ที่มา | มติชนสุดสัปดาห์ ฉบับวันที่ 4 - 10 พฤศจิกายน 2565 |
---|---|
คอลัมน์ | Biology Beyond Nature |
เผยแพร่ |
กลางคริสต์ศตวรรษที่ 6 “จัสติเนียน (Justinian I)” จักรพรรดิแห่งโรมันส่งสายลับในคราบพระสองรูปฝ่าทางทุรกันดารข้ามยูเรเชียไปจารกรรมไบโอเทคเก่าแก่มูลค่าสูงลิ่วจากแดนตะวันออกไกล
พระสองรูปกลับสู่กรุงคอนสแตนติโนเปิลพร้อมไข่ไหมกับใบหม่อนที่ซ่อนในลำไผ่ ไม่นานหลังจากนั้นอุตสาหกรรมไหมของโรมันตะวันออกก็เติบโตขึ้น เป็นหนึ่งในรายได้หลักของอาณาจักรและยุติการผู้ขาดของจีนในฐานะผู้ผลิต และเปอร์เซียในฐานะพ่อค้าคนกลาง
“ไหม (Bombyx mori)” อาจจะเป็นหนึ่งใน “สัตว์เลี้ยง” ที่ทรงอิทธิพลที่สุดต่อประวัติศาสตร์มนุษย์ ไหมที่เราใช้ทอผ้าถูกผสมคัดเลือกพันธุ์โดยชาวจีนตั้งแต่กว่าสามพันปีก่อนคริสตกาลให้ดักแด้ผลิตเส้นใยขาว ยาว ละเอียด ส่วนตัวเต็มวัยแม้จะยังมีปีกแต่บินหนีไปไหนไม่ได้
ราชสำนักจีนกุมความลับของสายพันธุ์ กระบวนการเลี้ยงและแปรรูปไหมทำให้จีนเป็นผู้ผลิตผ้าไหมคุณภาพสูงรายใหญ่สุดของโลกมาช้านาน แม้แต่หลังยุคจัสติเนียน ผ้าไหมจากจีนก็ยังจัดว่าเกรดสูงกว่าของที่ผลิตเองในโรมัน
ความต้องการผ้าไหมจากจีนเชื่อมเครือข่ายการค้าข้ามทวีปแห่งแรกของโลกที่รู้จักกันดีในชื่อ “ทางสายไหม (Silk Road)” ทอดยาวกว่าหกพันกิโลเมตรจากโลกตะวันตกสู่โลกตะวันออก เส้นทางสายไหมเป็นที่แลกเปลี่ยนสินค้า แนวคิด และเทคโนโลยีอื่นๆ ระหว่างอารยธรรมทั่วยูเรเชียนานกว่า 1,500 ปี การหยุดชะงักของเส้นทางสายไหมในยุคออตโตมันเรืองอำนาจนำมาสู่ความพยายามค้นหาเส้นทางเดินเรือใหม่ๆ จากยุโรปสู่เอเชียและการเริ่มต้นของยุคแห่งการสำรวจ (Age of Exploration)
สำหรับจีน “ไหม” เป็นสัญลักษณ์แห่งความสูงส่งมั่งคั่งของชาติมาแต่อดีต จีนยังคงเป็นผู้ผลิตไหมดิบอันดับหนึ่งต่อเนื่องมาหลายทศวรรษ ปริมาณการผลิตปัจจุบันปีละกว่าแสนตัน คิดเป็นเกินครึ่งของกำลังผลิตทั้งโลก
งานวิจัยด้านไหมของจีนจึงสำคัญทั้งในเศรษฐกิจ ประวัติศาสตร์ และเกียรติภูมิของชาติ

https://www.metmuseum.org/art/collection/search/659738
การ “อ่าน” และ “เขียน” จีโนม
เป็นหัวใจของไบโอเทค
แห่งศตวรรษที่ 21
ถ้าเปรียบสิ่งมีชีวิตเป็นแม่ครัว จีโนมก็คือตำราอาหารที่แม่ครัวรายนั้นๆ พกติดตัวมาแต่เกิด ข้อมูลพันธุกรรมก็คือสูตรในตำราที่แม่ครัวจะปรุงเมนูต่างๆ ขึ้นมาได้ ข้อมูลพันธุกรรมในจีโนม “ไหม” กำหนดทั้งปริมาณและคุณภาพของใยไหมที่ผลิตได้ รวมไปถึงลักษณะอื่นๆ ของตัวไหมอย่างสี รูปร่าง ความทนทานต่อโรค พฤติกรรม ฯลฯ
