[สรุปหนังสือ] The Code Breaker : Jennifer Doudna, Gene Editing, and the Future of the Human Race

 

 

[สรุปหนังสือ] The Code Breaker : Jennifer Doudna, Gene Editing, and the Future of the Human Race (2021)

by Walter Isaacson

 

“If scientists don’t play God, who will?” – James Watson

 

การค้นพบครั้งสำคัญที่สุดครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติที่กำลังจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงครั้งยิ่งใหญ่ของเผ่าพันธุ์มนุษย์ในยุคใหม่ได้เกิดขึ้นในปี 2012 เมื่อ Jennifer Doudna นักวิทยาศาสตร์รางวัล Novel Prize ได้ค้นพบเครื่องมือในการ “ตัดต่อยีนส์” จากการศึกษากลไกในการต่อสู้กับไวรัสของแบคทีเรียด้วยกลุ่มของรหัสพันธุกรรมที่มีชื่อว่า “clustered regularly interspaced short palindromic repeats” หรือ “CRISPR” ที่มีศักยภาพที่จะทำให้มนุษย์สามารถทำหน้าที่เป็นพระเจ้าผู้กำหนดชะตากรรมของเผ่าพันธุ์ของพวกเราในอนาคตได้ในแบบที่ไม่เคยเป็นมาก่อน

The Code Breaker คือ ตำราเชิงชีววิทยาและชีวประวัติที่ว่าด้วยการค้นพบกระบวนการตัดต่อยีนส์ของ Jennifer Doudna และผลลัพธ์ที่ตามมาหลังจากที่มนุษย์ได้ครอบครองเครื่องมือที่มีพลังอำนาจสูงนี้ โดยฝีมือของ Walter Isaacson หนึ่งในสุดยอดนักเขียนแนวชีวประวัติเจ้าของผลงานอย่าง Steve Jobs, Leonardo Da Vinci และ Elon Musk ที่ศึกษาชีวิตของ Jennifer Doudna และบรรดานักวิทยาศาสตร์ที่มีส่วนสำคัญต่อการค้นพบครั้งใหญ่ทางชีววิทยานี้ พร้อมกับการตั้งคำถามสำคัญที่พวกเราทุกคนต้องร่วมกันตอบว่าเราจะควบคุมการใช้งานของ CRISPR เพื่อประโยชน์สูงสุดของมนุษยชาติได้อย่างไร

ขอเชิญทุกท่านที่สนใจในความเป็นไปของเผ่าพันธุ์มนุษย์ในอนาคตและต้องการเข้าใจกลไกของชีวิตและการตัดต่อยีนส์อ่านสรุปหนังสือเล่มนี้กันได้เลยครับ

 

Jennifer Doudna (source: La Voz de Galicia)

 

---

 

Part One : The Origins of Life

 

Hilo

Jennifer Doudna เติบโตขึ้นในฐานะพี่สาวคนโตของบรรดาลูกสาวทั้งสามคนของคุณพ่อผู้ทำงานเป็นอาจารย์มหาวิทยาลัยที่เมือง Hilo ในเกาะ Hawaii ท่ามกลางภูเขาไฟกับผู้คนที่ส่วนใหญ่หน้าตาแตกต่างแปลกแยกไปจากเธอ โดย Jennifer Doudna นั้นก็ได้แสดงถึงพรสวรรค์ด้านการเรียนของเธอตั้งแต่ในวัยเด็กและความช่างสงสัยอย่างเต็มเปี่ยมที่เธอชอบอ่านหนังสือแนวนักสืบที่เต็มไปด้วยปริศนาที่ชวนให้แก้ไขและชอบเดินป่าที่ทำให้เธอค้นพบความมหัศจรรย์ของธรรมชาติอันมากมายที่ชวนให้เธอทำความเข้าใจ

โดยจุดเปลี่ยนที่ทำให้ Jennifer Doudna เริ่มสนใจในวิทยาศาสตร์และกลไกการทำงานของชีวิตนั้นเริ่มต้นขึ้นในสมัยที่เธออยู่เพียงแค่เกรด 6 เมื่อคุณพ่อของเธอชวนให้เธออ่านหนังสือ The Double Helix ของ James Watson ที่ว่าด้วยการค้นพบ ”DNA“ ของตัวผู้เขียนเองในปี 1953 ที่ช่วยเปิดโลกด้านวิทยาศาสตร์แห่งชีวิตและความสงสัยใคร่รู้ให้กับเธอจนถึงปัจจุบัน แถมหนังสือเล่มนี้ยังฉายภาพให้เธอรู้จักนักวิทยาศาสตร์หญิงอย่าง Rosalind Franklin ที่เปิดให้เธอรู้ว่าผู้หญิงก็เป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ประสบความสำเร็จได้และนำเธอเข้าสู่วงการศึกษาวิจัยที่ผ่านมหาวิทยาลัยชั้นนำมากมาย ทั้ง Harvard และ Yale ก่อนที่เธอจะเลือกทำงานอย่างยาวนานที่ University of California, Berkeley

 

The Gene

การค้นพบ DNA นั้นเกิดขึ้นให้หลังจากการค้นพบครั้งสำคัญทางชีววิทยา 2 ครั้ง เริ่มต้นจากการตีพิมพ์หนังสือ On the Origin of Species ของ Charles Darwin ที่ว่าด้วยการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตสายพันธุ์เดียวกันที่สามารถวิวัฒนาการลักษณะเด่นของตัวเองเพื่อความอยู่รอดและส่งต่อลักษณะเหล่านั้นไปยังรุ่นถัดๆไปได้โดยไม่ผสมกลมกลืนหายไป จากการค้นพบว่า “นกฟินช์” ในเกาะ Galapagos นั้นวิวัฒนาการจะงอยปากของพวกมันได้หลายแบบตามพื้นที่อยู่อาศัย ซึ่งทำให้เขาเริ่มตั้งคำถามว่าสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดอาจมีโมเลกุลบางอย่างที่นำพาให้ลักษณะเด่นเหล่านั้นส่งต่อไปยังรุ่นถัดๆไปได้

ตามด้วยการทดลองของ Gregor Mendel บาทหลวงผู้ทดลองการผสมพันธุ์ถั่วลันเตาที่มีลักษณะแตกต่างกันเป็นคู่ อาทิ ต้นเตี้ยกับต้นสูง หรือ ดอกสีฟ้าและดอกสีขาว จนค้นพบถึงลักษณะเด่น (dominant trait) และลักษณะด้อย (recessive trait) ของถั่วลันเตาที่เวลาเขาผสมพันธุ์ถั่วลันเตาดอกสีม่วงเข้ากับดอกสีขาวแล้วจะได้ออกมาเฉพาะถั่วลันเตาดอกสีม่วงที่เป็นลักษณะเด่นเท่านั้น แต่พอเขาเอาถั่วลันเตารุ่นลูกนี้มาผสมพันธุ์กันกลับได้ถั่วลันเตาดอกสีขาวที่เป็นลักษณะด้อยมาจำนวน 1 ใน 4 เสมอ ซึ่งถือเป็นการตอกย้ำถึงการมีอยู่ของโมเลกุลที่สามารถส่งต่อข้อมูลของลักษณะทางพันธุกรรมเหล่านี้ได้ ซึ่งต่อมาโมเลกุลนี้ก็ถูกเรียกว่า “ยีน (gene)“

 

ตารางการผสมพันธ์ุของถั่วลันเตาดอกสีม่วงกับดอกสีขาว (source: Micoope)

 

DNA

งานวิจัยอย่างต่อเนื่องของเหล่านักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกก็ได้ค่อยๆไขปริศนาของโมเลกุลที่มีความสามารถในการส่งต่อข้อมูลรหัสทางพันธุกรรมได้มากขึ้นเรื่อยๆ โดยนักวิทยาศาสตร์เริ่มรับรู้ถึงการมีอยู่ของกรด nucleic acid ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มี 2 ชนิด ได้แก่ ribonucleic acid (RNA) และ deoxyribonucleuc acid (DNA) ที่ต่างก็มีส่วนประกอบเป็นน้ำตาล, phosphate และสารที่เรียกว่า base อีก 4 ชนิด โดยการทดลองของ Oswald Avery ในปี 1944 ที่ทำการผสม DNA ของแบคทีเรียสองแบบเข้าด้วยกันจนทำให้เกิดการส่งต่อลักษณะทางพันธุกรรมผสมระหว่างแบคทีเรียสองกลุ่มได้สำเร็จนั้นถือเป็นการพิสูจน์อย่างสมบูรณ์แบบว่า DNA คือโมเลกุลที่ทำหน้าที่จัดเก็บและส่งต่อข้อมูลทางพันธุกรรม

