ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

โควิดจำแลงเปล่งเเสงหิ่งห้อย

 

“แฮปปี้ฮอลิเดย์” ปีนี้ หลายคนอาจจะไม่ค่อยอยากไปไหน เพราะโอไมครอนได้ลามทะลุทะลวงเข้ามาแล้วในอาณาเขตประเทศไทย เรียกว่ามาได้จังหวะ ในช่วงเทศกาลพอดิบพอดี เล่นเอาแผนงานรื่นเริงต่างๆ รวนเรกันหมด

แม้จะยังเจอระบาดไม่เยอะเท่าไร แต่ก็คงจะประมาทไม่ได้ เพราะไวรัสโควิดสายพันธุ์ใหม่โอไมครอนนี้ขึ้นชื่อลือชาเรื่องความไวในการระบาด อีกทั้งองค์ความรู้ทางชีววิทยาของมัน ทั้งในเรื่องของระยะฟักตัว ความรุนแรงของอาการป่วย การตอบสนองต่อยาและวัคซีนต่างๆ ก็ยังไม่เป็นที่แน่ชัด

แต่ที่แน่ๆ ไวรัสสายพันธุ์นี้ติดเชื้อทะลุเกราะป้องกันของวัคซีนได้อย่างสบายๆ ทำให้ประเทศมหาอำนาจที่ชะล่าใจและเริ่มเปิดทำการจัดเต็มนิวนอร์มอลแบบไม่กลัวไวรัสไปแล้ว ต้องเริ่มหันกลับมาวางยุทธศาสตร์ในการป้องกันโรคกันใหม่ยกใหญ่เพื่อรับมือกับหน่วยเคลื่อนที่เร็วอย่างโอไมครอน

เมื่อพูดถึงการระบาดของโรคอุบัติใหม่ วิวัฒนาการคือศัตรูตัวฉกาจ การกลายพันธุ์อย่างมากมายมหาศาลของโอไมครอนทำให้เราต้องเริ่มคิดวางแผนล่วงหน้าว่าจะจัดการกับโรคอุบัติใหม่-อุบัติซ้ำอย่างโควิด-19 นี้ได้อย่างไร?

หลังจากที่เปิดตัวไปได้แค่เดือนเดียว โอไมครอนก็เริ่มทยอยระบาดเข้ายึดพื้นที่ที่เดิมถูกยึดครองด้วยเดลต้า และสถานการณ์เริ่มดูเหมือนจะคลี่คลาย ควบคุมได้แล้ว ไปหลายประเทศทั้งอังกฤษ สหรัฐอเมริกา แอฟริกา ฝรั่งเศส และเบลเยียม

แถมล่าสุดเพิ่งจะมีข่าวล่ามาแรงอันใหม่รายงานว่าพบการติดเชื้อโควิดในฝูงกวางหางขาว (white tailed deer) ในธรรมชาติทั้งในสหรัฐอเมริกา และแคนาดาไปแล้วด้วย

“ราวๆ 40 เปอร์เซ็นต์ของกวางหางขาวในตะวันออกเฉียงเหนือและในแถบตอนกลางของประเทศสหรัฐอเมริกาที่เพิ่งจะทำการสำรวจไปเมื่อเดือนกันยายนที่ผ่านมา มีแอนติบอดี้ต้านโควิด หรือพูดอีกนัยหนึ่งก็คือผ่านการติดเชื้อมาแล้วอย่างแน่นอน” ซูซาน ไชร์เนอร์ (Susan Shriner) จากกระทรวงเกษตร สหรัฐอเมริกาเผยในเปเปอร์ที่เพิ่งจะตีพิมพ์เผยแพร่ออกมาในวารสาร Proceedings of National Academy of Sciences of the United States of America

“และจากการหาลำดับพันธุกรรมพบว่าไวรัสที่กำลังระบาดอยู่ในประชากรกวางนี้ ตรงกับลำดับทางพันธุกรรมของไวรัสที่กำลังระบาดอยู่ในมนุษย์” นั่นแสดงว่าไวรัสกระโดดจากมนุษย์ไปติดเชื้อในกวางเป็นที่เรียบร้อย

การระบาดนี้อาจจะไม่ทำให้กวางตายยกฝูง แต่การพบการระบาดในฝูงสัตว์ป่าก็ยังถือเป็นสิ่งที่น่ากังวลเป็นอย่างมากอยู่ดี เพราะสัตว์พวกนี้จะถือเป็นแหล่งรังโรค (reservoir) ที่คอยบ่มเพาะไวรัสสายพันธุ์กลายใหม่ๆ ขึ้นมาได้อีกมากมาย รอเวลาที่จะระบาดติดเชื้อย้อนกลับมาที่มนุษย์ได้อีกรอบ

