นักวิจัยมหาวิทยาลัยเพนสเตท ได้พัฒนาวิธีการทางคอมพิวเตอร์แบบใหม่ที่จะสามารถช่วยให้่เข้าใจความชีวิตเกิดขึ้นบนโลกได้อย่างไร ด้วยวิธีดังกล่าวมีศักยภาพที่จะติดตามประวัติการวิวัฒนาการของโปรตีนกลับไปในทุกเซลล์หรือไวรัส ซึ่งสามารถให้ความกระจ่างในข้อถกเถียงที่ว่าสิ่งมีชีวิตชนิดใดเกิดก่อน

ทีมวิจัยเพิ่งเริ่มต้นในการหาศักยภาพของวิธีนี้ และเชื่อว่าวิธีดังกล่าวจะสามารถบอกได้ว่าสิ่งมีชีวิตระหว่างไวรัสกับเซลล์อันไหนวิวัฒนาการจากอันไหนแน่

วิธีการทางคอมพิวเตอร์ใหม่นี้เขียนอธิบายการทำงานเอาไว้ใน Proceedings of the National Academy of Sciences โดยทีมงานได้มุ่งเป้าไปที่โปรตีนที่มีความเก่าแก่ชนิดหนึ่งที่ชื่อว่า retroelements ซึ่งเป็นส่วนประกอบในจีโนมมนุษย์โดย 50% ของนำ้หนักจีโนมทั้งหมด และมีความสำคัญในการเกี่ยวข้องกับโรคต่าง ๆ รวมถึงเอดส์ retroelements มีความแปรผันทางพันธุกรรมสูงในกลุ่มโปรตีนเดียวกัน อย่างไรก็ตามนี้เป็นการสร้างเกณฑ์มาตรฐานในการทดสอบของงานวิจัย ทีมวิจัยพอใจกับผลที่ออกมามากแม้ว่าการทดสอบวิธีการดังกล่าวจะอยู่ในขั้นเริ่มต้นก็ตาม ทีมงานยังหวังแผนที่จะเปิดอัลกอริทึมที่สร้างขึ้นให้โปรแกรมโอเพนท์ ซอร์สอื่น ๆ ซึ่งจะไปอยู่บนหน้าเว็บไซต์ให้ใช้ฟรี

นักวิทยาศาสตร์สร้างแผนที่ของวิวัฒนาการสิ่งมีชีวิตด้วยการเปรียบทางลำดับพันธุกรรมหรือ ลำดับโปรตีน สิ่งมีชีวิตไหนที่มีมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดหรือแบ่งปันลำดับทางพันธุกรรมจากบรรพบุรุษจะมีอันดับความเหมือนที่สูงขึ้นในลำดับนั้น ๆ ในวารสารวิจัยได้อธิบายวิะีการที่นักวิทยาศาสตร์ใช้โปรตีน 11 กลุ่มของโปรตีน retroelement ซึ่งแปรผันจากแบคทีเรียไปสู่ HIV ในมนุษย์ เพื่อติดตามประวัติการวิวัฒนาการจอง retroelement วิธีการใหม่นี้จะใช้อัลกอลิทึมเพื่อสร้างประวัติของวิวัฒนาการ หรือที่เรียกกันว่า phylogenetic profiles โดยจะทำการเปรียบเทียบทั้งหมดต่อทั้งหมด ตัวอย่างเช่นมีลำดับยีนอยู่ 5 แบบ วิธีใหม่จะเปรียบเทียบ ลำดับยีน A ต่อลำดับยีน B ต่อ C และ D ต่อมายีน B จะเปรียบเทียบกับยีน C และ D ส่วนยีน C จะเปรียบเทียบกับยีน D ซึ่งรวมแล้วจะได้่การเปรียบเทียบ 6 แบบ วิธีนี้จะเลือกบริเวณของข้อมูลที่ตรงกันและสร้างแผนผังต้นไม้ เรียกว่า phylogenetic tree ที่อิงตามความเหมือนของ retroelement ของกันและกัน แผนภูมิต้นไม้ยังให้ความห่างของการวิวัฒนาการและความเกี่ยวพันธุ์ทางวิวัฒนาการในระหว่างโปรตีน retroelement ซึ่งนี้จะเป็นการช่วยไขความกระจ่างของทฤษฎีการวิวัฒนาการของ retroelement