ในทันใด การแข่งขันของบรรดานักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกก็ได้เริ่มต้นขึ้นเพื่อทำความเข้าใจรูปร่างของ DNA เพื่อสร้างความเข้าใจถึงกลไกในการส่งต่อข้อมูลทางพันธุกรรมจากโมเลกุลเหล่านั้น โดยในท้ายที่สุด James Watson และ Francis Crick ก็เป็นผู้ชนะในสมรภูมินี้ในปี 1953 จากการต่อยอดการค้นพบของ Rosalind Franklin ที่ใช้ศาสตร์ของการส่องรังสี X-Ray เพื่อดูเงาของโครงสร้างจนค้นพบว่า DNA นั้นมีโครงสร้างเป็นเกลียวคู่ (double-stranded helix) โดยมีฐานเป็นเส้นใยของน้ำตาลและ phosphate ที่เชื่อมต่อกับ base ทั้งสี่ อันได้แก่ adenine (A), thymine (T), guanine (G) และ cytosine (C) ซึ่ง adenine จะเชื่อมต่อกับ thymine และ guanine จะเชื่อมต่อกับ cytosine ของเกลียวคู่ตรงข้ามเสมอ โดยความมหัศจรรย์ของรูปร่างแบบเกลียวคู่ของ DNA นี้ก็คือความสามารถในการลอกเลียนแบบตัวเองขึ้นมาใหม่หากเกลียวคู่หลุดแยกออกจากกัน เพราะ base ในเกลียวแต่ละข้างจะดึงดูดหา base ที่คู่กับมันเสมอจนทำให้การส่งต่อข้อมูลทางพันธุกรรมนั้นเกิดขึ้นได้

ในช่วงปีเดียวกันที่นักคณิตศาสตร์อย่าง Alan Turing และ Claude Shannon ได้แสดงให้เห็นว่าข้อมูลทั้งหมดสามารถจัดเก็บในรูปแบบตัวเลขฐานสอง (binary) ที่มีข้อมูลเป็นเลข 0 และเลข 1 ได้ การค้นพบของ DNA ก็ทำให้เราเข้าใจว่าข้อมูลของชีวิตนั้นก็ถูกจัดเก็บผ่านรหัสพันธุกรรมทั้ง 4 อย่าง A, T, G และ C ได้เช่นเดียวกัน

 

ภาพจำลองโครงสร้างของ DNA (source: Genome)

 

RNA

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ต่างพยายามศึกษา DNA ที่เป็นดั่งเครื่องมือจัดเก็บรหัสพันธุกรรมของชีวิต นักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มที่รวมถึง Jennifer Doudna นั้นกลับหันมาทำการศึกษาวิจัย RNA โมเลกุลกรด nucleic acid ที่มีลักษณะใกล้เคียงกับ DNA แต่แตกต่างกันเพียงแค่การมีเส้นเกลียวเพียงหนึ่งเส้น โมเลกุล oxygen หนึ่งโมเลกุลและ base ที่ต่างกันหนึ่งชนิด

ซึ่ง RNA นี้เองอาจกุมความลับของชีวิตไว้เนื่องจากคุณสมบัติที่หลากหลายของมันในการเป็นตัวปฏิบัติการในการส่งผ่านคำสั่งทางพันธุกรรมต่างๆ อาทิ การส่งคำสั่งในการสร้าง protein ที่เป็นส่วนสำคัญของสิ่งมีชีวิตมากมาย เช่น fibrous protein ที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างกระดูกและกล้ามเนื้อและ enzyme ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ โดย RNA บางชนิดที่เรียกว่า Ribozyme นั้นยังสามารถทำหน้าที่เป็น enzyme ด้วยตัวเองที่สามารถตัดต่อและคัดเลือกโมเลกุลของตัวเองได้ ซึ่ง Jennifer Doudna และ Jamie Cate ผู้ช่วยที่ต่อมาจะเป็นสามีของเธอก็เป็นผู้คิดค้นโครงสร้างของ Ribozyme ที่ทำให้เธอเข้าใจกระบวนการตัดต่อคัดลอกพันธุกรรมของธรรมชาติผ่านการบิดงอของโครงสร้างโมเลกุลและสร้างชื่อเสียงอันโด่งดังให้กับเธอในฐานะผู้เชี่ยวชาญด้าน RNA และชีววิทยาเชิงโครงสร้าง (structural biology)

อีกหนึ่งความสำเร็จของ Jennifer Doudna ก็คือการทำความเข้าใจกระบวนการ “RNA interference” ที่เป็นการปล่อย enzyme ที่เรียกว่า “dicer” ที่เธอเป็นผู้ค้นพบโครงสร้างของมันที่สามารถตัด RNA ออกเป็นโมเลกุลสั้นๆเพื่อทำหน้าที่ค้นหาและยับยั้งการทำงานของ RNA ที่มีรหัสพันธุกรรมเดียวกันได้ ซึ่งกระบวนการ RNA interference นั้นถือเป็นกลไกสำคัญของสิ่งมีชีวิตหลายชนิดในการต่อสู้กับไวรัส

 

ภาพจำลองเปรียบเทียบ DNA กับ RNA (source: Wikipedia)

 

---

 

Part Two : CRISPR

 

Clustered Repeats

การตีพิมพ์งานวิจัยในปี 2005 ของ Francisco Mojica นั้นถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญของวงการชีววิทยา หลังจากที่เขาได้ค้นพบว่ากลุ่มของรหัสพันธุกรรมที่เขาตั้งชื่ออย่างเท่ๆว่า “CRISPR“ หรือ ”clustered regularly interspaced short palindromic repeats” ที่เป็นกลุ่มของรหัสพันธุกรรมที่มีรหัสเรียงเหมือนกัน (repeat) ที่สามารถอ่านจากหน้าไปหลังหรือหลังไปหน้าก็ได้เหมือนกัน (palindromic) ที่กระจายตัวอยู่ใน DNA ซ้ำๆกันเป็นช่วงๆของสิ่งมีชีวิตมากมาย อาทิ แบคทีเรียและสัตว์เซลล์เดียว นั้นแท้จริงแล้วทำหน้าที่เป็นระบบภูมิคุ้มกันไวรัสของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นที่ต่อสู้กับไวรัสมายาวนานกว่า 3,000 ล้านปี หลังจากที่เขาศึกษาจนพบว่ารหัสพันธุกรรมที่อยู่ระหว่าง CRISPR ของแบคทีเรียชนิดหนึ่งนั้นตรงกับรหัสพันธุกรรมของไวรัสที่เป็นศัตรูของมัน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถของแบคทีเรียในการดึงเอารหัสพันธุกรรมของไวรัสมาเก็บไว้กับ DNA ของตัวเองผ่านระบบการทำงานของ CRISPR ที่มี CRISPR-associated enzyme หรือ “Cas” ทำหน้าที่ตัดต่อรหัสพันธุกรรมของไวรัสมาเก็บไว้ตรงกลางระหว่าง CRISPR สองกลุ่มใน DNA ของแบคทีเรียอันนำมาสู่การศึกษาวิจัยที่ตามมามากมาย

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญลำดับถัดมาเกิดขึ้นในห้องทดลองของ Danisco บริษัทผลิตหัวเชื้อโยเกิร์ตสัญชาติเดนมาร์กในปี 2007 โดย Rodolphe Barrangou และ Philippe Horvath ผู้ค้นพบวิธีการตัดต่อรหัสพันธุกรรมของไวรัสที่เป็นอันตรายต่อแบคทีเรือหัวเชื้อโยเกิร์ตด้วยการใช้ระบบการทำงานของ CRISPR และ Cas ได้สำเร็จ ตามมาด้วยการค้นพบของ Erik Sontheimer และ Luciano Marraffini ในปี 2008 ที่พบว่ากระบวนการทำงานของ CRISPR นั้นพุ่งเป้าไปที่การตัด DNA ของไวรัสไม่ใช่กระบวนการ RNA interference เหมือนที่นักวิทยาศาสตร์ทั่วไปเข้าใจซึ่งถือเป็นการเปิดประตูสู่ความเป็นไปได้ในการใช้ระบบ CRISPR ตัดต่อพันธุกรรมที่ยิ่งสร้างความตื่นเต้นมากขึ้นไปอีกขั้นให้กับวงการเคมีชีวภาพ

