4 นักวิทยาศาสตร์ตัวเต็ง ใครจะคว้า รางวัลโนเบล สาขาเคมี ประจำปี 2021

เดือนตุลาคมของทุกปีวงการวิทยาศาสตร์จะเข้าสู่ช่วงเวลาที่เรียกว่า October Madness หากใครติดตามข่าวสารวิทยาศาสตร์ก็จะทราบดีว่าเดือนนี้เป็นช่วงเวลาที่สำคัญเกี่ยวกับการมอบรางวัลเชิดชูเกียรติอันสูงสุดในชีวิตของนักวิทยาศาตร์คนหนึ่งนั่นก็คือรางวัลโนเบล ซึ่งเป็นรางวัลที่มีมานานกว่า 100 ปี โดยในปี ค.ศ. 2021 นี้ถือเป็นวาระการเฉลิมฉลองครบรอบ 120 ปีรางวัลโนเบล ที่ก่อตั้งโดย อัลเฟรด เบอร์นาร์ด โนเบล (Alfred Bernhard Nobel) นักเคมีและวิศวกรชาวสวีเดน ผู้มีผลงานเป็นที่รู้จักคือการคิดค้นประดิษฐ์ระเบิดไดนาไมต์

ผู้เขียนขอชวนผู้อ่านเกาะติดขอบเวทีประกาศ รางวัลโนเบล 2021 พร้อมทำความรู้จักเกี่ยวกับการค้นพบและผลงานวิจัยทางเคมีที่มีความโดดเด่นและสร้างผลกระทบต่อโลกซึ่งคาดการณ์ว่า (ประเมินจากความคิดเห็นผู้เขียน ณ วันที่ 5 ตุลาคม ค.ศ. 2021 ตามเวลาประเทศไทย) อาจจะได้รับ รางวัลโนเบล สาขาเคมี 2021 ในปีนี้ ซึ่งรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปีนี้เป็นสาขาที่ถูกจับตามองอย่างมาก เพราะหากสังเกตจะพบว่าในปัจจุบันมีการมอบ รางวัลโนเบล สาขาเคมีให้แก่ผลงานที่เกี่ยวข้องกับทางชีววิทยา หรือทางการแพทย์มากขึ้นเรื่อย ๆ เพราะเราคงปฏิเสธไม่ได้ว่า หากมองลึกลงไปในร่างกายมนุษย์หรือสิ่งมีชีวิตรอบ ๆ ตัว ล้วนแล้วแต่ประกอบขึ้นมาจากสารเคมีที่เรียกว่า สารชีวโมเลกุล ทั้งสิ้น (อ่านเพิ่มเติม : ไขปริศนาชีวโมเลกุลกับการค้นพบอาร์เอ็นเอชนิดใหม่ของโลก) 

ทั้งนี้ยิ่งในภาวะที่โลกกำลังเข้าสู่วิกฤติโรคระบาด วิทยาศาสตร์สาขาเคมีจึงมีส่วนอย่างมากในการร่วมหาทางออกจากวิกฤติครั้งนี้ ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้เลยที่สปอต์ไลต์ของรางวัลโนเบลจะไม่สาดส่องลงมาที่ผลงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับชีววิทยาหรือการแพทย์โดยตัวอย่างรางวัลโนเบลสาขาเคมีที่เกี่ยวข้องกับชีววิทยาหรือการแพทย์ ได้แก่

• รางวัลโนเบล สาขาเคมี ปี 2012 การค้นพบจีโปรตีนตัวรับสัญญาณบนพื้นผิวเซลล์ (G-protein-coupled receptors) 
• รางวัลโนเบล สาขาเคมี ปี 2015 การศึกษากลไกอย่างละเอียดของกระบวนการซ่อมแซมดีเอ็นเอภายในเซลล์ (mechanisticstudies ofDNA repair)
• รางวัลโนเบล สาขาเคมี ปี 2018 การคิดค้นวิธีการปรับปรุงการทำงานและวิศวกรรมเอนไซม์ โดยใช้เทคนิควิวัฒนาการประดิษฐ์ของเอนไซม์ (directed evolution of enzymes)และเทคโนโลยีการแสดงเพปไทด์ โปรตีน และแอนติบอดีบนผิวเฟจ (phage display of peptides and antibodies)

