ขั้นนำ
เทคโนโลยีแก้ไขจีโนม (Genome Editing) เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่นักวิทยาศาสตร์สามารถเปลี่ยนแปลง DNA ของสิ่งมีชีวิตได้ – สามารถเพิ่ม ตัดออก หรือเปลี่ยนแปลงแทนที่ข้อมูลทางพันธุกรรม ณ ตำแหน่งเฉพาะได้ ซึ่งมีหลากหลายวิธีการ เช่น Meganucleases, Zinc Finger Nucleases (ZFNs), Transcription Activator-Like Effector-based Nucleases (TALEN) ซึ่งแอดมินบอกตามตรงไม่รู้หรอกว่าแต่ละแบบมีเอกลักษณ์เฉพาะอย่างไรบ้าง 5555
แต่ CRISPR เป็นวิธีที่แอดมินรู้จัก หรือมักเรียกพ่วงกับโปรตีนชนิดหนึ่งนามว่า “Cas9” เป็น CRISPR-Cas9 ซึ่งเป็นโปรตีนที่แบคทีเรียใช้รับมือ/สู้กับ DNA ไวรัส โดยความพิเศษของมันคือ “ตัด DNA” ได้ นั่นหมายถึงมันสามารถเปลี่ยนจีโนมของเซลล์ได้
หรืออาจกล่าวได้ว่า CRISPR-Cas9 เป็นระบบภูมิคุ้มกันทางพันธุกรรมอย่างหนึ่งที่ช่วยในการต่อต้านส่วนประกอบทางพันธุกรรมที่แปลกปลอมเข้าสู่เซลล์
เรียนรู้จากธรรมชาติ
เมื่อไวรัสโจมตีแบคทีเรียมันจะปลดปล่อย DNA เข้าสู่เซลล์แบคทีเรีย จากนั้นแบคทีเรียไม่รอช้า นำชิ้นส่วน DNA ของไวรัส (DNA segments หรือเรียกในชื่อเฉพาะว่า “CRISPR arrays” ใครเขียนโค้ดโปรแกรมจะคุ้นคำว่า array เป็นอย่างดี”) นำมาเรียนรู้ลำดับสารพันธุกรรม เมื่อไวรัสโจมตีระลอกต่อไปแบคทีเรียจะสร้าง RNA Segments จาก CRISPR arrays ที่จดจำไว้ก่อนหน้า ถ้ามันตรวจจับว่ามีคู่ลำดับสารพันธุกรรมแปลกปลอมเข้ามา แล้วรู้ว่าเป็นของไวรัสเจ้าเก่ามันจะหยิบมีดที่ชื่อว่า Cas9 ฟันสาย DNA ของไวรัสขาดสองท่อน ฉับ! (แบคทีเรีย หรือ AI เนี่ย -*-)
การสร้าง RNA ใช้สำหรับตรวจจับลำดับ DNA
เมื่อเข้าใจระบบการแก้ไขจีโนมของแบคทีเรียเพื่อต่อสู้กับไวรัส นักวิจัยจึงทดลองสร้าง RNA สายสั้น ๆ ผูกติดกับ Cas9 (เลียนแบบการสร้าง RNA Segments ของแบคทีเรีย) เพื่อช่วยในการระบุลำดับ DNA ได้อย่างเฉพาะเจาะจง (จริง ๆ ก็มีเอนไซม์โปรตีนอย่าง Cpf1 ที่สามารถทำหน้าที่เหมือนกับ Cas9 ได้ แต่ Cas9 เหมือนดาราครับ นักวิจัยนิยมใช้ซะเหลือเกิน) เมื่อ DNA ถูกตัดโดย gRNA ที่ผนวกการทำงานกับ Cas9 จากนั้นนักวิจัยก็อาศัยกลไกการซ่อมแซมตัวเองของเซลล์ในการเพิ่มหรือลบชิ้นส่วนของสารพันธุกรรม หรือแม้แต่เปลี่ยนตำแหน่งลำดับ DNA ใหม่ได้ (Customized DNA Sequence) เพราะในเมื่อเราตัดอย่างเจาะจงได้ การฟื้นฟู เพิ่ม ลบ เปลี่ยนตำแหน่งก็จะเป็นไปอย่างอัตโนมัติ
การแก้ไขจีโนมเพื่อป้องกันและรักษาโรคในมนุษย์
