภาพแข็งแรง
และกำลังไม่สบาย โดยไม่จำเป็นต้องชี้ชัดถึงแต่ละจุดที่อยู่บนเจล หากจุดมีขนาดใหญ่
หรือเล็กกว่าในเนื้อเยื่อของผู้ป่วยเมื่อเทียบกับเนื้อเยื่อของผู้ที่มีสุขภาพแข็งแรง
หรือถ้าปรากฏหรือไม่ปรากฏโปรตีนการไต่สวน น่าจะมุ่งเน้น มา ที่โปรตีน ที่ต้องสงสัยเป็นหลักการตรวจ
สอบสิ่งเหล่านี้ด้วยตาเปล่านั้น ไม่น่าเชื่อถือเท่า ที่ควรโดยเฉพาะ หากต้องเปรียบเทียบเพลท
2 เพลท ดังนั้น ปัจจุบันนี้ บริษัทหลายบริษัทจึงได้เร่งหากระบวน การป้องกัน
บริษัทไซมากิกซ์ (Scimagix) บริษัทในเรดวู้ด ชอร์ รัฐแคลิฟอร์เนีย และบริษัทพาร์ค-เดวิส
(Parke-Davis) บริษัทเวชภัณฑ์ขนาดใหญ่ กำลังร่วมมือ กัน เพื่อปรับเปลี่ยนระบบบริหารอิมเมจเชิงวิทยาศาสตร์ของไซมากิกซ์
(Scien-tific Image Management System- SIMS) เพื่อรับมือกับอิมเมจของเจล
ทั้งนี้ SIMS คือ วิธีจัดเก็บ และจับคู่อิมเมจ ที่ทำงานด้วยการวิเคราะห์อิมเมจแต่ละ
อิมเมจออกเป็น "มิติ" ที่แตกต่างกัน 70 มิติ อาทิ ส่วนผสมของสี ขนาด และรูปทรง
ที่แตกต่างกัน สิ่งนี้จะปรับเปลี่ยนอิมเมจเป็น รายละเอียดเชิงข้อมูลที่สามารถค้นคว้าวิจัยได้เหมือนกับเครื่องมือค้นหาในอินเทอร์เน็ต
ที่สามารถค้นหาข้อมูลที่เชื่อมโยง กับคำค้นหา SIMS สามารถค้นหาอิมเมจ ที่เกี่ยวข้องโดยอาศัยค่า
ที่เหมาะสมของมิติ วิธีนี้ทำให้เปรียบเทียบเพลทเจลต่างๆ เพื่อ ค้นหารูปแบบ
ที่ใกล้เคียงกันในฐานข้อมูล และกำหนดช่วงต่างระหว่างรูปแบบนั้น เพื่อ ค้นหาโปรแกรม
ที่สนใจ การที่ฐานข้อมูลมักประกอบด้วยภาพของตัวอย่างเนื้อเยื่อ จากโปรตีน
ที่คัดออกมา การเปลี่ยน แปลง ในทางวิภาคของตัวอย่างเหล่านี้อาจเชื่อมโยงกับการเปลี่ยนแปลงด้านเคมีชีวภาพ
ออกซ์ฟอร์ด จีโคไซเอนซ์ (Ox-ford Glycosciences) ในอังกฤษกำลังเร่งพัฒนาขั้นตอนใหม่ๆ
เพื่อจัดเก็บ และเปรียบเทียบอิมเมจ ซึ่งในกรณีนี้ซอฟต์แวร์ ของบริษัทสามารถใช้เทคนิคทางสถิติ
เพื่อ "morph" อิมเมจของเพลท จนสามารถแยกแยะความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างตำแหน่งของจุดที่แทนโปรตีนต่างๆ
วิธีนี้จะช่วยให้การเปรียบเทียบเจลต่างๆ ของเชื้อโรคง่ายขึ้น แต่อิมเมจของจุดไม่สามารถบอกได้โดยอัตโนมัติว่า
จุดเหล่านั้น ทำมาจากสิ่งใด ซึ่งเราต้องอาศัยการวิเคราะห์ หรือจับคู่กับจุดอื่นๆ
ที่ถูกวิเคราะห์ไว้แล้วก่อนหน้า
โมเลกุลโปรตีนคือ สายโซ่หรือเชนของหน่วยย่อย ที่เรียกว่า กรดอะมิโน
(ลำดับของฐานในยีนเป็นตัวกำหนดลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีน อย่างน้อยที่สุดจนกระทั่งการผ่า
และการเปลี่ยนแปลงเริ่มต้นขึ้น) การวิเคราะห์โปรตีน เพื่อหาคำตอบว่า กรดอะมิโนใด
ที่เป็นส่วนประกอบสามารถดำเนินการได้ด้วยกระบวนการ time-of-flight mass spectrometry
