Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

 

ยีนฉันเป็นของใคร

(ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทคตอนที่ 33)

 

James Watson และ Craig Venter คือมนุษย์สองคนแรกในประวัติศาสตร์โลกที่ได้รับการเปิดเผยข้อมูลจีโนมส่วนตัวทั้งหมดในปี 2007 เพียงสี่ปีหลังสิ้นสุดโครงการจีโนมมนุษย์ซึ่งรอบแรกนั้นเปิดเผยเพียงข้อมูลชิ้นส่วนจีโนมรวมๆ จากหลายอาสาสมัครไม่ระบุตัวบุคคล

บทความตอนนี้เล่าเรื่องราวของ Watson และ Venter ในฐานะตัวแทนของแนวคิดต่างขั้วว่าด้วยการถือสิทธิความเป็นเจ้าของในข้อมูลพันธุกรรม เรื่องราวความขัดแย้งที่ปะทุขึ้นช่วงตอนต้นของเมกะโปรเจ็กต์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในวงการชีววิทยา และจุดเริ่มต้นของการต่อสู้กันระหว่างอภิมหาทีมวิจัยภาครัฐกับทีมวิจัยภาคเอกชนสุดทะเยอทะยาน

ปี 1988 Watson ตกลงรับหน้าที่เป็นหัวหอกโครงการจีโนมมนุษย์ของสถาบันสุขภาพแห่งชาติสหรัฐ (National Institute of Health, NIH) สามสิบกว่าปีในวงการหล่อหลอมเขาจากนักวิจัยหนุ่มผู้คนพบโครงสร้างเกลียวคู่ของดีเอ็นเอสู่ตัวพ่อแห่งวงการชีวโมเลกุลในวัยเกษียณ Watson มีพร้อมทั้งประสบการณ์วิจัย เครือข่ายมิตรสหายลูกศิษย์ลูกหา ตลอดจนความเก๋าเกมในการบริหารและชั้นเชิงการเมือง

เขาคือคนที่ลาก NIH ศูนย์วิจัยและหน่วยงานให้ทุนด้านวิทยาศาสตร์การแพทย์อันดับหนึ่งของสหรัฐเข้าสู่เมกะโปรเจ็กต์นี้คู่กับกระทรวงพลังงาน (Department of Energy, DOE) ที่ตัดสินใจลุยนำหน้าไปก่อนแล้ว

งบประมาณโครงการจีโนมมนุษย์ของสหรัฐที่ผ่านมาทาง NIH และ DOE เติบโตขึ้นพรวดๆ ทุกปีจากไม่ถึง 10 ล้านดอลลาร์ต่อปีช่วงปลายทศวรรษที่ 1980s ไปอยู่ที่ 170 ล้านดอลลาร์ต่อปีในทศวรรษที่ 1990s

Watson ประกาศตั้งแต่วันแถลงข่าวรับตำแหน่งว่าโครงการจีโนมมนุษย์โดยเฉพาะฝั่ง NIH ต้องให้ความสำคัญกับผลกระทบด้านจริยศาสตร์ สังคม และกฎหมาย

คำประกาศนี้เซอร์ไพรส์หลายๆ คนที่ติดภาพจำของเขาว่าเป็นนักวิจัยและนักบริหารสายลุยแหลกแหกขนบไม่แคร์เสียงวิจารณ์รอบข้าง

นอกจากนั้น Watson ยังเน้นย้ำถือการสร้างแรงจูงใจและวัฒนธรรมแบ่งปันผลประโยชน์ให้นักวิจัยในโครงการจีโนมแชร์ข้อมูลสู่ฐานข้อมูลสาธารณะให้เร็วที่สุด (แทนที่จะกั๊กไว้ตีพิมพ์ผลงานหรือขอทุนวิจัย)

รวมทั้งสร้างความร่วมมือระหว่างประเทศ (แทนที่แต่ละชาติจะมัวแข่งกันเอง) เพื่อให้โครงการนี้เป็นผลงานของมวลมนุษย์อย่างแท้จริง

โครงการจีโนมมนุษย์ในมือ Watson ไม่ราบรื่นเสียทีเดียว เสียงวิจารณ์คัดค้านส่วนมากมาจากฝั่งนักวิจัยที่รู้สึกว่างบฯ วิจัยแบบปกติ (“Small Science”) ที่หัวหน้าทีมวิจัยควรจะขอได้ถูกตัดไปโปะโครงการจีโนมผ่านศูนย์จีโนมตามสถาบันและมหาวิทยาลัยต่างๆ

ถึงกลางปี 1990 จดหมายร้องเรียนประท้วงถึงหน่วยบริหารงบฯ เยอะกว่าฝั่งสนับสนุนถึงราวสี่เท่า

อย่างไรก็ตาม สัดส่วนนี้ค่อยๆ กลับมาพอๆ กันภายหลัง

ขณะเดียวกันฟากเอกชนส่วนมากเห็นด้วยกับโครงการนี้ ส่วนภาคประชาชนคิดว่าโครงการจีโนมสำคัญกว่าโครงการเมกะโปรเจ็กต์วิทยาศาสตร์อื่นๆ ที่มีอยู่แล้วอย่างสถานีอวกาศ เครื่องเร่งอนุภาค หรือยุทโธปกรณ์กองทัพ

