เทคนิคใหม่ พืชตรวจจับระเบิด ต้นทุนต่ำ...ได้ผลแม่นยำ

พืชเป็นสิ่งมีชีวิตประเภทที่มีเซลล์จำนวนหลายเซลล์ที่มีประโยชน์ ไม่ว่าจะเป็นอาหารของมนุษย์ ผลิตก๊าซออกซิเจน หรือแม้กระทั่ง เป็นเครื่องมือในการตรวจจับระเบิด ที่นักวิทยาศาสตร์พยายามค้นคว้าทดลองขึ้นมาเพื่อใช้ประโยชน์ รักษาชีวิตของทหารและประชาชนผู้บริสุทธิ์ โดย ถือเป็นเทคนิคใหม่ที่ควรได้รับการสนับสนุนพัฒนาให้สามารถนำมาใช้ได้จริง เพราะใช้ต้นทุนต่ำและได้ผลแม่นยำ
   
ดร.เมธา มีแต้ม อาจารย์ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ให้ความรู้ว่า เทคนิคพืชตรวจจับระเบิด ประเทศที่ทำการวิจัยสำเร็จเป็นประเทศแรก คือ เดนมาร์ก ที่ทำการทดลองเมื่อประมาณ 5-6 ปีที่แล้ว จากนั้นในหลาย ๆ ประเทศให้ความสนใจนำมาสานต่อและพัฒนามาเรื่อย ๆ โดยเทคนิคการทดลองนี้นักวิจัยใช้ความรู้พื้นฐาน คือเซลล์ของสิ่งมีชีวิต มนุษย์เราหรือของพืชแต่ละต้นทุกสิ่งมีชีวิตเซลล์มียีนหลายหมื่นยีน แต่มนุษย์กับพืชมีไม่เท่ากันและทุกยีนก็ไม่ได้แสดงออกพร้อม ๆ กัน (คำว่า แสดงออก คือการถ่ายทอดข้อมูลพันธุกรรมจากทีดีเอ็นเอเป็นอาร์เอ็นเอมาเป็นโปรตีน แล้วโปรตีนก็จะควบคุมการทำงานของเซลล์) เช่น ถ้าเรารู้สึกหิว แปลว่าน้ำตาลในเลือดตก ทำให้ความเข้มข้นของน้ำตาลลดลงจะไปกระตุ้นให้มีการแสดงออกของยีนที่สร้างเอนไซม์ ทำให้กระเพาะหลั่งเอนไซม์หรือกรดออกมาทำให้เรารู้สึกหิว ฉะนั้นทุกเซลล์จะมียีนเหมือนกันแต่การตอบสนองหรือการแสดงออกของยีนจะขึ้น ๆ ลง ๆ ไม่พร้อมกัน โดย นักวิจัยนำส่วนตรงนี้มาตัดต่อดีเอ็นเอและใส่ในพืช แต่ไม่ใช่พืชทุกชนิดจะสามารถดัดแปลงยีนได้
   
พืชที่ใช้บ่อยในงานวิจัยคือ “ต้นอะราบิดอฟซิส” (Arabidopsis) มีชื่อทางวิทยาศาสตร์ว่า “Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.” และมีชื่อสามัญคือ “อะราบิดอฟซิส” (Arabidopsis) หรือ “เธลเครส” (Thale thale cress) เป็นพืชตระกูลมัสตาร์ด มีพืชไทยที่ใกล้เคียงกันอยู่บ้าง เช่น ต้นคะน้ากับบรอกโคลี โดยพืชตัวนี้จะใส่ยีนอะไรเข้าไปได้ง่าย ใช้ในการศึกษาระดับพันธุศาสตร์ระดับโมเลกุลในพืช ต้นอะราบิดอฟซิส เป็นพืชดอกที่เป็นจำพวกวัชพืช ยังปลูกไม่ดีในเมืองไทย ยกเว้นในห้องแล็บเพื่อใช้ทดลอง นอกจากนี้พืชชนิดอื่นของไทยก็สามารถใส่ยีนได้ เช่น ข้าว มะเขือเทศ ซึ่งต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมและรวมทั้งต้องมีงานวิจัยในเมืองไทยที่ดูประโยชน์และโทษจากพืชดัดแปลงพันธุกรรมหรือจีเอ็มโออย่างจริงจัง โดยพยายามใส่ยีนลงไปในพืชชนิดต่าง ๆ เนื่องจากปัจจุบันประเทศของเรายังไม่อนุญาตให้ใช้พืชจีเอ็มโอนอกห้องแล็บ
   
