ลายพิมพ์ DNA

จากลายพิมพ์นิ้วมือ สู่ลายพิมพ์ดีเอ็นเอ …ลายพิมพ์เฉพาะบุคคล

คนเรามีลายพิมพ์นิ้วมือ (fingerprint) ที่เป็นลายเส้นบนนิ้วมือที่เป็นรูปแบบเฉพาะในแต่ละบุคคล และด้วยความจำเพาะจึงทำให้มีการนำลายพิมพ์นิ้วมือไปใช้ประโยชน์ เช่น ใช้แทนผู้ที่เซ็นชื่อไม่ได้ หรือตรวจสอบผู้กระทำความผิดโดยการเปรียบเทียบลักษณะลายพิมพ์นิ้วมือที่ทิ้งอยู่ในที่เกิดเหตุกับลายพิมพ์นิ้วมือของผู้ต้องสงสัย เป็นต้น

สำหรับ ลายพิมพ์ดีเอ็นเอ (DNA fingerprint) เป็นการนำเอาคำภาษาอังกฤษสองคำคือคำว่า DNA และ fingerprint มาประกอบกัน คำว่า DNA นั้นเป็นคำย่อของ “Deoxy ribonucleic acid” ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของสารพันธุกรรมของมนุษย์ทุกคน เป็นตัวกำหนดลักษณะต่างๆ ในคนนั้นๆ เช่น ลักษณะสีผม สีตา เล็บมือ หน้าตา ฯลฯ ส่วนคำว่า fingerprint หมายถึงลายพิมพ์นิ้วมือที่กล่าวมาแล้วข้างต้น เมื่อนำสองคำนี้มารวมกันจึงเป็น DNA fingerprint ซึ่งมีความหมายเป็นนัยว่า ลายพิมพ์ดีเอ็นเอในบุคคลใดบุคคลหนึ่งที่มีลักษณะเฉพาะบุคคลดังเช่นลายพิมพ์นิ้วมือ ซึ่งตามข้อเท็จจริง ลายพิมพ์ดีเอ็นเอจะมีลักษณะที่เฉพาะกว่าลายพิมพ์นิ้วมือ เพราะลายพิมพ์นิ้วมือในบุคคลหนึ่ง เมื่อเวลาผ่านไป ลายเส้นอาจจะเปลี่ยนไปตามอายุขัย หรือ แม้แต่ผู้ที่ได้รับอุบัติเหตุหรือถูกสารเคมี ลายพิมพ์นิ้วมือก็อาจถูกลบไปได้ ส่วนลายพิมพ์ดีเอ็นเอ ไม่ว่าเราจะอายุเท่าไร ก็ไม่ได้เปลี่ยนแปลงไป

โดยธรรมชาติ มนุษย์ทุกคนบนโลกนี้จะมีลายพิมพ์ดีเอ็นเอที่ไม่เหมือนใครและไม่มีใครเหมือน (ยกเว้นฝาแฝดแท้) ที่เป็นเช่นนี้เนื่องจากมนุษย์ได้รับการถ่ายทอดดีเอ็นเอมาจากพ่อและแม่ในลักษณะจากพ่อครึ่งหนึ่งและจากแม่อีกครึ่งหนึ่ง กลายเป็นดีเอ็นเอชุดใหม่ของเราที่มีส่วนของดีเอ็นเอที่มีเอกลักษณ์เฉพาะบุคคลที่เรียกว่า ลำดับเบสซ้ำต่อเนื่อง (tandem repeats)

ก่อนที่จะอธิบายต่อไป ผู้เขียนขอเท้าความไปถึงเรื่องดีเอ็นเอก่อน เพื่อที่ผู้อ่านจะได้เข้าใจว่า ลำดับเบสซ้ำต่อเนื่อง เป็นอย่างไร

เราทุกคนบนโลกนี้มีดีเอ็นเอที่ขดตัวอยู่บนโครงสร้างที่เรียกว่าโครโมโซมซึ่งทำให้เราเป็นเราที่มีรูปร่างหน้าตาเหมือนคนที่กำลังอ่าน @ll BIOTECH อยู่ในขณะนี้ เจ้าโครโมโซมของทุกคนนั้นประกอบด้วยดีเอ็นเอเป็นสายเกลียวยาวซ้อนๆ กัน มีหน่วยย่อยที่เราเรียกว่านิวคลีโอไทด์ ซึ่งประกอบด้วยน้ำตาล เบส (A T C และ G) และหมู่ฟอสเฟต ในอัตราส่วน 1:1:1