เทคโนโลยีพื้นฐานสำหรับ กระบวนการนี้เป็นที่รู้จักมักคุ้นกันดี ซึ่งมักเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ
กรรมวิธี time-of-flight mass spectroscopy เหมือนวิธี electro-phoresis
อันได้แก่ การเคลื่อนย้ายโมเล กุลผ่านสนามแม่เหล็ก ในกรณีนี้ โมเลกุล คือ
แฟล็กเมนต์ของโปรตีน ที่เรียกว่า เป็ปไทด์ (peptides) ซึ่งจะเคลื่อนที่ผ่านสุญญากาศมิใช่เจล
ความเร็ว ที่แฟล็ก เมนต์ข้ามผ่านชั้นสุญญากาศของสเป็ก โตรมิเตอร์-อุปกรณ์แยกสี
(หรือ time-of-flight) จะขึ้นอยู่กับมวล และมวลจะสะท้อนให้เห็นถึงส่วนประกอบ
ที่อยู่ภายใน ดังนั้น สิ่งที่น่าจะเป็นไปได้คือ การ สร้างภาพส่วนประกอบของโปรตีนด้วยวิธีแมส
สเป็กโตรมิตรีย์หรือการแยกสี
ในหลักการดูเป็นเรื่องง่าย แต่เป็นกระบวนการที่เสียเวลามาก ประการแรก
ต้องตัดจุดที่มีโปรตีนเป็นส่วนประกอบออกมาจากเจล หลังจากนั้น จึงสกัดโปรตีน
ทำให้บริสุทธิ์ และแยกออกเป็นแฟล็กเมนต์ของเป็ปไทด์โดยส่วนของเป็ปไทด์ต้องโหลดเข้าสู่อุปกรณ์แยกสีขนาดใหญ่
(mass spectrometer) เครื่องมือชนิดนี้จะทำงาน และตีความผลที่ได้ และผู้ที่ได้รับรางวัล
คือ บุคคล ที่สามารถสร้างกลไกสำหรับกระบวนการนี้
สถาบันออกซ์ฟอร์ด จีโคไซเอนซ์อ้างว่า เป็นผู้ลงมือทำขั้นตอนเหล่านี้
ห้องปฏิบัติการแห่งใหม่ของบริษัทมี "เวิร์ค สเตชั่น" ทางเคมี ที่สามารถจัดเตรียมกระบวนการได้โดยอัตโนมัติ
ทั้งยังมีเครื่องมือแยกสีขนาดใหญ่สำหรับแยกจุดต่างๆ ของเจล ผู้ปฏิบัติการสามารถใช้ซอฟต์แวร์
เปรียบเทียบของบริษัทคัดเลือก จุดพิเศษจากเพลทพิเศษ และกดปุ่ม "วิเคราะห์"
เวิร์คสเตชั่น จะทำหน้าที่ทดสอบ ตั้งแต่ขั้นตอนการเรียกดูเพลท จนถึงการเก็บรวบรวมข้อมูลในขั้นสุด
ท้าย หลังจากนั้น จึงมีการตีความข้อมูลที่ได้ด้วยการเปรียบเทียบข้อมูลใหม่เหล่านี้กับฐานข้อมูลจีโนมของมนุษย์
วิธีนี้จะทำให้เป็ปไทด์กลับมาอยู่รวมกันในลำดับที่ละเอียดอ่อนขึ้น คืนกลับเป็นโปรตีนดั้งเดิม
อุปกรณ์แยกสีขนาดใหญ่ให้คำตอบเกี่ยวกับน้ำหนัก โมเลกุลของเป็ปไทด์แต่ละหน่วย
และให้แนวคิดเกี่ยวกับกรดอะมิโน ที่เป็นส่วนประกอบด้วย ปัจจุบันมีกรดอะมิโนอยู่
20 ชนิดสำหรับสร้างโปรตีน และกรดอะมิโนแต่ละชนิดมีน้ำหนักโมเลกุล ที่แตกต่างกัน
ดังนั้น การจัดเตรียมเป็ปไทด์ไม่ใช่เรื่อง ยาก น้ำหนักของมันจะช่วยบอกคุณว่า
มัน ประกอบด้วยอะไรบ้าง แม้จะไม่ใช่คำตอบ เกี่ยวกับลำดับของกรดอะมิโน ที่เกิดขึ้น
เราสามารถรับทราบข้อมูลลำดับของกรดอะมิโนเฉพาะเมื่อแยกเป็ปไทด์ออกมา
และดู ที่ส่วนต่างของน้ำหนักระหว่างแฟล็กเมนต์ต่างๆ สิ่งนี้จะสอด คล้องกับส่วนต่างของกรดอะมิโนระหว่างแฟล็กเมนต์
จนได้ซีเควนท์ กระนั้น ก็ดี ซอฟต์แวร์ของสถาบันออกซ์ฟอร์ด จีโคไซเอนซ์ ทำสิ่งนี้ได้โดยตรง
