ตอนที่ 7: ตี๋เนิร์ดอัจฉริยะกับซานตาคลอสพันธุศาสตร์
Feng Zhang เป็นนักวิจัยชาวอเมริกันเชื้อสายจีน อพยพมาจากเมืองจีนพร้อมแม่ตอนอายุแค่สิบเอ็ดขวบ Zhang ฉายแววความเป็น “ตี๋เนิร์ดอัจฉริยะ” มาตั้งแต่มัธยม กวาดรางวัล ทำวิจัยสุดล้ำรัวๆ มาอย่างต่อเนื่อง
Feng Zhang
ปัจจุบัน นักวิเคราะห์บางคนคาดการณ์ว่า Zhang มีโอกาสลุ้นรางวัลโนเบลถึงสองรางวัลก่อนอายุสี่สิบจากผลงานพัฒนาเทคนิกปรับแต่งจีโนมด้วย CRISPR/Cas และอีกผลงานก่อนหน้านี้คือเทคนิคการเปิด-ปิดการทำงานของเซลล์ประสาทด้วยแสงที่เรียกว่า optogentics (เดี๋ยวแอดมินจะเล่าให้ฟังคร่าวๆ ว่ามันคืออะไร)
ทั้งพ่อและแม่ของ Zhang ทำงานเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ทำให้เขาสนใจงานเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรมมาตั้งแต่เด็ก Zhang เคยให้สัมภาษณ์ว่าจุดเปลี่ยนสำคัญในชีวิตของเขาคือตอนช่วงมัธยมต้น อาจารย์สอนชีววิทยาท่านหนึ่งเอาหนัง “จูราสสิค พาร์ค” มาฉายให้นักเรียนดูเพื่อสร้างแรงบันดาลใจเกี่ยวกับการเรียนชีวโมเลกุล
(ถ้าจำกันได้ “จูราสสิค พาร์ค” ภาคแรกมีตอนหนึ่งที่พูดถึงกระบวนการวิศวกรรมไดโนเสาร์ขึ้นมาใหม่โดยการใช้ “ดีเอ็นเอ” ที่สกัดจากเลือดไดโนเสาร์ในฟอสซิลยุงจากก้อนอำพัน)
เด็กชาย Zhang ตาลุกวาวด้วยความตื่นเต้นจากไอเดียใหม่ในหัวว่าเราน่าจะสามารถ “โปรแกรมสิ่งมีชีวิต” ด้วยปรับเปลี่ยนรหัสดีเอ็นเอ คล้ายกับที่เรา “โปรแกรมคอมพิวเตอร์” ด้วยการเขียนโค้ด
Zhang ได้มีโอกาสลอง “โปรแกรมสิ่งมีชีวิต” ครั้งแรกตอนม.ปลาย โดยเขาได้ใช้เวลาหลังเลิกเรียนไปเป็นเด็กช่วยงานในห้องวิจัยด้านยีนบำบัดที่ Methodist Hospital ซึ่งอยู่ใกล้ๆกับโรงเรียนของเขา
โปรเจกแรกของ Zhang คือการตัดต่อยีนเรืองแสง (fluorescent protein) จากแมงกระพรุนไปใส่ในเซลล์มะเร็งที่ห้องแล็บเพาะเลี้ยงไว้ Zhang เล่าว่าการได้เห็นเซลล์มะเร็งเรืองแสงออกมาเป็นครั้งแรกเป็นหนึ่งในประสบการณ์สุดประทับใจในชีวิตนักวิจัยของเขา
หลักจากนั้น Zhang ยังได้มีโอกาสทำวิจัยด้านพันธุศาสตร์ของไวรัสในแล็บเดียวกันนี้และชนะได้รางวัลที่สามจากการประกวด Intel science talent search ของบริษัท Intel ในปี 2000 ตอนที่ Zhang อยู่ม.ห้า พอจบม.ปลาย Zhang ก็ติดเข้ามหาวิทยาลัย Harvard พร้อมโบนัสเป็นทุนการศึกษาเต็มตลอดสี่ปี Zhang จบป.ตรีจาก Harvard ในสาขาเคมีพร้อมผลงานวิจัยเลื่องชื่ออีกชิ้นด้านกลไกการติดเชื้อไวรัสไข้หวัดใหญ่ในระดับเซลล์