สำหรับปี 2020 ที่ผ่านมาได้มอบรางวัลโนเบลสาขาเคมี ให้แก่ 2 นักวิทยาศาสตร์หญิง คือ ดร. เจนนิเฟอร์ ดาวน์นา (Prof. Jennifer A. Doudna, Ph.D.) และ ดร. เอมมานูเอล ชาร์เพนเทียร์ (Prof. Emmanuelle Charpentier, Ph.D.) ผู้ค้นพบกลไกการทำงานของระบบการป้องกันตัวของแบคทีเรียในธรรมชาติ โดยการจดจำลำดับเบส หรือ ดีเอ็นเอของไวรัส ที่เข้ามาคุกคามแบคทีเรียแล้วใช้เอนไซม์แคส (Cas enzyme) ในการทำลายชิ้นส่วนพันธุกรรมนั้น ๆ หากมีการติดเชื้อในครั้งต่อไป (อ่านเพิ่มเติม: ไวรัสที่คุกคามแบคทีเรียหรือแบคทีรีโอเฟจ) เรียกระบบนี้โดยรวมว่า คริสเปอร์-แคส (CRISPR-Cas) ซึ่ง CRISPR ย่อมาจาก clustered regularly interspaced short palindromic repeats หลักการทำงานนี้ถูกนำมาใช้เป็นวิธีการปรับแต่งพันธุกรรมในเซลล์และสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ทั้งพืชและสัตว์กันอย่างแพร่หลาย เพื่อใช้ในงานวิจัยทั่วโลกในการปรับปรุงพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ถือได้ว่าเป็นวิธีมีประสิทธิภาพมากที่สุดในขณะนี้ (the most efficient method for genome editing)                                            

ใครจะคว้ารางวัลโนเบล สาขาเคมี ปี 2021

สำหรับปี 2021 มีหลายผลงานที่ถือได้ว่าเป็นนวัตกรรมและเทคโนโลยีทางเคมีที่เปลี่ยนโลกแต่ยังไม่ได้รับรางวัลโนเบลในปีที่ผ่านมา ซึ่งการจะได้รับรางวัลโนเบลนั้น ส่วนมากจะเป็นผลงานวิจัยที่มีการศึกษามาเป็นเวลายาวนานนับสิบๆ ปี และมีคุณประโยชน์เป็นที่ประจักษ์แก่ประชาคมโลกอย่างเห็นได้ชัด ในปี 2021 นี้มีการคาดการณ์ว่าเทคโนโลยีเหล่านี้อาจจะได้รับรางวัลในสาขาเคมีปีนี้ โดยเฉพาะงานวิจัยที่เกี่ยวกับการใช้องค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีใหม่ ๆ มาสู้กับโควิด-19 เป็นที่น่าจับตามองมากเช่นกัน ส่วนจะมีใครบ้างนั้นผู้เขียนได้สรุป และขอชวนผู้อ่านไปร่วมลุ้นกันกับ 4 ผลงานวิจัยทางเคมีที่มีความโดดเด่นพร้อมจะพลิกโฉมโลกในปี 2021 ให้ไม่เหมือนเดิมอีกต่อไป

1. Harnessing the power of mRNA

นักวิทยาศาตร์ : ดร. เคทลิน คาริโก (Dr. Katalin Kariko) และ ดร. ดรูว์ ไวส์แมน (Dr. Drew Weissman) มหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลเวเนีย (University of Pennsylvania) สหรัฐอเมริกา

การศึกษาวิจัยสารชีวโมเลกุลที่เรียกว่า mRNA และการค้นพบการปรับแต่งโครงสร้างทางเคมีที่ทำให้รอดพ้นจากการตรวจจับและทำลายของระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายมนุษย์ มีการศึกษาวิจัยและพัฒนามายาวนานกว่า 30 ปี จนกระทั่งถูกนำมาใช้อย่างเร่งด่วนในการสร้างวัคซีนชนิด mRNA ของบริษัทไฟเซอร์-ไบโอเอ็นเทคและบริษัทโมเดอร์นา ที่พวกเราทุกคนน่าจะคุ้นเคยเป็นอย่างดีในขณะนี้ และทั้งสองท่านกำลังพัฒนาวัคซีน mRNA เพื่อต่อกรกับโรคติดเชื้ออื่น ๆ อีกมากมาย (อ่านเพิ่มเติม : นักวิทยาศาสตร์หญิงผู้อยู่เบื้องหลังวัคซีนชนิดmRNA ของPfizer และModerna)