เมื่อนักวิทยาศาสตร์มีความรู้พื้นฐานได้จากการทดลอง เช่น ทราบว่าส่วนไหนควบคุมการแสดงออกของยีน ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกดีเอ็นเอส่วนนี้ว่า “โปรโมเตอร์” (Promoter) ก็จะสามารถนำมาประยุกต์ใช้ด้วยการนำมาตัดต่อเข้ากับยีนอีกชนิดหนึ่งซึ่งเราสามารถตัดต่อดีเอ็นเอได้ เมื่อนำมาใส่และควบคุมการสนองของยีนอีกประเภทหนึ่งที่เราเรียกว่า “ยีนรายงานผล” (Reporter Jeagene) ข้อดีคือสามารถดูได้ง่ายว่าเมื่อใดแสดงออก โดยโปรตีนที่สร้างมาจากยีนรายงานผลจะสามารถมองเห็นได้ง่าย เช่น เรืองแสงหรือเปลี่ยนสี ตัวอย่างของยีนรายงานผลที่ใช้กันบ่อย ๆ คือ ยีนที่สร้าง โปรตีน GFT ซึ่งมาจากแมงกะพรุนโปรตีนตัวนี้จะเรืองแสงได้เมื่อฉายไฟยูวี เพราะเมื่อเป็นพืชปกติถ้ายังไม่มียีนรายงานผลแสดงออกก็จะเห็นเป็นสีตุ่น ๆ แต่เมื่อนำยูวีไปส่องถ้ามีโปรตีนพวกนี้แสดงออกมามาก ๆ จะเรืองแสงให้เห็น เหมือนกับภาพจากงานวิจัยบางตัวที่คนอาจจะคุ้นเคยที่เราเห็นภาพหนูที่เรืองแสงสีเขียวนั่นก็คือเราใส่ยีนพวกนี้เข้าไปในหนูหรือในพืช ทำให้เราบอกได้ว่าเมื่อใดยีนตัวนี้ถูกแสดงออก
   
ในกรณีการศึกษาที่นักวิทยาศาสตร์นำเอาพืชมาวัดการปนเปื้อนของวัตถุระเบิดในดิน เช่น ไนโตรเจน ยีนรายงานผลที่ใช้นี้ถือว่าเป็นการค้นพบค่อนข้างใหม่ คือใส่ยีนที่สร้างรงควัตถุสีแดงให้มีปริมาณมาก คือยีนนี้สามารถสังเคราะห์รงควัตถุสีแดงนี้ได้เรียกว่า “เอ็นโทร ไซยานิล” (Anthro Cyanin) จะเหมือนพืชบางชนิดที่เราเห็นเป็นสีแดง ๆ ทั้งหมด เช่น ใบหูกวาง เวลาผลัดใบจะเปลี่ยนจากสีเขียวเป็นสีแดง แปลว่ามีเอ็นโทร ไซยานิลมากขึ้น ถือเป็นยีนรายงานผลชนิดหนึ่ง เมื่อนำมาบวกกับส่วนที่เรียกว่าโปรโมเตอร์ที่กระตุ้นให้ยีนแสดงออก ตัดต่อจากยีนที่เป็นกลุ่มเดียวกัน แต่สามารถตอบสนองได้ โดยโปรโมเตอร์จะควบคุมการแสดงออกของยีน เมื่อพืชได้รับสารไนโตรเจนออกไซด์ (NO2) ในปริมาณมาก ซึ่งไนโตรเจนออกไซด์เกิดจากการย่อยสลายโดยธรรมชาติของ TNT ในดิน นั่นคือ ตอนแรกจะเป็นสาร TNT คือสมมุติในดินที่รั่วไหลมีกับระเบิดซึ่งวัตถุส่วนใหญ่เป็นพวกไนโตรเจนและมีการย่อยสลายออกมาเป็น TNT ในดินและน้ำใต้ดินและถูกแบคทีเรียในดินย่อยต่ออีกทีหนึ่ง เกิดเป็นไนโตรเจนออกไซด์คือเป็นแก๊สที่ระเหยออกมา ซึ่งเป็นสารที่ไม่ดีเป็นพิษแปลกปลอมต่อพืช ฉะนั้นพืชจะผ่านการถ่ายโอนยีนป้องกันตัวเองในลักษณะอะไรก็แล้วแต่ก็จะมีการแสดงออกของยีนดังกล่าว เช่น เปลี่ยนสีของใบจากเขียวเป็นแดง เรืองแสง
   