ระหว่างเรียนอยู่ที่ Harvard เพื่อนซี้คนนึงของ Zhang ป่วยเป็นโรคซึมเศร้า อาการหนักขนาดที่ต้องหยุดเรียนไปเป็นปี Zhang เล่าว่าเขาเคยต้องใช้เวลาเป็นชั่วโมงๆ กับสหายคนนี้ให้แน่ใจว่ามันจะไม่คิดสั้นฆ่าตัวตายไป
ประสบการณ์น่าหดหู่ในช่วงนั้นเป็นแรงบันดาลใจสำคัญให้ Zhang หันมาสนใจงานวิจัยด้านประสาทวิทยาด้วยความหวังว่าวันนึงเค้าสามารถหาทางรักษาอาการป่วยไข้ทางจิตเหล่านี้ได้ หลังจบป.ตรี Zhang ตัดสินใจไปเรียนต่อโท-เอกที่มหาวิทยาลัย Stanford และทำวิทยานิพนธ์กับโปรเฟสเซอร์ Karl Deisseroth แพทย์นักวิจัยชื่อดังด้านประสาทวิทยา
สมองของเราประกอบด้วยเซลล์ประสาทหลายชนิดเป็นแสนล้านเซลล์เชื่อมต่อทำงานประสานกันเป็นเครือข่าย ถ้าเราอยากรู้ว่าเซลล์ส่วนไหนทำอะไร ที่ผ่านมาเราก็ใช้วิธีเอาขั้วไฟฟ้า (electrode) จิ้มเข้าไปปล่อยกระแสไฟฟ้าอ่อนๆ เพื่อกระตุ้นเซลล์ประสาทบริเวณนั้นแล้วดูว่าเกิดการเปลี่ยนแปลงอะไรบ้างในระดับของสัญญาณประสาทหรือพฤติกรรม
วิธีการนี้ยังสามารถใช้ในการรักษาโรคทางประสาทด้วยการใช้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกไปช่วยควบคุม/แก้ไขคลื่นประสาทที่ผิดปกติไป อย่างไรก็ตามการใช้ขั้วไฟฟ้ามีข้อจำกัดสำคัญคือความละเอียดของมันไม่สูงเท่าไหร่ ปล่อยไฟฟ้าทีก็กระตุ้นเซลล์ประสาทที่ทั้งกระจุกที่อยู่รอบขั้ว เราไม่สามารถเลือกกระตุ้นหรือกดการทำงานของเซลล์ประสาทเป็นชนิดๆ ไปได้
Feng Zhang
ผลงานชิ้นโบว์แดงของ Zhang ที่พัฒนาขึ้นร่วมกับทีมจากแล็บของ Deisseroth คือเทคโนโลยีตัวใหม่ที่เรียกว่า “optogenetics” เป็นการตัดต่อเอายีนจากพวกสาหร่ายเซลล์เดียวมาใส่ในเซลล์ประสาท
ยีนที่ว่านี้ตามธรรมชาติมีหน้าที่สร้างโปรตีนผิวเซลล์ที่ทำหน้าที่เหมือนประตูควบคุมการผ่านเข้าออกของไอออนต่างๆ และประตูที่ว่าจะเปิดหรือปิดก็ต่อเมื่อได้รับแสงที่ช่วงคลื่นจำเพาะ ในธรรมชาติสาหร่ายใช้กลไกนี้ในการควบคุมการว่ายน้ำเข้าหาหรือหนีจากแสง
แต่ในเซลล์ประสาทระดับของไอออนเป็นตัวกระตุ้นหรือยับยั้งการทำงานของเซลล์ ดังนั้นเมื่อเราเอายีนพวกนี้มาใส่เซลล์ประสาทเราก็จะสามารถกระตุ้นหรือยับยั้งการทำงานของเซลล์ด้วยแสงจำเพาะช่วงคลื่นได้ ที่เด็ดกว่านั้นคือเราสามารถวิศวกรรมให้ยีนที่ตัดต่อมาแสดงออกในเซลล์ประสาทแค่บางชนิดที่เราต้องการ
