ถอดรหัสพันธุกรรม ทำไมฉลามกรีนแลนด์มีอายุยืนหลายร้อยปี?

“การวิเคราะห์ข้อมูลทางพันธุกรรมของฉลามกรีนแลนด์

อย่างสมบูรณ์เป็นครั้งแรก เผยให้เห็นถึงเบาะแสสำคัญ

เกี่ยวกับอายุขัยอันยืนยาวของพวกมัน”

มนุษย์อย่างเราเข้าสู่วัยแรกรุ่นเมื่ออายุประมาณ 10 ปี แต่สำหรับฉลามกรีนแลนด์ พวกมันต้องรอกว่าศตวรรษ วัยเด็กที่ยาวนานนับร้อยปีอาจฟังดูเหมือนเรื่องแต่ง แต่นี่คือความเป็นจริงของสัตว์มีกระดูกสันหลังที่อายุยืนที่สุดในโลก เชื่อกันว่าฉลามกรีนแลนด์สามารถมีอายุได้ถึง 400 ปี พวกมันอาศัยอยู่ในความเงียบสงบของห้วงน้ำลึกแถบมหาสมุทรอาร์กติกและแอตแลนติกเหนือ เติบโตอย่างเชื่องช้าเพียงปีละ 1 เซนติเมตร แต่เมื่อโตเต็มวัย พวกมันจะมีขนาดยาวกว่ารถเก๋ง และมีน้ำหนักกว่า 900 กิโลกรัมเลยทีเดียว

โดยทั่วไป สัตว์ส่วนใหญ่มักมีอายุไม่ยืนยาวนัก เนื่องจากร่างกายเสื่อมสภาพลงตามกาลเวลา อีกทั้งยังเสี่ยงต่อโรคที่สะสมขึ้นจนส่งผลกระทบต่อสุขภาพ เช่น มะเร็ง แต่ดูเหมือนฉลามกรีนแลนด์จะฝืนกฎของธรรมชาติ ราวกับว่าพวกมันมีกลไกทางพันธุกรรมที่วิวัฒนาการขึ้นมาเพื่อรับมือกับโรคภัยที่เกี่ยวข้องกับอายุ

เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ค้นพบข้อมูลทางพันธุกรรมของฉลามกรีนแลนด์ที่อาจไขปริศนาว่าเหตุใดฉลามชนิดนี้จึงมีอายุยืนหลายร้อยปี แม้การค้นพบครั้งนี้จะไม่ได้ทำให้มนุษย์มีอายุถึง 400 ปี แต่ก็นับเป็นก้าวสำคัญที่อาจนำไปสู่การพัฒนาแนวทางดูแลสุขภาพให้แข็งแรงได้ยืนยาวยิ่งขึ้น

ฉลามกรีนแลนด์ตัวนี้เกิดตั้งแต่สมัยที่ดาวินชีวาดโมนาลิซา รู้หรือไม่ว่าฉลามกรีนแลนด์เป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังที่อายุยืนที่สุดในโลก โดยพวกมันอาศัยอยู่ในน้ำลึกที่เย็นจัดเป็นเวลาหลายร้อยปี ภาพถ่ายโดย Sergio Riccardo

วิธีจับฉลามกรีนแลนด์

ในปี พ.ศ. 2564 Arne Sahm ตัดสินใจออกตามล่าหาเบาะแสที่อยู่เบื้องหลังอายุขัยอันยืนยาวของฉลามกรีนแลนด์ ไม่เพียงเพื่อศึกษาเกี่ยวกับฉลามชนิดนี้เท่านั้น แต่เพื่อเปรียบเทียบพวกมันกับสัตว์อายุยืนชนิดอื่น ๆ อย่างเช่น ตุ่นหนูไร้ขน (Naked mole-rat) อีกด้วย

“เป็นเรื่องดีที่ได้ศึกษาว่าวิวัฒนาการมีลูกเล่นอะไรที่ทำให้สิ่งมีชีวิตที่มีอายุยืนอยู่แล้วสามารถมีอายุยืนยิ่งขึ้นไปอีก” Sahm นักชีวสารสนเทศจาก Leibniz Institute on Aging – Fritz Lipmann Institute ในประเทศเยอรมนี กล่าว

