มาร์ค เคิร์ชเนอร์ นักชีววิทยาเซลล์ผู้บุกเบิกด้านชีววิทยาระบบ

มาร์ค วอลเลซ เคิร์ชเนอร์ (Marc Wallace Kirschner) เกิดเมื่อวันที่ 28 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1945 เป็นนักชีววิทยาเซลล์และนักชีวเคมีชาวอเมริกันที่มีชื่อเสียงระดับโลก และเป็นประธานผู้ก่อตั้งภาควิชาชีววิทยาระบบ (Department of Systems Biology) ที่โรงเรียนแพทย์ฮาร์วาร์ด (Harvard Medical School) เขาเป็นที่รู้จักจากการค้นพบครั้งสำคัญในด้านชีววิทยาเซลล์และชีววิทยาการเจริญเติบโต โดยเฉพาะในเรื่องของพลวัตและหน้าที่ของไซโตสเกเลตอน (cytoskeleton), การควบคุมวงจรเซลล์ (cell cycle), และกระบวนการส่งสัญญาณในตัวอ่อน รวมถึงวิวัฒนาการของโครงสร้างร่างกายสัตว์มีกระดูกสันหลัง

ประวัติการศึกษาและการทำงาน

เคิร์ชเนอร์เกิดที่เมืองชิคาโก รัฐอิลลินอยส์ เขาสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาเคมีจากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์น (Northwestern University) ในปี 1966 จากนั้นได้รับทุนวิจัยระดับบัณฑิตศึกษาจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF) และสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกด้านชีวเคมีจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ (University of California, Berkeley) ในปี 1971

เส้นทางการทำงานของเขาเริ่มต้นจากการเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ UC Berkeley และมหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด ในประเทศอังกฤษ ต่อมาเขาได้เป็นอาจารย์ผู้ช่วยที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันในปี 1972 และเป็นศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานฟรานซิสโก (UCSF) ในปี 1978 จนกระทั่งในปี 1993 เขาได้ย้ายมาที่โรงเรียนแพทย์ฮาร์วาร์ด โดยดำรงตำแหน่งประธานภาควิชาชีววิทยาเซลล์เป็นเวลาหนึ่งทศวรรษ และต่อมาในปี 2003 เขาได้ก่อตั้งและดำรงตำแหน่งประธานภาควิชาชีววิทยาระบบ

ผลงานการค้นพบที่สำคัญ

1. พลวัตของไซโตสเกเลตอนและไมโครทูบูล

ในช่วงเริ่มต้นของการทำงานที่พรินซ์ตัน เคิร์ชเนอร์ได้ศึกษาไมโครทูบูล (microtubules) และค้นพบโปรตีน tau ซึ่งเป็นโปรตีนที่ช่วยให้ไมโครทูบูลมีความเสถียร ซึ่งต่อมาพบว่าโปรตีนนี้เป็นส่วนประกอบสำคัญของปมประสาท (neurofibrillary tangles) ในโรคอัลไซเมอร์

นอกจากนี้ เขายังค้นพบปรากฏการณ์ "ความไม่เสถียรเชิงพลวัต" (dynamic instability) ของไมโครทูบูล ซึ่งอธิบายว่าไมโครทูบูลสามารถเติบโตและหดตัวได้อย่างรวดเร็ว กระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการแบ่งเซลล์ (mitosis) โดยช่วยให้เซลล์สามารถสร้างและปรับเปลี่ยนเส้นใยสปินเดิลเพื่อแยกโครโมโซมออกจากกันได้อย่างแม่นยำ

2. การควบคุมวงจรเซลล์ (Cell Cycle Control)

จากการทำงานร่วมกับ แอนดรูว์ เมอร์เรย์ (Andrew Murray) เคิร์ชเนอร์ได้แสดงให้เห็นว่าการสังเคราะห์ ไซคลิน (cyclin) เป็นตัวขับเคลื่อนวงจรเซลล์ และการสลายตัวของไซคลินโดยโปรตีน ยูบิควิติน (ubiquitin) เป็นตัวควบคุมระดับของไซคลิน เพื่อให้เซลล์ดำเนินขั้นตอนการแบ่งตัวต่อไปได้ เขาและทีมงานยังได้แยกส่วนประกอบสำคัญ เช่น anaphase promoting complex (APC) ซึ่งเป็นคอมเพล็กซ์ที่ทำหน้าที่เติมยูบิควิตินให้กับไซคลิน B เพื่อให้เกิดการสลายตัว

3. ชีววิทยาการเจริญเติบโตและการส่งสัญญาณ

เคิร์ชเนอร์ใช้ตัวอ่อนของกบเป็นแบบจำลองในการศึกษา และค้นพบว่า fibroblast growth factor (FGF) เป็นตัวกระตุ้นแรกๆ ที่ทำให้เกิดการแยกความแตกต่างของเซลล์ในตัวอ่อน ซึ่งเป็นก้าวสำคัญในสาขาการส่งสัญญาณของเซลล์ (signal transduction)

การประยุกต์ใช้คณิตศาสตร์ในชีววิทยา (ชีววิทยาระบบ)

เคิร์ชเนอร์เป็นผู้บุกเบิกในการนำวิธีการทางคณิตศาสตร์มาใช้เพื่อตอบคำถามทางชีววิทยาที่ซับซ้อน เขาเชื่อว่าการเข้าใจกลไกทางชีวเคมีเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ แต่ต้องมองเห็นภาพรวมของระบบ (systems approach) เพื่อให้เข้าใจว่าคุณสมบัติใหม่ๆ เกิดขึ้นได้อย่างไรเมื่อขั้นตอนทางชีวเคมีถูกรวมเข้าเป็นเส้นทางส่งสัญญาณที่สมบูรณ์

แนวคิดนี้ส่งผลให้เกิดการก่อตั้งภาควิชาชีววิทยาระบบที่โรงเรียนแพทย์ฮาร์วาร์ด ซึ่งดึงดูดนักวิจัยและนักศึกษาจากพื้นฐานทางทฤษฎีมาประยุกต์ใช้ในงานชีววิทยา เพื่อวิเคราะห์เส้นทางการส่งสัญญาณ, การควบคุมขนาดของเซลล์ และการเลือกสรรของยา

ทฤษฎีวิวัฒนาการและ "ความสามารถในการวิวัฒนาการ" (Evolvability)

ร่วมกับ จอห์น เกอร์ฮาร์ท (John Gerhart), เคิร์ชเนอร์ได้นำเสนอทฤษฎี "การเปลี่ยนแปลงที่ได้รับการอำนวยความสะดวก" (facilitated variation) เพื่ออธิบายว่าการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมเพียงเล็กน้อยและแบบสุ่ม สามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่มีประโยชน์และซับซ้อนในโครงสร้างร่างกายของสิ่งมีชีวิตได้อย่างไร ซึ่งเป็นการขยายความเข้าใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการของสัตว์มีกระดูกสันหลัง

บทบาทด้านบริการสาธารณะ

เคิร์ชเนอร์เป็นผู้สนับสนุนการให้ทุนวิจัยทางชีวการแพทย์จากรัฐบาลกลาง และมีบทบาทสำคัญในการก่อตั้งคณะกรรมการร่วมเพื่อกำหนดนโยบายสาธารณะ (Joint Steering Committee for Public Policy) เพื่อให้ความรู้แก่สภาคองเกรสของสหรัฐอเมริกาเกี่ยวกับความสำคัญของการวิจัยทางชีวการแพทย์และการสนับสนุนงบประมาณจากภาครัฐ