 

The Lab

Jennifer Doudna ตัดสินใจเปลี่ยนโฟกัสของห้องทดลองของเธอที่ Berkeley มาที่การศึกษา CRISPR และ Cas ในปี 2006 พร้อมด้วยทีมงานหลากชีวิต อาทิ Blake Wiedenheft, Martin Jinek และ Rachel Haurwitz โดยมีผลงานวิจัยโดดเด่นในด้านชีววิทยาเชิงโครงสร้างที่ทีมงานของเธอสามารถค้นพบโครงสร้างการวางโมเลกุลของ Cas ชนิดต่างๆซึ่งเป็น enzyme ที่ทำงานร่วมกับ CRISPR ที่แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการเล็งเป้าหมายไปยังรหัสพันธุกรรมของไวรัสได้อย่างแม่นยำ

โดยต่อมา Jennifer Doudna ก็ตัดสินใจก่อตั้งบริษัท startup ชื่อ Caribou Biosciences โดยมี Rachel Haurwitz เป็นทั้งประธานและ CEO เพื่อสร้างธุรกิจที่ประยุกต์ใช้การค้นพบของพวกเขาที่จดสิทธิบัตรไว้อย่างเรียบร้อยในเชิงพาณิชย์เพื่อผลักดันให้การค้นพบเชิงวิชาการสามารถสร้างเป็นนวัตกรรมทางการแพทย์ที่ก่อให้เกิดผลประโยชน์ได้จริงโดยมีทั้งรัฐบาลและมูลนิธิอย่าง Bill & Melinda Gates Foundation เป็นผู้สนับสนุน โดย Caribou Biosciences นั้นถือเป็นตัวอย่างสำคัญของระบบนิเวศน์ที่รัฐบาลให้การสนับสนุนมหาวิทยาลัยในการวิจัยพัฒนาที่ต่อยอดมาเป็นธุรกิจที่สร้างนวัตกรรมใหม่ๆได้อย่างแท้จริง

 

CRISPR-Cas9

การค้นพบครั้งสำคัญของประวัติศาสตร์มนุษยชาติได้เริ่มต้นขึ้นจากการศึกษาวิจัยกระบวนการทำงานของระบบ CRISPR ของ Emmanuelle Charpentier นักชีววิทยาชาวฝรั่งเศสที่พิสูจน์ให้เห็นว่ากระบวนการตัดต่อพันธุกรรมของระบบ CRISPR นั้นมีองค์ประกอบสำคัญเพียง 3 องค์ประกอบ ได้แก่ Cas9 ซึ่งเป็น enzyme หลักในการทำหน้าที่ตัดต่อรหัสพันธุกรรม, crRNA ซึ่งคือแถบของ RNA ที่มีรหัสตรงกับ DNA ที่จะถูกตัดต่อและ tracrRNA ซึ่งคือ RNA ที่ใช้สั่งผลิต crRNA

โดยต่อมา Emmanuelle Charpentier ก็ได้มาพบและตัดสินใจร่วมงานกับ Jennifer Doudna ในปี 2011 พร้อมด้วยนักวิจัยอย่าง Martin Jinek จากฝั่งของ Doudna และ Krzysztof Chylinski จากฝั่งของ Charpentier เพื่อทำการศึกษาถึงกระบวนการทำงานของระบบ CRISPR-Cas9 ต่ออย่างละเอียดจนทำให้พวกเขาไขกระจ่างความลับในการทำงานของระบบตัดต่อพันธุกรรมที่วิวัฒนาการมาเป็นพันล้านปีนี้ด้วยการค้นพบว่า tracrRNA นั้นยังมีส่วนสำคัญในการช่วยประคอง crRNA ให้จับกับ DNA เพื่อให้ Cas9 ตัดต่อได้และยังค้นพบว่า crRNA นั้นสามารถนำมาดัดแปลงรหัสพันธุกรรมได้ซึ่งพิสูจน์ว่าระบบ CRISPR-Cas9 นี้สามารถใช้เป็นเครื่องมือในการตัดต่อพันธุกรรมได้จริง นอกจากนั้น Jennifer Doudna และ Martin Jinek ยังคิดค้นการสร้างโมเลกุลใหม่อย่าง single-guide RNA ที่เป็นการเชื่อม crRNA และ tracrRNA เข้าด้วยกันและตัดให้มีโมเลกุลที่สั้นลงที่ช่วยทำให้กระบวนการตัดต่อพันธุกรรมนั้นทำได้ง่ายมากยิ่งขึ้น

งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ทั้ง 4 คนได้ถูกตีพิมพ์ในปี 2012 ท่ามกลางการตอบรับอย่างยอดเยี่ยมของวงการวิทยาศาสตร์และนำไปสู่ยุคของการแข่งขันครั้งใหม่ในการประยุกต์ใช้ระบบ CRISPR-Cas9 ที่ใช้งานได้ผลในแบคทีเรียในการตัดต่อ DNA ของมนุษย์ให้สำเร็จ

 

ภาพจำลองกระบวนการทำงานของ CRISPR-Cas9 (source: Lab Associates)

 

---

 

Part Three : Gene Editing

 

A Human Tool

มนุษย์ค้นพบวิธีการตัดต่อพันธุกรรมมาตั้งแต่ปี 1972 โดยศาสตราจารย์ Paul Berg แห่งมหาวิทยาลัย Stanford ที่สามารถตัดต่อ DNA ของไวรัสสายพันธุ์หนึ่งไปใส่ในไวรัสอีกชนิด ก่อนที่เทคโนโลยีด้านพันธุวิศวกรรม (genetic engineering) จะค่อยๆเติบโตขึ้น โดยมนุษย์เริ่มใช้ DNA ในการรักษาโลกทางพันธุกรรม (gene therapy) ในปี 1990 ด้วยการรักษาเด็กหญิงผู้มีโรคจากพันธุกรรมที่ผิดปกติด้วยการใส่ DNA ที่ขาดหายไปในเซลล์ของเด็กหญิงคนนั้นซึ่งก็ช่วยให้เด็กหญิงมีสุขภาพที่ดีขึ้น แต่วิธีการรักษาแบบใส่ DNA เข้าไปในร่างกายนั้นก็มีผลข้างเคียงหลายครั้งทั้งการก่อเนื้องอกมะเร็งและการเสียชีวิตจนทำให้ศาสตร์นี้ถูกควบคุมและไม่ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วนัก

จนกระทั่งในปี 2000 ที่นักวิทยาศาสตร์ก็ได้เริ่มค้นพบกรรมวิธีการตัดต่อพันธุกรรม (gene editing) ที่อาศัย enzyme ที่มีความสามารถในการตัด DNA ทั้งสองเส้นออกพร้อมกันได้ อาทิ TALENs และใช้ protein ชนิดต่างๆในการนำทาง enzyme ไปยัง DNA ที่ต้องการจะตัดซึ่งถือเป็นแนวทางที่ใกล้เคียงกับระบบ CRISPR-Cas9 แต่ระบบ CRISPR-Cas9 นั้นมีประสิทธิภาพกว่ามากด้วยการใช้ crRNA ที่สามารถสร้างได้ง่ายๆและมีความแม่นยำกว่ามากเมื่อเทียบกับการต้องสร้าง protein แบบเฉพาะเจาะจงต่อรหัส DNA ที่ต้องการตัดแต่ละครั้ง อันเป็นเหตุให้เหล่านักวิทยาศาสตร์ต่างแข่งขันกันในการศึกษาหาทางให้ระบบ CRISPR-Cas9 ทำงานได้ผลในมนุษย์

 

The Race

การค้นพบครั้งสำคัญทางวิทยาศาสตร์หลายครั้งของมนุษยชาตินั้นไม่ได้เกิดขึ้นจากอัจฉริยะที่นั่งคิดทุกอย่างอยู่คนเดียวโดยไม่มีใครคาดคิด แต่มักเกิดขึ้นจาก “การแข่งขัน” ของเหล่านักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ที่ต่างก็อยากได้รับตำแหน่ง “ผู้ชนะ” และ “คนแรก” ของการคิดค้นนวัตกรรมใหม่ๆเสมอและหนึ่งในสมรภูมิที่เดือดที่สุดก็เกิดขึ้นในช่วงเวลา 6 เดือนของปี 2012 ในการแข่งขันกันประยุกต์ใช้ระบบ CRISPR-Cas9 ในการตัดต่อพันธุกรรมมนุษย์โดยมีผู้แข่งขันรายใหญ่ 3 ราย ได้แก่ Feng Zhang แห่ง Broad Institute of MIT and Harvard, George Church แห่ง Harvard และ Jennifer Doudna แห่ง Berkeley ผู้คิดค้นกระบวนการทำงานของ CRISPR-Cas9 แต่ก็ไม่มีประสบการณ์ในศาสตร์พันธุกรรมของมนุษย์เลย

