ที่มา | มติชนสุดสัปดาห์ ฉบับวันที่ 3 - 9 มกราคม 2568 |
---|---|
คอลัมน์ | Biology Beyond Nature |
ผู้เขียน | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร |
เผยแพร่ |
Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร
จากพีระมิดถึงดีเอ็นเอ
: ว่าด้วยมาตรฐานกับงานวิศวกรรมสิ่งมีชีวิต (6)
ที่ผ่านมาเราประกอบดีเอ็นเอโดยการตัดด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะ (restriction enzyme) จากนั้นก็เอามาเชื่อมกันด้วยเอนไซม์ต่อดีเอ็นเอ (DNA ligase)
ปัญหาคือเอนไซม์ตัดจำเพาะที่ใช้กันอยู่มีเป็นสิบเป็นร้อยชนิด แต่ละชนิดก็ตัดดีเอ็นเอออกมาคนละที่ ได้ลำดับเบสตรงจุดตัดต่างกันไป ลำดับเบสจุดตัดที่เข้ากันไม่ได้ก็เชื่อมต่อกันไม่ได้
ดังนั้น ชิ้นดีเอ็นเอที่คนหนึ่งสร้างมาก็อาจจะไปต่อกับดีเอ็นเออีกชิ้นที่อีกคนสร้างมาไม่ได้ ต้องมาเริ่มต้นสร้างเริ่มต้นประกอบชิ้นดีเอ็นเอกันจากศูนย์ทุกครั้งที่เราอยากประกอบวงจรยีนใหม่ๆ
ไอเดียพื้นฐานของแนวคิดที่เป็นนวัตกรรมที่เรียกว่า BioBrick เรียบง่ายมาก เราต้องมาตกลงกันเรื่อง “ดีเอ็นเอมาตรฐาน” ที่ใช้ได้กับเอนไซม์ตัดจำเพาะเซ็ตเดียวกัน ได้ลำดับเบสจุดตัดที่เข้ากันได้
เมื่อนำดีเอ็นเอมาตรฐานสองชิ้นมาต่อกันดีเอ็นเอชิ้นใหม่ที่ได้ก็ยังคงต้องได้มาตรฐานเหมือนเดิมและสามารถนำไปประกอบต่อได้เรื่อยๆ
เมื่อทุกคนในชุมชนตกลงกันว่าดีเอ็นเอทุกชิ้นที่จะสร้างและใช้ต้องได้มาตรฐานเดียวกัน ทุกคนก็จะสามารถเอาชิ้นดีเอ็นเอของใครก็ได้ในชุมชนมาต่อประกอบกันไปได้เรื่อยๆ ตามต้องการ
เมื่อคอลเล็กชั่นของ “ดีเอ็นเอมาตรฐาน” ใหญ่ขึ้น เราก็จะประกอบวงจรยีนหลายหลายซับซ้อนขึ้น คนอยากมาร่วมใช้ร่วมสร้าง “ดีเอ็นเอมาตรฐาน” ก็ยิ่งมากขึ้นไปอีก
Tom Knight นักวิจัยจาก Computer Science and Artificial Intelligence Lab (CSAIL) แห่ง MIT เห็นความสำเร็จของแนวคิดมาตรฐานแบบนี้มาแล้วในวงการอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ แต่วงการชีววิทยาและไบโอเทคไม่ได้ตื่นเต้นกับมันนัก หลายคนมองว่าระบบสิ่งมีชีวิตซับซ้อนเกินกว่าจะทำมาตรฐานการก่อสร้างอะไรได้ หลายคนกังวลว่ามาตรฐานจะกลายไปอุปสรรคทำลายความยืดหยุ่นสร้างสรรค์ในการทำงาน
“มาตรฐาน” เกิดไม่ได้ถ้าไม่มีคนในวงการยอมรับมันไปใช้ในวงกว้าง

Cr. ณฤภรณ์ โสดา
ในช่วงเวลานั้น Knight กับ Gerald Sussman ได้สหายร่วมอุดมการณ์มาเพิ่มอีกสองคน
Randy Rettberg เพื่อนเก่าของ Knight ผู้มีตำแหน่งเป็นถึงผู้บริหารสูงสุดสายเทคโนโลยี (CTO) ของบริษัทคอมพิวเตอร์ชื่อดังอย่าง Sun Microsystems จากแคลิฟอร์เนียย้ายมาร่วมทีมบุกเบิกชีววิทยาสังเคราะห์ที่ MIT