สารที่ใช้ในระเบิดเป็นสารประกอบที่เวลาถูกย่อยสลายออกมาจะเรียกว่า TNT โดยจะมีสารที่เป็นตัววัตถุของสารระเบิด เรียกว่า 2,4,6 trinitrotoluene สารนี้สุดท้ายจะเกิดเป็นแก๊สไนโตรเจนออกไซด์ เมื่อสารไนโตรเจนออกไซด์เข้ามาในพืชและพืชได้กลิ่นหรือดูดซับเข้าไปจะเปลี่ยนเป็นสารไนเตรตซึ่งเหมือนกับปุ๋ยไนเตรต จากนั้นเปลี่ยนเป็นไนไตรท์และเป็นแอมโมเนีย โดยเอนไซม์ Nitrate Reductase (NR) ในเอ็นโปรตีนที่อยู่ในพืชซึ่งพืชจะสร้างขึ้นช่วยในการเร่งปฏิกิริยาจากไนเตรตเป็นไนไตรท์ ฉะนั้นพืชจะสร้างไนเตรตมากขึ้น เป็นการตอบสนองปกติของพืช โดยใช้ดีเอ็นเอในส่วนของโปรโมเตอร์ที่ควบคุมการแสดงออกของยีน NR มาตัดต่อเข้ากับยีนรายงานผล เมื่อพืชได้รับไนโตรเจนออกไซด์มากขึ้นจะทำให้พืชมีใบที่สีแดงมากขึ้น ซึ่งในการทดลองนี้จะใส่สารถ่ายโอนยีนตัวนี้ในพืชให้หมดทุกกระถาง แต่มีกระถางหนึ่งที่มีดินปน TNT เข้าไปพืชก็เปลี่ยนใบเป็นสีแดงได้จริง จึงสามารถนำมาตรวจหาได้ว่าบริเวณไหนมีกับดักระเบิด วิธีใช้คือนำเมล็ดพืชที่มีการตัดต่อยีนมาโปรยบริเวณที่สงสัยเป็นบริเวณกว้างเพราะราคาถูกสามารถสร้างมาเท่าไหร่ก็ได้ โดยใช้เวลาประมาณ 2-3 สัปดาห์พืชจึงจะเติบโตและรายงานผลให้เราทราบ
   
งานวิจัยนี้เรียกว่า การตรวจวัดโดยสิ่งมีชีวิต (Bio Sensor) มี 2 ส่วนที่ต้องวิจัย คือความไวของระบบและเป็นความจำเพาะ โดยความไว คือสามารถตรวจวัดได้ในระดับความเข้มข้นของ TNT ได้เท่าใด หมายความว่าถ้ามีระเบิดอยู่บริเวณนี้ กว่าสาร TNT จะแพร่กระจายไปถึงจุดตรงนี้ที่พืชเจริญอยู่ความเข้มข้นจะลดลงไปเรื่อย ๆ ถ้าพืชอยู่ห่างกับระเบิดแค่นี้จะสามารถตรวจวัดได้หรือไม่ ส่วนความจำเพาะ ในงานวิจัยนักวิจัยจะพูดถึงอยู่บ่อย ๆ ว่าความจำเพาะมากน้อยแค่ไหน เช่น ถ้าไม่ใช่ระเบิดแต่เป็นปุ๋ยที่ชาวบ้านนำมาใช้ในแปลงผักอาจทำให้พืชกลายเป็นสีแดงซึ่งมีความเป็นไปได้สูงหรือบางครั้งเวลาพืชผลัดใบมีอากาศหนาวหรือมีความแห้งแล้งก็จะเปลี่ยนจากใบสีเขียวเป็นสีแดง ถ้าเป็นเช่นนี้เราคงจะหลงคิดว่ามีระเบิดอยู่เต็มไปหมดหรือไม่
   
