ฉบับที่ 221 อาหารจากการแก้ไขจีโนม ตอนที่ 1

        คนไทยหลายคนคงลืมแล้วว่า เมื่อไม่กี่ปีมานี้เรามีข่าวความกังวลของสังคมเกี่ยวกับ อาหารจีเอ็มโอ หรือที่มีคำเต็มว่า อาหารซึ่งได้จากสิ่งมีชีวิตที่ดัดแปรพันธุกรรม อย่างไรก็ดีในอนาคตอันใกล้คนไทยอาจได้เลิกกังวลเรื่องเกี่ยวกับอาหารจีเอ็มโอแล้ว เพราะกำลังจะมีอาหารในรูปแบบใหม่เข้ามาสร้างความกังวลในชีวิตเรา คือ gene edited food ซึ่งน่าจะแปลเป็นไทยว่า อาหารที่ถูกแก้ไขจีโนม (จีโนมเป็นคำเดียวกับคำว่า ยีน) 
        เว็บ www.businessinsider.com ได้ลงข่าวที่น่าสนใจเรื่อง We'll be eating the first Crispr'd foods within 5 years, according to a geneticist who helped invent the blockbuster gene-editing tool ในวันที่ 20 เมษายน 2019 ซึ่งเนื้อข่าวโดยสรุปคือ Jennifer Doudna แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย แห่งเมืองเบิร์กลีย์ ผู้เป็นหนึ่งในกลุ่มผู้พัฒนาระบบการแก้ไขจีโนมกล่าวว่า ภายในห้าปีข้างหน้าผลกระทบที่ชัดเจนของเท็คนิคการแก้ไขจีโนมต่อชีวิตประจำวันคนบนโลกนี้จะปรากฏในพืชผลของภาคเกษตรกรรม


 


         ความเป็นจริงแล้วสิ่งที่ Jennifer Doudna พูดนั้นได้เกิดขึ้นก่อนหน้าแล้ว โดยในวันที่ 20 มีนาคม 2019 เว็บ www.wired.com ได้ตีพิมพ์บทความเรื่อง The First Gene-Edited Food Is Now Being Served ซึ่งมีใจความว่า แม้ผู้บริโภคยังไม่สามารถหาซื้อน้ำมันจากถั่วเหลืองที่ได้รับการแก้ไขจีโนมเพื่อให้ถั่วนั้น ผลิตไขมันอิ่มตัวน้อยลงกว่าเดิมและมีไขมันทรานส์เป็นศูนย์ก็ตาม แต่ซีอีโอของบริษัท Calyxt ได้กล่าวว่า ผู้บริโภคชาวอเมริกันกำลังกินน้ำมันดังกล่าวอยู่แล้ว(โดยไม่รู้ตัว) จากร้านอาหารที่เป็นลูกค้าสั่งซื้อน้ำมันถั่วเหลืองจาก Calyxt โดยร้านอาหารเหล่านี้อยู่ในตะวันตกกลางของสหรัฐ (ได้แก่ นอร์ทดาโกตา เซาท์ดาโกตา เนบราสกา มินเนสโซตา ไอโอวา มิสซูรี วิสคอนซิน อิลลินอยส์ แคนซัส มิชิแกน อินเดียนา และโอไฮโอ) ซึ่งได้เริ่มใช้น้ำมันดังกล่าวแล้วในการทอดอาหาร ทำซอสปรุงรสและน้ำมันสลัดต่างๆ เพื่อบริการแก่ลูกค้า ประเด็นที่น่าสนใจคือ ผู้บริหารของ Calyxt นั้นกล่าวอย่างมั่นใจว่า ถั่วเหลืองที่ใช้ผลิตน้ำมันนั้นไม่ใช่จีเอ็มโอ
 