สมัยก่อนเราเอาสิ่งมีชีวิตไปใช้โดยไม่ได้เปิด “อ่าน” ข้อมูลจีโนมก็เหมือนจ้างแม่ครัวทำงานโดยไม่รู้ล่วงหน้าว่านางจะปรุงอะไรขึ้นมาได้บ้าง อย่างมากก็แค่จำไว้คร่าวๆ ว่าแม่ครัวหน้าตาประมาณนี้ทำอาหารได้แนวไหน
แต่ถ้าเรา “อ่าน” และ “เข้าใจ” ข้อมูลจีโนมทะลุปรุโปร่งเราก็เลือกได้ว่าจะเอาแม่ครัวคนไหนมาทำงานอะไร
ยิ่งถ้า “เขียน” แต่งเติมข้อมูลจีโนมลงไปเองได้ด้วยเราก็แทบจะเนรมิตให้แม่ครัวทำอะไรก็ได้
“หนอนไหม” คือ “เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ (bioreactor)” ชั้นยอดที่เปลี่ยนใบไม้ถูกๆ เป็นโปรตีน (ใยไหม) คุณภาพสูงพร้อมใช้งาน พันธุวิศวกรรมหนอนไหมสามารถปรับคุณลักษณะของโปรตีนไหมหรือแม้แต่ทำให้มันสังเคราะห์โปรตีนแบบใหม่ๆ ที่เราอยากได้
ข้อมูลพันธุกรรมในจีโนมถูกส่งต่อกันมาจากรุ่นสู่รุ่น แต่ละรอบการส่งต่อก็มีร่อยรอยการกลาย (mutation) สะสมมาเรื่อยๆ เหมือนตำราที่ลอกผิดต่อๆ กันมา
ดังนั้น การ “อ่าน” ข้อมูลจีโนมยังเปิดโอกาสให้เราสืบสาวราวเรื่องถึงต้นกำเนิดสายพันธุ์เหมือนเวลาครูตรวจการบ้านว่าใครลอกใคร? ต้นฉบับอยู่ไหน?
ด้วยเหตุเทคโนโลยีจีโนมจึงเป็นทั้งหน้าต่างสู่อดีตและประตูสู่อนาคต งานจีโนมไหมจะช่วยเราแกะรอยเส้นทางสายพันธุ์ไหมที่ผ่านมา และพัฒนาสายพันธุ์ที่เหนือกว่าปัจจุบันขึ้นไปอีก

โครงร่างจีโนมไหม (Bombyx mori) ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกโดยทีมวิจัยจากญี่ปุ่นช่วงต้นปี 2004 และทีมวิจัยอีกทีมจากจีนช่วงปลายปีเดียวกันที่ความละเอียดสูงกว่า
อย่างไรก็ตาม ข้อมูลจีโนมจากทั้งสองทีมวิจัยยังไม่สมบูรณ์ดีแถมยังเป็นข้อมูลจากไหมแค่สายพันธุ์เดียวเท่านั้น
เทคโนโลยีการอ่านจีโนม (genome sequencing)พัฒนาแบบก้าวกระโดดไม่กี่ปีหลังจากนั้นทำให้นักวิจัยสามารถอ่านจีโนมไหมสายพันธุ์หลากหลายและสมบูรณ์มากขึ้น
งานวิจัยล่าสุดนำโดยทีมวิจัยจีนจากศูนย์จีโนมหนอนไหมหาวิทยาลัยตะวันตกเฉียงใต้แห่งฉงชิ่ง (Southwest University, Chongqing) หนึ่งในศูนย์กลางผลิตไหมดิบที่ใหญ่ที่สุดของจีน ทีมวิจัยศึกษาข้อมูลพันธุกรรมจากหนอนไหมกว่าพันตัว มีทั้งพันธุ์ป่า พันธุ์จากผู้เลี้ยงท้องถิ่นตั้งแต่โซนญี่ปุ่น จีน เอเชียอาคเนย์ อินเดีย ไล่ไปจนถึงตะวันออกกลาง แอฟริกาเหนือ และยุโรป
ข้อมูลจีโนมที่ได้กว่า 55 เทระไบต์ประกอบกันเป็นจีโนมได้ 545 ชุด กลายเป็นหนึ่งในคลังความหลากหลายทางพันธุกรรมระดับจีโนมที่สมบูรณ์ที่สุดที่มนุษย์เคยรวมรวมมาได้
ข้อมูลจีโนมชุดนี้บอกอะไรเราบ้าง?