ปัจจุบันมีงานวิจัยกว่าพันชิ้นที่กล่าวถึงเทคนิค CRISPR เนื่องจากเป็นระบบที่นิยมใช้ในการแก้ไขจีโนมเป็นอย่างมาก ในปี ค.ศ. 2015 การใช้ CRISPR/Cas9-gRNA ถูกเลือกโดยสมาคมเพื่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์อเมริกัน (AAAS) ว่าเป็นเทคนิคยอดนิยมและมีศักยภาพในการควบคุมยีนของสิ่งมีชีวิตอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน รวมถึงมนุษย์
งานวิจัยส่วนใหญ่จะใช้ CRISPR เพื่อศึกษาทำความเข้าใจโรคโดยใช้เซลล์ของสัตว์ ขณะเดียวกันนักวิทยาศาสตร์ก็กำลังพิจารณาที่จะใช้เทคนิค CRISPR กับคนที่เป็นโรคทางพันธุกรรมโดยเฉพาะที่มีความผิดปกติของยีนเดี่ยว (Single-Gene Disorders) เช่น
- Cystic Fibrosis ซึ่งเป็นโรคทางพันธุกรรมที่ส่งผลให้สารคัดหลั่งของอวัยวะต่าง ๆ ในร่างกายเหนียวข้นขึ้น
- Hemophilia โรคเลือดไหลไม่หยุด
- Sickle-cell Disease (SCD) โรคเม็ดเลือดแดงรูปเคียว
หรือโรคทีเกิดจากความผิดปกติของยีนที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นอย่าง มะเร็ง โรคหัวใจ อาการป่วยทางจิตเวช และ HIV
จริยธรรมกับการแก้ไขจีโนม
เมื่อมนุษย์เราเริ่มที่จะควบคุมลำดับ DNA ได้ดั่งใจ แน่นอนว่าเรื่องเหล่านี้ย่อมมีการพิจารณาเกี่ยวกับจริยธรรมของการใช้เทคโนโลยี CRISPR ว่าเหมาะสมหรือไม่ ส่วนใหญ่แล้วการแก้ไขจีโนมจะถูกจำกัดให้ทำแค่ “เซลล์ร่างกาย” (Somatic Cells) เท่านั้น ซึ่งการทดลองในสัตว์จะส่งผลกระทบต่อเนื้อเยื่อบางอย่างที่ต้องการเท่านั้น แต่จะไม่ถูกส่งต่อจากรุ่นสู่รุ่น ส่วนการใช้เทคโนโลยี CRISPR กับเอ็มบริโอของสิ่งมีชีวิต (Embryo Genome Editing) ถือเป็นสิ่งผิดกฎหมายในหลายประเทศเนื่องจากข้อกังวลเกี่ยวกับจริยธรรมและความมั่นคง โดยเชื่อว่าจะช่วยเสริมสมรรถนะบางอย่างให้กับมนุษย์ เช่น ความสูง หรือสติปัญญา เป็นต้น
ในปี 2018 He Jiankui นักวิจัยชาวจีนใช้ CRISPR-Cas9 ในการแก้ไขจีโนมของเอ็มบริโอของเด็กแฝดโดยร่างกายสามารถต้านทาน HIV ได้ โดยเขากล่าวว่าหลังจากนั้นเอ็มบริโอเจริญเติบโตเป็นเด็กทารกที่มีสุขภาพดีนามว่า Lulu และ Nana แต่ตามรายงานของ CNN พบว่ายังไม่มีการยืนยันเรื่องราวดังกล่าว รวมทั้งโรงพยาบาลที่อนุมัติเอกสารจริยธรรมก็ปฏิเสธความเกี่ยวข้องดังกล่าว อย่างไรก็ตามชุมชนวิทยาศาสตร์ก็ยังคงติดตามเรื่องนี้อย่างใกล้ชิด
Mazhar Adli นักพันธุศาสตร์จากคณะแพทย์ศาสตร์ มหาวิทยาลัย Virginia School of Medicine กล่าวว่า
การจะป้องกันการติดเชื้อ HIV นั้น ทำได้โดยการลบยีน CCR5 ทิ้งไป แต่ยีนดังกล่าวไม่ได้มีหน้าที่ในการช่วยป้องกันการติดเชื้อ HIV เพียงอย่างเดียว เนื่องจาก CCR5 ยังมีส่วนช่วยในการทำงานของเซลล์เม็ดเลือดขาวอีกด้วย
นั่นนำไปสู่ข้อกังวลว่าหากทารกแฝด Lulu และ Nana มีตัวตนอยู่จริง ก็อาจจะประสบปัญหาสุขภาพจากโรคทั่วไปได้ในอนาคต เนื่องจากขาดยีน CCR5
ใครเป็นผู้ค้นพบ CRISPR
