05 เม.ย. 2564 | 18:29 น.
เอ็มมานูเอล ชาร์เพนทิเยร์ - เจนนิเฟอร์ เดาด์นา: โนเบลหญิงคู่ผู้ค้นพบ ‘กรรไกรพันธุกรรม’ ที่จะทำให้สิ่งมีชีวิตไม่เหมือนเดิมอีกต่อไป
“เพราะเราเป็นมนุษย์ เราจึงไม่สมบูรณ์แบบ” อาจไม่ใช่ประโยคข้ออ้างที่ดีอีกต่อไป เมื่อวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเข้าใกล้การทำให้สิ่งมีชีวิตไร้ข้อบกพร่องเข้าไปทุกขณะ โดยเฉพาะการค้นพบของ ดร.เอ็มมานูเอล ชาร์เพนทิเยร์ และ ดร.เจนนิเฟอร์ เดาด์นา สองนักวิจัยผู้คว้ารางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี ค.ศ. 2020
ดร.ชาร์เพนทิเยร์ และดร.เดาด์นา ร่วมกันค้นคว้าเทคโนโลยีตัดต่อพันธุกรรมที่มีความรวดเร็วแม่นยำสูง ทว่ามีวิธีการทำงานเรียบง่ายและใช้ทุนต่ำ แถมยังเป็นเทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน โดยมีผู้ขนานนามให้เป็น ‘กรรไกรพันธุกรรม’ ด้วยวิธี CRISPR-Cas9 (คริสเปอร์-แคสไนน์)
CRISPR-Cas9 พัฒนามาจากระบบตัดต่อพันธุกรรมตามธรรมชาติของเชื้อแบคทีเรีย สเตรปโตค็อกคัส ไพโอจีนัส (Streptococcus pyogenes) ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคไข้อีดำอีแดง (Scarlet fever) และโรคอื่น ๆ อีกมากมาย
คำว่า CRISPR ย่อมาจาก Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats หรือลำดับเบสของสารพันธุกรรม (DNA) ในแบคทีเรียที่เรียงตัวกันซ้ำ ๆ และเป็นที่เก็บกักชิ้นส่วน DNA ของเชื้อไวรัสที่เคยบุกโจมตี แต่ถูกทำลายด้วย ‘กรรไกร’ อันแหลมคมจากระบบภูมิคุ้มกันของแบคทีเรีย
ส่วน Cas9 ย่อมาจาก Crispr-associated protein 9 เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่คล้ายอาวุธสำหรับใช้โจมตีเชื้อไวรัสผู้บุกรุกซึ่งมี DNA ตรงกับไวรัสที่เคยถูกฆ่าและตัดชิ้นส่วนมาเก็บไว้ใน CRISPR
ระบบการทำงานของ CRISPR-Cas9 จะทำลายไวรัสผู้บุกรุกด้วยการตัดเฉือน DNA ของไวรัสออกเป็นชิ้น ๆ และเป็นที่มาของฉายา ‘กรรไกรพันธุกรรม’ (genetic scissors)
ประวัติการค้นพบ
การค้นพบนี้เริ่มต้นด้วยความบังเอิญระหว่างที่ ดร.ชาร์เพนทิเยร์ นักจุลชีววิทยาชาวฝรั่งเศส ใช้เวลาหลายปีศึกษาชีวิตของแบคทีเรีย สเตรปโตค็อกคัส ไพโอจีนัส เพื่อหาทางรักษาโรคที่มีเชื้อชนิดนี้เป็นพาหะ ก่อนจะสังเกตเห็นการโจมตีไวรัสด้วยการสร้างกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) ขึ้นมาจากข้อมูลเดิมของชิ้นส่วนไวรัสที่เก็บไว้
ก่อนหน้านั้นในทศวรรษ 1980s - ต้นทศวรรษ 2000s มีนักวิจัยหลายคนเคยศึกษาค้นพบ CRISPR รวมถึงชิ้นส่วนไวรัสที่ถูกเก็บกักไว้ตรงนั้นมาแล้ว แต่ยังไม่มีใครเข้าใจว่ามันทำงานอย่างไร จนกระทั่ง ดร.ชาร์เพนทิเยร์ พบการส่งต่อข้อมูลจาก CRISPR เพื่อสร้างระบบภูมิคุ้มกันของแบคทีเรียตัวนั้นขึ้นมา