ในจำนวนดีเอ็นเอทั้งหมดของคนเราบนโครโมโซมนั้นประกอบด้วยดีเอ็นเอ 2 ส่วน ส่วนแรกทำหน้าที่ควบคุมการสร้างโปรตีนที่มีความสำคัญต่อกลไกต่างๆ ภายในร่างกายของเรา เราเรียกดีเอ็นเอส่วนนี้ว่ายีน หรือ coding DNA ซึ่งมีจำนวนร้อยละ 5 ส่วนที่สองมีจำนวนถึงร้อยละ 95 เป็นดีเอ็นเอซึ่งยังไม่ทราบหน้าที่ชัดเจน และไม่ได้ทำหน้าที่ควบคุมการสร้างโปรตีน เราจึงเรียกส่วนนี้ว่า noncoding DNA หรือ Junk DNA ดีเอ็นเอส่วนนี้ไม่ใช่ว่าไม่มีส่วนสำคัญอะไรเลย นักวิทยาศาสตร์เขาเชื่อกันว่าอาจเกี่ยวข้องและมีความสำคัญต่อกลไกและการทำงานของดีเอ็นเอส่วนที่เป็นยีน เพียงแต่ไม่ทราบว่ากลไกเป็นอย่างไรเท่านั้น

เจ้า “Junk DNA” ดีเอ็นเอนี่แหละค่ะ ที่เรานำมาใช้ในการตรวจสอบลายพิมพ์ดีเอ็นเอ

นักวิทยาศาสตร์พบว่าในส่วนของ Junk DNA มีส่วนที่เป็น “เบสซ้ำต่อเนื่อง (Tandem repeats)” อยู่ในหลายตำแหน่งของโครโมโซม

เบสที่มีตัวเลขกำกับดังรูปข้างบนนั่นเองคือ “เบสซ้ำต่อเนื่อง ซึ่งในตัวอย่างนี้มีเบสซ้ำ (TCAT) ขนาด 4 เบส ที่มีจำนวนซ้ำอย่างต่อเนื่อง 7 ครั้ง

หากมีเบสซ้ำขนาด 9-100 เบส ที่มีจำนวนซ้ำตั้งแต่ 10 แต่ไม่เกิน 1000 ครั้งเราเรียกว่า มินิแซทเทลไลท์ (Minisatellite) หรือ variable number of tandem repeat (VNTR) และส่วนของดีเอ็นเอที่มีเบสซ้ำขนาด 2-6 เบส ที่มีจำนวนเบสซ้ำอย่างต่อเนื่องไม่เกิน 100 ครั้ง เราเรียกว่า ไมโครแซทเทลไลท์ (Microsattelite) หรือ Short tandem repeats หรือ STR

ในบุคคลหนึ่งๆ จะมีลำดับเบสซ้ำต่อเนื่องแตกต่างกันทั้งขนาดและจำนวนซ้ำ ซึ่งตรงนี้นี่เองที่ทำให้เกิดความแตกต่างจากบุคคลอื่น ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงใช้ส่วนของเบสซ้ำอย่างต่อเนื่องมาตรวจสอบลายพิมพ์ดีเอ็นเอในบุคคลนั้นๆ ที่ตำแหน่งต่างๆ กันบนจีโนม ซึ่งทำให้สามารถพิสูจน์ความเป็นบุคคลได้อย่างชัดเจนและแม่นยำ

ศาสตราจารย์ เซอร์อเล็ก เจฟฟรีย์ 

นักวิทยาศาสตร์ผู้ที่นำมินิแซทเทลไลท์มาใช้ในการตรวจสอบลายพิมพ์ดีเอ็นเอเป็นครั้งแรกเมื่อปี 2527 คือศาสตราจารย์ เซอร์อเล็ก เจฟฟรีย์ (Professor Sir Alec Jeffreys) จากมหาวิทยาลัยเลสเตอร์ (University of Leicester) สหราชอาณาจักร นับได้ว่าเขาเป็นผู้บุกเบิกเทคโนโลยีลายพิมพ์ดีเอ็นเอเป็นคนแรกของโลก ปัจจุบันศาสตราจารย์อเล็กมีอายุเพียง 45 ปีเท่านั้นเอง ภายหลังจากการเปิดเผยผลงานของเขา ก็มีนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกนำเทคโนโลยีลายพิมพ์ดีเอ็นเอมาประยุกต์ใช้ในหลายด้าน และก่อให้เกิดประโยชน์มากมาย ซึ่งก่อนจะทราบถึงประโยชน์เหล่านั้น เรามาดูหลักการการทำงานของเทคโนโลยีนี้พอสังเขปกันก่อน

