ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

เทคโนโลยีแก้ไขจีโนม ‘แมลงสาบ’

 

“กรี๊ดดดดดดดดดดด #@?%?!!” เสียงกรีดร้องที่ดังลั่นไปสามบ้านแปดบ้าน ในกลางดึกช่วงปลายปี 2004 ปลุกให้หลายๆ คน (รวมทั้งผมด้วย) ต้องงัวเงียตื่นขึ้นมา บางคนเปิดประตูออกมาดูที่ห้องโถง เราไม่รู้ว่าเกิดอะไรขึ้นที่ไหน

และในวันต่อมา ชายหนุ่มอกสามศอกก็สารภาพออกมาอย่างหมดเปลือกด้วยน้ำเสียงสั่นเครือว่า ที่กรี๊ดซะสนั่นนั้นก็เพราะเขาได้ประสบพบเจอกับน้องแมลงสาบ อาคันตุกะที่มาเยือนกันแบบเซอร์ไพรส์

ตอนเจอยังไม่น่าสะพรึงเท่าไร แต่ที่ทำให้เขาอกสั่นขวัญแขวนจนต้องกรีดร้องออกมา ก็เพราะน้องแมลงสาบเกิดพิศวาสกระพือปีกบินพุ่งตรงเข้ามาหา ในตอนที่กำลังพยายามจะใช้ไม้กวาดไล่น้องให้ออกไปนอกระเบียงห้อง

น่าแปลกใจ เพราะในช่วงปลายปี ในเมืองนิวเฮเวน (ที่ผมอยู่ในเวลานั้น) หนาวเหน็บอุณหภูมิติดลบ แมลงสาบที่ไหนจะยอมโดนไล่ต้อนให้ออกไปแข็งตายง่ายๆ…

ที่น่าแปลกใจที่สุดสำหรับผม และยังจินตนาการไม่ออก ก็คือชายหนุ่มคอร์เคเชี่ยนรูปร่างบึกบึนระดับน้องๆ เดอะร็อก กรี๊ดจนเก๊กหลุด เพราะกลัวแมลงสาบนี่อะนะ

แม้ว่าสำหรับหลายๆ คน แมลงสาบอาจจะเป็นสัตว์น้อยที่ไม่พึงประสงค์ แต่ในวงการวิทยาศาสตร์ต้องบอกว่า แมลงสาบนี่ฮอตใช่ย่อยทั้งในวงการวิศวกรรมชีวเลียนแบบ (biomimicry) ไปจนถึงวงการไซเบอร์เนติก (cybernetics)

และในตอนนี้ ลามมาถึงวงการพันธุวิศวกรรมแล้วด้วย

ต้องยอมรับว่าในอดีต ในช่วงยุคก่อน CRISPR/Cas9 นั้น การแก้ไขพันธุกรรมในสัตว์นั้นถือเป็นงานที่ซับซ้อนและต้องอาศัยดวงเอามากๆ บางทีก็เวิร์ก บางทีก็ล่ม (และบอกได้เลยว่าส่วนใหญ่จะล่ม)

แต่เมื่อเทคโนโลยีตัดต่อพันธุกรรมโดยใช้ CRISPR/Cas9 ได้ถูกพัฒนาขึ้นมา การแก้ไข ปรับแต่ง ปรับปรุงสิ่งมีชีวิตก็ง่ายขึ้นอีกอักโข

ในเวลานี้นักวิทยาศาสตร์สามารถปรับแต่งพันธุกรรมในตัวอ่อนของพวกสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม อย่างเช่น หนู ลิง หรือแม้แต่คน ก็ทำได้อย่างรวดเร็ว และง่ายดายขึ้นกว่าเดิมมาก

จนทำให้เจนนิเฟอร์ ดาอ์ดนา (Jennifer Doudna) นักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบล หนึ่งในหัวเรี่ยวหัวแรงในการบุกเบิกเทคโนโลยีคริสเพอร์ และนักพันธุวิศวกรรมชั้นนำของโลกอีกกลุ่มใหญ่ต้องเรียกประชุมระดมนักพันธุศาสตร์ นักกฎหมาย นักชีวจริยธรรมจากทั่วโลกมานั่งถกกัน ว่าจะหามติยังไงให้ทุกคนเห็นพ้องในเรื่องการแก้ไขพันธุกรรมในมนุษย์

แต่ก็มีนักวิทยาศาสตร์บางคนที่อดใจรอไม่ไหว อย่างเช่น นักพันธุศาสตร์ชาวจีน เหอ เจียงกุ่ย (He Jiankui) ที่เดินหน้าแบบไม่สนใจมติอะไรของใครทั้งสิ้น จนสร้างลูลู่ (Lulu) และนาน่า (Nana) ทารกแฝดแก้ไขพันธุกรรมสองคนแรกขึ้นมา แถมเปิดตัวเป็นคลิปใน YouTube จนเป็นข่าวฉาวครั้งใหญ่ในวงการวิทยาศาสตร์ในปี 2018

และด้วยการกระทำที่แหกคอกแบบสุดๆ นอกจากจะโดนแบนจากวงการวิทยาศาสตร์ เขายังโดนทางการจีนจับและปรับอย่างหนัก