ด้วยวิธีนีเราจึงสามารถ “เลือก” ความคุมเซลล์ประสาทเป็นชนิดๆ ไปได้ optigentics ใช้ได้ในเซลล์ประสาทของสัตว์แทบทุกชนิดที่มีการทดลองกันมาตั้งแต่ หนอน แมลงวัน หนู ไล่มาจนถึงลิง และถือว่าเป็นหนึ่งในสุดยอดเทคโนโลยีแห่งศตวรรษของวงการประสาทวิทยา
เทคนิคนี้ถูกนำมาใช้ในการศึกษากลไกและพยาธิสภาพของระบบประสาทอย่างแพร่หลายรวมทั้ง “โรคทางจิตประสาท” หลากหลากชนิดเช่น โรคจิตแยก (schizophrenia), ออทิซึ่ม (autisim) และโรคซึมเศร้า (depression) สมดังที่ Zhang ตั้งใจไว้
ลองดูวิดีโออันนี้ถ้าสนใจข้อมูลเพิ่มเรื่อง optogenetics:
Zhang จบด็อกเตอร์จาก Stanford และย้ายกลับมาเป็นนักวิจัยที่ Harvard ในปี 2009 ช่วงที่ยังไม่มีห้องแล็บของตัวเอง Zhang ก็อาศัยไปฝังตัวทำงานอยู่กับแล็บของนักวิจัยอาวุโสดังๆ ที่ Harvard หลายท่าน
หนึ่งในนั้นก็คือ George Church นักวิจัยระดับตำนานของวงการพันธุศาสตร์โมเลกุลและชีววิทยาสังเคราะห์ ที่แล็บของ Church นี่เองที่ Zhang ได้เริ่มลงมา “เล่น” ในวงการวิศวกรรมจีโนมอย่างเต็มตัว
เดี๋ยวแอดมินจะขอย้อนไปเล่าเรื่องของลุง Church แป๊บนึงเพราะท่านผู้นี้ก็มีเรื่องราวที่น่าสนใจไม่แพ้กัน
George Church
แอดมินเคยเจอ Church อยู่สองสามครั้งสมัยเรียนป.เอกอยู่อเมริกา ท่านผู้นี้จัดได้ว่าเป็นหนึ่งในเซเลบของวงการชีววิทยามายาวนาน นอกจากงานวิจัยขั้นเทพที่ออกมาอย่างต่อเนื่อง
แล้วตัวของ Church ยังมีบุคลิกลักษณะที่โดดเด่นน่าจดจำ ทั้งเคราที่ขาวและยาว เสียงนุ่มลึก รูปร่างท้วมสูงทะมึนเกือบสองเมตร ทำให้หลายๆ คนเปรียบว่าลุงแกเหมือนกับ “ซานตาคลอส” ของวงการ เวลาลุงแกมาพรีเซนต์งานทีคนจะมาต่อคิวกันแน่นเต็มหอประชุม รอฟังว่าแกจะมีอะไร “ล้ำๆ” ออกมาเซอร์ไพรส์โลกอีก
Church เป็นชาวอเมริกันโดยกำเนิดมีพื้นเพมาจากมลรัฐฟลอริด้า ชีวิตวัยเด็กที่อยู่ติดน้ำติดทะเลมาตลอดเป็นหนึ่งในแรงบันดาลใจสำคัญที่ทำให้เขาสนใจชีววิทยามาตั้งแต่ต้น Church ชอบใช้เวลาว่างตอนเด็กเดินตามหาดโคลนเลนเก็บหอยเก็บปลาดาวหรือตัวอ่อนแมลงมาส่องดูเล่นไปเรื่อย
อีกเรื่องประทับใจวัยเด็กคืองาน New York World’s Fair เทศกาลสิ่งประดิษฐ์แห่งอนาคต ไม่ว่าจะเป็นเครื่องไอพ่นลอยตัว เครืองพิมพ์สามมิติ หุ่นยนตร์พูดได้ ตึกที่สร้างจากพลาสติก ฯลฯ
Church เล่าว่าเขาในวัยเด็กผิดหวังมากที่มารู้เอาภายหลังว่าของในงาน World’s Fair มีแค่เอาไว้โชว์เท่านั้น โลกจริงๆภายนอกตอนนั้น (ปี 1965) ยังไม่มีอะไรแบบนี้อยู่ Church เลยตั้งปณิธานไว้ว่าถ้าเขาอยากจะได้ของสิ่งประดิษฐ์สุดล้ำแบบนี้เขาต้องสร้างมันขึ้นมาเอง