หลักการทำงานของเทคโนโลยีลายพิมพ์ดีเอ็นเอในการใช้เทคโนโลยีลายพิมพ์ดีเอ็นเอนั้น อันดับแรกเลยก็คือการเก็บตัวอย่างเพื่อหาลายพิมพ์ดีเอ็นเอ ตัวอย่างที่จะทำการหาลายพิมพ์ต้องมีดีเอ็นเอที่มีคุณภาพ ถ้าดีเอ็นเอเสื่อมสลายก็ไม่สามารถหาลายพิมพ์ดีเอ็นเอได้ (ปัจจัยที่จะทำให้ดีเอ็นเอเสื่อมสลายคือ ระยะเวลา อุณหภูมิ ความชื้น แสงแดด สารเคมี จุลินทรีย์ ฯลฯ)โดยปกติดีเอ็นเอสามารถคงอยู่ได้เป็นเวลาหลายปีหากเก็บไว้ด้วยวิธีที่เหมาะสม นอกจากคุณภาพแล้ว ตัวอย่างที่ต้องการนำมาหาลายพิมพ์ดีเอ็นเอต้องมีปริมาณที่เหมาะสมเพียงพอที่จะตรวจหาดีเอ็นเอได้ หากดีเอ็นเอมีน้อยก็ต้องมีวิธีเพิ่มจำนวนดีเอ็นเอโดยใช้เทคนิคอื่น เช่น ใช้เทคนิคพีซีอาร์ร่วมด้วยสำหรับขั้นตอนที่สองก็คือการสกัดดีเอ็นเอจากเซลล์ของตัวอย่าง อันที่จริงก่อนที่จะมาถึงขั้นตอนนี้ ต้องเลือกตัวอย่างว่าควรเป็นเลือด น้ำลาย เยื่อบุข้างแก้ม คราบอสุจิ กระดูก ผมฯลฯ จะได้เลือกวิธีการสกัดดีเอ็นเอให้เหมาะสมกับตัวอย่างแต่ละชนิด ในขั้นตอนสกัดดีเอ็นเอนี้เป็นกรรมวิธีที่ค่อนข้างยาก เป็นเทคนิคที่ต้องอาศัยบุคลากรที่มีความชำนาญ เมื่อสกัดดีเอ็นเอได้แล้ว ขั้นตอนต่อมาก็คือการตรวจวิเคราะห์ลายพิมพ์ดีเอ็นเอ โดยทั่วไปมีสองวิธีคือทำโดยนักวิจัยและใช้เครื่องมืออัตโนมัติ แต่ไม่ว่าจะเป็นวิธีการใด หลักการจะเหมือนกันคือเลือกตัดดีเอ็นเอในส่วนที่แสดงเอกลักษณ์เฉพาะบุคคล โดยใช้เอนไซม์ที่มีลักษณะตัดเฉพาะ จากนั้นแยกท่อนดีเอ็นเอที่ถูกตัดออกจากกันด้วยเทคนิคจำเพาะ ถึงตอนนี้ก็จะได้แถบดีเอ็นเอที่มีขนาดแตกต่างกัน หากใช้วิธีติดฉลากท่อนดีเอ็นเอโดยสารกัมมันตรังสี ผลจะปรากฏออกมาในลักษณะเป็นแถบดีเอ็นเอ แต่ถ้าหากไม่ใช้สารกัมมันตภาพรังสีก็จะใช้วิธีการย้อมสีแล้วอ่านด้วยเครื่อง ผลปรากฏเป็นเส้นกราฟในตำแหน่งต่าง ๆ กัน โดยเครื่องจะอ่านตำแหน่งให้โดยอัตโนมัติ เมื่อได้แถบหรือเส้นกราฟของดีเอ็นเอแล้ว ขั้นสุดท้ายก็เป็นการแปลผลลายพิมพ์ดีเอ็นเอโดยการอ่านผลจากลักษณะตำแหน่งของแถบดีเอ็นเอ หรือเส้นกราฟที่ได้ เมื่อได้ผลการตรวจมาแล้ว ก็นำมาเปรียบเทียบกับลายพิมพ์ดีเอ็นเอที่เราศึกษาอีกชุดว่ามีความสัมพันธ์กันเช่นใด เช่น ลายพิมพ์ดีเอ็นเอในช่องคลอดของผู้หญิงที่ถูกข่มขืน ตรงกับลายพิมพ์ดีเอ็นเอของผู้ต้องสงสัยทุกแถบ ก็แสดงว่าผู้ต้องสงสัยเป็นผู้ต้องหา ลายพิมพ์ดีเอ็นเอของลูกสัมพันธ์กับพ่อหรือแม่ก็แสดงว่าเป็นลูกที่แท้จริงของพ่อและแม่ เป็นต้น

