Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

จากพีระมิดถึงดีเอ็นเอ

: ว่าด้วยมาตรฐานกับงานวิศวกรรมสิ่งมีชีวิต (จบ)

ในงานประชุมชีววิทยาสังเคราะห์ประจำปีของไทยเมื่อปลายปี 2024 ที่ผ่านมา ผมได้รับมอบหมายให้รับบทผู้ดำเนินการเสวนาว่าด้วยหัวข้อ “มาตรฐานเชิงเทคนิคสำหรับงานชีววิทยาสังเคราะห์” เนื่องจากหัวข้อนี้ยังใหม่มากสำหรับบ้านเราแม้แต่ผู้ร่วมเสวนาเองก็ยังต้องตั้งคำถามกลับมาว่าตกลงแล้ว “มาตรฐานเชิงเทคนิค” ที่เราจะเสวนาถึงคืออะไรกันแน่ และมันจะเป็นประโยชน์กับวงการจริงๆ ใช่ไหม?

เกือบสามสิบปีหลังจากแนวคิดเรื่องมาตรฐานการวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตเริ่มต้นขึ้นพร้อมๆ กับศาสตร์ชีววิทยาสังเคราะห์ตามที่เราอ่านกันไปเมื่อหลายตอนก่อน

บทความตอนจบนี้จะลองมาสรุปว่าเราเดินกันมาไกลขนาดไหนแล้วและจะไปกันอย่างไรต่อ

“ชิ้นดีเอ็นเอมาตรฐาน” ที่เอามาประกอบกันในเชิงกายภาพง่ายๆ แบบที่ Tom Knight เสนอไว้ตั้งแต่ปลายทศวรรษที่ 1990s ยังคงมีใช้กันอยู่ในเครือข่ายการแข่งขันวิศวกรรมสิ่งมีชีวิต (iGEM) แต่ว่าลดบทบาทความสำคัญลงเยอะเนื่องจากเทคโนโลยียุคหลังทำให้การประกอบดีเอ็นเอแบบไร้รอยต่อ ไม่อาศัยเอ็นไซม์ตัดจำเพาะหรือแม้แต่การสังเคราะห์ดีเอ็นเอขึ้นมาใหม่เลยทั้งเส้นนั้นสะดวก รวดเร็วและถูกลงมาก

กระทั่งหลายคนทำนายกันมาตลอดหลายสิบปีว่าอีกไม่นานบรรดานักวิจัยนักวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดคงไม่ต้องตัดต่อประกอบดีเอ็นเอกันแล้ว อยากได้อะไรก็สั่งสังเคราะห์และประกอบใหม่สำเร็จรูปกันหมดจากบริษัทหรือศูนย์ให้บริการ แบบเดียวกับที่ตอนนี้เรา outsource งานอ่านลำดับเบสดีเอ็นเอออกไปจากแล็บกันเกือบหมด

อย่างไรก็ตาม จนถึงตอนนี้คำทำนายดังกล่าวก็ยังไม่เป็นจริง งานประกอบชิ้นดีเอ็นเอด้วยแรงงานในแล็บยังคงเป็นเรื่องปกติแม้แต่ในกลุ่มวิจัยที่เงินทุนหนาๆ การปรับแต่งดีเอ็นเอเล็กๆ น้อยๆ ไปจนถึงการสร้างคอลเล็กชั่นพลาสมิดที่มีคอมบิเนชั่นชิ้นส่วนดีเอ็นเอต่างๆ กันเองก็ยังมักจะถูกและเร็วกว่าเทียบกับการ outsource

ขณะเดียวกันก็มีข้อเสนอ “ชิ้นดีเอ็นเอมาตรฐาน” เวอร์ชั่นเฉพาะทางที่ต่างไปจากที่ Knight เคยเสนอมา เช่น มาตรฐานชิ้นดีเอ็นเอสำหรับงานวิศวกรรมแบคทีเรีย สำหรับงานวิศวกรรมเซลล์พืช สำหรับงานวิศวกรรมเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ฯลฯ แม้แต่กับเซลล์ชนิดเดียวจากสิ่งมีชีวิตสปีชีส์เดียวกันก็ยังมักจะมีหลายกลุ่มวิจัยที่เสนอมาตรฐานประกอบดีเอ็นเอคนละแบบกันออกมา

ดังนั้น โดยสรุปแล้ววงการชีววิทยาสังเคราะห์ยังคงเห็นว่ามาตรฐานการประกอบดีเอ็นเอยังคงน่าจะมีประโยชน์อย่างที่ Knight คาดการณ์ไว้ แต่ว่ายังไม่ได้มีมาตรฐานอันหนึ่งอันไหนที่ทั้งวงการยอมรับเป็นสากลแบบเดียวกับที่เราเห็นในวงการวิศวกรรมอื่นๆ