ดร.ชาร์เพนทิเยร์ซึ่งทำงานให้กับสถาบันมักซ์พลังก์ด้านชีววิทยาการติดเชื้อ (Max Planck Unit for the Science of Pathogens) ในกรุงเบอร์ลิน ประเทศเยอรมนี เขียนรายงานการค้นพบนี้เผยแพร่ในปี 2011 และทราบดีว่า เธอต้องร่วมมือกับผู้เชี่ยวชาญด้าน RNA เพื่อค้นคว้าวิจัยเพิ่มเติม จึงเป็นที่มาของการจับมือกับ ดร.เดาด์นา ศึกษาเรื่องนี้ร่วมกัน
ดร.เดาน์นา สอนอยู่ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐแคลิฟอร์เนีย วิทยาเขตเบิร์กลีย์ (UC, Berkeley) ในสหรัฐอเมริกา เธอไม่เคยรู้จักคำว่า CRISPR มาก่อน จนกระทั่งปี 2006 เพื่อนนักวิจัยในมหาวิทยาลัยเดียวกันนำความรู้นี้มาให้ โดยก่อนหน้านั้นเธอศึกษาการสร้างโมเลกุล RNA ของแบคทีเรียเพื่อวัตถุประสงค์อื่น อาทิ เพื่อการรับรู้สิ่งแวดล้อมรอบตัวของมันและหยุดการทำงานของยีนบางตัวโดยเฉพาะ
ดร.เดาน์นา และดร.ชาร์เพนทิเยร์ พบกันที่คาเฟ่แห่งหนึ่งในประเทศเปอร์โตริโก ระหว่างที่ทั้งคู่เดินทางไปเข้าร่วมการประชุมทางวิทยาศาสตร์ที่นั่นในปี 2011 และตัดสินใจจับมือกันทันทีเพื่อทำความเข้าใจการทำงานของ CRISPR ให้ดียิ่งขึ้น
หลังจากนั้นไม่นาน ทั้งคู่ค้นพบว่า พวกเธออาจควบคุมการทำงานของโมเลกุล RNA เพื่อค้นหาและตัดแต่งชิ้นส่วนของ DNA ที่เป็นเป้าหมายได้ ซึ่งต่อมาพวกเธอสามารถพัฒนาวิธีสังเคราะห์ชิ้นส่วน RNA ที่ทำงานลักษณะนั้นได้จริง และที่สำคัญ มันใช้งานได้กับยีนทุกชนิด ไม่เฉพาะแค่ยีนของเชื้อไวรัสเท่านั้น
ปัญหาสิทธิบัตร
นักวิจัยทั้งสองเขียนรายงานการค้นพบครั้งสำคัญนี้ออกเผยแพร่ในปี 2012 แต่ต้องรออีกนานหลายปีกว่าจะได้รับการยอมรับและถูกเสนอชื่อเข้าชิงรางวัลโนเบล เนื่องจากปัญหาการต่อสู้แย่งชิงสิทธิบัตรในนวัตกรรมดังกล่าว
ในปี 2012 เฟง จาง (Feng Zhang) นักวิจัยของสถาบันบรอด (Broad Institute) แห่งมหาวิทยาลัย MIT และฮาร์วาร์ด ได้ตีพิมพ์ผลการค้นพบวิธีตัดแต่งพันธุกรรมแบบ CRISPR และพยายามอ้างกรรมสิทธิ์นี้เช่นกัน ทำให้สถาบันบรอด และ UC เบิร์กลีย์ ที่ดร.เดาน์นา และดร.ชาร์เพนทิเยร์สังกัด เกิดข้อพิพาททางกฎหมาย และต้องให้ศาลช่วยตัดสิน
แม้ต่อมาสถาบันบรอดจะชนะการต่อสู้ในหลายคดี แต่ปัญหาสิทธิบัตรนี้ก็ยังไม่จบ จนสุดท้ายคณะกรรมการพิจารณารางวัลโนเบลในสวีเดน ทนรอไม่ไหวจึงประกาศให้ ดร.ชาร์เพนทิเยร์ และดร.เดาน์นา คว้ารางวัลอันทรงเกียรติไปครอง กลายเป็นสตรีคนที่ 6 และ 7 ในประวัติศาสตร์ที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีนับตั้งแต่เริ่มมีการมอบรางวัลในปี 1901 และเป็นสตรีคู่แรกที่ได้รับรางวัลนี้จากการทำงานร่วมกัน
ดร.เอ็มมานูเอล ชาร์เพนทิเยร์ (Emmanuelle Charpentier) เกิดวันที่ 11 ธันวาคม ปี 1968 ในเมืองฌูวิซี เซอร์ ออร์จ ชานกรุงปารีส ของฝรั่งเศส เธอจบปริญญาเอกจากสถาบันปาสเตอร์ ในกรุงปารีส ด้วยผลงานวิจัยกลไกระดับโมเลกุลที่เกี่ยวกับการดื้อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรีย ก่อนร่วมทำงานวิจัยให้กับสถาบันวิทยาศาสตร์ในหลายประเทศ ทั้งสหรัฐฯ, ออสเตรีย, สวีเดน, เยอรมนี และประเทศบ้านเกิดของตนเอง