อาหารแก้ไขจีโนมคืออะไร 
        อาหารในลักษณะนี้ใช้หลักการการเปลี่ยนชนิดขององค์ประกอบ ส่วนใดส่วนหนึ่งของดีเอ็นเอ ซึ่งเป็นหน่วยพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตให้เป็นไปตามความต้องการของผู้ผลิต ซึ่งเมื่อทำสำเร็จแล้วการแสดงออกของสิ่งมีชีวิตซึ่งเป็นลักษณะที่เห็นได้ด้วยตา คือ ฟีโนไทป์ (phenotype) นั้นจะเปลี่ยนแปรไปตามที่หน่วยพันธุกรรมที่เปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น สีของสิ่งมีชีวิตนั้นอาจเปลี่ยนไปจากปรกติที่เคย แดงเป็นดำ ขาวเป็นเขียว โดยที่การเปลี่ยนแปรนั้นถ่ายทอดไปถึงลูกหลานด้วย 
        การแก้ไขจีโนมนั้นเป็นการใช้เทคนิคที่เรียกว่า Crispr/cas9(อ่านออกเสียงว่า คริสเปอร์/คาสไนน์) หรือเรียกสั้นๆ ว่า Crispr ซึ่งเป็นวิธีที่ดูแล้วน่าศรัทธามาก เพราะค่าใช้จ่ายถูกกว่าและสะดวกกว่าวิธีการผสมพันธุ์แบบดั้งเดิมซึ่งรวมถึงการผลิตพืชดัดแปรพันธุกรรม อีกทั้งกล่าวกันว่ามีความแม่นยำสูงในการทำให้สิ่งมีชีวิตกลายไปตามต้องการโดย(อาจ) ไม่ทิ้งร่องรอยอะไรไว้ให้ตรวจจับได้ 
        สิ่งที่สำคัญของเทคนิคนี้ประการแรกคือ ต้องรู้ตำแหน่งของจีโนมหรือยีนที่ต้องการแก้ไข จากนั้นต้องมีกระบวนการทำให้โปรตีนต่างๆ ที่ห่อหุ้ม DNA ของเซลล์สิ่งมีชีวิตเป้าหมาย ตรงตำแหน่งที่ต้องการแก้ไขหน่วยพันธุกรรมหลุดออกก่อน แล้วจึงทำให้ DNA คลายตัวจากการพันกันเป็นเกลียวเพื่อแยกเป็นอิสระจากกัน ซึ่งเป็นการเปิดทางให้องค์ประกอบของระบบเข้าไปดำเนินงานต่อ 
        ส่วนสำคัญที่เป็นหลักคือ ตัว Crispr (clusters of regularly interspaced short palindromic repeats.) ซึ่งเป็นกรดนิวคลิอิกชนิดที่เรียกว่า RNA ที่บางส่วนของสายมีการเรียงตัวของเบสหรือนิวคลิโอไทด์ที่สามารถประกบกับส่วนของ DNA ซึ่งเป็นจีโนม(ยีน) ที่ต้องการแก้ไข สำหรับองค์ประกอบส่วนที่สองของระบบนี้คือ cas9 ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีฤทธิ์เป็นเอ็นซัมที่สามารถตัดสาย DNA ออกได้เสมือนเป็นกรรไกรตรงตำแหน่งที่ RNA ได้ประกบไว้ ซึ่งเมื่อตัดเสร็จแล้วจะมีการนำชิ้นส่วนของ DNA (ซึ่งเป็นยีนที่สามารถแสดงออกซึ่งลักษณะที่ต้องการเปลี่ยน) ที่เตรียมขึ้นในห้องปฏิบัติการส่งเข้าไปแทนที่ DNA ส่วนที่ถูกตัดออกไป จากนั้นจึงใช้เอ็นซัม (ที่เรียกว่า DNA ligase) เชื่อมต่อให้ชิ้น DNA ใหม่ต่อเข้าได้กับส่วนของ DNA เดิมทั้งสาย และถ้าทุกขั้นตอนสำเร็จเซลล์นั้นจะมีหน่วยพันธุกรรมที่เปลี่ยนไป ซึ่งเมื่อถูกพัฒนาต่อก็จะเจริญเติบโตไปเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีการแสดงออกของฟีโนไทป์ใหม่ที่สามารถสืบต่อลักษณะใหม่นั้นในลูกหลานต่อไป 