ส่วนเรื่องมาตรฐานในเชิงฟังก์ชั่นการทำงานก็มีโครงการ อย่างเช่น การจัดตั้งศูนย์ international Open Facility Advancing Biotechnology (BIOFAB) ช่วงประมาณปี 2010 โดยทีมวิจัยจาก University of California Berkeley และ Stanford ภาคใต้การสนับสนุนของ National Science Foundation (NSF), BioBrick Foundation และ Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) พยายามพัฒนาคอลเล็กชั่นชิ้นดีเอ็นเอมาตรฐานที่มีฟังก์ชั่นที่แน่ชัดและผันแปรน้อยในบริบทของวงจรยีนต่างๆ กัน

ผลงานเด่นหนึ่งของ BIOFAB คือการพัฒนาลำดับเบสฉนวน (insulation sequence) ที่ทำให้ประสิทธิภาพของการถอดรหัสจากอาร์เอ็นเอเป็นโปรตีนคงที่มากขึ้นแม้ว่ายีนที่ถูกถอดรหัสจะเปลี่ยนไป

อย่างไรก็ตาม หลังจากหมดช่วงระยะเวลาสองปีของทุนวิจัยศูนย์ BIOFAB ก็ยุติการดำเนินการไป

ฟากยุโรปช่วงปี 2018-2021 ก็มีโครงการชื่อ BIOROBOOST ที่ตั้งใจรวบรวมเหล่าคนทำงานด้านมาตรฐานการวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตมาอัพเดตสถานการณ์และตกลงเรื่องแนวทางนโยบายกันใหม่ มีประเด็นตั้งแต่เรื่องมาตรฐานการจัดการข้อมูลและแบบจำลองคอมพิวเตอร์ (ซึ่งดูจะไปได้ไกลสุดแล้วเทียบกับมาตรฐานด้านอื่นๆ อาจจะเนื่องมาตรฐานด้านนี้เชื่อมโยงกับวงการชีวสารสนเทศและชีววิทยาระบบที่คุ้นเคยกับระบบมาตรฐานค่อนข้างดี)

มาตรฐานการใช้เซลล์ต้นแบบสำหรับงานวิศวกรรมที่เริ่มจะก้าวพ้นจากเพียงงานในแบคทีเรียไปสู่งานในยีสต์หรือแม้แต่ในตัวอ่อนและเนื้อเยื่อเพาะเลี้ยงจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (ซึ่งอาจจะเอามาใช้กับงานทำอวัยวะเทียม หรือเนื้อเพื่อการบริโภค) นอกจากนี้ มาตรฐานเกี่ยวกับการวิศวกรรมระบบความคุมทางชีวภาพ (biocontainment) ซึ่งจะช่วยเพิ่มความมั่นใจในความปลอดภัยของเทคโนโลยีวิศวกรรมสิ่งมีชีวิต

แม้จะดูเหมือนมีความคืบหน้าหลายด้านแต่พอสิ้นสุดระยะทุนวิจัยตอนปี 2021 ก็ไม่ได้มีความเคลื่อนไหวอะไรต่อ

ล่าสุดช่วงต้นปี 2024 มีการประชุมนานาชาติว่าด้วยมาตรฐานเชิงเทคนิคในงานวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตสำหรับเศรษฐกิจฐานชีวภาพ การประชุมแบ่งเป็นสามกลุ่มย่อยตามทวีปคืออเมริกา, ยุโรป และเอเชีย แต่ละกลุ่มย่อยมีตัวแทนจากทั้งภาครัฐ ภาคอุตสาหกรรม และภาควิชาการ

ฝั่งอเมริกาเหนือที่เป็นต้นกำเนิดทั้งไบโอเทคยุคแรกและชีววิทยาสังเคราะห์มองว่ามาตรฐานเชิงเทคนิคจะช่วยอำนวยความสะดวกในการสร้างนวัตกรรมด้านการวิศวกรรมสิ่งมีชีวิต

ในขณะที่อเมริกาใต้กลัวว่าการตีกรอบมาตรฐานอย่างไม่ระวังอาจจะกลายเป็นอุปสรรคต่อการวิจัย

ส่วนฟากยุโรปที่กังวลเรื่องผลกระทบของเทคโนโลยีมาตั้งแต่ยุคแรกเริ่มไบโอเทคโดยเฉพาะจีเอ็มโออยากให้มาตรฐานเป็นเครื่องมือสำหรับป้องกันอันตรายที่อาจจะเกิดขึ้น