วิธีแบบเก่าจะคาดการณ์ความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการด้วยวิธีการที่เรียกว่า multiple sequence alignment แต่อาจมีการไม่ตอบสนองต่อความสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนที่มีความไม่ใกล้เคียงกันสูง ในบริเวรที่มีความกว้าง เพราะ เกิดจากการใช้ลำดับเดียวเปรียบเทียบกับลำดับอื่นอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้ได้ข้อมูลของรายละเอียดความเป็นไปได้ระหว่างความสัมพันธ์ของลำดับโปรตีน ผู้เชี่ยวชาญที่สามารถค้าหาความสัมพันธ์ที่ต้องการได้ เป็นที่ต้องการตัวยิ่งนัก แต่การใช่้มนุษยืทำงานนั้นห่างไกลจากอุดมคติมาก

แม้ว่าสมองมนุษย์นั้นจะเป็นเครื่องมือที่มีพลังในการจดจำรูปแบบ แต่การวัดที่อิงมนุษย์มีความยากที่จะทำใหม่ได้ เช่น ถ้ามีคน 2 คนแม้ว่าจะทำสิ่งเดียวกัน แต่ต่างคนต่างทำก็ได้คนละแบบออกมา ซึ่งทางที่ดีที่สุดคือหาเกณฑ์มาตรฐานในการวัดความสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนทั้งหมด และนั้นเป็นสิ่งที่นักวิจัยกำลังทำอยู่ตอนนี้ วิธีการใหม่นี้สามารถใช้ร่วมกับวิธีการแบบเดิมเพื่อให้ได้ภาพการวิวัฒนาการของโปรตีนที่ชัดขึ้น ยิ่งมีการวัดที่ไม่ขึ้นกันมากเท่าใด ก็จะทำให้มีผลการทดลองที่ดีขึ้นเท่านั้น

นอกจากการค้นหาจุดกำเนิดของสิ่งมีชีวิตแล้ว ทีมวิจัยยังใช้วิธีการที่คิดขึ้นรวบรวมข้อมูลการทำงานโปรตีนในร่างกาย รูปร่าง และประวัติการวิวัฒนาการอย่างต่อเนื่อง ในอีกวารสารที่มีชื่อว่า Physics Archives ได้แสดงให้เห็นว่า วิธีการใหม่นี้ สามารถวัดคุณสมบัติทั้ง 3 ได้พร้อม ๆ กัน ซึ่งในอดีตวิธีการที่ใช้กันมาจะไม่สามารถบอกระยะทางของการวิวัฒนาการได้ แต่วิธีใหม่นี้สามารถวัดทุกอย่างได้พร้อม ๆ กันทั้งหมด

มีข้อมูลโปรตีนประมาณ 30,000 อยู่ในเว็บไซต์วิทยาศาสตร์ ที่สามารถให้นักวิจัยสร้าง phylogenetic profile ของตัวเอง ทีมวิจัยหวังว่าวิธีการนี้จะมีศักยภาพในการเพิ่มลำดับโปรตีนเข้าไปในธนาคารโปรตีน ซึ่งในความจริงแล้ววิธีการนี้ได้ถูกทำให้ดูดีขึ้นหลังจากตีพิมพ์ลงวารสารไป และเป้าหมายของนักวิจัยคือการติดตามประวัติการวิวัฒนาการไปยังจุดเริ่มต้นของชีวิต

ที่มา - sciencedaily.com

เอกสารอ้างอิง - pnas.org