โดยท่ามกลางการแข่งขันอันดุเดือด Feng Zhang ผู้อ้างว่าเขาได้ทดลองใช้งานระบบ CRISPR-Cas9 มาก่อนที่งานวิจัยของ Jennifer Doudna จะถูกตีพิมพ์ (โดยที่ไม่มีหลักฐานเลยว่าเขาเข้าใจหน้าที่สำคัญของ tracrRNA) ก็สามารถส่ง Cas9 เข้าไปยังเซลล์ของมนุษย์ด้วยกรรมวิธีเดียวกับกระบวนการตัดต่อพันธุกรรมแบบอื่นๆอย่างการใช้ protein นำพา enzyme เข้าไปยัง nucleus ของเซลล์มนุษย์ โดยเขายังได้ทำการดัดแปลง single-guide RNA ให้มีประสิทธิภาพเหมาะสมกับเซลล์มนุษย์ที่ซับซ้อนกว่าแบคทีเรียได้

ซึ่งงานวิจัยของ Feng Zhang ก็ได้รับการตีพิมพ์ในวันเดียวกันกับ George Church ผู้ที่เคยเป็นอาจารย์ของ Feng Zhang และเริ่มต้นทำการทดลองแข่งกับเขาจนได้ผลที่ใกล้เคียงกัน ส่วนงานวิจัยของ Jennifer Doudna และ Martin Jinek นั้นก็ตีพิมพ์ต่อมาไม่นานแต่ไม่โดดเด่นเท่าผลงานของสองคนแรก โดย Jennifer Doudna ให้ความเห็นว่าการที่ห้องทดลองของเธอที่ไม่มีประสบการณ์เรื่องการตัดต่อพันธุกรรมในเซลล์ของมนุษย์มาก่อนนั้นสามารถตัดต่อพันธุกรรมของเซลล์มนุษย์ด้วยระบบ CRISPR-Cas9 ได้อย่างรวดเร็วนั้นแสดงให้เห็นว่างานวิจัยชิ้นก่อนหน้าของเธอที่อธิบายถึงการทำงานของระบบ CRISPR-Cas9 นั้นคือการค้นพบหลักที่มีผลพวงเป็นการค้นพบวิธีการตัดต่อพันธุกรรมของมนุษย์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งหลังจากที่ผลงานของเธอตีพิมพ์ไม่กี่วันก็มีการตีพิมพ์ของห้องทดลองอื่นๆตามมาอย่างรวดเร็วอีก 3 รายโดยทั้ง 5 การตีพิมพ์นั้นเกิดขึ้นในเดือนมกราคม 2013

ในช่วงเวลาเดียวกัน เหล่านักวิทยาศาสตร์ผู้บุกเบิกเทคโนโลยี CRISPR-Cas9 ต่างก็เริ่มรวมตัวกันก่อตั้งบริษัทเชิงพาณิชย์ โดยเริ่มจาก Emmanuelle Charpentier ที่ร่วมกับหุ้นส่วนก่อตั้ง CRISPR Therapeutics หลังจากที่ข้อเสนอของเธอไม่ได้รับการยอมรับในการเป็นส่วนหนึ่งของบริษัท Editas Medicine ที่มีทั้ง Feng Zhang, George Church และ Jennifer Doudna เป็นหุ้นส่วน ก่อนที่ Jennifer Doudna จะลาออกจากความไม่พอใจต่อ Feng Zhang ที่แอบไปจดสิทธิบัตรระบบ CRISPR-Cas9 ก่อนเธอและกลับมาตั้งบริษัทลูกจากบริษัท Caribou Biosciences ของเธอชื่อ Intellia Therapeutics แทนที่มีเป้าหมายในการใช้ระบบ CRISPR-Cas9 เพื่อทางการแพทย์

ถึงแม้ว่าความสัมพันธ์ระหว่าง Jennifer Doudna และ Emmanuelle Charpentier จะเริ่มถดถอยลงที่ทั้งคู่ต่างก็ไม่ทำงานร่วมกันและแยกกันไปเปิดบริษัทของตัวเอง โดยต่างฝ่ายก็มองว่าอีกฝ่ายพยายามเคลมผลงานวิจัย CRISPR-Cas9 ว่าตัวเองมีบทบาทสำคัญกว่า แต่ทั้งคู่ก็ถูกเชื่อมถึงกันด้วยรางวัลทางวิทยาศาสตร์มากมายที่ทั้งสองคนได้รับร่วมกัน ทั้ง Breakthrough Prize in Life Science, Gairdner Award, Kavli Prize และท้ายที่สุดคือรางวัล Nobel Prize in Chemistry ในปี 2020

 

Feng Zhang (source: Vilcek)

 

Patents

สงครามระหว่าง Jennifer Doudna และ Feng Zhang ยังคงดำเนินอย่างต่อเนื่องจากการฟ้องร้องโต้เถียงกันไปมาว่าใครควรได้สิทธิครอบครองสิทธิบัตรของระบบ CRISPR-Cas9 ซึ่ง Fang Zhang ได้เร่งจดสิทธิบทแซงหน้า Jennifer Doudna ในการใช้ระบบ CRISPR-Cas9 ในการตัดต่อพันธุกรรมมนุษย์ แต่ในเวลาไล่เลี่ยกัน Jennifer Doudna ก็ได้สิทธิบัตรในการใช้ระบบ CRISPR-Cas9 ในการตัดต่อพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่ถือเป็นสิทธิที่ทับซ้อนกันและต่างฝ่ายต่างก็เสียเวลาฟ้องร้องกันไปมา รวมถึงการสาดเสียเทเสียชื่อเสียงระหว่างกัน เช่น การที่ประธานของ Broad Institute of MIT and Harvard เขียนบทความสรุปประวัติศาสตร์การค้นพบระบบ CRISPR-Cas9 ที่ลดบทบาทของ Jennifer Doudna และเพิ่มบทให้กับ Feng Zhang ที่ก็โดนต่อต้านอย่างมากจากเหล่านักวิชาการ

โดยรวมแล้ว การที่ Jennifer Doudna กับ Feng Zhang เลือกที่จะทะเลาะกันแทนที่จะร่วมมือกันถือครองสิทธิบัตรทั้งคู่นั้นก็ถือเป็นการเสียโอกาสให้เทคโนโลยี CRISPR-Cas9 พัฒนาต่อยอดได้เร็วกว่านี้ แต่การทะเลาะกันครั้งนี้ก็แสดงให้เห็นแล้วว่าการค้นพบทางวิทยาศาสตร์นั้นก็มักเกิดจากสัญชาตญาณในการเอาชนะของมนุษย์ที่แม้แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ไม่ยอมซึ่งกันและกัน

 

---

 

Part Four : CRISPR in Action

 

Therapies

การรักษาโรคทางพันธุกรรมอย่างสัมฤทธิ์ผลด้วยระบบ CRISPR-Cas9 เกิดขึ้นครั้งแรกในปี 2019 โดยการทดลองของ CRISPR Therapeutics ที่มี Emmanuelle Charpentier เป็นผู้ร่วมก่อตั้งที่อาศัยวิธีการตัดต่อรหัสพันธุกรรมของ stem cell ที่มีความผิดปกติเพียง 1 ตำแหน่งในกว่า 3 พันล้านตำแหน่งของ DNA มนุษย์ที่นำไปสู่การสร้างเม็ดเลือดรูปเคียว (sickle cell) แทนเม็ดเลือดรูปทรงกลมปกติอันเป็นเหตุให้การไหลเวียนโลหิตลำบากและก่อให้เกิดความเจ็บปวดและอายุที่สั้นลงของผู้ป่วย ซึ่งระบบ CRISPR-Cas9 ก็สามารถตัดต่อ DNA ของ stem cell ของผู้ป่วยให้กลับมาสร้างเม็ดเลือดทรงปกติได้ก่อนที่จะฉีดกลับไปยังร่างกายของผู้ป่วย แต่ก็มีต้นทุนกว่า 1,000,000 ดอลลาร์สหรัฐ