แต่สถานการณ์แบบนี้สามารถแก้ได้ หากเจอระเบิดและคิดว่าใช่อาจต้องใช้เครื่องตรวจระเบิดเพื่อความแน่ใจ แต่ที่น่ากลัวกว่านี้คือถ้ามีระเบิดแต่ต้นไม้ไม่ตรวจวัดจะทำอย่างไร กรณีนี้อาจจะเป็นเพราะรากอาจดูดซับไม่ดี ถือว่าเป็นเทคโนโลยีที่สามารถผิดพลาดได้ เมื่อเป็นเช่นนี้ที่ประเทศเดนมาร์กสามารถทดลองได้ก็จริงแต่ยังไม่มีการนำมาใช้จริง ๆ ฉะนั้นนักวิจัยจะพูดได้ว่าเป็นขั้นที่ให้ฝ่ายทหารและตำรวจนำไปทดลองว่าใช้ได้จริงหรือไม่ สำหรับโอกาสที่จะนำมาใช้ในประเทศไทยมี 2 ส่วนที่ต้องพิจารณาหากมองในเชิงชีววิทยา คือ 1.จะโปรยเมล็ดได้อย่างไรถ้าหากจุดที่สงสัยอยู่ในป่าลึกหรือจะใช้เฮลิคอปเตอร์โปรยลงมาก็จะทำให้ทุกบริเวณมีเมล็ดที่ค่อนข้างมีความถี่สามารถงอกงามได้ คิดว่าน่าจะเป็นปัญหาอยู่ 2.พืชที่ใช้ทดลองในปัจจุบันยังเป็นพืชที่ใช้แบบหนูทดลองอยู่ (ต้นอะราบิดอฟซิส) ไม่สามารถปลูกขึ้นได้เองในธรรมชาติ คงต้องนำระบบนี้ย้ายเข้ามาในพืชที่เหมือนกันปลูกได้ในเมืองไทย แต่ยังไม่เคยนำพืชในประเทศมาทดลองเนื่องจากยังเป็นปัญหาอยู่ ซึ่งในหลายๆ ประเทศก็มีและในหลายประเทศรวมทั้งประเทศไทยพืชจีเอ็มโอก็ยังเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างไม่เปิดกว้าง
   
สุดท้ายการที่มนุษย์จะเชื่อหรือมั่นใจพืชว่าจะช่วยตรวจจับระเบิดได้นั้นในสังคมไทยปัจจุบันยังค่อนข้างยาก เพราะเรายังไม่ค่อยเชื่อในวิทยาศาสตร์ แต่วิธีนี้มีข้อดีคือใช้ต้นทุนต่ำ แม่นยำ เพราะเครื่องตรวจวัดมีราคาแพง ขาดความแม่นยำ และต้องใช้ในระยะใกล้ เช่น หากใช้เครื่องตรวจหาโลหะในดิน ถ้าเหรียญตกอยู่มันก็จะดัง แต่ถ้าแม่นยำกว่านั้นคือตรวจหาวัตถุระเบิดมี 2 แบบ คือใช้เครื่องสแกนใกล้ ๆ และนำตัวอย่างดินมาตรวจหา TNT ซึ่งพืชจะไวกว่า จำเพาะกว่า แต่เราจะยอมรับได้หรือไม่ที่ต้นพวกนี้จะไปขึ้นอยู่ทุกที่ถ้าแลกกับการเซฟชีวิต เซฟเงินได้และไม่ต้องรอ ที่สำคัญถ้าเราศึกษาวิทยาศาสตร์และมีจินตนาการ เพราะเด็กไทยมักจะขาดจินตนาการ ศึกษาอย่างเดียว เรียนเยอะแต่ไม่ค่อยนำมาใช้ให้เกิดประโยชน์ เช่น งานนี้ถ้าเรามีจินตนาการก็สามารถทำได้และสร้างประโยชน์ให้เกิดจากความรู้ทางวิทยาศาสตร์ได้อย่างมหาศาล.