2. Sequencing genomes faster and more cheaply

นักวิทยาศาตร์ : ดร.ชานกา บาลาซับบรามาเนียน (Dr. Shankar Balasubramanian) และ ดร. เดวิด เคลนเนอร์แมน (Dr. David Klenerman)มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ (University of Cambridge) สหราชอาณาจักร

การหาลำดับเบสในจีโนมหรือการหารหัสพันธุกรรมดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตด้วยเทคโนโลยีที่รวดเร็วและราคาถูกด้วยเทคนิค next-generation sequencing เป็นผลงานวิจัยที่ทำให้เราสามารถรู้ข้อมูลของรหัสพันธุกรรมขนาดใหญ่มหึมาอย่างจีโนมมนุษย์ เพื่อนำมาใช้ประโยชน์มากมายได้อย่างง่ายดายในปัจจุบัน ใช้ตรวจหาโรคมะเร็งหรือโรคทางพันธุกรรมอื่น ๆ ได้อย่างแม่นยำ หรือแม้กระทั่งการถอดรหัสพันธุกรรมของไวรัสโควิด-19 อย่างรวดเร็วทำให้ทราบถึงโครงสร้างและกลไกการทำงานของไวรัส และสามารถพัฒนาวัคซีนสำหรับต่อกรกับการระบาดของไวรัสได้อย่างรวดเร็วที่สุดในประวัติศาสตร์

3. Conducting chemistry in living organisms

นักวิทยาศาตร์ :   ดร. แคโรลิน เบอร์โทซี่ (Dr. Carolyn Bertozzi) มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด (Stanford University) สหรัฐอเมริกา

การประดิษฐ์คิดค้นปฏิกิริยาเคมีแนวใหม่ที่สามารถเกิดขึ้นได้ในสิ่งมีชีวิต (ไม่ได้อาศัยเอนไซม์) โดยไม่สร้างความเสียหาย หรือกระทบการทำงานปกติของระบบต่าง ๆ ในสิ่งมีชีวิต ปฏิกิริยาจำพวกนี้เรียกว่า bio-orthogonal chemistry ซึ่งเป็นปฏิกิริยาเคมีที่สามารถเกิดได้ในน้ำซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักในเซลล์การค้นพบนี้เมื่อ 20 กว่าปีที่แล้ว เป็นสิ่งที่น่าอัศจรรย์อย่างมากและได้เปลี่ยนมุมมองของนักเคมีและชีววิทยามาจนปัจจุบันเพราะไม่มีใครคาดคิดว่าปฏิกิริยาดังกล่าวจะสามารถเกิดขึ้นได้ และเทคโนโลยีนี้ได้ถูกใช้ในการศึกษาสารชีวโมเลกุลหลายชนิดในสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด โดยเฉพาะสารประเภทน้ำตาล ปัจจุบันปฏิกิริยาเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในงานวิจัยอย่างแพร่หลายทั่วโลก และเป็นเครื่องมือสำคัญในการผลิตยา สร้างเซนเซอร์ตรวจหาโรคมะเร็งและวัณโรค หรือใช้สังเคราะห์สารเคมีที่มีประโยชน์มากมายอีกด้วย

4. MOFs and covalent–organic frameworks

นักวิทยาศาตร์ :   ดร. โอมา ยากิ (Dr. Omar Yaghi) มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบริ์กลีย์ (University of California, Berkeley) สหรัฐอเมริกา และ ดร. มาโคโตะ ฟูจิตะ (Dr. Makoto Fujita) มหาวิทยาลัยโตเกียว (University of Tokyo) ประเทศญี่ปุ่น

งานวิจัยเกี่ยวกับวัสดุชนิดพิเศษที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ (supra-molecular materials) ที่เรียกกันติดปากว่า มอฟส์ (MOFs) ซึ่งย่อมาจาก metal-organic frameworks เป็นวัสดุที่มีองค์ประกอบเป็นโลหะและสารอินทรีย์เชื่อมต่อกันเป็นโครงร่างตาข่าย 3 มิติที่มีรูพรุน เป็นวัสดุขั้นสูงที่มีประโยชน์มากมายในปัจจุบัน เช่น การใช้เป็นวัสดุกักเก็บแก๊สไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ใช้เป็นแหล่งกักเก็บพลังงาน ใช้เป็นวัสดุแยกแก๊สและทำแก๊สให้บริสุทธิ์ ใช้เป็นวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีหลากหลายรูปแบบ ใช้เป็นตัวนำส่งยา และใช้เป็นวัสดุองค์ประกอบของตัวเก็บประจุในแบตเตอรีแบบ supercapacitor ได้ด้วยวัสดุที่มีคุณสมบัติพิเศษคล้าย ๆ กัน คือ คอฟส์ (COFs) หรือ covalent–organic frameworksซึ่งมีรูพรุน โครงสร้างเป็นผลึกที่แข็งแรง และบางชนิดมีสมบัตินำไฟฟ้าได้ดี ทำให้มีประโยชน์ที่หลากหลายเช่นกัน