CREDIT : BGI Genomics
ส่วนแรกคือประวัติศาสตร์ของไหม ผลการเปรียบเทียบจีโนมบอกว่าไหมที่เลี้ยงกันทั่วยูเรเชียตอนนี้น่าจะมีบรรพบุรุษร่วมกันถูกผสมคัดเลือกแยกจากไหมป่าพร้อมกัน และน่าจะมีต้นกำเนิดแถวลุ่มแม่น้ำฮวงโหตอนกลางถึงตอนล่าง ไหมสายยุโรปแบ่งออกเป็นสองกลุ่มชัดเจนคือกลุ่มที่ใกล้เคียงไหมจีนกับที่ใกล้เคียงไหมญี่ปุ่น
นั่นแปลว่าหลังจากไหมจีนถูกนำ (โจรกรรม?) มาเลี้ยงในยุโรปก็น่าจะเกิดการถ่ายทอดในลักษณะเดียวกันอีกสายจากญี่ปุ่น ไหมจีนและญี่ปุ่นแยกสายวิวัฒนาการกันมายาวนานสอดคล้องกับสิ่งที่เรารู้จากประวัติศาสตร์การเลี้ยงไหมของสองโซนอารยธรรมนี้ ทีมวิจัยพบว่าไหมสองกลุ่มมีลักษณะโดดเด่นทางพันธุกรรมแทบไม่ซ้ำซ้อนกัน และน่าจะเปิดโอกาสการพัฒนาสายพันธุ์ผสมที่คุณภาพเหนือกว่าเดิม
ส่วนที่สอง คือเบื้องหลังคุณลักษณะของไหมเลี้ยงพันธุ์ต่างๆ เช่น ยีน BmE2E1 คุมจำนวนเซลล์ต่อมสังเคราะห์ไหมซึ่งส่งผลตรงต่อผลผลิตไหมที่ได้ต่อรัง ยีน BmChit-GlcNAcase คุมความละเอียดของเส้นใยไหม
ข้อมูลพวกนี้ไม่ได้มาจากแค่การ “อ่าน” จีโนมมาเปรียบเทียบกัน แต่ทีมวิจัยยังได้ยืนยันด้วยลองไป “เขียน” จีโนมบางส่วนใหม่เช่นการเพิ่มยีน (over expression) และแก้ไขยีน (CRISPR/Cas9) จนได้ลักษณะตามที่ทำนายไว้
นอกจากสองยีนนี้ ทีมวิจัยยังเจออีกกว่าสี่ร้อยตำแหน่งต่างอยู่บนจีโนมระหว่างไหมเลี้ยงกับไหมป่า ยีนบนตำแหน่งพวกนี้อาจเป็นเคล็ดลับของลักษณะเฉพาะของไหมเลี้ยงที่จะใช้เป็นเป้าหมายการปรับปรุงพันธุ์ในอนาคต
ส่วนที่สาม คือองค์ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับพันธุศาสตร์การปรับตัวของแมลง เช่น การจำศีล (diapause) ของไข่แมลงเพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมที่ยากลำบาก การสำแดงสีสดๆ เพื่อขู่ศัตรูผู้ล่า (aposematic coloration) กลไกทางสรีรวิทยาและวิวัฒนาการของปรากฏการณ์พวกนี้ในแมลงถูกศึกษากันมานานโดยใช้หนอนไหมเป็นต้นแบบ
แต่งานวิจัยนี้น่าจะเป็นชิ้นแรกที่ค้นพบยีนที่เกี่ยวข้องด้วยการศึกษาเปรียบเทียบจีโนมที่สมบูรณ์แบบเป็นร้อยๆ ชุดร่วมกับกับทดสอบยืนยันผลซ้ำด้วยการวิศวกรรมแก้ไขยีน
เรื่องของจักรพรรดิโรมันกับพระสายลับที่เล่าไปตอนต้นอาจจะสอนพวกเราเกี่ยวกับพลังของไบโอเทคโนโลยีกับดุลอำนาจของรัฐที่หลายคนมองข้ามไป
สนามชิงความเป็นเลิศแห่งศตวรรษนี้คงไม่ได้อยู่ที่ใครมีพันธุ์พืช สัตว์ หรือสิ่งมีชีวิตพิสดาร
แต่อยู่ที่ใครจะค้นพบและเข้าใจความที่ซ่อนอยู่ลึกกว่านั้น… ในตำราชีวิตที่เรียกว่าจีโนม
อ้างอิง
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36153338/
https://phys.org/news/2022-09-scientists-sequence-world-largest-pangenome.html
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15591204/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15141943/
https://inserco.org/en/statistics
https://phys.org/news/2018-07-genetic-silkworm-unravel-history-domestication.html
https://www.researchgate.net/publication/357956811_Transgenesis_in_silkworm_An_overview
Stealing the secret of silk: the first international industrial spies?
สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj
— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022