ดัดแปลงพันธุกรรมพืชตรวจวัดโลหะหนักในดิน

นอกจากงานวิจัยของต่างประเทศที่สามารถดัดแปลงพันธุกรรมพืชจนสามารถใช้ตรวจหาระเบิดได้แล้วยังมีงานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ไทยที่ใช้เทคนิคที่ใกล้เคียงกันนี้มาดัดแปลงพืชเพื่อใช้ประโยชน์ในการ ตรวจหาการปนเปื้อนของโลหะหนักในดินเพื่อเป็นประโยชน์แก่เกษตรกรชาวไทย บริเวณพื้นที่เสี่ยงภัยของเมืองไทย โดย ดร.เมธา มีแต้ม อาจารย์ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล อธิบายว่า เทคนิคที่ตนวิจัยอยู่คล้ายกันกับงานวิจัยพืชตรวจจับระเบิด โดยจะใช้โปรโมเตอร์จากยีนเมทัลโลไธโอนีนซึ่งได้ศึกษามาเป็นเวลาร่วม 10 ปี ตัดต่อเข้ากับยีนรายงานผล
   
การตรวจวัดโลหะหนักในดินถูกทดลองขึ้นมาเพื่อช่วยเหลือเกษตรกรไทยที่มีปัญหาในหลายพื้นที่ เช่น ทางด้านภาคตะวันตกของประเทศ เพราะมีปัญหาตะกั่วและแคดเมียมรั่วไหลจากการทำเหมืองเข้าสู่ดินและแหล่งน้ำ จนบางพื้นที่มีผู้เจ็บป่วยล้มตายหรือมีภาวะห้ามจับปลาปลูกข้าว เพราะพืชที่ปลูกในบริเวณที่มีโลหะหนักปนเปื้อนพืชก็จะดูดเข้าไปเก็บอยู่ในส่วนต่าง ๆ เช่น ในเมล็ดข้าวหรือใบของผัก แคดเมียมดูดซับข้าวทำให้มีแคดเมียมในข้าวสูงเกิน ผู้บริโภครับประทานเข้าไปแล้วเกิดพิษ กฎหมายจึงห้ามปลูกข้าวในบริเวณแถบนี้  จึงได้คิดค้นงานวิจัยนี้ขึ้นมาเพื่อแก้ปัญหาโดยใช้พืชตรวจวัดได้ว่า ดินแปลงไหนมีโลหะหนักสูงก็ห้ามปลูกข้าวปลูกหรือผักเฉพาะในแปลงนั้น และไปทำอย่างอื่นแทนหรือบางครั้งมีน้ำที่มาจากเหมืองชาวบ้านจะสามารถทราบได้ทันที เคสของพืชตรวจหาโลหะหนักนี้มีความเป็นไปได้ค่อนข้างสูงกว่านำมาใช้ตรวจจับระเบิด เพราะความผิดพลาดที่อาจเกิดจากพืชรายงานผลไม่แม่นยำไม่มีอันตรายร้ายแรงทันทีทันใดเหมือนระเบิด ชาวบ้านและเจ้าหน้าที่จึงค่อนข้างที่จะเชื่อมั่นในเทคโนโลยีได้มากกว่า ถ้าในดินมีโลหะหนักพืชจะเปลี่ยนเป็นสีฟ้าหรือเราจะทำให้เป็นสีแดงก็ได้เหมือนกันขึ้นอยู่กับยีนรายงานผล ที่สำคัญกว่าคือความเข้าใจถึงการทำงานของโปรโมเตอร์ในยีน ซึ่งเทคนิคนี้ยังไม่ได้ถูกนำมาใช้งานจริงต้องผ่านกระบวนการทดสอบความไวและความจำเพาะเสียก่อน ถ้านำมาใช้ได้จริงจะเป็นประโยชน์แก่เกษตรกรมาก.

“เมื่อพืชได้รับไนโตรเจนออกไซด์มากขึ้นจะทำให้พืชมีใบที่สีแดงมากขึ้น ซึ่งในการทดลองนี้จะใส่สารถ่ายโอนยีนตัวนี้ในพืชให้หมดทุกกระถาง แต่มีกระถางหนึ่งที่มีดินปน TNT เข้าไปพืชก็เปลี่ยนใบเป็นสีแดงได้จริง จึงสามารถนำมาตรวจหาได้ว่าบริเวณไหนมีกับดักระเบิด”