Science

ตรวจ DNA เขาตรวจกันยังไง ทำไมถึงรู้ว่า เธอคือลูกชั้น

By Arnon Puitrakul - 27 กรกฎาคม 2022 - 1 min read min(s)

ตรวจ DNA เขาตรวจกันยังไง ทำไมถึงรู้ว่า เธอคือลูกชั้น

เมื่ออาทิตย์ก่อนนั่งดูเรื่อง Extraordinary Attorney Woo มีเรื่องแม่ ๆ ลูก ๆ (แต่ Thumbnail ก็ต้องใช้ประโยคอมตะตลอดกาล อย่างในเรื่อง Starwars) ทำให้เกิดอะไรสนุก ๆ กันว่า มาเขียนเรื่องวิธีการตรวจ DNA กันดีกว่า ทำไม DNA ถึงบอกได้ว่า ใครเป็นพ่อ ใครเป็นแม่ หรือ ระบุตัวตนได้ตามที่เราเห็นจากหนัง หรือในข่าวที่บอกว่า นี่นะ เรารู้ตัวคนร้ายได้แล้วจากการตรวจ DNA สงสัยกันมั้ยว่า เขาทำกันยังไง

ส่วนไหนของร่างกายมี DNA บ้าง ?

ขั้นตอนแรกก่อนที่เราจะไปคุยในเรื่องของเทคนิค เราต้องมาดูกันก่อนว่า ตัวอย่างอะไรบ้างที่เราสามารถนำมาใช้ตรวจ DNA ได้

อย่างแรกที่เราน่าจะได้เห็นจากหนังสืบสวนสอบสวนก็คือ การเก็บเซลล์จากกระพุ้งแก้ม โดยการเอาที่เขี่ยมาเขี่ยในปากของเรา แล้วเอาไปใส่ในหลอดแล้วส่งไปใน Lab

หรือจะเป็นจากในหนังอีก เช่นพวก เนื้อเยื้อจากในเศษเล็บ อันนี้น่าจะมาฟิลหนังสืบสวนสอบสวนละ เช่นพวก NCIS เข้ แก่ชิบหายเลย แต่ก็นั่นแหละ พวกนี้มันก็จะเอามาใช้ในพวกนิติวิทยาศาสตร์ละ

ซึ่งเราจะเห็นว่า ทั้งหมดที่เราว่ามา มันคือการเก็บเซลล์ตัวอย่างนั่นเอง เพราะในร่างกายของคนเรา ทุก ๆ เซลล์ที่ปกติของตัวเรา จะมี DNA ที่หน้าตาเหมือนกันทั้งหมดเลย ยกเว้นในเซลล์เม็ดเลือดแดง (Red Blood Cell) อะนะ

ถามว่าแล้ว DNA อยู่ตรงไหนของเซลล์ มันจะอยู่ใน Nucleus นั่นเอง ในนั้นมันจะมี DNA อยู่ ดังนั้น ตัวอย่างที่เราเอามาทดสอบได้ มันก็จะเป็นเซลล์อะไรก็ได้ ขอแค่มี Nucleus เท่านั้นเอง ซึ่งขั้นตอน เราไม่เล่าละกันนะว่า เราจะสกัด DNA ออกมาได้อย่างไร แต่ละตัวอย่างมันจะมีวิธีที่ไม่เหมือนกันซะทีเดียว ต่างกันหน่อย ๆ สมมุติว่า เราได้ DNA มาแล้วละกัน

Gel Electrophoresis

ในการที่เราจะตรวจ DNA เราสามารถตรวจได้หลายวิธีมาก ๆ ขึ้นกับว่า เราต้องการอะไร ละเอียดขนาดไหน หนึ่งในวิธีที่เราใช้กันเยอะ ๆ และน่าจะเห็นผ่านตากันเยอะมาก ๆ นั่นคือการทำ Gel Electrophoresis

Gel Electrophoresis ชื่อดูยากมาก ๆ แต่ เราจะบอกว่า จริง ๆ แล้วไม่ได้ยากขนาดนั้น มันเหมือนกับตอนมัธยมที่เราเรียนเรื่องการแพร่ ที่เราเอาสีผสมอาหารมาหยดลงบนกระดาษ แล้วจุ่มไปลงในน้ำ น้ำก็จะค่อย ๆ ซึมเข้าไปที่กระดาษเรื่อย ๆ พาสีไหลขึ้นไปเรื่อย ๆ แต่สีที่เราเห็น มันจะไม่ได้เป็นสีเดียว แต่มันเป็นหลายสีเลย เพราะสีที่เราเอามาหยด มันเกิดจากหลาย ๆ สีผสมรวมกัน และ แต่ละสีก็มีน้ำหนักที่ต่างกัน ทำให้สีที่หนัก มันก็จะไปได้สั้นกว่าสีที่มีน้ำหนักเยอะกว่า เราเลยเรียกการทดลองนี้ว่า Chromatography นั่นเอง

