Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

 

ความฝันของนักล่ายีน 3/3

(ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทค ตอนที่ 39)

 

ธันวาคม 1986 ท่ามกลางการแข่งขันที่ดุเดือดของนักล่ายีน เหล่าทีมวิจัยแนวหน้าตกลงเอาข้อมูลมาแชร์กันเพื่อเร่งกระบวนการค้นหายีน C.F. มีทั้งข้อมูลการถ่ายพันธุกรรมจากครอบครัวผู้ป่วยกว่า 200 ครอบครัวและข้อมูล probe ต่างๆ ที่เคยทดสอบกันมาบนโครโมโซมที่ 7

ข้อมูลล่าสุดบ่งชี้ว่ายีน C.F. อยู่ระหว่างสอง marker คือ met และ j3.11 บีบขอบเขตพื้นที่การค้นหายีนลงมาเหลือเพียง 1.6 ล้านเบสเท่านั้น ข้อมูลนี้เพียงพอสำหรับการพัฒนาชุดตรวจคัดกรองยีนก่อโรค C.F. ที่แม่นยำถึง 99.9% ทีม Collaborative เริ่มผลิตชุดตรวจออกมาขายในปีเดียวกันนั้น

การแชร์ข้อมูลกันรอบนี้ทำให้ทีมวิจัยแนวหน้าทั้งหลายได้กลับมาเริ่มต้นค้นหาที่จุดเดียวกันอีกครั้ง ไม่มีใครได้เปรียบเสียเปรียบใคร พื้นที่การค้นหา 1.6 ล้านเบสยังคงกว้างเกินกว่าจะอ่านลำดับเบสรอบเดียวทั้งหมดและชี้เป้าชัดๆ ว่ายีน C.F. อยู่ตรงไหนผิดพลาดยังไงกันแน่ ขั้นตอนต่อไปคือโคลนชิ้นดีเอ็นเอช่วงนี้ออกมา ค้นหา marker เพิ่มเติมระหว่าง met – j3.11 และอ่านลำดับเบสเท่าที่ได้ต่อๆ กันไปทีละช่วง

ทีม St. Mary คิดจะใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของ met ซึ่งเป็นยีนก่อมะเร็ง จีโนมจากผู้ป่วยจะถูกตัดสุ่มเป็นชิ้นๆ และโคลนเข้าสู่เซลล์เพาะเลี้ยงจากหนู เซลล์ไหนได้ชิ้นดีเอ็นเอที่มี met ติดก็จะกลายสภาพเป็นเซลล์มะเร็ง และถ้าทดสอบด้วย probe แล้วเซลล์มะเร็งนั้นมี j3.11 ด้วยก็แปลว่าเซลล์นั้นต้องมียีน C.F. (ซึ่งอยู่กลางระหว่าง met และ j3.11) อยู่ด้วย ปัญหาคือก่อนหน้านี้มีรายงานว่ายีน met อาจจะกระตุ้นให้เกิดการจัดเรียงดีเอ็นเอใหม่และทำให้ยีน C.F. หลุดหายไป

ทีมวิจัยอื่นๆ ไม่กล้าใช้วิธีนี้ ไปโฟกัสที่การหา marker เพิ่มเติมก่อน ขณะที่ทีม St. Mary เสี่ยงดวงลุยต่อ

เมษายน 1987 ทีม St. Mary นำโดย Robert Williamson แถลงการณ์ประกาศว่า “น่าจะ” พบค้นพบยีน C.F.แล้ว ตีพีพิมพ์ผลงานในวารสาร Nature ตอนปลายเดือน ยีนนี้อยู่เกือบๆ กลางระหว่าง met และ j3.11 มีรูปแบบการถ่ายทอดพร้อมกับการเกิดโรค C.F. แถมยังแสดงออกในเนื้อเยื่อที่มักแสดงอาการของโรค C.F. อย่างปอด ตับ ลำไส้ และไต

สื่อมวลชนตีข่าวใหญ่โต บรรดาครอบครัวผู้ป่วย C.F. ออกมาเฉลิมฉลอง ส่วนทีมวิจัยคู่แข่งรวมทั้งทีม Utah พากันถอดใจเลิกภารกิจล่ายีน C.F. พวกที่ยังพยายามโคลนยีน C.F.อีกหลายทีมก็พากันโดนปฏิเสธทุนวิจัย

กระนั้นบางทีมวิจัยก็ยังสงสัยในผลของทีม St. Mary ซึ่งยังขาดข้อมูลชิ้นสำคัญคือลำดับเบสของยีน C.F. ที่ผิดปกติไป

หลายเดือนนั้น ทีม St. Mary อ่านลำดับเบสของยีนที่รายงานไปตัวนี้จากผู้ป่วยโรค C.F. เทียบกับลำดับเบสของยีนจากคนปกติ ปรากฏว่าลำดับเบสดันออกมาเหมือนกัน

นั่นแปลว่ายีนนี้น่าจะไม่ใช่ยีน C.F.แล้ว (ปัจจุบันพบว่าเป็นยีนชื่อ IRP) Williamson ออกมายอมรับความผิดพลาดนี้ในเดือนตุลาคม 1987