ด้วยการใช้ฐาน ข้อมูลสำเร็จรูปของยีนมนุษย์ ซึ่งทำได้ด้วย การค้นหาตัวอักษรต่างๆ
ที่แทนยีนหรือพันธุกรรมภายในฐานข้อมูล เพื่อค้นหาซีเควนท์ ที่ตรงกับเป็ปไทด์เฉพาะ
แม้อาจมี เป็ปไทด์มากกว่าหนึ่ง เป็ปไทด์ ที่ถูกต้องจะ ปรากฏใกล้ๆ กับซีเควนท์
ที่ตรงกับเป็ปไทด์ อื่นในโปรตีน สถาบันออกซ์ฟอร์ด จีโค ไซเอนซ์คาดหวังว่า
การปฏิบัติการของบริษัทด้วยเวิร์คสเตชั่นจะสามารถตรวจสอบโปรตีนได้หลายพันโปรตีนในหนึ่งวัน
อย่างไรก็ดี วิธีการที่เรียกว่า เจล อิเล็กโตรโพเรซิสไม่ใช่วิธีเดียว
เพื่อจัดเรียงลำดับโปรตีน บริษัทหลายแห่งรวมถึง มิลิเนียม พรีดิกทีฟ แมดิซีน
(Millen-nium Predictive Medicide) ในแคมบริดจ์ รัฐแมสซาซูเสตต์ นิยมใช้เทคนิค
ที่เรียกว่า High-Pressure Liquid Cheomatography (HPLC)
กรรมวิธีนี้เกี่ยวข้องกับการบีบให้ส่วนผสมของโปรตีนทะลุผ่านคอลัมน์
โดยภายในคอลัมน์ประกอบด้วยแม็ก ทริกซ์ ที่เป็นรูพรุน และโปรตีน ที่จะถูกจัดลำดับจะไหลผ่านคอลัมน์นี้ในโซลูชั่น
เมื่อบังคับให้โซลูชั่นเกิดขึ้นควบคู่กับคอลัมน์ โปรตีนบางส่วน ที่อยู่ ในคอลัมน์จะละลาย
บางส่วนจะติดอยู่ กับแม็กทริกซ์ ยิ่งโปรตีนใช้เวลาติดอยู่ กับแม็กทริกซ์มากเท่าไร
โปรตีนเหล่านี้ก็จะต่ออยู่ ที่ส่วนปลายของคอลัมน์มากขึ้นเท่านั้น
วิธี ที่โปรตีนแยกตัวระหว่าง HPLC จะขึ้นอยู่กับธรรมชาติทางเคมีของแม็กทริกซ์
และสารละลายโซลเวนท์ เราสามารถจัดเรียงลำดับโปรตีน ตามขนาด และประจุไฟฟ้า
หรือด้วยบรรทัดฐาน ที่ละเอียดอ่อนยิ่งขึ้น อาทิ โซลูชั่น ที่โปรตีนนี้อยู่ด้วยมีลักษณะอย่างไร
วิธีนี้จะเปิดโอกาสให้เราสามารถแยก "มิติ" ได้มากกว่าสองมิติ ตามมาตรฐานทางเคมี
ที่แตกต่างกัน ทั้งยังอาจได้เอาท์พุทจากคอลัมน์หนึ่ง ที่จะนำมาใช้เป็นอินพุทของอีกคอลัมน์
หนึ่งความสำคัญอีกประการหนึ่งคือ ความน่าจะเป็นที่จะเกิดความต่อเนื่อง เพราะคอลัมน์ไม่เหมือนกับเพลทเจลตรง
ที่ว่า สามารถนำกลับมาใช้ได้อีก
อีกหนึ่งข้อได้เปรียบของ HPLC คือ เราสามารถป้อนเอาท์พุทเข้าสู่อุปกรณ์แยกสีขนาดใหญ่ได้โดย
ตรง และแม้ว่าโครมาโตกราฟิกเดี่ยวสามารถแยกจำนวนโปรตีน ที่แตกต่างกันออกได้ในทันที
ซอฟต์แวร์ ที่เชื่อมโยงกับจีโนมของมนุษย์อันเป็นผลงานสร้างสรรค์ของมิลลิเนียม
ที่รู้จักกันในชื่อ Spectrum Mill สามารถจัดเรียงลำดับของโปรตีน ที่เป็นส่วนผสมเป็นโปรตีนเดี่ยวๆ
โดยแยกออกมาจากเป็ป ไทด์ ที่เข้ามาอยู่ภายในเครื่องตรวจจับ
กรรมวิธีนี้เปิดให้บริษัทศึกษาถึงเทคนิคการวิเคราะห์วิจัยได้ทันที โดยไม่ต้องอ้างถึงเจล-อิมเมจของไซมา
กิกซ์ และสถาบันออกซ์ฟอร์ด จีโคไซเอนซ์ ตัวอย่างที่คัดมาจากผู้ป่วยหรือผู้ที่มีสุขภาพดี
หรือจากเนื้อเยื่อ ที่เติบโต มาจากบุคคลเหล่านี้