Church วัยเด็กมีปัญหาการเรียนถึงขนาดต้องซ้ำชั้นม.สาม (9th grade) เนื่องจากเขามีความผิดปกติทางสมองหลายอย่างทั้งโรคบกพร่องทางการอ่าน (dyslexia), โรคย้ำคิดย้ำทำ (OCD), โรคสมาธิสั้น (ADD), โรคลมหลับ (narcolepsy) ฯลฯ
แต่ด้วยความฮึดสู้ และการเรียนรู้ที่จะปรับตัวเขาก็เรียนผ่านจบมาได้ Church เข้าป.ตรีที่มหาวิทยาลัย Duke เรียนถึกแบบบ้าพลังจนจบปริญญาตรีสองใบ (เคมี +ชีววิทยา) ภายในเวลาแค่สองปี แถมด้วยคอร์สแอดวานส์ระดับป.โทอีกนับไม่ถ้วนที่Church ลงเรียนไปเพราะ “อยากลองของ”
Church เริ่มทำวิจัยตั้งแต่อยู่ป.ตรีปีสองเกี่ยวกับด้าน crystallography (การหาโครงสร้างสามมิติของโมเลกุลผ่านโครงสร้างคริสตัล) และมีส่วนร่วมในการค้นพบโครงสร้างของ tRNA (โมเลกุลที่เป็นกลไกสำคัญในการสร้างโปรตีนในเซลล์) Church ทำงานด้านนี้ต่อเนื่องมาถึงตอนเรียนป.โทต่อที่ Duke ...หมกมุ่นขนาดหนัก ไม่ยอมไปเรียนจนติด F ซ้ำซ้อนโดนไล่ออกหลังเรียนโทไปได้ปีกว่า
Church เคยให้สัมภาษณ์ตอนหลังว่าเขาไม่ไปเรียนเพราะเรียนวิชามาหมดแล้วตั้งแต่ป.ตรี อาจารย์อยากจะให้ F ก็ให้ไปข้าหาได้แคร์ไม่ Church ภาคภูมิใจกับการโดนไล่ออกครั้งนั้นมากขนาดโพสต์จดหมายไล่ออกครั้งนั้นไว้บนเว็บไซด์ส่วนตัวในปัจจุบันของเขา http://arep.med.harvard.edu/gmc/F.jpg
หลังโดนไล่ออก Church ทำงานต่อในฐานะลูกจ้างโครงงานในแล็บ crystallography เดิมที่เค้าทำอยู่ราวกับไม่มีอะไรเกิดขึ้นอยู่ปีกว่า ตีพิมพ์ห้าเปเปอร์ ก่อนจะสมัครเข้าเรียนเอกต่อที่ Harvard แบบชิลๆ Church ทำวิทยานิพนธ์กับ Walter Gilbert โปรเฟสเซอร์ชื่อดังด้านฟิสิกส์เจ้าของรางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 1980 เรื่องเทคนิค DNA sequencing (การหาลำดับเบสของดีเอ็นเอ)
ครึ่งหนึ่งของวิทยานิพนธ์ Church** ว่าด้วยการทำ genome sequencing ซึ่งถือว่าล้ำมากๆ ในสมัยโน้นที่เรายังอ่านลำดับเบสดีเอ็นเอกันได้แค่ทีละหลักร้อยหลักพันเบส Church ยังได้พัฒนาเทคนิค multiplex sequencing หรือการอ่านลำดับเบสดีเอ็นเอทีละหลายๆ สายพร้อมกันในคราวเดียว
ยี่สิบกว่าปีให้หลังเทคนิคนี้กลายมาเป็นรากฐานสำคัญของ Next Generation Sequencing หรือเทคนิคการอ่านลำดับเบสยุคใหม่ที่ทั้งถูกทั้งเร็วกว่าสมัยก่อนเป็นล้านๆ เท่า