ขั้นแรก เขาต้องหาข้อมูลทางพันธุกรรม หรือ จีโนม (Genome) อย่างสมบูรณ์ของฉลามกรีนแลนด์ ซึ่งเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยมีมาก่อน เพื่อให้ได้มาซึ่งข้อมูลนี้ เขาต้องเก็บตัวอย่างที่ยังสดใหม่ แต่การจับฉลามน้ำหนัก 900 กิโลกรัมที่สามารถดำน้ำได้ลึกถึง 2,000 เมตรนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายเลย

“เราติดเบ็ดสิบตัวเข้ากับสายยาว สิ่งนี้เรียกว่าตะขอฉลาม มันมีขนาดใหญ่เลยทีเดียว” John Steffensen นักชีววิทยาทางทะเลจาก University of Copenhagen แห่งประเทศเดนมาร์ก ผู้ทำงานร่วมกับ Sahm ในโครงการนี้ และใช้เวลายี่สิบปีที่ผ่านมาในการศึกษาฉลามกรีนแลนด์ กล่าว

พวกเขาใช้เนื้อเน่าเหม็นชิ้นใหญ่เกี่ยวไว้กับเบ็ดเพื่อเป็นเหยื่อล่อ จากนั้นจึงหย่อนเชือกและโซ่ที่แข็งแรงลงไปลึกหลายร้อยเมตร ก่อนจะดึงขึ้นมา พร้อมกับฉลามกรีนแลนด์หนึ่งตัว หรือบางครั้งอาจมีหลายตัวที่ติดเบ็ดขึ้นมาด้วย

ทีมนักวิจัยของ Sahm ได้ร่วมมือกับ Steffensen และชาวประมงเพื่อจับฉลามชนิดนี้ในฟยอร์ด (Fjords) ทางตอนใต้ของกรีนแลนด์ และส่งตัวอย่างสมองของฉลามไปยังทีมนักวิจัย จากนั้นนักวิจัยจึงทำการสกัดดีเอ็นเอเพื่อนำมาศึกษาจีโนมของพวกมัน พวกเขาเผยแพร่วิจัยฉบับนี้ใน Preprint Server เมื่อเดือนกันยายนปีที่ผ่านมา

เบื้องหลังอายุขัยอันยืนยาวของฉลามกรีนแลนด์

หากจีโนมเป็นหนังสือคู่มือ ดีเอ็นเอก็เปรียบเสมือนตัวอักษร และยีนก็คือย่อหน้าภายในหนังสือเล่มนั้น นี่เป็นครั้งแรกที่ทีมนักวิจัยสามารถถอดรหัสจีโนมของฉลามกรีนแลนด์ได้อย่างสมบูรณ์ หรือ รวบรวม “หนังสือ” ของฉลามกรีนแลนด์ทั้งเล่มได้สำเร็จ พวกเขาพบว่าหนังสือเล่มนี้หนากว่าของมนุษย์เกือบสองเท่า โดยมียีนทั้งหมด 22,634 ยีน และคู่เบส (base pairs) ราว 6.45 พันล้านคู่ ซึ่งคู่เบสเหล่านี้ประกอบกันเป็นโครงสร้างเกลียวคู่ (double helix) ของดีเอ็นเอ เปรียบเสมือนตัวอักษรที่ร้อยเรียงอยู่บน “หน้ากระดาษ” ของดีเอ็นเอ

เมื่อทีมนักวิจัยถอดรหัสจีโนมของฉลามกรีนแลนด์จนสมบูรณ์ พวกเขาก็เริ่มไขปริศนาที่อยู่เบื้องหลังอายุขัยอันยืนยาวของฉลามชนิดนี้ และสิ่งที่พบก็คือ “ยีนกระโดด” (jumping genes) หรือ Transposons ที่มีอยู่เป็นจำนวนมาก

ยีนกระโดดเป็นยีนที่พบได้ในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ รวมถึงมนุษย์ โดยยีนนี้มีคุณสมบัติพิเศษคือสามารถเพิ่มจำนวนและเคลื่อนย้ายตัวเองเข้าไปอยู่ในตำแหน่งอื่นของจีโนมได้ ทำให้เกิดความหลากหลายทางพันธุกรรม แต่ขณะเดียวกันก็อาจเป็นอันตราย หากไปแทรกอยู่ผิดตำแหน่งจนรบกวนการทำงานของยีนอื่น ๆ Sahm อธิบายว่า กระบวนการนี้ก็เหมือนกับการคัดลอกและวางคำจากที่หนึ่งไปแทรกในอีกประโยคหนึ่ง จนทำให้เนื้อหาผิดเพี้ยน