“นั่นคือปัญหา เพราะหมายความว่าเราจะไม่มีทางกำจัดไวรัสพวกนี้ให้สิ้นซากไปจากสหรัฐอเมริกาและจากโลกได้เลย” สุเรช คูชิพูดี (Suresh Kuchipudi) นักสัตวไวรัสวิทยา จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลเวเนีย (Pennsylvania State University) กล่าว

 

ไอเดียที่จะกำจัดไวรัสก่อโรคให้หมดสิ้นไปนั้นไม่ใช่เรื่องใหม่ และมนุษย์ก็เคยทำสำเร็จมาแล้วกับไวรัสไข้ทรพิษ แต่นั่นก็อาจจะไม่ใช่สิ่งที่จำเป็น การวางแผนรับมือการะบาดระลอกใหม่ที่ยังไงก็ต้องเจออย่างแน่นอนในอนาคตต่างหากที่สำคัญยิ่งกว่า

ในการวางยุทธศาสตร์ป้องกันโรคอุบัติใหม่แห่งอนาคตให้มีประสิทธิภาพที่สุด เราต้องรู้เขารู้เรา ความรู้ความเข้าใจชีววิทยาของไวรัสและการระบาดจึงเป็นสิ่งที่จะขาดไปเสียไม่ได้

และเพื่อทำนายอนาคต เจสส์ บลูม (Jesse Bloom) นักชีววิทยาวิวัฒนาการจากสถาบันวิจัยมะเร็งเฟรด ฮัทชินสัน (Fred Hutchinson Cancer Research Center) เลือกที่จะศึกษาอดีต

เขามองย้อนกลับไปพินิจพิจารณาประวัติศาสตร์ของการระบาดของไวรัสโคโรนา และให้ความสนใจกับไวรัสโคโรนา 229E ที่ระบาดอยู่คู่กับสังคมมนุษย์มาแทบทุกฤดูกาลมาตั้งแต่อดีตจวบจนถึงปัจจุบัน

เจสส์เริ่มขุดคุ้ยค้นหาจนเขาได้เจอกับตัวอย่างเลือดของคนที่เคยติดเชื้อไวรัส 229E จากอดีตที่ถูกเเช่เเข็งเอาไว้มากมาย ย้อนกลับไปหลอดที่เก่าที่สุดก็มีอายุมากถึงราวๆ สี่สิบปีที่แล้ว

และเมื่อเขาลองเอาเลือดของคนในแต่ละยุค มาเทียบดูประสิทธิภาพในการกันเชื้อ 229E ที่ระบาดในแต่ละระลอก เขาก็พบข้อมูลที่น่าสนใจ

ปรากฏว่าเลือดของคนในยุค 80 นั้นจะกันเชื้อ 229E ที่ระบาดในยุค 80 ได้ค่อนข้างดี แต่จะไม่สามารถกันเชื้อ 229E ที่ระบาดในยุคต่อๆ มาได้เลย

นั่นหมายความว่า 229E ได้เปลี่ยนไปอย่างมากในการระบาดระลอกต่อมา มากถึงขนาดที่ว่าภูมิคุ้มกันของคนไม่สามารถจดจำพวกมันได้อีก เขาพยากรณ์ว่าแรงคัดเลือกหลักที่กระตุ้นให้ไวรัส 229E วิวัฒน์ไปในการระบาดระลอกใหม่น่าจะเป็น “ภูมิต้านไวรัส” ของผู้คนที่เคยเจอเชื้อมาแล้วในสังคม

ว่ากันสั้นๆ ก็คือไวรัสวิวัฒน์เพื่อหนีภูมิ และนั่นคือสิ่งที่เราเห็นได้เช่นกันในไวรัส SARS-CoV-2 ทั้งสายพันธุ์เบต้า เดลต้าและโอไมครอนที่กลายพันธุ์จนสามารถติดเชื้อทะลุภูมิคุ้มกันได้แบบสบายๆ

“ในตอนนี้ เราได้สังเกตการวิวัฒนาการของไวรัส SARS-CoV-2 มาแล้วเกือบ 2 ปี และมันก็ชัดเจนว่ามันแทบจะสะท้อนแบบแผนการระบาดของไวรัส 229E มาเลย” เจสส์กล่าว

 

นอกจากนี้แล้ว อีกลักษณะหนึ่งที่จะทำให้สายพันธุ์กลายประสบความสำเร็จในเชิงวิวัฒนาการก็คือ “ความไวในการติดเชื้อของไวรัส” ซึ่งจะขึ้นกับโปรตีนหนาม

ลองจินตนาการง่ายๆ ว่าถ้าโปรตีนหนามที่ไวรัสสร้างขึ้นมานั้นยิ่งยึดจับกับโปรตีน ACE-2 บนผิวเซลล์มนุษย์ได้ดีเท่าไร ไวรัสก็จะสามารถติดเชื้อได้ง่ายขึ้น และระบาดได้ไวขึ้นเท่านั้น