Watson เล่าว่า เขาพร้อมรับมือเสียงวิจารณ์ และการเมืองระดับประเทศ แต่มันก็ไม่ใช่เรื่องน่าสนุกนัก

ตัดภาพมาที่อีกตัวละครในเรื่องนี้

Craig Venter นักวิจัยสายธุรกิจ เกิดปี 1946 ถ้านับช่วงอายุก็พอเป็นรุ่นลูก Watson และไล่เลี่ยกับ Robert Swanson (นักธุรกิจผู้ก่อตั้ง Genentech) ในวัยเด็กใช้เวลาไปกับการล่องเรือและเล่นกระดานโต้คลื่น เรื่องเรียนก็คาบเส้นเกือบตก แถมมีปัญหาโรคสมาธิสั้น (ภายหลังตรวจพบยีนเกี่ยวข้องกับโรคนี้ในจีโนมด้วย) หลังจบมัธยมปลายก็ถูกเกณฑ์ไปเป็นทหารในสงครามเวียดนามอยู่ประจำหน่วยแพทย์ของกองทัพเรือสหรัฐที่เมืองดานัง

Venter เคยเล่าว่า ช่วงอยู่เวียดนามเขาเคยเครียดจัดจนคิดฆ่าตัวตายด้วยการว่ายน้ำออกไปกลางมหาสมุทรเกือบสองกิโลเมตรแต่แล้วก็เปลี่ยนใจว่ายกลับ

งานในหน่วยแพทย์ทำให้เข้าได้สัมผัสกับความป่วยไข้บาดเจ็บล้มตายของมนุษย์จนต่อมากลายเป็นแรงบันดาลใจให้เรียนต่อในด้านวิทยาศาสตร์การแพทย์ หลังกลับจากเวียดนาม

Venter ในวัย 22 เริ่มเข้าเรียนปริญญาตรีสาขาชีวเคมี ต่อปริญญาเอกด้านสรีรวิทยาและเภสัชกรรมจนจบตอนอายุ 29 ก่อนจะได้งานเป็นอาจารย์ที่ State University of New York ในปี 1976

 

ชีวิตนักวิจัยของ Venter เติบโตมาพร้อมกับไบโอเทคสมัยใหม่แห่งยุค 1970s-1980s การตัดต่อดีเอ็นเอ โคลนนิ่ง อ่านลำดับเบส และหาแผนที่ยีน

ปี 1984 Venter ในวัย 38 ย้ายงานมาเป็นนักวิจัยอยู่ที่ NIH ในช่วงเวลาคาบเกี่ยวกับกระแสการผลักดันโครงการจีโนมมนุษย์

ทีมของ Venter ที่ NIH ทำงานในส่วนสถาบันโรคระบบประสาท (Institute of Neurological Disorders and Stroke) ศึกษายีนที่เกี่ยวข้องกับการส่งกระแสประสาทในสมอง

โจทย์ใหญ่ของวงการพันธุศาสตร์โมเลกุลคือการหาความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลพันธุกรรม (genotype) กับลักษณะปรากฏ (phenotype) เช่น เราอยากรู้ว่ายีนอะไรบนตำแหน่งใดของโครโมโซมไหนเกี่ยวข้องกับการเกิดโรคพันธุกรรมแต่ละชนิดของมนุษย์ หรือลักษณะพึงประสงค์ต่างๆ ในปศุสัตว์และกสิกรรม

ข้อมูลนี้เป็นประโยชน์มากต่อการวินิจฉัยโรค ปรับปรุงพันธุ์ ไปจนถึงการแก้ไขโรคด้วยยีนบำบัด (gene therapy) ด้วยเหตุนี้โครงการจีโนมจึงให้ความสำคัญกับงานส่วนนี้ก่อนการลงมืออ่านลำดับเบสทั้งหมดจีโนมเสียอีก (genome sequencing) ในช่วงปีแรกๆ ของโครงการจึงเป็นการระดมคนมาช่วยกันการสร้างแผนที่ตำแหน่งยีนต่างๆ (gene mapping) ให้สมบูรณ์ที่สุด

ความยากคือในจีโนมของสิ่งมีชีวิตชั้นสูงรวมทั้งมนุษย์มีสัดส่วนของยีนอยู่น้อยมากๆ (ประมาณ 2-3% ในมนุษย์) ดังนั้น การระบุตำแหน่งยีนเปรียบเหมือนการงมจิ๊กซอว์ในมหาสมุทรเพื่อมาประกอบกันเป็นภาพสมบูรณ์

การระบุตำแหน่งแต่ละยีนอาจจะเริ่มจากการศึกษารูปแบบการถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรม รูปแบบการตัดชิ้นส่วนดีเอ็นเอ ตีวงแคบจากทั้งจีโนมลงมาระบุโครโมโซม หาตำแหน่งบนโครโมโซมเทียบกับยีนอื่นๆ ที่รู้จัก อ่านลำดับเบสทีละส่วนๆ กว่าจะได้ข้อมูลยีนหนึ่งๆ มาใช้เวลาหลายเดือนหรืออาจจะเป็นปี