**อีกครึ่งหนึ่งของวิทยานิพนธ์ว่าด้วยบทบาท intron ของยีนในระบบภูมิคุ้มกัน ซึ่งก็ถือว่า “ล้ำ” เหมือนกันเพราะ intron เพิ่งจะถูกค้นพบในช่วงเวลาเดียวกับที่ Church เรียนเอกอยู่พอดี
Church จบป.เอกปี 1984 ด้วยวิทยานิพนธ์ที่แข็งแกร่งขนาดที่คณะกรรมการของ Harvard อ่านแล้วก็เอาแทบจะเอาตำแหน่งอาจารย์มาประเคนให้ทันที
Church เริ่มงานในตำแหน่งอาจารย์จริงๆในปี 1986 และกลายเป็นหนึ่งในทีมนักวิจัยที่ผลักดันให้เกิด Human Genome Project (HGP) หรือโครงการถอดรหัสจีโนมมนุษย์ ขณะที่ผู้หลักผู้ใหญ่ที่เป็นแกนนำของ HGP มุ่งแต่จะถอดรหัสจีโนมมนุษย์ให้มันเสร็จๆ ด้วยการใช้เทคโนโลยีเดิมๆ
แต่อาศัยอัดฉีดเงินและแรงงานคนลงไปเยอะๆ Church กลับเห็นว่าเราควรจะไปโฟกัสกับการพัฒนาเทคโนโลยี sequencing ให้มัน “ถูก เร็ว และแม่นยำ” ดีกว่า แนวคิดนี้ต่อมากลายมาเป็นหนึ่งใน theme งานวิจัยหลักของแล็บ Church ที่ Harvard
ด้วยชื่อเสียงและทุนวิจัยที่เข้ามามหาศาล แล็บของ Church ดึงดูดทั้งนักเรียนและนักวิจัยจากทั่วทุกสารทิศ หลากหลายพื้นฐานความถนัด ปัจจุบันแล็บนี้มีคนทำงานประจำอยู่ราวๆ แปดสิบกว่าคนได้ เป็นด็อกเตอร์แล้วซะสามสิบกว่า
Church บริหารแล็บแบบปล่อยอิสระ ใครอยากทำโปรเจกแปลกประหลาดหลุดโลกอะไรก็ทำไป แต่เนื่องจากคนที่เข้ามาส่วนใหญ่ก็หัวกะทิกันทั้งนั้นแล็บก็เลยยังสามารถผลิตงานวิจัยออกมาฮือฮาโลกได้อย่างต่อเนื่อง
ถ้าจะมองภาพเป็น theme งานวิจัยกว้างๆ ก็จะออกแนวการ “อ่าน เขียน แก้ไข และใช้ประโยชน์” จากดีเอ็นเอ เช่น DNA sequencing, DNA synthesis, genome editing, DNA nanotechnology
งานพิลึกๆอย่างใช้ดีเอ็นเอหุ่นยนต์นาโนสำหรับส่งยา, ใช้ดีเอ็นเอเก็บหนังสือรูปถ่ายภาพยนตร์, ใช้ดีเอ็นบันทึกข้อมูลกระแสประสาท, ใช้ดีเอ็นเอตรวจจับสสารมืด, สังเคราะห์จีโนมมนุษย์, ล้างเผ่าพันธุ์ยีนแพร่เชื้อในประชากรยุง, ไปจนถึงโครงการคืนชีพช้างแมมมอท ก็มักจะมีจุดเริ่มต้นมาจากแล็บนี้ทั้งนั้น
นอกจากเปเปอร์ที่ตีพิมพ์ออกมารัวๆ ปีละหกเจ็ดสิบเปเปอร์แล้ว Church ยังได้เป็นผู้ร่วมก่อตั้งบริษัทด้านไบโอเทคอีกหลายสิบบริษัท สถิติสูงสุดคือเมื่อสองปีก่อน (2016) ที่ลูกศิษย์ในแล็บเก้าคน ต่างคนต่างอยากออกไปสร้างบริษัทเองร่วมกับ Church แกก็เออออร่วมลงไปลุยด้วย แกบอกว่าถ้าเราอยากให้เทคโนโลยีที่ล้ำมากๆ ของเราออกไปสู่ตลาด แค่ตีพิมพ์แล้วรอดูผลเฉยๆ คงไม่พอ เราต้อง “เดินออกไปส่ง” มันถึงที่เอง