ฝั่งเอเชียที่งานชีววิทยาสังเคราะห์ก้าวกระโดดไปไกลช่วงหลายปีมานี้โดยเฉพาะในจีนที่ทุ่มงบประมาณอัดฉีดเงินไม่อั้นกลับโดดเด่นในเรื่อง biofoundry ห้องแล็บกลางรวมศูนย์ที่ทำงานออกแบบ/สร้าง/ทดสอบ/เรียนรู้ (DBTL) ครบวงจรแบบอัตโนมัติสำหรับการวิศวกรรมสิ่งมีชีวิต การทำงานรวมศูนย์แบบนี้อาจจะช่วยการการวางระบบมาตรฐานทำได้ง่ายขึ้นเทียบกับการที่กลุ่มวิจัยกลุ่มเล็กกลุ่มน้อยแยกกันไปทำแบบของตัวเอง

ภาคอุตสาหกรรมเองมีการเอาแนวคิดเรื่องมาตรฐานในการวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตไปใช้แต่ว่าใช้กันแค่ภายในบริษัท เป็นส่วนหนึ่งของทรัพย์สินทางปัญญาที่ทำให้เกิดความได้เปรียบในงานวิศวกรรมเหนือกว่าคู่แข่ง ยังไม่ได้มีมาตรฐานกลางที่ทั้งอุตสาหกรรมมาตกลงใช้ร่วมกัน

ถ้าเรามองว่าโครงการอ่านรหัสจีโนมมนุษย์ (Human Genome Project, HGP) คือตัวอย่างความสำเร็จแรกของการสร้างมาตรฐานกลางที่ทำให้ผลงานจากหลายร้อยกลุ่มวิจัยในวงการชีววิทยาสามารถเอามาเชื่อมต่อไปภาพเดียวกันได้ ความเป็นไปได้หนึ่งก็คือการมีเมกะโปรเจ็กต์ในสเกลนั้นสำหรับงานวิศวกรรมสิ่งมีชีวิต กว่า HGP จะเกิดขึ้นมาได้ก็ต้องอาศัยพละกำลังของหลายฝ่ายไม่ใช่แค่ในเชิงความชำนาญทางเทคนิคแต่รวมไปถึงการล็อบบี้ เจรจาต่อรอง เกมการเมืองต่างๆ นานาเป็นเวลาร่วมสิบปี HGP ล้มลุกคลุกคลานเผชิญดราม่าปัญหาสารพัดหลายครั้งกว่ามันจะกลายเป็นเมกะโปรเจ็กต์ที่เปลี่ยนวิธีศึกษาชีววิทยาของเรานับแต่นั้นมา

ในฝั่งวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตหลายปีก่อนก็เริ่มความพยายามผลักดันโครงการสังเคราะห์จีโนมมนุษย์ (Human Genome Project – Write) ที่ต้องการขยับขีดความสามารถในการวิศวกรรมจีโนมขึ้นไปหลายร้อยหลายพันเท่าจากที่เป็นอยู่ อย่างไรก็ตามโครงการนี้ก็ยังไม่ได้รับการยอมรับจากนักวิจัยอีกหลายฝ่ายและยังไม่ได้ทุนก้อนใหญ่ระยะยาวจากรัฐมาผลักดันมันให้สำเร็จ

คงต้องใช้เวลาและพละกำลังจากนักวิจัยอีกสักพักกว่าจะผลักดันให้เกิดมาตรฐานที่ทำให้งานวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตง่ายดายอย่างที่ Tom Knight วาดฝันไว้ การวางมาตรฐานเป็นเรื่องการจัดการทางสังคมไม่น้อยไปกว่าพัฒนาเทคโนโลยี การวางมาตรฐานจึงมักยุ่งยากยืดเยื้อในเมื่อที่ไม่ได้มีใครมีสิทธิขาดสั่งปุ๊บได้ปั๊บอย่างคราวฟาโรห์สร้างพีระมิดที่เราอ่านไปตอนแรก

แต่อย่างน้อยการที่แนวคิดนี้ไม่เคยหายไปเลยจากวงสนทนาของนักชีววิทยาสังเคราะห์ควบคู่กับการมีเทคโนโลยีใหม่ขึ้นมาตลอดหลายสิบปีที่ผ่านมาก็แปลว่าเราคงเดินต่อไปข้างหน้าอยู่แม้จะช้าๆ ก็ตาม

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

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022