ดังนั้น งานวิจัยทดลองรักษาโรคทางพันธุกรรมด้วยระบบ CRISPR-Cas9 จึงให้ความสนใจทั้งการศึกษาวิธีการรักษาโรคทางพันธุกรรมหลากชนิด การตัดต่อยีนส์ที่มีศักยภาพในการป้องกันโรคร้าย เช่น ยีน P53 ของช้างที่สามารถระงับเซลล์เนื้องอกมะเร็งได้ เข้าไปยัง DNA ของมนุษย์ ไปจนถึง การคิดค้นวิธีการรักษาที่ประหยัดขึ้นด้วยการฉีด CRISPR-Cas9 ที่มีโมเลกุลอย่างไวรัสนำทางไปตัดต่อ DNA จากภายในร่างกาย (in vivo) แทนการตัดต่อ DNA จากภายนอก (ex vivo) ที่มีต้นทุนสูงกว่า

 

Biohacking

อีกหนึ่งคลื่นที่กำลังก่อตัวขึ้นก็คือการเกิดขึ้นของเหล่า “biohacker” มือสมัครเล่นที่ต้องการเป็นส่วนหนึ่งของวงการตัดต่อพันธุกรรมโดยไม่ยึดติดกับกฎระเบียบของรัฐและแนวคิดแบบนักวิทยาศาสตร์ทั่วไป โดย biohacker ที่โดดเด่นมากคนหนึ่งก็คือ Josiah Zayner เจ้าของร้านขายอุปกรณ์ตัดต่อพันธุกรรมแบบ D.I.Y. ผู้เคยฉีด CRISPR-Cas9 ที่เขาตัดต่อเพื่อพัฒนาการสร้างกล้ามเนื้อเข้าสู่ร่างกายของตัวเอง (โดยไม่สัมฤทธิ์ผล) ซึ่งเขาเองก็เป็นผู้ผลักดันให้เกิดการเปิดกว้างของการเข้าถึงองค์ความรู้และอุปกรณ์ในการตัดต่อพันธุกรรมด้วยความเชื่อที่ว่านวัตกรรมมักถูกขับเคลื่อนโดยกลุ่มพลังมหาชนคนทั่วไป ไม่แตกต่างจาก hacker ที่ผลักดันยุคคอมพิวเตอร์และอินเตอร์เน็ตให้เจริญรุ่งเรือง

 

Anti-CRISPR

ความสามารถในการตัดต่อพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตและมนุษย์ของระบบ CRISPR-Cas9 นั้นก็นำมาสู่ความเสี่ยงด้านความมั่นคงจากการก่อการร้ายทางชีวภาพหรือการแพร่ระบาดโดยอุบัติเหตุ อันเป็นเหตุให้รัฐบาลสหรัฐได้อัดฉีดเงินจำนวนมหาศาลให้กับเหล่าห้องทดลองเพื่อหาแนวทางป้องกันเหตุการณ์เหล่านั้น โดยหนึ่งในแนวทางที่มีศักยภาพที่สุดก็คือ Anti-CRISPR ที่เป็น protein ที่เหล่าไวรัสใช้ในการต่อต้านระบบ CRISPR ของแบคทีเรียที่เริ่มเห็นผลในการสกัดกั้นการทำงานของระบบ CRISPR-Cas9 ในปี 2016 นอกจากนั้น รัฐยังสนับสนุนงานวิจัยในการใช้ระบบ CRISPR-Cas9 ในด้านความมั่นคงอื่นๆ อาทิ การรักษาโรคจากกัมมันตรังสีและการป้องกันการแพร่ระบาดของเชื้อไวรัส

 

---

 

Part Five : Public Scientist

 

Rules of the Road

ภาพยนตร์เรื่อง Gattaca ที่ออกฉายในปี 1997 ได้ฉายให้เห็นภาพของโลกอนาคตที่มนุษย์สามารถตัดต่อและคัดเลือกพันธุกรรมของเด็กทารกให้มีความสมบูรณ์แบบที่สุดที่นำไปสู่การสร้างกลุ่มประชากรที่มีความสมบูรณ์แบบ ทั้ง มันสมอง พฤติกรรม สุขภาพและรูปร่างหน้าตา แต่ก็นำพาไปสู่ความไม่เท่าเทียมอย่างใหญ่หลวงที่เหล่าคนจนผู้ที่จ่ายค่าการตัดต่อพันธุกรรมไม่ไหวก็ต้องตกไปอยู่ในกลุ่มชนชั้นล่างสุดของสังคมที่ทำหน้าที่เพียงแค่คอยรับใช้ผู้ที่มีพันธุกรรมที่สูงส่งกว่าที่ต่างก็ได้ทำงานที่ดีกว่า ซึ่งภาพยนตร์เรื่องนี้ก็ได้ตั้งคำถามถึงคนดูทุกคนว่า “หากคุณมีความสามารถในการคัดสรรพันธุกรรมที่สมบูรณ์แบบให้กับลูกของคุณ คุณจะทำหรือไม่ ? หรือคุณมองว่าการกระทำเหล่านั้นมันผิดธรรมชาติ ?“ ซึ่งผมก็เชื่อว่าคนส่วนใหญ่ก็จะตอบว่า “ทำ” เพราะขนาดแค่การซื้อรถยนต์ซักคันหนึ่ง คงไม่มีใครยอมกำเงินเพื่อไปซื้อรถแบบสุ่มรุ่นกันแน่นอน ทุกคนก็มักจะอยากได้สิ่งที่ดีที่สุดเสมอ

ตลอดประวัติศาสตร์ของการค้นพบแนวทางการตัดต่อ DNA นั้นเต็มไปด้วยความขัดแย้งของเหล่านักวิทยาศาสตร์และนักกฎหมายที่แบ่งสายออกเป็น 2 ฝั่ง ได้แก่ ฝั่งที่มองว่าการตัดต่อพันธุกรรมมนุษย์เป็นเรื่องผิดหลักจริยธรรมที่ต้องได้รับการแบนหรือควบคุมและฝั่งที่มองว่าการตัดต่อพันธุกรรมนั้นควรเปิดเป็นอิสระเพื่อนำพามนุษยชาติให้ก้าวกระโดดขึ้นอีกขั้น ซึ่งคำถามเชิงปรัชญาจริยธรรมนี้ก็ยังคงไม่มีหนทางที่สรุปได้อย่างชัดเจน แต่สิ่งที่จริงแท้แน่นอนก็คือว่าเทคโนโลยีตัดต่อพันธุกรรมของมนุษย์อย่างครอบคลุมนั้นกำลังจะมาถึงในอีกไม่นานหลังจากนี้และกฎระเบียบควบคุมที่เหมาะสมกำลังพอดีนั้นถือเป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งยวดของมนุษยชาติที่ควรได้รับการตกลงยอมรับร่วมกันอย่างรวดเร็วที่สุด

หลังจากที่ Jennifer Doudna ฝันร้ายว่าเธอถูกเชิญเข้าพบกับ Adolf Hitler เพื่อพูดคุยเรื่องการนำเอาเทคโนโลยี CRISPR-Cas9 ไปใช้ตัดต่อพันธุกรรมของมนุษย์ เธอก็เริ่มหวาดกลัวถึงผลร้ายที่อาจเกิดขึ้นจากการเข้าถึง CRISPR-Cas9 ที่ดูเหมือนจะซับซ้อนแต่ก็ง่ายในระดับที่ห้องทดลองทั่วไปสามารถใช้งานได้เป็น จนทำให้เธอร่วมก่อตั้งงานสัมมนาในปี 2015 ที่รวมตัวเหล่านักวิทยาศาสตร์มาพูดคุยถึงประเด็นความปลอดภัยและหลักจริยธรรมของการตัดต่อพันธุกรรมมนุษย์ ซึ่งเหล่านักวิทยาศาสตร์ต่างก็เห็นตรงกันถึงคุณประโยชน์ของการใช้ระบบ CRISPR-Cas9 ในการรักษาโรคทางพันธุกรรมในเซลล์ที่ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการสืบพันธุ์ (somatic cell) และมองว่ามนุษย์ควรหาหลักการที่เหมาะสมในการควบคุมการตัดต่อพันธุกรรมในเซลล์สืบพันธุ์ (germline cell) โดยให้นักวิทยาศาสตร์หยุดการทดลองไปก่อนที่จะได้ข้อตกลง โดยไม่ใช้คำว่าแบนอย่างถาวร… พร้อมกับทิ้งคำถามเชิงจริยธรรมไว้ว่า “หากมนุษย์มีความสามารถในการตัดต่อพันธุกรรมเด็กทารกให้สมบูรณ์แข็งแรงแล้ว การปล่อยให้เด็กทารกเกิดในสภาพที่ไม่สมบูรณ์นั้นถือเป็นการผิดหลักจริยธรรมหรือไม่?”