ปฏิบัติการล่ายีน C.F. ดำเนินต่อไปอีกครั้ง แม้นักวิจัยหลายคนจะออกมาวิจารณ์ทีม St. Mary ว่าจงใจบลั๊ฟฟ์ทีมอื่นให้เลิกหายีน แต่ก็ปฏิเสธไม่ได้ว่า IRP และ marker อื่นๆ ที่ทีมรายงานทำให้เราเข้าใกล้ยีน C.F. เข้าไปอีกขั้น

ทีมวิจัยของ Tsui จาก Toronto ไม่ได้ถอดใจหยุดปฏิบัติการล่ายีนไปหลังจากที่ทีม St. Mary แถลงข่าวตอนต้นปี ทีม Toronto พยายามหา marker ตัวใหม่ๆ บีบช่วงค้นหายีน C.F. ให้แคบลง และได้เชิญ Francis Collins ซึ่งขณะนั้นเป็นอาจารย์นักวิจัยอยู่ที่ University of Michigan มาร่วมงาน

ในยุคนั้นการอ่านลำดับเบสเพื่อค้นหายีนบนโครโมโซมมีเทคนิคที่เรียกว่า chromosome walking อธิบายง่ายๆ คือการอ่านลำดับเบสเท่าที่อ่านได้ช่วงสั้นๆ จากชิ้นดีเอ็นเอที่โคลนได้ทีละชิ้นๆ เอาข้อมูลจากแต่ละชิ้นส่วนที่ทับซ้อนกันมาต่อกันไปเรื่อยๆ จากตำแหน่ง marker ที่เรารู้จนกว่าจะถึงบริเวณยีนที่เราสนใจ

วิธีนี้เราได้ข้อมูลลำดับเบสทีละหลักพันหลักหมื่นเบสเท่านั้น ถ้าชิ้นยีนที่เราสนใจอยู่ห่างจาก marker ไปมากๆ หลักแสนหลักล้านเบสแบบกรณีของยีน C.F. จะต้องใช้เวลาและแรงงานมหาศาล ยิ่งกว่านั้นบางตำแหน่งบนโครโมโซมระหว่างทางจาก marker ถึงยีนเป้าหมายอาจจะมีช่วงที่ลำดับเบสซ้ำๆ กันเยอะ ทำโคลนนิ่งยากจนงาน chromosome walking ติดหล่มเอาได้

Collins พัฒนาเทคนิค chromosome jumping ที่สามารถทำให้เรา “กระโดด” ข้ามบางช่วงในบนโครโมโซมไปได้ระหว่างการอ่านลำดับเบส

วิธีนี้ทำให้เราเข้าใกล้ยีนเป้าหมายไวขึ้นและเลี่ยงบริเวณที่มีลำดับเบสซ้ำๆ ได้

ทีม Toronto ของ Tsui และทีม Michigan ของ Collins ทั้ง walking และ jumping จากตำแหน่ง marker ใกล้ยีน IRP ไปทาง j3.11 ข้อมูลลำดับเบสที่ได้ถูกเอามาวิเคราะห์เปรียบเทียบกับฐานข้อมูลยีนจากสิ่งมีชีวิตอื่นเพื่อทำนายบริเวณที่น่าจะมียีนที่เกี่ยวข้องอยู่

บนเส้นทางอันยาวไกลถึงเกือบสามแสนเบส ความสามารถ ความพยายาม และความเฮงของทีม Toronto – Michigan ก็ออกดอกผลในที่สุด

เดือนกันยายนปี 1989 ทีมวิจัยตีพิมพ์สามเปเปอร์พร้อมกันในวารสาร Science รายงานการค้นพบยีนต้นเหตุของโรค C.F. ซึ่งภายหลังได้ชื่อว่ายีน Cystic Fibrosis Transmembrane Conductant Regulator (CFTR)

ยีนนี้มีขนาดถึง 2.5 แสนเบส ประกอบด้วยชิ้นส่วนย่อย (exon) 24 ชิ้นที่เมื่อถูกถอดและแปลรหัสแล้วจะได้เป็นโปรตีนขนาด 1,480 อะมิโน จากโครงสร้างพอทำนายได้ว่าเป็นโปรตีนบนเยื่อหุ้มเซลล์ที่น่าจะเป็นประตูทางเข้าออกของคลอไรด์ไอออน (Cl-)

สอดคล้องกับงานวิจัยก่อนหน้าที่คาดการณ์ว่าโรค C.F. น่าจะเกี่ยวข้องกับความผิดปกติของการขนส่งไอออน

ทีมวิจัยยังค้นพบอีกว่าในผู้ป่วย C.F. ประมาณ 70% มีลำดับเบสของยีนนี้ขาดไปแค่สามเบสเท่านั้น แต่ดันเป็นสามเบสที่จะถูกแปลรหัสเป็นอะมิโนตัวสำคัญในบริเวณที่น่าจะเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานหรือควบคุมการทำงานของ CFTR ส่วนผู้ป่วยอีก 30% น่าจะเกิดความบกพร่องตรงตำแหน่งอื่น