Drew Endy อาจารย์หน้าใหม่จากภาควิชาวิศวกรรมชีวภาพของ MIT ที่มีพื้นเพเดิมเป็นวิศวกรโยธาแต่จับพลัดจับผลูมาทำงานฝั่งชีววิทยาตอนเรียนปริญญาเอก ตอนทำวิทยานิพนธ์ Endy พยายามสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ทำนายพฤติกรรมของไวรัสกินแบคทีเรีย (bacteriophage) แต่ก็ค้นพบว่าแม้แต่ระบบชีววิทยาที่ดูจะเรียบง่ายที่สุดอย่างไวรัสก็ยังซับซ้อนและเต็มไปด้วยสิ่งที่เราไม่รู้มากเสียจนเราทำนายอะไรแทบไม่ได้
Endy ถูกใจแนวคิดของ Knight เรื่องการเอาแนวคิดวิศวกรรมใส่ในงานชีววิทยา เปลี่ยนระบบที่ซับซ้อนโดยธรรมชาติให้เรียบง่าย เข้าใจง่าย และใช้งานง่ายมากที่สุด
มกราคมปี 2003 Knight, Sussman, Rettberg และ Endy ร่วมกันสอนคลาสกิจกรรมใหม่ที่ MIT มีนักศึกษาเข้าร่วมในคลาส 16 คน
แนวคิดคือการเปลี่ยนงานพันธุวิศวกรรมตัดต่อดีเอ็นเอแบบเดิมๆ ที่ทำกันมาร่วมสามทศวรรษแล้ว ณ เวลานั้น เป็นการเอาแนวคิด “วิศวกรรม” อย่างแท้จริงมาใส่ในงานชีววิทยา
หนึ่งในแนวคิดสำคัญก็คือการใช้เริ่มใช้ชิ้นส่วน “ดีเอ็นเอมาตรฐาน” อย่างที่ Knight ได้วางวิสัยทัศน์ไว้ มีคอลเล็กชั่นดีเอ็นเอมาตรฐานส่วนกลางที่ต่อมาเรียกว่า “Registry of Standard Biological Parts” ให้นักศึกษาแต่ละทีมเอาไปใช้ประกอบวงจรยีนสังเคราะห์ที่สนใจ
ดีเอ็นเอชิ้นใหม่แต่ละชิ้นที่สร้างขึ้นต้องได้มาตรฐานตามข้อตกลง และถูกมอบคืนสู่ส่วนกลางหลังจบคลาสเพื่อขยายขนาดคอลเล็กชั่นนี้ออกไปเรื่อยๆ

Cr. ณฤภรณ์ โสดา
คลาสนี้ยังได้ใช้บริการจาก Blue Heron บริษัทไบโอเทคหน้าใหม่เจ้าแรก ณ เวลานั้นที่ให้บริการ “สังเคราะห์ยีน” เป็นดีเอ็นสายยาวๆ ตามคำสั่งลูกค้า
ทีมผู้สอนมองว่าท้ายที่สุดแล้วงานนักวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตควรเสียเวลาเสียแรงงานน้อยที่สุดไปกับกิจกรรมน่าเบื่อการสร้างและประกอบดีเอ็นเอเพื่อจะได้ไปใช้เวลาส่วนใหญ่กับงานออกแบบงานคิดสร้างสรรค์สิ่งมีชีวิต
“ในอนาคตนักวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตควรสามารถแยกงาน ‘ออกแบบ (design)’ และงาน ‘ก่อสร้าง (fabrication)’ ออกจากกันอย่างสมบูรณ์ สาขาวิศวกรรมที่ไปไกลแล้วอย่างวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ วิศวกรแทบไม่ต้องมานั่งประดิษฐ์นั่งสร้างสวิตช์ ทรานซิสเตอร์ ตัวต้านทาน ฯลฯ ทีละตัวหรือแม้แต่นั่งประกอบเองแล้ว เราออกแบบ ส่งไฟล์ให้โรงงานก่อสร้าง แล้วเราก็ได้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เสร็จสมบูรณ์พร้อมให้เราลองใช้” Endy อธิบาย