ข่าวล่าสุดบอกว่าเหอเพิ่งจะพ้นโทษออกมาเมื่อเดือนก่อน

 

แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าการแก้ไขพันธุกรรมโดยใช้คริสเพอร์นั้นจะทำไม่ได้ ที่จริง มันยังเป็นที่นิยมอย่างมหาศาลในวงการวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับสัตว์ทดลองอย่างหนูเมาส์ (mouse) และหนูแรต (rat) เพื่อสร้างสัตว์ทดลองเพื่อการทดลองทางวิทยาศาสตร์และทดสอบยา

ทำไมต้องใช้หนู? ลองจินตนาการดู ว่าถ้าไวรัสเอดส์ติดแต่คน ไม่ติดหนู เพราะเซลล์หนูไม่มีโปรตีนตัวรับที่ทำให้ไวรัสเอดส์ติดเชื้อเข้าเซลล์ได้ แล้วเอาแคนดิเดตยาต้านเอดส์ไปทดสอบที่ไหน ถ้าจะให้ทดลองทุกอย่างในมนุษย์ก็ดูจะเสี่ยงเกินไป แต่ถ้าจะทดลองในลิง หรือหนูก็ดันไม่ติดโรค

ท้ายสุดก็เลยต้องหาวิธีปรับแต่งพันธุกรรมให้หนูทดลองสามารถผลิตโปรตีนตัวรับไวรัสเอดส์ขึ้นมาให้เหมือนกับคน เป็นแบบจำลองการติดเชื้อ เพื่อใช้ทดสอบยาต่างๆ เพื่อต้านโรค ก่อนที่จะนำมาทดสอบต่อในมนุษย์

ในอดีต นักวิจัยอาจจะต้องใช้เวลาสี่ห้าปีในการพัฒนาหนูทดลอง แต่เทคโนโลยี CRISPR/Cas9 ทำให้นักวิจัยสามารถสร้างสัตว์ทดลองเพื่องานทางวิทยาศาสตร์ขึ้นมาได้ในเวลาไม่กี่เดือน

และในตอนนี้ วงการพันธุวิศวกรรมก็เริ่มให้ความสนใจกับแมลง

 

“มีแมลงนับล้านชนิดที่ถูกค้นพบ พวกมันคือขุมทรัพย์จากความหลากหลายและเป็นตัวแทนของความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องมือวิจัยเพื่อตอบโจทย์พื้นฐานทางชีววิทยาได้อย่างไร้ขอบเขต” ยู ชิราอิ (Yu Shirai) นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยเกียวโต (Kyoto University) เผยถึงแรงบันดาลใจในบทความที่เธอเพิ่งจะเผยแพร่ในวารสาร Cell Report Methods

“แต่วิธีการในปัจจุบันสำหรับการแก้ไขยีนในแมลงก็คือต้องฉีด (microinjection) สารต่างๆ (ที่จำเป็นสำหรับการแก้ไขยีน รวมทั้ง CRISPR/Cas9 ด้วย) เข้าไปในตัวอ่อนระยะต้น ซึ่งท้าทายมากสำหรับแมลงส่วนใหญ่” ยูเผยต่อ “เพราะไข่ที่มีตัวอ่อนของพวกมันอยู่นั้น มักจะถูกสร้างอยู่ในเปลือกที่แข็งและยากมากในการจัดการ”

การเอาเทคโนโลยีคริสเพอร์มาใช้กับแมลงนั้น จึงต้องแยกตัวอ่อนแมลงออกมาฉีดทีละตัว พยายามให้บอบช้ำน้อยที่สุดแล้วค่อยกล่อมเกลี้ยงเลี้ยงให้รอดออกมาเป็นตัวให้ได้ ซึ่งไม่ใช่เรื่องที่ใครจะทำกันได้ง่ายๆ

ในงานนี้ ยูและทีมพยายามพัฒนาวิธีการที่ง่ายกว่านั้น เธออยากให้การตัดต่อยีนในแมลงนั้นทำได้ง่ายและทุกแล็บที่เลี้ยงแมลงได้ควรทำได้แบบไม่ยากเย็น

และหนึ่งในสัตว์ทดลองระดับท็อปฮิตติดชาร์ต ที่ยูเลือกมาใช้ ก็คงจะเป็นใครไปไม่ได้นอกจากน้องแมลงสาบ (สายพันธุ์ที่ยูใช้คือ แมลงสาบเยอรมัน หรือ Blattella germanica)

 

จากการศึกษาจีโนมของแมลงสาบ แสดงให้เห็นว่าพวกมันมีพันธุกรรมที่สุดยอด ต้านพิษ รับสัมผัสอาหารและสารเคมีต่างๆ ได้ว่องไว แถมยังฟื้นฟูร่างกายได้รวดเร็ว เรียกว่าตอนเป็นตัวอ่อนถ้าตัดขาของพวกมันออกไป พวกมันงอกขากลับออกมาใหม่ได้ด้วยไม่ต่างจากจิ้งจก หรือลูกอ๊อด

