พารามีเซียมติดอาวุธปราบไวรัส | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

กล้องจุลทรรศน์เป็นหนึ่งในฐานกิจกรรมเปิดโลกวิทยาศาสตร์ที่ผมชอบที่สุดสมัยเด็กๆ หยดน้ำบ่อขุ่นๆ บนกระจกสไลด์ซ่อนโลกที่วุ่นวายของตัวประหลาดไซด์จิ๋ว อะมีบาก้อนหนืดๆ คลานอุ้ยอ้าย สเตนเตอร์แกว่งปากกรวยดักจับอาหาร หนอนตัวกลมเลื้อยทะลุตะกอนดินสวนทางกับหมีน้ำแปดขาอ้วนๆ เดินต้วมเตี้ยม

สมาชิกอีกตัวที่เห็นหน้าค่าตากันประจำคือพารามีเซียม (Paramecium) สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวกลุ่มโปรโตซัวรูปร่างเหมือนรองเท้าแตะปกคลุมด้วยขนปุยๆ ใช้เคลื่อนไหวและพัดโบกอาหารเข้าปาก ด้วยความยาวตัวหลักร้อยไมครอนพารามีเซียมจัดว่าเป็นยักษ์ในโลกสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวใหญ่จนเราแทบเห็นได้ด้วยตาเปล่า ถ้าเราสเกลขนาดแบคทีเรียขึ้นมาเท่าขนาดมนุษย์พารามีเซียมก็จะมีขนาดพอๆ กับเรือไททานิก

พารามีเซียมกรองจุลินทรีย์ที่ตัวเล็กกว่าอย่างแบคทีเรียและไวรัสเข้าไปกินเป็นอาหาร พวกมันก็เลยมีบทบาทสำคัญในการควบคุมประชากรจุลินทรีย์พวกนี้ตามธรรมชาติ นักวิจัยหัวใสบางคนปิ๊งไอเดียว่าเราน่าจะเอาพารามีเซียมมาใช้ในงานบำบัดน้ำเสียโดยเฉพาะการกำจัดจุลินทรีย์ก่อโรคที่ปนเปื้อน

พารามีเซียมอยู่ได้สบายในน้ำสกปรก เคลื่อนไหวคล่องแคล่ว แถมแบ่งตัวเพิ่มจำนวนได้ไวภายในไม่กี่ชั่วโมงต่อรอบ

แม้ว่าก่อนหน้านี้งานวิจัยหลายชิ้นยืนยันว่าพารามีเซียมสามารถกินไวรัสเป็นอาหารได้ แต่การจะเอาไปใช้งานจริงยังมีข้อกังวลหลายอย่าง พารามีเซียมตามธรรมชาติเลือกกินไวรัสแค่บางชนิด ประสิทธิภาพการกินไม่ได้สูงมาก ซ้ำร้ายบางทีไวรัสที่กินเข้าไปก็ไม่ได้ตายทำให้พารามีเซียมกลายเป็นแหล่งกบดานของไวรัส วันดีคืนดีไวรัสพวกนี้ก็อาจจะถูกปล่อยกลับออกมาสู่สิ่งแวดล้อมอีก

ทีมวิจัยของรุยคังถัง (Ruikang Tang) จากมหาวิทยาลัยซีเจียง (Zhejiang University) ประเทศจีนคิดต่อว่าเราอาจจะลองติดอาวุธเพิ่มเติมให้พารามีเซียมกินและทำลายไวรัสที่ดีขึ้นกว่าเดิม

พื้นเพเดิมของทีมวิจัยนี้ชำนาญเกี่ยวกับอนุภาคนาโน การตกผลึกแร่ และปฏิสัมพันธ์ของพวกมันกับเซลล์สิ่งมีชีวิต ตัวอย่างในธรรมชาติที่มีการศึกษากันมาดีที่สุดคือผลึกแร่แม่เหล็กในแบคทีเรียกลุ่ม Magnetotactic (MTB) แบคทีเรียกลุ่มนี้สามารถประกอบผลึกแร่แมกนีไทต์ (Fe3O4) ภายในเซลล์เพื่อใช้เป็นเข็มทิศนำทางการเคลื่อนที่ตามสนามแม่เหล็กโลก

ในทางนาโนเทคโนโลยีเราสามารถเอาผลึกแร่แมกนีไทต์มาตกแต่งพื้นผิวด้วยโมเลกุลอื่นๆ ให้มีคุณสมบัติเพิ่มเติม นอกจากนี้ โมเลกุลแมกนีไทต์เองยังสามารถเร่งปฏิกิริยาการสร้างอนุมูลอิสระ (free radical) สำหรับฆ่าเชื้อในการบำบัดน้ำเสีย

สําหรับงานล่าสุดนี้ทีมวิจัยผลิตอนุภาคนาโนจากแมกนีไทต์ (Magnetic Nano Particles, MNPs) ขนาดร้อยกว่านาโนเมตรและตกแต่งพื้นผิวด้วยแอนติบอดี้ (โปรตีนจากระบบภูมิคุ้มกันที่สามารถจับกับเชื้อโรคหรือโมเลกุลแปลกปลอม) ที่จำเพาะกับไวรัส เบื้องต้นทีมวิจัยใช้แอนติบอดีที่จำเพาะต่อไวรัส EV71 ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคมือเท้าปาก (HFMD) รุนแรงในเด็กและพบปนเปื้อนได้ในน้ำเสีย

ทีมวิจัยเอา MNPs ผสมลงน้ำให้พารามีเซียมกินเข้าไป ด้วยคุณสมบัติพิเศษของ MNPs ที่ต่างจากสารอินทรีย์ทั่วไปทำให้มันไม่ถูกขับออกจากเซลล์แต่สะสมภายในกระเปาะถุงของระบบย่อยอาหาร กระนั้นมันก็ไม่ได้ทำอันตรายอะไรกับตัวพารามีเซียม อัตราการอยู่รอดและความเร็วการเคลื่อนไหวของพารามีเซียมยังเป็นปกติ