ส่วน ดร.เจนนิเฟอร์ เดาด์นา (Jennifer A. Doudna) เกิดวันที่ 19 กุมภาพันธ์ ปี 1964 ที่กรุงวอชิงตัน ดี.ซี. ประเทศสหรัฐอเมริกา ชีวิตวัยเด็กของเธอเติบโตมาบนเกาะฮาวาย กลางมหาสมุทรแปซิฟิก ก่อนไปจบปริญญาเอกจากคณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ด้วยงานวิจัยการทำงานของ RNA และมาเป็นอาจารย์ควบนักวิจัยที่ UC เบิร์กลีย์ ในที่สุด
ปฏิวัติวงการวิจัย
การค้นพบวิธีตัดต่อพันธุกรรมแบบ CRISPR-Cas9 ของทั้งคู่ ถูกยกย่องให้เป็นการปฏิวัติวงการชีววิทยาศาสตร์ (life science) เนื่องจากตั้งแต่ทั้งคู่เปิดเผยกุญแจไขรหัสลับสิ่งมีชีวิตออกมา ‘กรรไกรพันธุกรรม’ ที่ชื่อ CRISPR-Cas9 ได้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในการวิจัยเพื่อเปลี่ยนแปลง DNA ของจุลินทรีย์ทั้งพืชและสัตว์ รวมถึงมนุษย์
“เทคโนโลยีนี้มีผลกระทบระดับปฏิวัติวงการชีววิทยาศาสตร์ กำลังทำให้เกิดการบำบัดรักษาโรคมะเร็งในแบบใหม่ และอาจทำให้ความฝันของการเยียวยาโรคทางพันธุกรรมต่าง ๆ กลายเป็นความจริง” แถลงการณ์รางวัลโนเบลสาขาเคมี ปี 2020 ระบุ
กรรไกรพันธุกรรมมีส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดการค้นพบมากมายทั้งในการวิจัยขั้นพื้นฐาน และการคิดค้นยารักษาโรค นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มความหวังในการรักษาโรคร้าย และเริ่มทดลองใช้เพื่อหาทางป้องกันโรคทางพันธุกรรม อาทิ โรคโลหิตจางจากโรคเม็ดเลือดแดงรูปเคียว (sickle cell disease) และโรคตาบอดที่เกิดจากกรรมพันธุ์
นอกจากนี้ยังถูกนำไปใช้วิจัยเพื่อพัฒนาพันธุ์พืชใหม่ ๆ หรือแม้แต่พยายามใช้เพื่อชุบชีวิตสปีชีส์ของสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์แล้วให้ฟื้นคืนชีพกลับมาอีกครั้ง
คำถามจริยธรรม
อย่างไรก็ตาม ความก้าวล้ำนำธรรมชาตินี้อาจเป็นดาบสองคม และทำให้หลายคนตั้งคำถามเชิงจริยธรรมและปรัชญาตามมา
หนึ่งในประเด็นที่ถกเถียงกันมากที่สุด คือ การนำมาใช้ตัดต่อพันธุกรรมของมนุษย์ โดยในปี 2018 นักวิทยาศาสตร์จีนชื่อ เหอ เจียนขุ่ย (He Jiankui) ออกมาประกาศว่า เขาสามารถนำเทคโนโลยี CRISPR มาตัดต่อยีนตัวอ่อนทารกได้สำเร็จเป็นครั้งแรก
แม้เหอจะอ้างเจตนาดีในการทดลองนี้ว่า ทำไปเพื่อป้องกันการแพร่เชื้อเอชไอวี ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคเอดส์จากแม่สู่ลูก แต่เขาก็โดนวิจารณ์จากประชาคมโลกว่าไร้ความรับผิดชอบและอันตราย แถมยังโดนรัฐบาลจีนลงโทษปรับและจำคุก 3 ปี ฐานละเมิดคำสั่งห้ามทดลองกับตัวอ่อนมนุษย์
CRISPR-Cas9 ช่วยให้นักวิจัยสามารถตัดชิ้นส่วนที่ไม่ต้องการในชุดข้อมูลพันธุกรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิต (จีโนม) ทิ้งไป และยังสามารถแทนที่ส่วนที่หายไปด้วยชิ้นส่วน DNA ใหม่ตามต้องการ โดยเทคโนโลยีนี้ประกอบด้วย 2 ส่วนสำคัญ คือ โมเลกุลเดี่ยวของ RNA ที่ใช้ล็อกเป้าหมาย และโปรตีน Cas9 สำหรับเป็นกรรไกรตัดยีนเป้าหมายทิ้งไป