George Church
Church เล่นงานวิจัยด้าน genome engineering มาหลายสิบปีแล้ว พัฒนาเทคโนโลยีดังๆ อย่าง MAGE (multiplex accelerated genome engineering) ที่สามารถใช้ปรับแก้จีโนมแบคทีเรียได้อย่างต่อเนื่องทีละหลายสิบตำแหน่งพร้อมกัน
อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีนี้ใช้ได้ไม่ดีนักในเซลล์ชั้นสูงอย่างเซลล์มนุษย์ เทคโนโลยีตัวอื่นที่คนในวงการวิจัยกันอยู่ก็จะมีพวกการใช้ endonuclease (เอนไซม์ที่ตัดดีเอ็นเอ) ที่เราสามารถออกแบบให้มันไปจับและตัดดีเอ็นเอตรงที่เราอยากแก้ไข
หัวใจสำคัญของระบบนี้คือการออกแบบโมดูลของโปรตีนให้ไปจำอย่างจะเพาะเจาะจงกับลำดับเบสที่เราต้องการ ตอนที่ Feng Zhang ทำวิจัยอยู่กับ Church เขาก็พัฒนาระบบอันนึงขึ้นมาโดยใช้โมดูลโปรตีนที่ชื่อว่า TALE ซึ่งยืมมาจากแบคทีเรียศัตรูพืชชนิด Xanthomonas
ในปี 2011 Zhang และ Church ตีพิมพ์เปเปอร์ใน Nature Biotechnology ว่าด้วยการใช้โปรตีนสังเคราะห์จาก TALE ในการไปจับและควบคุมการแสดงออกของยีนในเซลล์มนุษย์ ถือเป็นผลงานเปิดตัว Zhang ชิ้นแรกในวงการ genome engineering
ปี 2011 Zhang รับตำแหน่งอาจารย์ที่ MIT และนักวิจัยที่ Broad Institute (ศูนย์วิจัยด้านจีโนม) ในต้นปีเดียวกันนั้นเอง Zhang ได้ไปเข้าฟังสัมมนาเรื่องระบบภูมิคุ้มกันของแบคทีเรียที่เรียกว่า CRISPR ช่วงปีโน้นคนอื่นๆ ที่ทำวิจัยด้าน CRISPR สนใจแต่ศึกษากลไกการทำงานของมันหรือไม่ก็การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมโยเกิร์ต
แต่พอ Zhang ลองนั่งค้นคว้าอ่านเองเพิ่มอยู่สองสามวันก็ปิ๊งไอเดียว่าเฮ้ย ไอ้ระบบนี้มันน่าเอาไปใช้เป็นเครื่องมือตัดต่อดีเอ็นเอได้นี่หว่า การที่ CRISPR ใช้ RNA เป็นตัวกำหนดตำแหน่งตัดดีเอ็นเอน่าจะทำให้ระบบนี้ใช้งานง่ายกว่าระบบอื่นๆที่เราเคยใช้กันมาอย่างเช่น TALE ซึ่งต้องอาศัยการวิศวกรรมโปรตีนที่ยุ่งยากกว่ามาก
แล็บที่เพิ่งก่อตั้งใหม่ของ Zhang ในตอนนั้นโฟกัสเรื่องการใช้ TALE ที่ Zhang ชำนาญอยู่แล้วเป็นเครื่องมือวิศวกรรมจีโนม การตัดสินใจแบ่งคน เงินและเวลามาทุ่มเททำ CRISPR/Casซึ่งยังเป็นปริศนาดำมืดถือเป็นเรื่องเสี่ยงมากๆสำหรับนักวิจัยหน้าใหม่อย่าง Zhang