นอกจากนี้ยังมีงานวิจัยเกี่ยวกับอนุมูลอิสระและสุขภาพ (free radicals, antioxidants and human health) จาก ดร. แบร์รี ฮัลลิเวลล์ (Dr. Barry Halliwell) มหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ (National University of Singapore) และ ดร. มิตซูโอะ ซาวาโมะโตะ (Dr. Mitsuo Sawamoto) ผู้พัฒนาปฏิกิริยาการสังเคราะห์พอลิเมอร์หรือพอลิเมอไรเซชันแบบแรดิคอลที่มีชีวิตโดยมีโลหะเป็นตัวเร่ง(developer of metal-catalyzed living radical polymerization) และอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่มีส่วนสำคัญในการนำส่งยาชีววัตถุ (biologics) และวัคซีน mRNA คือ อนุภาคไขมันระดับนาโน หรือนาโนลิโปโซม (lipid nanoparticles)อยู่ในลิสต์ที่น่าจะได้รางวัลโนเบลด้วย

เกี่ยวกับ อัลเฟรด เบอร์นาร์ด โนเบล

อัลเฟรด เบอร์นาร์ด โนเบล (Alfred Bernhard Nobel) นักเคมีและวิศวกรชาวสวีเดน ที่มีผลงานเป็นที่รู้จักคือการคิดค้นประดิษฐ์ระเบิดไดนาไมต์ ก่อนที่เขาจะเสียชีวิตลงเมื่อ ค.ศ. 1896 เขาได้เขียนพินัยกรรมบริจาคทรัพย์สินของเขาจำนวนมหาศาล เพื่อมอบเป็นรางวัลในแต่ละปีให้แก่บุคคลผู้ทำประโยชน์สูงสุดให้แก่มวลมนุษยชาติ ดังคำกล่าวของเขาที่ว่า “ Prizes to those who, during the preceding year, have conferred the greatest benefit to humankind.”  โดยมีการก่อตั้งเป็นมูลนิธิรางวัลโนเบล (Nobel Foundation) เมื่อ ค.ศ. 1900 และเริ่มมีการมอบรางวัลแรกใน ค.ศ. 1901 ในสาขาฟิสิกส์ (physics) เคมี (chemistry) สรีรวิทยาหรือสาขาการแพทย์ (physiology or medicine) สาขาวรรณกรรม (literature) และสาขาสันติภาพ (peace) คณะกรรมการพิจารณาคัดเลือกจะแตกต่างกันไปในแต่ละสาขา เช่น The Royal Swedish Academy of Sciences เป็นผู้พิจารณาให้รางวัลในสาขาเคมีและฟิสิกส์

Fact File

• รางวัลเหรียญทองโนเบลนั้นสลักเป็นรูปอัลเฟรด โนเบล โดยผู้ได้รับรางวัลจะได้รับเหรียญพร้อมเงินรางวัลประมาณ 1 ล้านเหรียญสหรัฐ (ประมาณ 30 ล้านบาท) แต่หากในสาขานั้นๆ มีผู้ได้รับรางวัลมากกว่า 1 คน เงินรางวัลจะถูกแบ่งตามสัดส่วนของผู้ได้รับรางวัล เช่น คนละครึ่ง หรือคนละ 1 ใน 3 เป็นต้น
• อ่านข้อมูลประวัติผู้ได้รับรางวัลโนเบลย้อนหลัง www.nobelprize.org

อ้างอิง

• https://www.nobelprize.org
• https://www.insidescience.org/news/nine-nobel-prize-predictions-2021
• https://www.chemistryviews.org/details/ezine/11316943/Whos_Next_Nobel_Prize_in_Chemistry_2021