ด้วยเหตุนี้หากพัฒนาถึงขีดสุดและนำมาใช้กับมนุษย์ นอกจากนักวิทยาศาสตร์จะสามารถตัดยีนด้อยในส่วนที่จะทำให้มนุษย์เกิดโรคต่าง ๆ ทางพันธุกรรมออกไปแล้ว ยังสามารถนำมาใช้สร้าง ‘ทารกต้นแบบ’ ให้มีรูปร่าง สีผิว หน้าตา หรืออาจรวมถึงนิสัยและสติปัญญาตามที่นักวิทยาศาสตร์ต้องการได้อีกด้วย
จุดนี้เองที่ทำให้หลายคนกังวลว่าอาจก่อให้เกิดปัญหาตามมา ไม่ว่าจะเป็นการเพิ่มช่องว่างทางสังคม เพราะผู้มีฐานะดีจะมีโอกาสเข้าถึงเทคโนโลยีนี้ได้มากกว่าคนยากจน และอาจลดความหลากหลายทางกายภาพและชีวภาพ ซึ่งเป็นเสน่ห์ที่ธรรมชาติสร้างไว้
“การหาคำตอบว่าเราควรจะตัดต่อยีนของเราหรือไม่และเมื่อใด จะเป็นหนึ่งในคำถามตามมาที่เกิดขึ้นมากที่สุดในศตวรรษที่ 21” วอลเตอร์ ไอแซคสัน นักเขียนเจ้าของหนังสือประวัติชีวิต ดร.เดาด์นา และความเป็นมาของการตัดต่อพันธุกรรม ชื่อ The Code Breaker กล่าว
อนาคตที่เปลี่ยนไป
แม้ทั้ง ดร.เดาด์นา และดร.ชาร์เพนทิเยร์ จะตระหนักถึงอันตรายที่อาจเกิดจากเทคโนโลยีที่พวกเธอคิดค้นขึ้นมา และเคยออกมาเตือนให้มีการนำไปใช้ด้วยความรับผิดชอบต่อสังคมแล้ว แต่คงปฏิเสธไม่ได้ว่า ‘กรรไกรพันธุกรรม’ เล่มนี้ได้เข้ามาเปลี่ยนระเบียบใหม่ของงานวิจัยสิ่งมีชีวิตอย่างสิ้นเชิง
“ความก้าวหน้าครั้งใหญ่สามารถก่อให้เกิดการดิสรัปชัน (disruption) ครั้งใหญ่ตามมา เราจำเป็นต้องตัดสินใจว่าจะใช้มันอย่างไรในแบบที่ก่อให้เกิดความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริง” นิตา ฟาราฮานี ผู้เชี่ยวชาญด้านชีวจริยธรรม (bioethics) ของมหาวิทยาลัยดุ๊ก (Duke University) ในสหรัฐฯ กล่าวถึงเทคโนโลยี ‘กรรไกรพันธุกรรม’
ท่ามกลางกระแส disrupt ในแวดวงต่าง ๆ ดูเหมือนวงการชีววิทยาศาสตร์คงหนีไม่พ้นกระแสนี้เช่นกัน แต่ไม่ว่าการ disrupt ของ ‘กรรไกรพันธุกรรม’ ที่ชื่อ CRISPR-Cas9 จะทำให้เกิดคำถามตามมามากมายเพียงใด สิ่งที่เลี่ยงไม่ได้แน่ ๆ คือ อนาคตของสิ่งมีชีวิตบนโลกนี้จะไม่เหมือนเดิมอีกต่อไป
ไม่ว่าดีหรือร้าย บางทีเราอาจเข้าใกล้คำว่า ‘มนุษย์สมบูรณ์แบบ’ เข้าไปทุกขณะจาก ‘กรรไกรพันธุกรรม’ เล่มนี้ของ ดร.ชาร์เพนทิเยร์ และดร.เดาด์นา ก็เป็นได้
ข้อมูลอ้างอิง:
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/press-release/
https://www.bbc.com/news/science-environment-54432589
https://www.nytimes.com/2020/10/07/science/nobel-prize-chemistry-crispr.html
https://www.wsj.com/articles/nobel-prize-in-chemistry-is-awarded-to-two-women-11602064555
https://medlineplus.gov/genetics/understanding/genomicresearch/genomeediting/
https://www.washingtonpost.com/outlook/the-fierce-scientific-rivalry-over-a-powerful-gene-editing-technology/2021/03/11/9bf3a7ba-7484-11eb-948d-19472e683521_story.html