 

---

 

Part Six : CRISPR Babies

 

He Jiankui

ระหว่างที่บรรดาเหล่านักวิทยาศาสตร์ต่างพยายามหาทางออกที่เหมาะสมของการตัดต่อพันธุกรรมมนุษย์ โลกก็ถูกผลักเข้าสู่ยุคใหม่ของการตัดต่อพันธุกรรมมนุษย์โดยฝีมือของ He Jiankui นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนผู้ศึกษาในสหรัฐอเมริกาที่ออกมาประกาศถึงความสำเร็จในการให้กำเนิดเด็กทารกแฝดที่ผ่านการตัดต่อพันธุกรรมด้วยระบบ CRISPR-Cas9 ได้สำเร็จเป็นคู่แรกของโลกในปี 2018 โดย He Jiankui เลือกพ่อแม่หลายคู่ที่ฝ่ายหนึ่งป่วยเป็นโรค AIDS เพื่อตัดต่อพันธุกรรมของ embryo หลังการผสมพันธุ์ของไข่และอสุจิให้มีความต้านทานต่อไวรัส HIV ซึ่งหนึ่งในแฝดก็ปราศจากยีนส์ที่ก็ให้เกิดโลก AIDS โดยสมบูรณ์ (แต่การรักษาการสืบทอดโรค AIDS จากพ่อแม่สู่ลูกก็มีวิธีอื่นที่ใช้ได้ผล ซึ่งทำให้การรักษาด้วยการตัดต่อพันธุกรรมของ He Jiankui นั้นถูกมองว่าไม่จำเป็น)

โดย He Jiankui ผู้ที่ต้องการสร้างชื่อเสียงให้กับตัวเองอย่างเต็มถึงกับเตรียมการ PR ผลงานของเขาอย่างยิ่งใหญ่ก็ได้อ้างถึงหลักการทางจริยธรรมว่าการกระทำของเขานั้นคือหน้าที่ในการปกป้องเด็กเกิดใหม่ให้ไม่ต้องใช้ชีวิตทั้งชีวิตไปกับโรคที่มีแต่จะสร้างความยากลำบากในชีวิตให้แก่พวกเขาและยังนำเสนอข้อกำหนดว่าการตัดต่อพันธุกรรมนั้นควรทำเฉพาะเพื่อการป้องกันโรคทางพันธุกรรมเพียงเท่านั้น

 

Acceptance

การฝ่าฝืนข้อตกลงของสมาคมวิทยาศาสตร์ทั่วโลกของ He Jiankui นั้นก็ได้สร้างความไม่พอใจให้กับบรรดานักวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่ต่างกันออกมาประนามถึงการไม่เคารพหลักการของ He Jiankui ที่กระทำการอย่างลับๆ ซึ่งต่อมาศาลของประเทศจีนก็ได้ตัดสินให้ He Jiankui ต้องจำคุกเป็นเวลา 3 ปีและแบนจากการทำงานเกี่ยวกับวิทยาการด้านการสืบพันธุ์ตลอดชีวิต

Jennifer Doudna และคณะก็ได้ออกแถลงการณ์อย่างเป็นกลางว่าการกระทำของ He Jiankui นั้นเป็นการละเมิดข้อตกลงแต่ก็เสริมว่าการตัดต่อพันธุกรรมของเซลล์สืบพันธุ์ของมนุษย์นั้นควรมีระเบียบขั้นตอนที่กำหนดชัดเจนก่อนถึงจะกลับมากระทำการได้อีกครั้ง ซึ่งต่อมา องค์กรระหว่างประเทศอย่าง International Academies of Science Commission ก็ออกมายอมรับถึงความเป็นไปได้ในการตัดต่อพันธุกรรมของมนุษย์ในอนาคตและตอกย้ำถึงความจำเป็นในการวางกรอบหลักการอย่างรอบคอบสำหรับอนาคต ดังนั้น คำถามของการตัดต่อพันธุกรรมนั้นจึงไม่ใช่ว่ามันควรเกิดขึ้นหรือไม่ แต่เป็นว่ามันจะเกิดขึ้นเมื่อไหร่และอย่างไรเสียมากกว่า

 

---

 

Part Seven : The Moral Questions

 

Thought Experiments

การหาแนวทางที่เหมาะสมในการประยุกต์ใช้กระบวนการตัดต่อพันธุกรรมให้กับมนุษย์นั้นถือเป็นโจทย์ที่ท้าทายและมีความซับซ้อนมากๆ ผู้เขียนจึงได้เชิญชวนให้ทุกคนลองตั้งคำถามจากการทดลองทางความคิดที่เต็มไปด้วยคำถามมากมาย อาทิ มนุษย์ควรขีดเส้นการตัดต่อพันธุกรรมไว้ที่จุดไหน ? เฉพาะการรักษาโรคทางพันธุกรรมที่มีผลร้ายอย่างรุนแรงเท่านั้น ? หรือจริงๆแล้วก็ยังสามารถใช้ในการเสริมศักยภาพของมนุษย์ในการป้องกันเชื้อโรคและไวรัสด้วย ? ซึ่งถ้าเสริมสมรรถภาพของมนุษย์ได้ การเสริมศักยภาพที่เหนือกว่ามนุษย์ทั่วไปนั้นเป็นเรื่องที่ควรทำหรือไม่ ?

โดยหากยกตัวอย่างเป็นการรักษาอาการหูหนวกทึ่คนในสังคมทั่วไปมองว่าเป็นความพิการ การตัดต่อพันธุกรรมของ embryo ที่หูหนวกให้กลายเป็นได้ยินปกตินั้นคงถือเป็นเรื่องที่ยอมรับได้ในสังคมทั่วไป แต่หากสมมุติว่าพ่อแม่ของเด็กเป็นคนหูหนวกและอยากให้ลูกหูหนวกด้วย การที่พ่อแม่ขอให้คุณหมอช่วยตัดต่อพันธุกรรมลูกที่ปกติให้กลายเป็นหูหนวกนั้นถือเป็นเรื่องที่ผิดหลักจริยธรรมหรือไม่ ? และหากโลกปราศจากผู้พิการจริงๆ โลกของเราอาจขาดความคิดสร้างสรรค์และความหลากหลายที่ช่วยสร้างให้โลกสวยงามหรือไม่ ? เหมือนกรณีที่การรักษาโรคโปลิโอที่หากเกิดขึ้นก่อนหน้าได้ 100 ปีก็อาจทำให้สหรัฐอเมริกาไม่มีประธานาธิบดี Franklin D. Roosevelt ที่ถือเป็นประธานาธิบดีที่ดีที่สุดคนหนึ่งในประวัติศาสตร์หรือหากโลกนี้ปราศจากโรควิตกจริตก็อาจทำให้ Vincent van Gogh ไม่มีแรงบันดาลใจวาดภาพเขียนที่สวยงามก็เป็นได้

อีกตัวอย่างทางความคิดหนึ่งก็คือการเสริมศักยภาพของ embryo ทั้งความแข็งแรง สุขภาพที่ดี ความสูง ความทรงจำและอีกมากมายที่หากว่าเป็นเรื่องที่ทำได้แล้ว โลกของเราอาจเข้าสู่ยุคที่เด็กเกิดใหม่มีลักษณะเดียวกับ iPhone ที่ทุกๆปีจะมียีนใหม่ๆที่ดีกว่าเดิมมาให้พ่อแม่เลือกพันธุกรรมของลูกเสมอและเด็กรุ่นเก่าที่เกิดก่อนการอัพเดตก็จะตกรุ่นไปอย่างรวดเร็ว นอกจากนั้น วิถีชีวิตของผู้คนก็จะเปลี่ยนไปอย่างมากมาย อาทิ การแข่งขันกีฬาที่แต่เดิมวัดกันที่ทั้งพรสวรรค์ทางร่างกายและการฝึกฝนก็อาจเปลี่ยนมาวัดกันที่ยีนของใครแข็งแกร่งกว่ากันแทนซึ่งก็ไม่รู้จะยังสนุกหรือไม่ หรือ การเพิ่มความสูงของคนที่ต่างมองว่าความสูงเป็นเรื่องที่ดีกว่าก็อาจทำให้โลกต้องปรับบริบทต่างๆตามประชากรที่สูงขึ้น เช่น ที่นั่งบนเครื่องบินแบบ low cost ที่คงแคบเท่านี้ไม่ได้แล้ว