ใน Gel Electrophoresis หลักการคล้าย ๆ กันเลย เราก็จะทำให้ DNA ถ้าเอาให้ละเอียดเข้าไปอีก คือ dsDNA (Double-Strand DNA) มันวิ่งไปตามแผ่นเจลที่เราเตรียมเอาไว้ อันไหนหนัก มันก็จะไปได้ไม่ไกล ชิ้นไหนเบา มันก็ไปได้ไกลกว่าคล้ายกับ Chromatography เลย

เพื่อให้เห็นภาพง่าย ๆ เราเริ่มจากเรามี DNA ที่เราต้องการก่อน เราขอให้เส้นกระดาษละกัน เราจะเห็นได้ว่า กระดาษมันจะเป็นเส้นยาว ๆ เหมือนกับตัวอย่าง DNA ที่เป็นเส้นสมบูรณ์ปกติ ถ้าเราเอาทั้ง 3 เส้นมาวางทาบกันเลย เราจะเห็นว่ามันยาวเกือบ ๆ เท่ากันเลย อาจจะห่างกันนิ๊ดเดียว

ถามว่า ทำไมยาวเกือบ ๆ เท่ากัน ในที่นี้เราทำเหมือนเราจะเทียบกับสิ่งมีชีวิตเดียวกันเลย เช่น คนกับคน ที่มีความยาวเกือบ ๆ เท่านั้นเลย คนเรามีอยู่ประมาณ 3.3 Billion Base Pair บวกลมนิดหน่อย ดังนั้น ถ้าเราเอามาวิ่งแข่งกัน มันก็จะอยู่ใกล้ ๆ กันเลย มันก็จะตอบอะไรที่เราต้องการเลย

แต่ความแตกต่าง มันอยู่ในส่วนของ DNA เรานั่นแหละ ดังนั้นเขาเลยใช้วิธีการตัด DNA ออกเป็นชิ้น ๆ กัน โดยที่เราจะไม่ตัดมั่ว ๆ เราจะมีวิธีในการตัด ว่า เราจะมีจุดที่มีลักษณะแบบนึงที่มันจะตัดเข้าไป เราเรียกสารพวกนี้ว่า Restriction Endonuclease ซึ่งก็แล้วแต่ว่า เราจะใช้ตัวไหน มันก็จะมีจุดในการเข้าไปตัดที่แตกต่างกัน

ถ้าเราบอกว่า DNA มันมาจากคนเดียวกันจริง ๆ และ เราใช้สารตัวเดียวกันในการตัด จะทำให้ เราควรจะได้จุดในการตัดที่เหมือนกันเป๊ะ นั่นทำให้เราจะได้ จำนวนชิ้น และ ความยาวของแต่ละชิ้นเท่ากันนั่นเอง

ตรงกันข้ามกัน ถ้าตัวอย่างที่เราเอามาทดสอบไม่ตรงกัน แปลว่า จุดที่มันจะตัด จะต่างกัน นั่นทำให้ จำนวนชิ้น และ ความยาวของแต่ละชิ้นจะไม่เท่ากัน ตรงนี้แหละ คือหลักการของการเอา Gel Electrophoresis มาเพื่อระบุตัวตน ถ้าเป็นคนเดียวกันจริง ๆ ผลที่ได้ ก็ควรจะเหมือนกัน

สุดท้ายเมื่อเราเอาไฟผ่านเข้าไป มันก็จะเรียงชิ้นใหญ่ไปชิ้นเล็กนั่นเอง

Gel Preparation

แต่ ๆ DNA มันไม่ได้ละลายน้ำแล้ววิ่ง ๆ ได้เหมือนสี แต่เรารู้ว่า DNA มันมีขั้วลบ จากที่เรารู้กัน ไฟจะวิ่งจากลบไปบวก ทำให้ถ้าเราเอาไฟไหลผ่าน มันก็จะผลัก DNA ของเราไปได้นั่นเอง

ส่วนแผ่นเจลที่เราพูดถึงมันจะเป็น วุ้นแทนเป็นพวก Agarose Gel ถ้าใครที่เคยเตรียมจริง ๆ มันก็จะเหมือนกับผงวุ้นที่เรากินกันนั่นแหละ หลัก ๆ คือ เราก็เอาผงวุ้นใส่ในน้ำแล้วต้ม ซึ่งความเข้มข้นก็ขึ้นกับว่า เราต้องการทดสอบอะไร หรือมี Config แบบไหนแล้วแต่งานแล้ว พอเดือด และ วุ้นละลายหมด เราก็จะเทใส่พิมพ์ที่เราเตรียมไว้ รอให้เย็นนิดหน่อย แล้วเราก็เอา Comb เหมือนหวีสอดลงไป เพื่อให้มันเกิดเป็นช่อง ๆ หลุมสำหรับให้เรา Load ตัวอย่างลงไป บางอันก็ริชชี่ในพิมพ์มีช่องมาให้เราหมดแล้ว แล้วเราก็รอให้เจลมันเซ็ตตัว