ขณะที่ทีมวิจัยอื่นๆเริ่มศึกษา CRISPR ในแบคทีเรียหรือในหลอดทดลอง (in vitro) ก่อน ทีมของ Zhang ข้ามขั้นไปศึกษาการทำงานของ CRISPR ในเซลล์มนุษย์เลยตั้งแต่แรก ความท้าทายของงานนี้มีตั้งแต่การปรับเปลี่ยนยีน CRISPR/Cas ให้สามารถแสดงออกได้ในเซลล์มนุษย์ และสามารถถูกลำเลียงเข้าสู่นิวเคลียส (ซึ่งไม่มีในแบคทีเรีย) ไปจนถึงการศึกษาการตอบสนองของเซลล์ต่อการตัดและซ่อมแซมดีเอ็นเอ
ทีมทำงานเรื่อง CRISPR ของ Zhang มีแค่ตัวเขาเองกับนักศึกษาป.เอกอีกคน (Le Cong) ทำงานกันหามรุ่งหามค่ำในแล็บอยู่ปีกว่า ทั้งคู่ลองใส่ยีนเรืองแสง (GFP) เข้าไปในจีโนมเซลล์มนุษย์จากนั้นก็ลองใช้ CRISPR/Cas เวอร์ชั่นที่พัฒนาขึ้นปรับแก้ยีนนี้ให้แสงหายไป Zhang และ Cong มีข้อมูลพอจะตีพิมพ์ได้แล้วว่า CRISPR/Cas ใช้การได้ในเซลล์มนุษย์ตั้งแต่ต้นปี 2012
แต่ทั้งคู่คิดว่าแค่นี้ยังไม่เจ๋งพอ ทางที่ดีน่าจะทำการทดลองพิสูจน์เพิ่มเติมว่าเราสามารถปรับแก้ยีนจริงๆตามธรรมชาติในเซลล์มนุษยได้ด้วย (ไม่ใช่แค่ GFP ที่ใส่ลงไป) และทำแบบนั้นกับหลายๆ ยีนในเวลาเดียวกัน ระหว่างนั้นเองทีมของ Doudna และ Charpentier (ที่เราอ่านกันไปเมื่อตอนที่แล้ว) ก็ตัดหน้าตีพิมพ์ประกาศความสำเร็จในการประยุกต์ใช้ CRISPR/Cas เป็นเครื่องมือตัดดีเอ็นเอในเดือนมิถุนายนปี 2012 นั้นเอง
Doudna และ Charpentier ได้เครดิตไปในฐานทีมวิจัยแรกที่ใช้CRISPR/Cas เป็นเครื่องมือตัดดีเอ็นเอ อย่างไรก็ตามงานชิ้นนี้ทำกับดีเอ็นเอในหลอดทดลอง (in vitro) Zhang และ Cong เห็นว่าเทคนิกนี้จะเป็นประโยชน์จริงๆก็ต่อเมื่อมันใช้การได้ในเซลล์เป็นๆโดยเฉพาะเซลล์มนุษย์
หลัง Doudna และ Charpentier ตีพิมพ์งานในเดือนมิถุนายน 2012 Zhang และ Cong ก็รู้ตัวว่าการแข่งขันในวงการ CRISPR/Cas genome editing กำลังดุเดือดกว่าที่พวกเขาคิดไว้มาก
ทั้งคู่ระดมคนในแล็บและพันธมิตรอีกรวมกว่าสิบชีวิตมาช่วยกันรุมยำโปรเจก CRISPR/Cas genome editing ในเซลล์มนุษย์ที่ทำค้างอยู่ให้เสร็จ สี่เดือนให้หลังทีมของ Zhang ก็ทำงานนี้สำเร็จส่งไปตีพิมพ์ในวารสาร Science ระหว่างที่กำลังหัวปั่นอยู่ Zhang เองก็ไม่ได้รู้ว่า George Church อาจารย์เก่าของเขาก็กำลังเกาะเทรนด์เล่นเรื่องนี้อยู่ด้วย
ทีมของ Church ทำเรื่อง CRISPR/Cas genome editing ในเซลล์มนุษย์สำเร็จในเวลาไล่เรี่ยกัน เปเปอร์ของทีม Zhang และ ทีม Church ถูกตีพิมพ์ออกมาพร้อมกันในวารสาร Science เดือนมกราคมปี 2013
ผลงานที่ตีพิมพ์เดือนมกราคม 2013 ของ Zhang รายงานความก้าวหน้า/การค้นพบที่สำคัญดังนี้