การกลายพันธุ์บนโปรตีนหนามจึงเป็นประเด็นที่นักวิจัยส่วนใหญ่ให้ความสนใจ และได้พัฒนาวิธีการต่างๆ มากมายขึ้นมาเพื่อศึกษาอิทธิผลของกลายพันธุ์เหล่านั้น ก็ถ้าอยากรู้ว่าการกลายพันธุ์ของโปรตีนนั้นส่งผลอย่างไรกับการระบาดและการติดเชื้อของไวรัส ก็ต้องสร้างโปรตีนไวรัสกลายพันธุ์ขึ้นมาแล้วลองวิจัยดูเลยนั่นแหละ

การสร้างไวรัสเทียม หรือที่หลายๆ คนเรียกว่า pseudovirus ที่ใช้เทคนิคทางอณูพันธุศาสตร์มาปรับเปลี่ยนให้ไวรัสชนิดอื่นๆ ที่ไม่ก่อโรค หรือก่อโรคเบาๆ ให้สามารถสร้างโปรตีนหนามของไวรัสโควิดและพวกสายพันธุ์กลายไว้บนผิว เพื่อใช้เปรียบเทียบความสามารถในการยึดจับโปรตีน ACE-2 ของโปรตีนหนามกลายพันธุ์แต่ละชนิดจึงเป็นที่นิยมเป็นอย่างมาก วิธีนี้จะบ่งชี้ถึงศักยภาพในการระบาดของไวรัสโควิดทีมีการเปลี่ยนแปลงที่โปรตีนหนามได้เป็นอย่างดี โดยไม่ต้องใช้ไวรัสโควิดกลายพันธุ์จริงๆ ที่ยากต่อการจัดการ เสี่ยงในการติดเชื้อนักวิจัยและการหลุดรอดออกมาสู่สังคมภายนอกหากจัดการไม่ดี

แต่โปรตีนหนามก็ไม่ใช่โปรตีนเดียวที่ส่งผลกับการระบาดของไวรัส มีรายงานอยู่พอสมควรว่าการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับโปรตีนอื่นๆ ที่เป็นองค์ประกอบของไวรัส อาทิ โปรตีนนิวคลีโอแคปซิด (nucleocapsid) ก็มีผลกระทบกับการระบาดของไวรัสกลายพันธุ์เช่นกัน

 

เจนนิเฟอร์ ดาอ์ดนา (Jennifer Daudna) อดีตนักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบล 2020 และทีมวิจัยของเธอจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ (Lawrence Berkeley National Laboratory) และมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ (University of California Berkeley) จึงได้คิดหาแนวทางใหม่เพื่อสร้างอนุภาคคล้ายไวรัส (virus like particle) หรือที่ผมเรียกว่าไวรัสโควิดจำแลงขึ้นมา ที่มีโครงสร้างของโควิดครบถ้วนไม่ใช่มีแต่โปรตีนหนาม

เธอออกแบบวิธีการสร้างไวรัสโควิดจำแลงให้มีโครงสร้างเหมือนกันกับไวรัสโควิดจริงๆ ทุกประการ แต่สารพันธุกรรมของไวรัสจำแลงนี้จะถูกกำจัดไปจนเกือบหมดสิ้น ทำให้พวกมันเป็นหมัน ไม่สามารถขยายเผ่าพันธุ์ให้ลูกหลานไวรัสรุ่นใหม่ออกมาได้ ทำให้มีความปลอดภัยสูงที่จะใช้ในการศึกษาวิจัย

และถ้ามองในเชิงโครงสร้าง โปรตีนโครงสร้างที่พบในไวรัสโควิดหลักๆ ก็มีแค่เพียง 4 ชนิดเท่านั้น นั่นคือ โปรตีนหนาม (spike) โปรตีนนิวคลีโอแคปซิด โปรตีนเยื่อหุ้ม (membrane protein) และโปรตีนบนผิว (envelope protein) พวกมันไม่ได้มีองค์ประกอบที่ซับซ้อนเลย

ทีมวิจัยของดาอ์ดนาได้ออกแบบและสร้างสารพันธุกรรมสายสั้นๆ ที่เรียกว่าพลาสมิด (plasmid) ขึ้นมา แต่ละพลาสมิดจะมียีนสำหรับสร้างโปรตีนแต่ละชนิดของไวรัสโควิดเสียบอยู่ (ดาอ์ดนาเสียบเข้าสำหรับโปรตีนในเยื่อหุ้ม และโปรตีนบนผิวไว้ในพลาสมิดเดียวกันเพื่อความสะดวก โปรตีนหนาม และโปรตีนนิวคลีโอแคปซิดจะอยู่บนพลาสมิดคนละตัว) เพื่อใช้สำหรับผลิตโปรตีนแต่ละชนิดขึ้นมา ก่อนที่จะนำพลาสมิดเหล่านั้นไปใส่เข้าไปในเซลล์ที่เพาะเลี้ยงไว้