สุดท้าย เราก็จะเอาไปใส่ในเครื่องที่จ่ายไฟ พร้อมกับใส่พวกสารละลาย Buffer เข้าไป เพื่อให้พวกค่า pH มันคงที่ตามที่เราต้องการ และ น้ำที่ใส่สารละลายพวกนี้มันจะได้นำไฟฟ้าที่เราจ่ายเข้าไปด้วย

Sample Preparation

มาถึงจุดที่สนุกกันแล้ว สมมุติว่าเราได้ตัวอย่างมา และทำการสกัดหรือทำ Purification อะไรก็แล้วแต่ เรื่องนั้นช่างมัน ไม่ใช่ประเด็นของบทความนี้ เอาเป็นว่า เราได้ตัวอย่างที่พร้อมทำมาแล้ว

อย่างที่เราบอกว่า เราจะต้องตัดตัวอย่างของเราด้วย Restriction Endonuclease ก่อน ทีนี้ถ้าเราโหลดลงไปในหลุม Gel ของเราที่มีสารละลาย Buffer ของเราอยู่ แน่นอนว่า สารที่เราหยอดลงไป มันจะไม่ลงหลุม มันจะลอยอยู่ในน้ำนั่นแหละ แล้วก็จบแค่นั้นแหละ

หนักกว่านั้น เวลาเราทำงานพวกนี้ เราทำงานกับปริมาณของสารที่น้อยมาก ๆ ระดับ microliter เลย ทำให้หยอดไป อ้าว กรู หยอด ยัง นิ นอกจากนั้น ตอนเราให้ตัวอย่างมันวิ่งไป เราจะไม่เห็นเลยนะว่า มันวิ่งถึงไหนแล้ว เลยเจลเราหรือยัง

เลยทำให้ก่อนที่เราจะโหลดตัวอย่างของเราลงไปในเจล เราจะผสมมันกับสิ่งที่เรียกว่า Loading Dye ก่อน ซึ่งในนั้น มันจะมีพวก สี หรือ Dye เพื่อให้เราเห็นด้วยตาเปล่าได้ และ ใส่พวกสารที่มีน้ำหนักหน่อยเช่น น้ำตาล หรือพวก Glycerol เพื่อทำให้มันหนาแน่นมากกว่า Buffer ทำให้มันจมลงไปไม่ลอยทิ้งนั่นเอง

เมื่อผสม Loading Dye กับตัวอย่างของเราเสร็จ เราก็จะเริ่มโหลดตัวอย่างใส่ในแต่ละช่องของเจลเรา โดยเราจะโหลดตัวอย่างละช่องเข้าไป ก็เป็นอันเรียบร้อยพร้อมจะเริ่มรันแล้ว

Running Experiment

หลังจากโหลดตัวอย่างเรียบร้อยแล้ว เราก็จะทำการปล่อยไฟเข้าไป เพื่อทำให้ ตัวอย่างของเราวิ่งไปในเจล อันนี้ก็แล้วแต่ว่า เจลเราขนาดเท่าไหร่ ตัวอย่างเราขนาดเท่าไหร่ วิธีง่าย ๆ คือ เราจะรันไปเรื่อย ๆ ให้จุดที่ไกลที่สุดอยู่ใกล้ ๆ กับปลายของเจลเรา เพราะไม่งั้น จุดที่ไกลที่สุดมันจะเลยออกไปจากเจล แล้วเราจะไม่เห็นนั่นเอง นี่แหละ คือทำไมเราจะต้องเอา Dye มาผสมด้วย เพื่อให้เราเห็น และ หยุดมันได้นั่นเอง

หลังจากเรารันเสร็จ เราก็จะปิดไฟ เพื่อให้ DNA มันหยุดวิ่ง เพื่อความสวยงาม เราก็อาจจะเอาเจลของเรามาตัด ให้พอดีกับตัวอย่างของเราหน่อยจะดีมาก ใช้มีดธรรมดานี่แหละ