แต่ในฉลามกรีนแลนด์ ยีนกระโดดกลับมีบทบาทเชิงบวกมากกว่าเชิงลบ เนื่องจากยีนที่เพิ่มขึ้นมามีส่วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการซ่อมแซมดีเอ็นเอ ดังนั้น แทนที่จะก่อให้เกิดความผิดปกติ มันจึงกลับกลายเป็นยีนที่มีประโยชน์ ซึ่งในทางทฤษฎีอาจช่วยชะลอวัยได้

หากดีเอ็นเอได้รับความเสียหายและไม่ได้รับการซ่อมแซม อาจนำไปสู่ความผิดปกในเซลล์ รวมถึงการเกิดมะเร็ง นักวิจัยจึงเชื่อว่า ยิ่งจีโนมของสิ่งมีชีวิตได้รับการดูแลและซ่อมแซมอย่างดีเท่าไหร่ อายุขัยของสิ่งมีชีวิตนั้นก็อาจยืนยาวขึ้นเท่านั้น

แม้ฉลามกรีนแลนด์จะสามารถดำน้ำได้ลึกกว่า 2,000 เมตรและมีขนาดใหญ่เท่ารถยนต์ แต่ก็ไม่อาจช่วยให้พวกมันรอดพ้นจากการถูกล่า ชาวกรีนแลนด์ แคนาดา และไอซ์แลนด์ ล่าฉลามชนิดนี้มาเป็นเวลาหลายสิบปีเพื่อเอาน้ำมันจากตับของพวกมันมาใช้ ภาพถ่ายโดย Sergio Riccardo

ยีนที่ได้รับความสนใจจากทีมนักวิจัยอีกหนึ่งยีนก็คือ TP53 ซึ่งถูกขนานนามว่าเป็น “ผู้พิทักษ์จีโนม” เพราะมีบทบาทสำคัญในการป้องกันมะเร็ง ยีนนี้พบได้ในมนุษย์และสัตว์หลายชนิด เช่น ช้างและวาฬ โดย TP53 ทำหน้าที่เป็นคู่มือสำหรับผลิตโปรตีน p53 ซึ่งมีบทบาทในการยับยั้งการเกิดเนื้องอกและซ่อมแซมดีเอ็นเอ

p53 ทำงานโดยหยุดการแบ่งตัวของเซลล์ที่มีดีเอ็นเอเสียหายจนกว่าจะได้รับการซ่อมแซม หรือหากไม่อาจซ่อมแซม มันจะกระตุ้นให้เซลล์ตายไป กลไกนี้ช่วยป้องกันไม่ให้เซลล์เติบโตอย่างรวดเร็วจนควบคุมไม่ได้ ซึ่งอาจนำไปสู่การเกิดเนื้องอก

สิ่งที่น่าสนใจก็คือ ยีน TP53 ของฉลามกรีนแลนด์มีลำดับพันธุกรรมที่ต่างจากสัตว์ชนิดอื่น นักวิจัยใช้แบบจำลอง AI วิเคราะห์และคาดการณ์ว่าการกลายพันธุ์นี้อาจส่งผลต่อโครงสร้างของโปรตีน p53 และกระบวนการซ่อมแซมดีเอ็นเอ ซึ่งอาจเป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้ฉลามกรีนแลนด์อายุยืน อย่างไรก็ตาม Sahm เน้นย้ำว่านี่เป็นเพียงการคาดการณ์เท่านั้น หากต้องการเข้าใจการเปลี่ยนแปลงนี้อย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น นักวิจัยจำเป็นต้องทำการทดลองเพิ่มเติม

ทำไมข้อมูลเหล่านี้จึงอาจช่วยให้มนุษย์มีสุขภาพแข็งแรง?