ความวุ่นวายที่จะตามมามากมายจากแค่ตัวอย่างความคิดข้างต้นนั้นก็แสดงให้เห็นถึงความจำเป็นในการวางระเบียบสังคมใหม่ในยุคที่การตัดต่อพันธุกรรมนั้นทำได้อย่างแพร่หลาย โดยมนุษย์จะต้องเลือกให้ได้ว่าการตัดต่อพันธุกรรมส่วนไหนนั้นมีประโยชน์ต่อสังคมอย่างแท้จริง อาทิ การกำจัดโรคร้าย การเพิ่มภูมิต้านทานโรคติดต่อ การรักษาความพิการที่ยอมรับได้ ไปจนถึง การพัฒนาสติปัญญาให้มนุษย์ก้าวหน้าขึ้นอีกขั้น

 

Who Should Decide?

คำถามสำคัญของการตัดต่อพันธุกรรมมนุษย์นั้นก็คือ “ใครควรเป็นผู้ตัดสินใจ?” ที่สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ฝั่งใหญ่ ได้แก่ การมอบการตัดสินใจทั้งหมดให้กับบุคคลแต่ละคนโดยมีกฎเกณฑ์ที่น้อยที่สุดกับการออกกฎระเบียบที่เข้มข้นเพื่อควบคุมให้การตัดต่อพันธุกรรมนั้นให้ประโยชน์สูงสุดต่อสังคม

แต่ความท้าทายของการตอบคำถามข้อนี้ก็คือบริบทของสังคมในปัจจุบันที่ตอนนี้ก็เต็มไปด้วยความไม่เท่าเทียม อาทิ พ่อแม่ร่ำรวยก็พร้อมส่งลูกไปเรียนที่โรงเรียนที่ดีกว่าอยู่แล้ว จนแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยในการบังคับพวกเขาไม่ให้ลงทุนเลือกยีนที่ดีที่สุดให้กับลูกๆ และการควบคุมเทคโนโลยีอย่างการตัดต่อพันธุกรรมนั้นคงเป็นไปได้ยากในระดับโลก อาทิ หากสหรัฐควบคุมเทคโนโลยีนี้ รัสเซียก็อาจเปิด genetic supermarket ให้ชาวต่างชาติบินมาใช้งานได้อย่างเต็มที่จนทำให้รัสเซียได้เปรียบในอุตสาหกรรมใหม่ ดังนั้น ทางออกที่สำคัญของมนุษย์ก็คือการแสวงหา “ค่านิยมร่วม” ที่คนส่วนใหญ่จะยอมรับได้และปฏิบัติตาม

Jennifer Doudna ได้ให้ความเห็นว่าการตัดต่อพันธุกรรมของยีนที่ผิดปกติโดยไม่มีแนวทางการรักษาอื่นนั้นเป็นสิ่งที่ควรทำตามหลักจริยธรรม แต่การต่อเติมเสริมศักยภาพให้กับมนุษย์โดยไม่มีความจำเป็นทางการแพทย์นั้นเป็นเรื่องที่เสี่ยงต่อเสถียรภาพและความเท่าเทียมกันทางสังคมเป็นอย่างมากจนเธอยังไม่เห็นด้วยในตอนนี้

 

---

 

Part Eight : Coronavirus

 

Call to Arms

ภัยอันตรายของไวรัส SARS-CoV-2 ที่นำไปสู่การแพร่ระบาดของโรค COVID-19 ได้รับการรับรู้อย่างทั่วถึงในช่วงต้นปี 2000 โดยที่ไวรัสที่มีรหัสพันธุกรรม RNA เพียงแค่เกือบ 30,000 รหัสสายพันธุ์นี้มีความสามารถในการสร้าง protein ลักษณะเหมือนหนามที่ทำให้มันสามารถเกาะติดกับ protein ของเซลล์มนุษย์ได้ง่ายและแพร่กระจายได้อย่างรวดเร็ว (ชื่อ “corona” นั้นสื่อถึงลักษณะของไวรัสที่มีหนามรับตัวคล้ายกับ “มงกุฎ“)

ภายในเวลาอันรวดเร็ว Jennifer Doudna ที่ทำหน้าที่เป็นผู้อำนวยการของศูนย์วิจัยร่วมระหว่าง UC Berkeley และ University of California ก็ได้เร่งระดมพลทีมนักวิทยาศาสตร์เพื่อหาทางรับมือกับการแพร่ระบาดของเชื้อไวรัส COVID-19 นี้ โดยแบ่งทีมงานออกเป็นโครงการต่างๆโดยที่โครงการที่เร่งด่วนที่สุดก็คือกระบวนการตรวจเชื้อในห้องทดลองที่อาศัยการเก็บตัวอย่างเชื้อจากจมูกมาคัดแยก RNA ของไวรัสและผ่านกระบวนการเพิ่มเชื้อเพื่อให้มีปริมาณมากพอที่จะตรวจจับได้ ซึ่งทีมงานของ Jennifer Doudna ก็ใช้เวลาประมาณหนึ่งเดือนเซ็ตอัพกระบวนการตรวจเชื้อให้กับชาวเมือง Berkeley ได้สำเร็จ

 

Coronavirus Tests

การดัดแปลงระบบ CRISPR และ Cas enzyme มาใช้ในการตรวจโรคนั้นเกิดขึ้นมาตั้งแต่ปี 2017 เริ่มจาก Janice Chen และ Lucas Harrington จากห้องทดลองของ Jennifer Doudna ที่ค้นพบการทำงานแปลกๆของ Cas12 ที่หลังจากที่มันตัด DNA สำเร็จแล้วมันยังทำงานตัดต่อ DNA ที่อยู่รอบข้างอย่างต่อเนื่อง ซึ่งวิถีธรรมชาติของ Cas12 นั้นก่อให้เกิดไอเดียในการนำเอา Cas12 พ่วงไปกับโมเลกุล reporter ที่หากโดนตัดแล้วจะสามารถส่งสัญญาณเรืองแสงออกมาได้ ซึ่งทำให้หาก Cas12 ทำการตัด DNA รหัสของไวรัสที่ถูกโปรแกรมไว้ก็จะทำให้ reporter ส่งสัญญาณเรืองแสงขึ้นซึ่งสื่อถึงการตรวจเจอไวรัสชนิดนั้น (เพราะถ้าไม่มีไวรัส Cas12 ก็จะไม่ทำการตัดต่อใดๆ) ซึ่งต่อมาห้องทดลองของ Feng Zhang ก็คิดค้นระบบคล้ายๆกันด้วย Cas13 ที่ใช้ในการตัด RNA แทน โดยทั้งสองห้องทดลองก็ทำการจัดตั้งบริษัทของตัวเองในทันทีเพื่อพัฒนาระบบการตรวจสอบไวรัสนี้ที่มีความแม่นยำ ไม่ซับซ้อนและรวดเร็ว

หลังจากการแพร่ระบาดของ COVID-19 ได้ไม่นาน ทั้งสองทีมก็เร่งพัฒนากระบวนการตรวจเชื้อไวรัส COVID-19 นี้ในทันทีและก็ใช้เวลาไม่นานมากก็สามารถสร้างระบบ CRISPR-Cas12 และ CRISPR-Cas13 รวมถึงระบบแบบลูกผสมที่ต่างก็มีความแม่นยำกว่าการตรวจแบบ antigen test ที่เป็นการตรวจจับ protein ที่มักใช้ได้ผลตอนผู้ป่วยมีเชื้อโรคมากพอแล้ว และรวดเร็วกว่าการตรวจแบบ PCR ที่มีกระบวนการซับซ้อนกว่า โดยทั้งสองบริษัทยังเล็งเห็นแนวทางการประยุกต์ใช้ระบบการตรวจโรคด้วย CRISPR-Cas ในการตรวจเชื้อไวรัสชนิดอื่นๆอีกมากมายในอนาคคที่สามารถทำได้เองที่บ้านของทุกคน

 