เมื่อเซลล์ได้พลาสมิดทั้งหมด เซลล์ก็จะเริ่มผลิตโปรตีนทั้งสี่ขึ้นมาได้ในเซลล์ ซึ่งไม่แปลก พวกตัดต่อพันธุกรรมส่วนใหญ่ก็ทำกันจนเป็นกิจวัตร

แต่ไม้เด็ดของเทคโนโลยีไวรัสจำแลงของดาอ์ดนา ก็คือ เธอพบส่วนของจีโนมของไวรัสโควิดที่สำคัญมากในการประกอบอนุภาคไวรัสใหม่ ที่ซึ่งโปรตีนนิวคลีโอแคปซิดจะเข้ามาเริ่มจับและเริ่มกระบวนการประกอบตัวของไวรัสภายในเซลล์

พอรู้ว่าตรงไหนที่สำคัญต่อการประกอบตัว ดาอ์ดนาจึงได้ตัดส่วนจีโนมของไวรัสโควิดออกจนหมด เหลือไว้เพียงแค่ตำแหน่งจุดจับสำคัญนี้ที่เธอได้ก๊อบปี้เอาไปใส่ไว้ในพลาสมิดเส้นสุดท้ายที่ถูกออกแบบมาสำหรับสร้างให้เป็นจีโนมปลอม และเพื่อให้ง่ายต่อการทดลอง ดาอ์ดนาเลยเอายีนสร้างเอนไซม์เรืองแสงของหิ่งห้อยที่เรียกว่าลูซิเฟอเรสเข้าไปต่อไว้ตรงท้ายของจีโนมปลอม ซึ่งเอนไซม์ลูซิเฟอเรสนี้ทำให้เซลล์ที่ติดเชื้อเรืองแสงสีเขียวขึ้นมา ราวกับก้นหิ่งห้อย

และเมื่อชิ้นจีโนมปลอมถูกสร้างขึ้นมาในเซลล์ที่สร้างโปรตีนโครงสร้างทั้งสี่ของโควิด ไวรัสลูกหลานก็จะเริ่มประกอบตัวกันขึ้นมากลายเป็นไวรัสจำแลงของเรานั่นเอง ไวรัสจำแลงพวกนี้จะประกอบตัวออกมาได้อย่างมากมายในเซลล์ พวกมันจะมีหน้าตาและองค์ประกอบเหมือนกับไวรัสโควิดทุกประการ (ยกเว้นก็แต่จีโนมที่เป็นของปลอม)

 

ไวรัสจำแลงของดาอ์ดนา สามารถถูกปรับแต่งได้ง่าย อยากศึกษาบทบาทโปรตีนตัวไหน กลายพันธุ์ยังไง ก็ไปเปลี่ยนได้เลยโดยตรงโดยการปรับเปลี่ยนลำดับพันธุกรรมของพลาสมิดสำหรับสร้างโปรตีนแต่ละตัว ซึ่งกระบวนการเหนี่ยวนำกลายพันธุ์ที่ทำในพลาสมิดพวกนี้ทำได้ง่ายมาก วันเดียวก็เสร็จ ทำให้การศึกษาอิทธิพลของการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นในโปรตีนที่เป็นองค์ประกอบของเชื้อโควิดแต่ละสายพันธุ์นั้นทำได้ทันที ทุกตัว สะดวก ว่องไว และเหมือนจริง!

การศึกษาการติดเชื้อเข้าสู่เซลล์ของไวรัสจำแลงนี้ถือเป็นการพลิกโฉมการศึกษากลไกการติดเชื้อของไวรัสโควิดไปอย่างสิ้นเชิง

ที่จริงแล้ว งานวิจัยของดาอ์ดนาที่เพิ่งจะตีพิมพ์ออกมาหมาดๆ ในวารสาร Science ฉบับวันคริสต์มาสอีฟที่ผ่านมานี้ มีจุดมุ่งหมายเพื่อศึกษากลไกการระบาดของไวรัสโควิดสายพันธุ์เดลต้าและแคปป้า (kappa) แต่ส่วนตัว ผมว่าแพลตฟอร์มที่พวกเขาพัฒนาขึ้นมานั้นกลับน่าสนใจและอาจจะสร้างแรงกระเพื่อมในวงการชีวการแพทย์ได้แรงยิ่งกว่า…

บางที ผลพลอยได้ ดอกไม้ริมทาง ก็เป็นอะไรที่หวานหอมและน่าชื่นใจไม่แพ้ผลจริงๆ…