ประโยชน์ของเทคโนโลยีลายพิมพ์ดีเอ็นเอ

  • ใช้พิสูจน์ความสัมพันธ์ทางสายเลือด

ตามหลักการถ่ายทอดทางพันธุกรรมนั้น ลูกเกิดจากการปฏิสนธิของอสุจิจากพ่อ และไข่จากแม่ ซึ่งลูกต้องได้รับสารพันธุกรรมหรือดีเอ็นเอจากพ่อและแม่อย่างละครึ่งหนึ่ง ดังนั้น เมื่อทำการตรวจลายพิมพ์ดีเอ็นเอของพ่อแม่ และลูก จะพบว่าลายพิมพ์ดีเอ็นเอของลูกต้องประกอบด้วยแถบดีเอ็นเอที่มาจากพ่อและแม่เท่านั้น จุดประสงค์ในการตรวจหาลายพิมพ์ดีเอ็นเอในประเด็นนี้ก็เพื่อนำไปเป็นหลักฐานสำคัญสำหรับประกอบการพิจารณาทางกฎหมายในศาล เพื่อความสบายใจ หรือเพื่อแก้ปัญหาครอบครัวได้ เช่น กรณีการฟ้องร้องเพื่อเรียกค่าเลี้ยงดูบุตร

  • ใช้ในการติดตามการรักษาผู้ป่วยที่ได้รับการปลูกถ่ายไขกระดูก

ในการรักษาผู้ป่วยที่เป็นมะเร็งเม็ดโลหิตขาว จะต้องมีการปลูกถ่ายไขกระดูกจากผู้ให้ซึ่งมักเป็นญาติที่ใกล้ชิด ดังนั้นจะมีไขกระดูกปกติของผู้ให้เข้าไปแทนที่ไขกระดูกที่เป็นมะเร็งของผู้ป่วย ซึ่งไขกระดูกนั้นจะทำหน้าที่ผลิตเม็ดเลือดแดง เม็ดเลือดขาว และเกล็ดเลือดชุดใหม่ ซึ่งหากการรักษาประสบความสำเร็จ ผู้ป่วยที่ได้รับการปลูกถ่ายไขกระดูกจากผู้ให้จะไม่เกิดปฏกิริยาต่อต้านใดๆ ลายพิมพ์ดีเอ็นเอจากตัวอย่างเลือดของผู้ป่วยจะมีลายพิมพ์ดีเอ็นเอที่เหมือนกับผู้ให้ทุกประการ นั่นก็คือ ลายพิมพ์ดีเอ็นเอจากเลือดของผู้ป่วยจะเปลี่ยนไป ในขณะที่ลายพิมพ์ดีเอ็นเอจากเซลล์ของส่วนอื่นๆ ของร่างกายยังเหมือนเดิม

  • ใช้ในการพิสูจน์หลักฐานทางนิติเวชศาสตร์

เนื่องจากลายพิมพดีเอ็นเอเป็นลักษณะเฉพาะในแต่ละบุคคล ดังนั้นจึงสามารถตรวจทางนิติเวชศาสตร์เพื่อสืบหาผู้กระทำผิดจากหลักฐานในที่เกิดเหตุ ซึ่งอาศัยหลักการที่ว่าลักษณะของดีเอ็นเอของคนๆ หนึ่งไม่ว่าจากเซลล์ส่วนใดของร่างกายก็ตาม จะมีรูปแบบเหมือนกันทั่วทั้งร่างกาย เช่น คราบอสุจิของผู้ต้องหาในที่เกิดเหตุย่อมต้องมีลักษณะของดีเอ็นเอที่เหมือนกับในเลือดของผู้ต้องหาที่ถูกควบคุมตัวไว้ เป็นต้น

จากที่กล่าวมา จะเห็นได้ว่าการนำเทคโนโลยีลายพิมพ์ดีเอ็นเอมาประยุกต์ใช้อย่างเหมาะสมก่อให้เกิดประโยชน์ในหลายด้าน ดังนั้น ในหลายประเทศจึงมีการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้อย่างแพร่หลาย สำหรับประเทศไทย เริ่มมีการใช้เทคโนโลยีดังกล่าวเมื่อไม่นานมานี้ ปัจจุบันหลายฝ่ายตระหนักถึงความสำคัญของเทคโนโลยีนี้มากขึ้น จึงมีการเปิดให้บริการตรวจสอบลายพิมพ์ดีเอ็นเอในหน่วยงานหลายแห่ง อาทิเช่น กองพิสูจน์หลักฐาน สถาบันนิติเวชศาสตร์ สำนักงานตำรวจแห่งชาติ สถาบันนิติวิทยาศาสตร์ กระทรวงยุติธรรม มหาวิทยาลัย และโรงพยาบาลที่มีความพร้อมทั้งด้านเครื่องมือและบุคลากร