ทีมวิจัยนำพารามีเซียมพวกนี้ไปทดสอบกับไวรัส EV71 ทีมวิจัยผสมพารามีเซียมติด MNPs ที่ความหนาแน่น 60,000 กว่าตัวต่อมิลลิลิตรกับอนุภาคไวรัสที่ความหนาแน่นกว่า 300,000,000 อนุภาคต่อมิลลิลิตร ทิ้งไว้แค่วันเดียวไวรัสหายเกลี้ยงจนตรวจไม่เจอ นั่นแปลว่าโดยเฉลี่ยแล้วพารามีเซียมตัวหนึ่งๆ เขมือบไวรัสเข้าไปได้ถึง 5,000 ตัว ส่วนพารามีเซียมปกติที่ไม่ได้ติดตั้ง MNPs ยังคงปล่อยไวรัสหลงเหลืออยู่เกินหลัก 10,000,000 อนุภาคต่อมิลลิลิตรในระยะเวลาเท่ากัน ความสามารถลดปริมาณไวรัสลงกว่าร้อยล้านเท่าภายในวันเดียวนี้ถือว่าเกินมาตรฐานขั้นต่ำขององค์การอนามัยโลก (WHO) ในการบำบัดน้ำเสียซึ่งกำหนดไว้ที่หมื่นเท่าไปไกล

แอนติบอดี้จับกับไวรัสแบบเจาะจง อาจจะไม่เหมาะกับการประยุกต์ใช้ที่ต้องจัดการกับไวรัสหลายๆ ประเภท ทีมวิจัยเลยลองติดอาวุธแบบใหม่เป็นโมเลกุลเคมีที่จับกับไวรัสได้กลุ่มกว้างๆ อย่างกรดเซียลิก (sialic acid) ซึ่งตามธรรมชาติอยู่บนผิวเซลล์ตรงทางเข้าของไวรัส ทีมวิจัยใช้พารามีเซียมติดอาวุธด้วย MNPs เคลือบโมเลกุลนี้กำจัดได้ทั้งไวรัส EV71, ไวรัส Ad5 และไวรัส H1N1 (ไข้หวัดหมู)

ทีมวิจัยยังได้ทดสอบยืนยันว่าไวรัสที่ถูกกินเข้าไปไม่ได้โดนพารามีเซียมเอาไปเก็บไว้เฉยๆ แต่ว่าถูกทำลายทิ้งจริงๆ

จากการศึกษาเส้นทางของไวรัสในตัวพารามีเซียมนี้พบว่าไวรัสที่ถูกกินเข้าไปถูกเอาไปรวมกับกระเปาะเก็บ MNPs การวิเคราะห์ทางเคมีพบว่าแมกนีไทต์ที่เป็นองค์ประกอบหลักของ MNPs สามารถทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ประจำอยู่ในกระเปาะอาหารนี้อยู่แล้วทำให้เกิดเป็นอนุมูลอิสระทำลายโมเลกุลอินทรีย์ที่อยู่ข้างเคียงรวมทั้งไวรัสด้วย เมื่อทีมวิจัยลองสลายเซลล์พารามีเซียมและเอาไวรัสในนั้นมาทดสอบดูก็พบว่าไวรัสสูญเสียความสามารถในการติดเชื้อไปหมดแล้ว

ส่วนพารามีเซียมธรรมดาที่ไม่มี MNPs ยังเหลือไวรัสอีกราวๆ 30% ที่ยังคงความสามารถก่อโรคอยู่

ความเจ๋งอีกอย่างของระบบนี้คือทีมวิจัยสามารถจะรีไซเคิลพารามีเซียมได้ด้วยแทนที่จะปล่อยพารามีเซียมให้กินไวรัสไปตามมีตามเกิด แม้ว่าพารามีเซียมจะไม่ก่อโรคอะไรแต่ก็อาจจะส่งผลกับสิ่งแวดล้อมหรือภาพลักษณ์ต่อผู้บริโภคในการบำบัดน้ำเสียได้ โชคดีที่ MNPs เป็นอนุภาคโลหะที่ตอบสนองกับแม่เหล็ก ทีมวิจัยก็แค่ใช้แม่เหล็กแรงๆ ดูดแยกพารามีเซียมพวกนี้ออกจากน้ำ เอาพารามีเซียมไปเลี้ยงพักพื้น และเติมอนุภาคนาโนเข้าไปเพิ่มตามจำเป็น แล้วก็เอามาใช้ใหม่ได้อีกเรื่อยๆ ไม่ต่ำกว่าสิบรอบโดยที่ประสิทธิภาพไม่ได้ลดลง

เมื่อพารามีเซียมที่เราหลายคนคุ้นเคยถูกเอามาติดอาวุธนิดหน่อยก็สามารถเป็นเทคโนโลยีใหม่สำหรับการบำบัดน้ำเสียปนเปื้อนไวรัสซึ่งเป็นหนึ่งในปัญหาใหญ่ที่มนุษยชาติเผชิญ สารพัดไอเดียใช้ประโยชน์จากสิ่งมีชีวิตตามธรรมชาติ บวกกับเทคนิคเคมีวิศวกรรมและความคิดสร้างสรรค์จะพาเราไปได้อีกไกล

ในอนาคตคงจะมีเซลล์จุลินทรีย์กึ่งสังเคราะห์เวอร์ชั่นใหม่ๆ อะไรออกมาให้เราได้เล่นกันอีกหลายตัว