กิจกรรมคลาสของ Knight, Sussman, Rettberg และ Endy ตอนปี 2003 ไม่ได้ราบรื่นเสียทีเดียว ดีเอ็นเอหลายชิ้นที่สั่งไปยังไม่ได้ บางชิ้นที่ได้มาก็ไม่ทำงานตามที่คาดหวังในเซลล์
อย่างไรก็ตาม มันกลายเป็นจุดเริ่มต้นของปรากฏการณ์ทางสังคมครั้งสำคัญของวงการไบโอเทค
ปี 2004 ทีมผู้สอนจาก MIT จัดกิจกรรมอีกรอบช่วงปิดภาคเรียนฤดูร้อน เป็นการแข่งขันกระชับมิตรด้านการวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตของนักศึกษาระหว่างสถาบันโดยรอบนี้ไปเชิญอีกสี่มหาวิทยาลัยชั้นนำของสหรัฐอย่าง Boston University, Caltech, Princeton และ University of Texas Austin มาร่วมด้วย จำนวนชิ้นดีเอ็นเอมาตรฐานคอลเล็กชั่นเพิ่มเป็น 50 ชิ้น
ปี 2005 มี 13 สถาบันเข้าร่วมรวมถึงสถาบันนอกสหรัฐจากแคนาดา อังกฤษ และเยอรมนี จำนวนชิ้นดีเอ็นเอมาตรฐานคอลเล็กชั่นเพิ่มเป็น 125 ชิ้น
กิจกรรมแข่งขันกระชับมิตรด้านการวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตกลายเป็น international Genetically Engineered Machine (iGEM) competition ตั้งแต่คราวนั้น
iGEM จัดขึ้นต่อเนื่องทุกปีมาจนถึงปัจจุบันรวม ขยายตัวจนกลายเป็นมหกรรมการแข่งขันนานาชาติมีผู้เข้าร่วมปีละหลายร้อยทีม หลายพันคนจากหลายสิบประเทศทั่วโลก คอลเล็กชั่นดีเอ็นเอมาตรฐานเพิ่มเป็นหลายหมื่นชิ้น
ตลอดกว่ายี่สิบปีที่ผ่านมามีคนมาข้องเกี่ยวกับ iGEM ร่วมแสนชีวิตทั้งนักเรียน นักศึกษา อาจารย์ บริษัทและหน่วยงานรัฐที่มาสปอนเซอร์
สิ่งที่แบ่งปันกันกลุ่ม iGEM ไม่ได้มีแค่ชิ้นส่วนดีเอ็นเอหรือเทคนิคการทำแล็บแต่รวมไปถึงมุมมองในการวิศวกรรมสิ่งมีชีวิต ตั้งการทำมาตรฐาน การประเมินผลกระทบ ความปลอดภัยทางชีวภาพ การสื่อสารวิทยาศาสตร์ ฯลฯ
ผู้คนและแนวคิดพวกนี้คือสิ่งกำหนดโทนวางทิศทางของวงการ “ชีววิทยาสังเคราะห์” แบบที่เรารู้จักกันในปัจจุบัน
“ถ้าคุณมีโจทย์ปัญหาที่ยังแก้ไม่ได้ก็จงมอบมันให้กับนักเรียนนักศึกษาคนรุ่นใหม่ช่วยกันแก้” Rettberg เล่า
แนวคิดของ Knight ที่เมื่อยี่สิบกว่าปีก่อนไม่ได้รับการยอมรับเท่าไหร่โดยนักชีววิทยาและไบโอเทคร่วมสมัย
กลายมาเป็นศาสตร์สุดฮอตที่ใครๆ ในวงการต้องพูดถึง
ทั้งหมดนี้เริ่มจากการสอนนักศึกษารุ่นใหม่ไฟแรงๆ แค่สิบกว่าคนแล้วคอยประคับประคองดูการเติบโตแบบทบต้นของขบวนการ
ตอนหน้าเราจะมาดูรายละเอียดกันว่าการทำ “มาตรฐาน” เพื่องานวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตของ Knight เอาไปจริงได้แค่ไหน
อะไรทำสำเร็จแล้ว อะไรยังเป็นข้อจำกัดอยู่
สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj
— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022