ด้วยเหตุนี้นักวิจัยบางกลุ่มก็เลยคิดในมุมกลับว่าแทนที่จะไปงมหายีนในจีโนมโดยตรงเราน่าจะเริ่มจากศึกษาข้อมูลพันธุกรรมจากยีนที่แสดงออกมาแล้วก่อน กระบวนการแสดงออกของยีนเริ่มด้วยการถอดรหัสพันธุกรรม (transcribe) จากดีเอ็นเอในจีโนมออกมาเป็นอาร์เอ็นเอ (mRNA) ก่อนจะถูกแปลรหัส (translate) ออกมาเป็นโปรตีนที่ทำหน้าที่ต่างๆ ในเซลล์

ข่าวดีคือเราสามารถใช้เอนไซม์บางชนิดจากไวรัส (reverse transcriptase) ในการเปลี่ยน mRNA กลับมาเป็นดีเอ็นเอใหม่ (cDNA) และสามารถเอา cDNA มาศึกษาและใช้งานได้เหมือนกับดีเอ็นเอจากจีโนมเลย

แต่ข้อได้เปรียบคือ cDNA มีแต่ส่วนข้อมูลพันธุกรรมจากยีนเท่านั้น เราไม่ต้องไปงมหาจากดีเอ็นเอส่วนอื่นๆ ที่ไม่แสดงออก

 

ดังนั้น ข้อเสนอใหม่คือแทนที่จะเสียเวลาอ่านลำดับเบสจากจีโนมทั้งหมด เราโฟกัสที่การอ่านลำดับเบสจาก cDNA ดีกว่า อย่างไรก็ตาม ข้อโต้แย้งคือเซลล์แต่ละเซลล์แสดงออกยีนไม่เหมือนกัน แถมระดับการแสดงออกแต่ละยีนอาจจะต่างกันมากๆ ข้อมูลจาก cDNA ไม่ครบถ้วนสมบูรณ์เหมือนอ่านจีโนมทั้งหมด แม้แต่ในระดับยีนแต่ละตัวก็อาจจะเก็บมาไม่ครบ

ทีมของ Venter มองว่าต่อให้เก็บข้อมูลไม่ครบการระบุยีนได้คร่าวๆ ก็มีประโยชน์มากแล้ว เทคนิคที่ทีมพัฒนาขึ้นโฟกัสที่การอ่านลำดับเบสจาก cDNA ออกมาเยอะๆ ก่อน ไม่สมบูรณ์ไม่ถูกต้องร้อยเปอร์เซ็นต์ไม่เป็นไร ลำดับเบสที่อ่านมาได้สำหรับ cDNA หนึ่งๆ อาจจะแค่ไม่กี่ร้อยเบสเท่านั้น (ลำดับเบสของยีนที่แสดงออกส่วนมากยาวกว่าพันเบส) ชิ้นส่วนลำดับเบสจาก cDNA นี้เรียกว่า Expressed Sequence Tag (EST)

ทีมวิจัยใช้เครื่องอ่านลำดับเบสอัตโนมัติ (automated DNA sequencer) ของ Applied Biosystems (อ่านตอนที่ 18) ซึ่งเพิ่งออกตลาดมาไม่นานในเวลานั้นเพื่ออ่านลำดับเบส EST ออกมาเยอะๆ จากนั้นก็เอาข้อมูลนี้ไปค้นหาลำดับเบสที่คล้ายคลึงกันในฐานข้อมูลดีเอ็นเอด้วยซอฟต์แวร์ค้นหาตัวล่าสุดที่เพิ่งออกมาสดๆ ร้อนๆ (BLAST : Basic Local Alignment Search Tool) เพื่อให้สามารถทำนายตำแหน่งและหน้าที่คร่าวๆ ของยีนที่เป็นต้นทางของ EST ได้

ด้วยวิธีนี้ทีมวิจัยของ Venter ที่มีกำลังคนเพียงสิบห้าคนสามารถรายงานการค้นพบยีนใหม่ถึงกว่า 300 ยีนในปี 1991 และอีกกว่า 2000 ยีนในปีถัดมา รวมกันแล้วสองปีทีมของ Venter ทีมเดียวค้นพบยีนได้พอๆ กับทุกทีมวิจัยในโลกรวมกันตั้งแต่มนุษย์เริ่มศึกษายีนมา ยิ่งกว่านั้นต้นทุนการหายีนด้วยวิธีนี้ยังอยู่แค่ที่ราวๆ $20 ต่อยีนขณะที่วิธีเดิมอาจจะสูงถึง $40,000 – $50,000 ต่อยีน

Venter ทำนายว่าด้วยเทคนิคใหม่นี้โครงการจีโนมมนุษย์น่าจะเสร็จเร็วกว่ากำหนด อาจจะภายในปี 1997 เท่านั้น ไม่ต้องรอไป 15 ปีถึงปี 2005 อย่างแผนเดิมที่วางกันไว้

 

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022