ทีนี้ Dye ที่เราใส่เข้าไป มันก็ทำให้เราเห็นอยู่ระดับนึงแหละ แต่ความเข้ม มันน้อยเหลือเกิน บางครั้ง มันก็จางเกิน ทำให้เราดูได้ยากมาก ๆ ดังนั้น เราจะย้อมสีเจลของเราด้วยสารจำพวก Ethidium Bromide (EtBr) สารพวกนี้ มันจะไปจับกับ DNA และมันเป็นพิษ ดังนั้น เวลาเราทำงานด้วย ควรจะใส่ PPE ให้เรียบร้อยก่อนนะ ซึ่งพอเราย้อมออกมา เราจะไม่เห็นด้วยตาเปล่าหรอก

เพราะมันจะเรืองแสง เมื่อเราใช้แสง UV ส่องมานั่นเอง ดังนั้นการที่เราต้องการจะถ่ายรูปออกมา เราเลยจะต้องเอาแสง UV สาดเข้าไปแล้วใช้กล้องถ่ายออกมา พวกนี้ส่วนใหญ่ มันก็จะมีเครื่องสำหรับการถ่ายรูปอยู่เหมือนกัน ถ้าจะให้ถ่ายเอง ส่อง UV เอง ก็ไม่น่าจะดีต่อสุขภาพสักเท่าไหร่เนอะ

Result

ทำเองครั้งแรก ๆ มันก็จะพัง ๆ พังมากที่สุด

เมื่อเราถ่ายออกมา เราจะเห็นเป็นแถบ ๆ แยกออกมาเป็นแต่ละหลุม โดยบางครั้ง ส่วนใหญ่ที่เราทำแหละ เราจะโหลดสิ่งที่เรียกว่า Marker ไว้ในช่องแรก โดยที่ Marker มันจะเป็น ชิ้นของ DNA ที่ผู้ผลิตเขา Design มาแล้วว่า ถ้ารันออกมาแล้วจะมีกี่ชิ้น ชิ้นนี้ยาวเท่าไหร่ เขาบอกไว้หมดเลย ทำให้เราสามารถเทียบขนาดของชิ้นตัวอย่างเรากับ Marker ได้

แต่สำหรับโจทย์ที่เราสนใจวันนี้คือ คน ๆ นี้เป็นคนเดียวกับที่เราได้เก็บตัวอย่างมาหรือไม่ ตัวอย่างเหตุการณ์นี้ก็คือ เราเก็บตัวอย่าง DNA จากในจุดเกิดเหตุได้ และ เรามีผู้ต้องสงสัยว่า เขาจะใช่เจ้าของ DNA นั้นมั้ย ถ้าเป็นคนเดียวกัน ผลที่เราได้จากทั้ง 2 ตัวอย่างก็ควรจะเหมือนกันนั่นเอง

และ สำหรับการทดสอบ หาสายเลือด (Paternity Test) ​เช่น พ่อ และ แม่ เราบอกว่า DNA ของเรา เราก็จะได้จาก พ่อ และ แม่ ของเรานี่แหละ เราไม่ได้จากคนข้างบ้าน ทำให้ถ้าเรารันออกมา มันก็ควรจะมีส่วนที่เหมือนพ่อ และ ส่วนที่เหมือนแม่ ในที่นี้คือ เราควรจะมี แถบที่เหมือน หรือ ใกล้เคียงกับ พ่อ หรือ แม่ ของเรา ทั้งในแง่ของตำแหน่ง, ความหนา และ ความเข้ม

ตัวอย่างเช่น เรามี 3 ตัวอย่าง เป็น คู่สามี ภรรยา ละกัน และเราอยากรู้ว่า ลูกคนนี้เป็นลูกของคู่สามี ภรรยา คู่นี้หรือไม่ จากรูป เราจะเห็นว่า แถบของลูกมันมีส่วนที่เหมือนกับของพ่อมาก ๆ แต่ไม่เหมือนกับของแม่เลย นั่นแปลว่า มีโอกาสสูงมากที่ เด็กคนนี้เป็นลูกของพ่อจริง ๆ แหละ แต่อาจจะไม่ใช่แม่คนนี้ เราไม่แปลต่อละกันว่าแปลว่าอะไร รู้กันอยู่แล้วเนอะ

สรุป

การตรวจ DNA เราสามารถทำได้หลายวิธีมาก ๆ หนึ่งในวิธีที่เราใช้ในการตรวจสอบความเหมือน หรือต่างกัน เรานิยมใช้วิธีที่เรียกว่า Gel Electrophoresis เพราะมันทำได้ง่าย ราคาถูก และให้ผลได้อย่างรวดเร็ว อาจจะใช้เวลาสัก 2-3 ชั่วโมงอย่างเร็วในการทำเท่านั้นเอง (ถ้าไม่ได้มี Complication แปลก ๆ และตัวอย่างคุณภาพดีอะนะ) ซึ่งหนึ่งใน Application ที่เราเอามาใช้กันก็คือ การตรวจสอบความเป็น พ่อ แม่ และ ลูก กับ การตรวจสอบ Identity นั่นเอง