กุญแจสำคัญที่ทำให้ฉลามกรีนแลนด์อายุยืนสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจเรื่องช่วงชีวิตของสัตว์ชนิดอื่นได้มากขึ้น และอาจเป็นประโยชน์ต่อมนุษย์ด้วยเช่นกัน แม้ว่าจะไม่ได้ทำให้เรามีชีวิตอยู่ได้นานหลายร้อยปีก็ตาม

Sahm อธิบายว่า ระบบร่างกายของฉลามและมนุษย์ต่างกันเกินไปจนไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้โดยตรง อย่างไรก็ตาม จีโนมของฉลามกรีนแลนด์ถือเป็นหนึ่งชิ้นส่วนสำคัญที่เติมเต็มฐานข้อมูลของจีโนมของสัตว์อายุยืนชนิดอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์สามารถนำข้อมูลของสัตว์เหล่านี้ไปเปรียบเทียบกับจีโนมของมนุษย์ เพื่อศึกษากระบวนการชราภาพให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น พวกเขาอาจค้นหายีนที่พบในสัตว์อายุยืนแต่ไม่พบในสัตว์อายุสั้น ซึ่งอาจนำไปสู่แนวทางใหม่ ๆ ในการช่วยป้องกันโรคที่ตามมากับอายุที่เพิ่มขึ้น

Paul Robbins นักชีววิทยาโมเลกุลจาก University of Minnesota ผู้ไม่เกี่ยวข้องกับวิจัยชิ้นนี้ กล่าวว่า “เป้าหมายของงานวิจัยด้านอายุยืนของมนุษย์ไม่ใช่การทำให้มนุษย์มีอายุยืนขึ้น แต่เป็นการทำให้มนุษย์มีสุขภาพแข็งแรงได้นานขึ้น” โดยเน้นไปที่การยืดช่วงอายุที่มนุษย์สามารถใช้ชีวิตอย่างแข็งแรง (healthspan) เป็นหลัก หนึ่งในหัวข้อสำคัญของวิจัยประเภทนี้คือการหาสมดุลระหว่างอายุที่ยืนยาวกับการป้องกันโรคมะเร็ง

เนื่องจากยีนบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับอายุของมนุษย์มีความคล้ายคลึงกับของสัตว์อายุยืน อย่างยีน TP53 เป็นต้น จีโนมของฉลามกรีนแลนด์จึงอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบช่องทางในการพัฒนาวิธีรักษาสุขภาพระยะยาว เช่น ยารักษาโรคหรือการบำบัดด้วยยีน (gene therapy)

Bodnar เสริมว่า การค้นพบครั้งนี้ยังสามารถสร้างประโยชน์ให้กับงานวิจัยที่เกี่ยวกับอายุของสัตว์ชนิดอื่นได้ด้วย ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์สามารถเปรียบเทียบฉลามกรีนแลนด์กับสัตว์อายุสั้น เช่น หนู เพื่อหาความแตกต่าง หรือเปรียบเทียบกับสัตว์อายุยืนอื่น ๆ เช่น วาฬหัวคันศร (bowhead whale) เพื่อหาความคล้ายคลึง

Andrea Bodnar นักชีววิทยาเซลล์และผู้อำนวยการฝ่ายวิทยาศาสตร์จาก Gloucester Marine Genomics Institute ในรัฐแมสซาชูเซตส์ (Massachusetts) ผู้ไม่เกี่ยวข้องกับวิจัยนี้ ให้ความเห็นว่า “ข้อมูลเกี่ยวกับจีโนมของฉลามกรีนแลนด์ถือเป็นเครื่องมืออันทรงคุณค่า” เธอศึกษาเรื่องอายุยืนของสัตว์ทะเล เช่น เม่นทะเลสีแดง (red sea urchin) ที่สามารถมีอายุได้ถึง 200 ปี Bodnar เผยว่า “สัตว์อายุยืนแต่ละชนิดต่างก็มีวิธีการเฉพาะตัวในการชะลอวัยและป้องกันมะเร็ง”

อย่างไรก็ตาม ยังต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อยืนยันถึงกลไกการทำงานของโปรตีนที่พบในจีโนมของฉลามกรีนแลนด์ ขั้นตอนต่อไปอาจเป็นการศึกษาการแสดงออกของยีน (gene expression) ผ่านการเพาะเลี้ยงเซลล์ หรือการแทรกยีนเข้าไปในสัตว์ทดลองชนิดอื่น

Bodnar กล่าวทิ้งท้ายว่า “การค้นพบจีโนมของฉลามกรีนแลนด์ถือเป็นเรื่องที่น่ายินดี และเป็นทรัพยากรสำคัญสำหรับการวิจัยในอนาคต แต่นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น”

เรื่อง Jude Coleman

แปลและเรียบเรียง

พิมพ์มาดา ทองสุข

โครงการสหกิจศึกษา กองบรรณาธิการ นิตยสาร เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ฉบับภาษาไทย