ยีนที่บกพร่องทำให้ประตูคลอไรด์ตัวนี้ของผู้ป่วยทำงานน้อยหรือเสียไป ในทางเดินหายใจคลอไรด์ที่ออกประตูไม่ได้จะสะสมในเซลล์เยื่อบุทำให้น้ำในเมือกทางเดินหายใจถูกออสโมซิสกลับมามากเกินไป เมือกจึงข้นเหนียวจนร่างกายขับออกไม่ได้ อุดตันทางเดินหายใจและเป็นแหล่งเพาะเชื้อโรค

ในทางเดินอาหารกลไกเดียวกันนี้ทำให้เมือกข้นเหนียวไปอุดตันทางเดินท่อน้ำดีและเอนไซม์จากตับอ่อนจนร่างกายย่อยอาหารไม่ได้นำมาสู่ภาวะขาดแคลนอาหาร

ส่วนที่ผิวหนังเซลล์ดูดคลอไรด์คืนไม่ได้จะเสียเกลือออกไปกับเหงื่อเยอะจนเกิดภาวะเหงื่อเค็ม

การค้นพบ CFTR ทำให้ปริศนาของโรคนี้เริ่มถูกไขกระจ่าง นำมาสู่การพัฒนาวิธีการรักษาที่ตรงเป้าทั้งด้วยการใช้ยาไปกระตุ้นการทำงานของ CFTR และยีนบำบัดเพื่อแก้หรือทดแทนยีนที่บกพร่องไป

 

หนึ่งปีให้หลังทีมวิจัยจาก Michigan และ Toronto ตีพิมพ์ในวารสาร Cell รายงานการตัดต่อยีน CFTR ปกติใส่ในเซลล์เพาะเลี้ยงจากผู้ป่วยโรค C.F. และสามารถกู้คืนระบบการขนส่งคลอไรด์ของเซลล์

“นี่เป็นเพียงก้าวแรกๆ ในหนทางอีกยาวไกล พวกเราฝันให้วันหนึ่งโรค C.F.กลายเป็นเพียงบันทึกในประวัติศาสตร์” Collins กล่าว เขาได้แต่งเพลง Dare to Dream เล่าเรื่องราวและความใฝ่ฝันนี้ของทั้งผู้ป่วย แพทย์ และนักวิจัย

“Dare to Dream, dare to Dream … กล้าจะฝัน กล้าจะฝัน

All our brothers and sisters breathing free … ครบครันน้องพี่เสรีหายใจ

Unafraid, our hopes unswayed … ไม่หวาดหวั่นความหวังไม่เลือนหาย

‘Til story of C.F. is history … จนกว่าเรื่องราวของ ซี.เอฟ.กลายเป็นประวัติศาสตร์ไป”

เทคนิคของ Collins ถูกใช้ในการค้นพบยีนโรคพันธุกรรมอีกหลายโรค ผลงานเหล่านี้โดยเฉพาะ CFTR สร้างชื่อให้ Collins ในฐานะนักพันธุศาสตร์การแพทย์ชั้นนำ ช่วงปลาย 1980s ถึงต้น 1990s Collins และผลงานด้านพันธุศาสตร์โรค

C.F. ทำให้เขาเป็นอีกหนึ่งเสียงสำคัญที่ผลักดันให้โครงการจีโนมมนุษย์เป็นเมกะโปรเจ็กต์ระดับชาติ

 

Collins น่าจะเป็นคนเดียวในโลกตอนนั้นที่โปรไฟล์พร้อมทุกอย่าง ทั้งผลงานวิจัยพันธุศาสตร์เชิงโมเลกุลระดับโลก ทั้งยังคงอาชีพแพทย์ ยังคงทำงานโรงพยาบาล เข้าถึงเข้าใจผู้ป่วยและครอบครัว แถมยังเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่มีสัมพันธ์อันดีกับองค์กรต่างๆ ทางศาสนา ซึ่งเป็นหนึ่งในกลุ่มอิทธิพลสำคัญในสังคมสหรัฐ

เมื่อโครงการจีโนมมนุษย์เริ่มต้น ศูนย์วิจัยของเขาที่ Michigan เป็นหนึ่งในศูนย์วิจัยหลักไม่กี่แห่งที่ได้รับเงินอัดฉีดจากรัฐบาล และเมื่อ Jim Watson ตัวพ่อที่เป็นเสาหลักของวงการชีวโมเลกุลลาออกจากตำแหน่งหัวหน้าทีม NIH ในโครงการจีโนม Collins ก็เลยได้รับเชิญเข้ามานำทัพโครงการนี้แทน

ข้ามไปอีกฟากไม่ไกลจาก Craig Venter ที่อดีตนักวิจัยดาวรุ่งซึ่งเพิ่งลาออกจาก NIH ไปไม่นาน กำลังจะกลายเป็นคู่ปรับตัวฉกาจของโครงการจีโนมมนุษย์ เรื่องราวจะเป็นอย่างไร ติดตามต่อตอนหน้า

 

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

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022