ด้วยความอึดถึกทน ขนาดที่พอเหมาะพอเจาะ พร้อมทั้งคุณสมบัติทางพันธุกรรมที่เต็มไปด้วยกลเม็ดเด็ดพรายเพื่อความอยู่รอดแบบเต็มกระเป๋า ทำให้แมลงสาบคือหนึ่งในดวงใจเสมอสำหรับนักวิทยาศาสตร์

ยูได้แรงบันดาลใจมาจากเทคนิครีมอตคอนโทรล (Receptor-Mediated Ovary Transduction of Cargo หรือ ReMOT Control) จากทีมวิจัยนำโดยดูเวอร์นี ชาเวอร์รา-รอดริเกซ (Duverney Chaverra-Rodriguez) จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลเวเนีย (Pensylvania State University) ที่เอาสารพันธุกรรมและเอนไซม์ Cas9 ไปห่อหุ้มด้วยเปปไทด์สายสั้นๆ ที่จำเพาะเจาะจงกับเซลล์ในรังไข่ของแมลงที่เรียกว่า P2C แล้วฉีดเข้าไปในเลือด (hemolymph) ของยุง และแตนปรสิต (Nasonia vitripennis)

หลังจากเข้าไปในกระแสเลือด เปปไทด์ P2C จะจับกับโปรตีนตัวรับของพวกมันบนเซลล์รังไข่และจะกระตุ้นให้เซลล์รังไข่รับเอาทั้งเอนไซม์ Cas9 และสารพันธุกรรมที่ต้องการแก้ไขเข้าไปในเซลล์เอง ทำให้ง่ายต่อการจัดการ และไม่ต้องมานั่งแยกตัวอ่อนจากไข่ให้ยุ่งยาก

ในการทดลองนี้ ยูเลียนแบบวิธีการแก้ไขยีนแบบเดียวกันกับที่ดูเวอร์นีใช้ คือแทนที่จะฉีดเข้าไปในตัวอ่อน ยูทดลองฉีดสารพันธุกรรมและเอนไซม์ Cas9 เข้าสู่กระแสเลือดของแมลงสาบเพศเมียตัวเต็มวัยโดยตรง โดยใช้ยีนควบคุมสีตาเป็นตัวบ่งชี้การกลายพันธุ์

ปรากฏว่าวิธีการนี้ใช้ได้เหมือนกันกับแมลงสาบ

 

ยูรายงานว่า จากการทำการทดลองมาหลายครั้ง เฉลี่ยแล้ววิธีนี้สามารถทำให้แมลงสาบรุ่นลูกหลานกลายพันธุ์ไปได้มากถึง 22 เปอร์เซ็นต์ต่อรุ่น ซึ่งถ้านับจำนวนแล้ว ถือว่าไม่ขี้เหร่เลยทีเดียว และเธอยังเคลมต่ออีกว่า “พูดง่ายๆ นี่คือการทำการน็อกยีนออกจากสายพันธุ์แมลงสาบได้เป็นครั้งแรก”

ยูทดลองต่อกับมอดแป้ง (Tribolium castaneum) และพบว่าผลที่ได้ดีกว่าแมลงสาบอีก นั่นคือ ราวๆ ครึ่งหนึ่งของทายาทรุ่นต่อมาจะกลายพันธุ์

“เราสามารถแก้ไขจีโนมของแมลงได้อย่างอิสระตามแต่ใจต้องการได้มากขึ้น ถ้าว่ากันตามหลักการแล้ว วิธีการแบบนี้น่าจะใช้ได้กับแมลงเกือบๆ เก้าสิบเปอร์เซ็นต์ของแมลงทั้งหมด” ทากาอากี ไดมอน (Takaaki Daimon) อีกหนึ่งแกนนำนักวิจัยจากเกียวโตกล่าว “ถ้ามองในอีกมุม งานนี้คือการปลดปล่อยนักอณูกีฏวิทยาออกมาจากความน่ารำคาญของการนั่งฉีดไข่แมลง”

ยูและทีมคาดหวังว่างานนี้น่าจะเป็นจุดหักเหครั้งยิ่งใหญ่ในวงการอณูกีฏวิทยา

ไม่แน่ว่าสักวันหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์อาจจะสร้างฮีโร่สายพันธุ์ใหม่เวอร์ชั่นแมลงขึ้นมาอีกก็ได้ อย่าเพิ่งคิดไปไกลครับ ผมหมายถึงแนวๆ ยุงทรยศทำลายเผ่าพันธุ์ยุง หรือแมลงสาบช่วยผสมเกสรสำหรับระบบนิเวศแห่งอนาคตอะไรประมาณนี้ ไม่ใช่แนว ไอ้มดแดง หรือคาเมนไรเดอร์เอ็กซ์ อะไรพวกนั้น

ก็คงต้องรอดูต่อไปละครับว่า อนาคตจะเกิดอะไรขึ้นกับแมลงกลายพันธุ์!

เอาเป็นว่า “สู้ต่อไป นะน้องสาบ (คริสเพอร์) สักวันนึง น้องอาจจะกู้โลก!”