CRISPR เป็นเทคนิคการแก้ไขพันธุกรรมที่ค้นพบในช่วงเวลาใกล้ ๆ กันจากทั่วทุกมุมโลก ในช่วงต้นของการค้นพบไม่มีใครรู้และเข้าใจว่าอะไรคือ CRISPR จนกระทั่งกระบวนการดังกล่าวถูกนำมาพิจารณาร่วมกัน จึงพบว่าแต่ละที่แต่ละงานวิจัยที่ศึกษาบ่งชี้ว่ากระบวนการดังกล่าว คือ CRISPR
Zone 1 – ญี่ปุ่น
คำอธิบายแรกของสิ่งที่ภายหลังถูกเรียกว่า CRISPR เกิดขึ้นในปี 1987 เมื่อนักวิจัยชาวญี่ปุ่นนามว่า Yoshizumi Ishino และลูกศิษย์จากมหาวิทยาลัย Osaka บังเอิญโคลน (Clone) ลำดับ DNA ส่วนหนึ่งของ CRISPR กับยีนส่วนหนึ่งของเอนไซม์ Alkaline Phosphatase (CRISPR นอกจากจะเป็นชื่อวิธีการ ระบบการแก้ไขจีโนมแล้ว ชื่อยังแทนตัว DNA/RNA ส่วนหนึ่งอีกด้วย)
แต่ผลการโคลนไม่ได้เป็นตามที่หวัง เนื่องจากผลที่เกิดขึ้นกลับได้ DNA ที่มีกลุ่มลำดับเบสเรียงสับหว่างอย่างสม่ำเสมอ เพราะทีมวิจัยต้องการลำดับเบสที่สลับลำดับแตกต่างคละกันไป
ลำดับเบสที่หวัง = A 1 B 3 C 5 F 7
(ผมใช้ตัวเลขแทนเบสเพื่อให้เห็นภาพเฉยๆนะครับ)
ลำดับที่ได้จากการทดลอง A 1 B 1 C 1 F 1
(กลับมีกลุ่มเบส 1 แทรกห่างกันอย่างสม่ำเสมอซะงั้น)
โดยไม่รู้ว่าการแทรกลำดับของกลุ่มเบสที่ห่างช่วงซ้ำ ๆ คือ CRISPR
Zone 2 – เนเธอร์แลนด์
ในปี 1993 นักวิจัยกลุ่มหนึ่งศึกษาแบคทีเรียก่อโรคที่ชื่อว่า Mycobacterium tuberculosis ในประเทศเนเธอร์แลนด์ โดยเป็นแบคทีเรียที่เป็นสาเหตุของวัณโรค โดยได้ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับปัญหาที่พบ คือ
การถูกขัดจังหวะอันเนื่องมาจากการทำซ้ำของกลุ่มเบสในแบคทีเรีย
หรือประมาณว่า “ใครชอบมาแทรกขั้นตอนการศึกษา DNA ของข้า แถมมาช่วงห่างสม่ำเสมออีก!!!” ปี๊ด ๆ เลือดขึ้นหน้า
ถึงกระนั้นนักวิจัยก็ทราบว่าสายพันธุ์อื่น ๆ ของ M.tuberculosis ก็ถูกขัดจังหวะในลักษณะที่ต่างกันออกไป และใช้คุณสมบัติตรงนี้ในการออกแบบวิธีที่เรียกว่า “Spoligotyping” ซึ่งเป็นเทคนิคในการระบุและวิเคราะห์ความหลากหลายในหน่วยซ้ำบางตำแหน่งใน DNA แบคทีเรียและวิธีนี้ก็ยังใช้มาถึงปัจจุบัน
Zone 3 – สเปน
ในช่วงเวลาไล่เลี่ยกันนักจุลชีววิทยานามว่า Francisco Mojica และ Ruud Jansen จากมหาวิทยาลัย Alicante ประเทศสเปนได้ศึกษากระบวนการใกล้เคียงกันในสิ่งมีชีวิตจำพวก Archael สปีชีส์ Haloferax และ Haloarcula
การศึกษาของ Mojica พบการรบกวนของการทำซ้ำ (Interrupted Repeats) อีกกันเช่นกัน และได้ศึกษาสถานการณ์นี้อย่างจริงจัง พร้อมกับบัญญัติชื่อสถานการณ์น่าเวียนหัวนี้ว่า
CRISPR
ในวารสาร Scientific Literature ปี 2002 ในหัวข้อ
The discovery of CRISPR in archaea and bacteria
ทำให้โลกเริ่มรู้จักวิธีการ CRISPR ที่ภายหลังสามารถช่วยให้เราเพิ่ม ลด แทนที่จีโนมได้ดั่งใจ