        มีการนำเทคนิคของการแก้ไขจีโนมนี้มาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์ข้าวที่ปลูกในสหรัฐอเมริกา โดยหวังว่าจะได้พันธุ์ข้าวที่มีคุณภาพดีและได้ข้าวปริมาณสูง ซึ่งสามารถทนต่อผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศที่เพิ่มความเลวร้ายขึ้นเรื่อยๆ และได้รายงานผลการวิจัยในบทความเรื่อง CRISPR mediated genome engineering to develop climate smart rice: Challenges and opportunities ที่ปรากฏในวารสาร Seminars in Cell and Developmental Biology ในปี 2019 โดยการวิจัยนี้ได้วิเคราะห์ฟีโนไทป์ ซึ่งเป็นที่ต้องการและปัจจัยทางพันธุกรรมของข้าว แล้วนำมาใช้ในการพัฒนาความทนทานต่อความวิกฤตดังกล่าวที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศซึ่งเกิดขึ้นทั่วโลก 
        โดยปรกติแล้วพืชหลายชนิดที่ปลูกขึ้นเพื่อผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจนั้น มักอ่อนแอต่อการรุกรานจากไวรัส เห็นได้จากเมื่อปลูกไปไม่นานเท่าไรมักเกิดโรค เพราะไวรัสสามารถแทรกจีโนมของมันเข้าไปซ่อนในจีโนมของพืชนั้น แล้ววันหนึ่งเมื่อสภาวะภูมิอากาศแห้งแล้งได้ที่ ไวรัสที่ซ่อนอยู่ก็แสดงตัวออกฤทธิ์ได้ มีตัวอย่างงานวิจัยที่นักวิจัยของ International Institute of Tropical Agriculture ในเคนยาได้ใช้วิธีการแก้ไขจีโนมเพื่อตัด DNA ของไวรัสภายในจีโนมของกล้วยสายพันธุ์ Gonja Manjaya ออก  จนได้กล้วยที่ปลอดไวรัสแล้วแจกจ่ายพันธุ์ที่ปลอดโรคแก่เกษตรกรของประเทศ ข่าวนี้ได้ปรากฏในเว็บ www.newscientist.com เรื่อง Virus lurking inside banana genome has been destroyed with Crispr เมื่อวันที่ 31 มกราคม 2019 
        ผู้ที่เลี้ยงสัตว์เนื้อส่งสู่ตลาดมักมีปัญหารำคาญใจที่สัตว์มีเขามักทำร้ายกันเอง จนต้องมีการตัดเขาให้สั้นหรือใช้วิธีเอาไฟฟ้าจี้บริเวณที่เขาจะงอกตั้งแต่สัตว์ยังเล็ก ซึ่งทำให้สัตว์ทรมาน จนผู้เลี้ยงสัตว์ถูกโจมตีเกี่ยวกับสิทธิของสัตว์ ดังนั้นถ้าวัวไม่มีเขาจะส่งผลให้การดูแลง่ายขึ้น แล้วความฝันของคาวบอยก็เป็นจริงเมื่อมีบทความเรื่อง Production of hornless dairy cattle from genome-edited cell lines. เผยแพร่ในวารสาร Nature Biotechnology ชุดที่ 34(5) หน้า 479-481 ของปี 2016 โดยผลงานนี้เป็นความร่วมมือของนักวิจัยจากสองมหาวิทยาลัยในสหรัฐอเมริกาคือ University of Minnesota และ Texas A&M University 
        เทคนิค Crispr ได้ถูกพัฒนาต่อยอดไปอีก เช่น นักวิทยาศาสตร์ของบริษัท Syngenta ในเมือง Durham รัฐ North Carolina ได้คิดค้นกระบวนการใหม่ชื่อ haploid induction-edit หรือ HI-edit เพื่อทำให้เทคนิคการปรับแก้จีโนมของพืชง่ายขึ้นโดยรวมสองวิธีการคือ การเหนี่ยวนำให้เซลล์มีโครโมโซมชุดเดียว(haploid induction technology) และการแก้ไขจีโนม(gene edited technology) เพื่อทำให้พืชมีเกสรตัวผู้(pollen) พิเศษที่มีชุด Crispr ในเซลล์ จึงเรียกว่า Crispr pollen technique ซึ่งอ้างว่าจะไม่มีการแพร่กระจายไปดัดแปลงพืชอื่นในธรรมชาติที่ไม่ใช่เป้าหมาย เพราะระบบ Crispr ที่ใส่ไว้ในเกสรตัวผู้จะหายไปเอง หลังการปฏิสนธิระหว่างเกสรตัวผู้และเกสรตัวเมีย ทำให้พืชที่เป็นผลผลิตไม่ควรถูกควบคุมในลักษณะของจีเอ็มโอ ผลงานนี้ได้เผยแพร่ในรูปบทความวิจัยชื่อ One-step genome editing of elite crop germplasm during haploid induction ในวารสาร Nature Biotechnology ชุดที่ 37 หน้าที่ 287–292 ของเดือนมีนาคม 2019 

        นอกจากการปรับปรุงพันธุ์พืชและสัตว์แล้ว เทคโนโลยี Crispr สามารถถูกใช้แก้ไขข้อบกพร่อง ซึ่งก่อโรคทางพันธุกรรมในมนุษย์ ตลอดจนการบำบัดและป้องกันการแพร่กระจายของโรค ฯลฯ แต่ก็มีนักวิทยาศาสตร์อีกหลายคนที่มีความกังวลในการปรับแต่งจีโนมว่า มันแม่นยำมากดังที่กล่าวอ้างนั้นจริงหรือ คำตอบนั้นสามารถติดตามได้ในฉลาดซื้อฉบับหน้า

แหล่งข้อมูล: ดร.แก้ว กังสดาลอำไพ

200 point

LINE it!