Vaccines

มหากาพย์การสู้รบระหว่างมนุษย์กับไวรัส COVID-19 มีศึกสำคัญที่สุดก็คือศึกการคิดค้นวัคซีนในอัตราเร่ง ซึ่งศึกครั้งนี้ก็นำมาสู่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีวัคซีนครั้งใหญ่ที่อาจสามารถปกป้องมนุษย์จากการแพร่ระบาดของเชื้อไวรัสที่ร้ายแรงแบบนี้ให้ไม่เกิดขึ้นอีกได้ตลอดไป โดยกระบวนการคิดค้นวัคซีนแบบดั้งเดิมมักใช้วิธีการฉีดเชื้อไวรัสที่อ่อนแอหรือตายแล้วหรือชิ้นส่วนของเชื้อไวรัสเช้าไปยังร่างกายของมนุษย์โดยไม่มีอันตรายเท่าเชื้อไวรัสที่แข็งแรงเพื่อกระตุ้นให้ร่างกายของไวรัสสร้าง antibodies เพื่อเสริมระบบภูมิคุ้มกันให้พร้อมจัดการกับเชื้อไวรัสชนิดนั้นๆในอนาคต ซึ่งวิธีการผลิตวัคซีนแบบนี้ก็ถูกใช้กับ COVID-19 โดยบริษัทอย่าง Sinovac

เทคโนโลยีวัคซีนที่เริ่มมีพัฒนาการมากขึ้นล้วนเกี่ยวข้องกับพันธุศาสตร์ โดยเทคโนโลยีหนึ่งก็คือการตัดต่อพันธุกรรมของไวรัสชนิดที่มีความปลอดภัยเพื่อฉีดเข้าไปทำกระบวนการสร้างภูมิต้านทานซึ่งก็ถือเป็นเทคโนโลยีที่ AstraZeneca จับมือกับ Oxford University ในการผลิตไวรัสที่ถูกตัดต่อยีนให้สามารถผลิต protein ส่วนหนามของไวรัส COVID-19 ได้เพื่อฉีดเข้าไปในร่างกายของมนุษย์และให้ไวรัสนำทางเข้าไปยังเซลล์เพื่อสร้างหนาม protein นี้ที่กระตุ้นให้เกิดการสร้าง antibodies ที่ตรงจุดแม่นยำกว่าเทคโนโลยีแบบเชื้อตายข้างบนได้

แต่เทคโนโลยีที่พิสูจน์ว่าได้ผลดีที่สุดก็คือวัคซีนชนิด mRNA ของบริษัทอย่าง Moderna และ BioNTech ที่จับมือกับ Pzifer ที่อาศัยการสร้าง messenger RNA ที่มีรหัสพันธุกรรมที่สามารถสั่งการสร้าง protein รูปหนามของไวรัส COVID-19 ภายในเซลล์มนุษย์ได้ซึ่งมีความแม่นยำและประสิทธิภาพสูงสุดในการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย ซึ่งวัคซีนแบบ mRNA นี้ก็สามารถผลิตได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องพึ่งการบ่มเพาะไวรัสและสามารถโปรแกรมตามชนิดของไวรัสที่อาจจะเกิดขึ้นในอนาคตได้ (จริงๆมีวัคซีนที่ฉีด DNA ที่ทำงานลักษณะเดียวกันได้ด้วย แต่วัคซีนชนิดนี้ต้องเข้าไปถึง nucleus ของเซลล์ที่ยากมากๆที่ต้องใช้การช็อตไฟฟ้าตอนฉีดวัคซีนจนทำให้ไม่เป็นที่นิยม)

 

ภาพจำลองการทำงานของวัคซีน mRNA (source: Genome)

 

CRISPR Cures

ถึงแม้ว่าวัคซีนจะได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายและมีประสิทธิภาพ แต่การรักษาโรคด้วยวัคซีนนั้นก็ยังถือเป็นการรักษาทางอ้อมที่ใช้วิธีการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันให้ทำงานกำจัดเชื้อไวรัสที่บางครั้งก็ไม่ได้ผลเสมอไปและมีความไม่แน่นอนอยู่ ดังนั้น ทีมนักวิทยาศาสตร์จากทั้งฝั่งของ Jennifer Doudna และ Feng Zhang จึงต่างศึกษาพัฒนาการใช้ระบบ CRISPR ในการฆ่าไวรัสในลักษณะเดียวกับการทำงานตามธรรมชาติของระบบ CRISPR ที่ใช้ฆ่าไวรัสในแบคทีเรีย ซึ่งระบบที่ดูเหมือนจะมีประสิทธิภาพที่สุดก็คือ CRISPR-Cas13 ที่สามารถเล็งเป้าไปจัดการ RNA ของไวรัสชนิดต่างๆได้ซึ่งสามารถโปรแกรมไปที่ส่วนของ RNA ที่มักไม่มีการวิวัฒนาการเพิ่มเติมเพื่อคงประสิทธิภาพในกรณีที่ไวรัสมีการกลายพันธุ์ได้อีกด้วย แต่ความท้าทายของระบบนี้ก็อยู่ที่การนำเอา CRISPR-Cas13 เข้าไปยังเซลล์ที่นักวิทยาศาสตร์ก็กำลังทดลองหลายๆทางอยู่

 

The Nobel Prize

ในท้ายที่สุด Jennifer Doudna และ Emmanuelle Charpentier ก็ได้รับมอบรางวัลที่ทรงเกียรติที่สุดในวงการวิทยาศาสตร์อย่าง Nobel Prize สาขาเคมีในปี 2020 ซึ่งเป็นการส่งสัญญาณความก้าวหน้าของวงการวิทยาศาสตร์ในหลากหลายด้าน ทั้ง การมอบรางวัลที่ค่อนข้างรวดเร็วหลังจากการค้นพบเพียงแค่ 8 ปีที่แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของ life science ที่จะมีบทบาทมากขึ้นเรื่อยๆในอนาคต ไปจนถึง การมอบรางวัลแก่นักวิทยาศาสตร์หญิงสองคนในสาขาที่แต่เดิมมีนักวิทยาศาสตร์หญิงได้รางวัลเพียงแค่ 5 จาก 184 คน (หนึ่งในนั้นคือ Marie Curie ในปี 1911) ซึ่งสามารถสร้างแรงบันดาลใจให้ผู้หญิงเข้าสู่วงการวิทยาศาสตร์ได้มากขึ้นเหมือนกับที่ Rosalind Franklin สร้างแรงบันดาลใจให้กับ Jennifer Doudna ในวัยเด็ก

การแพร่ระบาดของเชื้อไวรัส COVID-19 นั้นยังเป็นตัวเร่งให้วงการวิทยาศาสตร์หันมาให้ความร่วมมือกันอย่างเปิดกว้างมากยิ่งขึ้นโดยมี Jennifer Doudna และ Feng Zhang เป็นผู้ผลักดันความร่วมมือของเหล่านักวิทยาศาสตร์ในหลากหลายวิชาให้มารวมตัวกันแบ่งปันความรู้เพื่อแก้ปัญหาให้กับมนุษยชาติ เพราะนักวิทยาศาสตร์ที่ยอดเยี่ยมนั้นไม่ได้มีเป้าหมายหลักเป็นเงินหรือชื่อเสียง แต่ต่างก็ได้รับแรงผลักดันจาก “ความสงสัยใคร่รู้” ในการไขปริศนากลไกของธรรมชาติและนำเอาการค้นพบเหล่านั้นไปเปลี่ยนแปลงโลกให้ดีขึ้น

 

Jennifer Doudna และ Emmanuelle Charpentier (source: The Economists)

 

<<< ติดตาม [สรุปหนังสือ] เล่มอื่นๆต่อได้ทางนี้เลยครับ [CLICK] >>>

 

<<< ที่สำคัญ อย่าลืมกดไลค์ Panasm’s Facebook Page เพื่อติดตามอัพเดทใหม่ๆของผมนะครับ [CLICK] >>>

 

<<< ปิดท้าย สิ่งที่ผมทำสรุปมานั้นเป็นเพียงแค่เนื้อหาส่วนที่ผมสนใจที่สุดของหนังสือเล่มนี้ สำหรับเพื่อนๆที่ถูกใจสรุปของหนังสือเล่มนี้ อย่าลืมซื้อหนังสือเล่มเต็มและอุดหนุนผู้เขียนกันด้วยนะครับ ขอบคุณที่ติดตามครับผม >>>