1. ทีมวิจัยได้พัฒนาระบบ CRISPR/Cas ของ S.pyogenesเสียใหม่ให้สามารถทำงานได้ในเซลล์มนุษย์ RNA จาก CRISPR สามารถพา เอนไซม์ Cas9 ไปตัดจีโนมเซลล์มนุษย์ได้อย่างแม่นยำและทำให้เกิดการกลาย (mutation) ที่ตำแหน่งตัด ดังนั้นระบบนี้สามารถนำมาใช้ทำการกำจัดยีน (knockout)
2. RNase III จากแบคทีเรียไม่มีความจำเป็นต่อการทำงานของ CRISPR/Cas ในเซลล์มนุษย์ (ถ้าจำได้จากตอนก่อนเอนไซม์ตัวนี้ใช้กัด pre-crRNA เป็น crRNA) ...อาจจะเป็นเพราะว่าในเซลล์มนุษย์มีเอนไซม์ตัวอื่นที่ทำหน้าที่แทนกันได้
3. เราสามารถใช้ CRISPR/Cas ของ S.pyogenes ตัดจีโนมทีหลายๆตำแหน่งพร้อมกันในเซลล์มนุษย์ โดยออกแบบ CRISPR ให้สามารถสร้าง crRNA หลายตัวๆมีลำดับเบสตรงกับแต่ละตำแหน่งที่เราต้องการ
4. ประสิทธิภาพการตัดจีโนมด้วย CRISPR/Cas ของ S.pyogenes ในเซลล์มนุษย์ใกล้เคียงกับการใช้ TALE
5. ทีมวิจัยพัฒนา nCas9 (Cas9 ที่แค่ ‘nick’ หรือตัดดีเอ็นเอแค่สายเดียว) การใช้ nCas9 ร่วมกับ CRISPR สามารถใช้กระตุ้นการเกิด Homologous Directed Repair (HDR) กลไกนี้ทำให้เราสามารถเติมยีน (knockin) หรือแก้ไขยีน (gene editing) ในตำแหน่งจำเพาะที่เราต้องการได้
ในเปเปอร์ฉบับนี้ ทีมของ Zhang ได้ลองใช้ sgRNA (การเอา crRNA มาเชื่อมเป็นชิ้นเดียวกับ trcrRNA) แบบที่ Doudna และ Charpentier ได้พัฒนาไว้ด้วย แต่พบว่า sgRNA ใช้การได้ไม่ดีเท่าไหร่ งานในเปเปอร์นี้ของ Zhang เลยเป็นการใช้ crRNA / trcrRNA แยกชิ้นกันที่สร้างมาจาก CRISPR
ส่วนผลงานของทีม Church ที่ตีพิมพ์ออกมาพร้อมกันก็รายงานความสำเร็จการใช้ CRISPR/Cas ของ S.pyogenes ในเซลล์มนุษย์เช่นกัน แต่งานของ Church ใช้ sgRNA ตั้งแต่แรก และก็พบว่าสามารถตัดจีโนมหลายตำแหน่งพร้อมกันอย่างมีประสิทธิภาพ และก็สามารถใช้ในการทำ knockout หรือการทำ knockin/editing (โดยใช้ nCas ที่ทีม Church พัฒนาขึ้นมาเหมือนกัน)ในเซลล์มนุษย์ได้สำเร็จด้วยเช่นกัน
ดังนั้นการแข่งขันรอบนี้ทีม Church กับทีม Zhang "เสมอกัน" ตีพิมพ์พร้อมกันวันที่ 3 มกราคม 2013 ศึกครั้งนี้เรียกได้ว่า Zhang นักวิจัยหนุ่มที่เพิ่งตั้งแล็บได้ปีกว่าๆ สามารถวัดรอยเท้ากับ Church นักวิจัยอาวุโสรุ่นพ่อที่โด่งดังในวงการมาเป็นสิบๆ ปีได้สำเร็จ
ส่วนทีมของ Doudna เสร็จช้าไปไม่ถึงเดือน ...ตีพิมพ์เรื่องการใช้ CRISPR/Cas ในเซลล์มนุษย์ในวันที่ 29 มกราคมในวารสาร Elife
ความสำเร็จในการใช้ CRISPR/Cas ปรับแต่งพันธุกรรมในเซลล์มนุษย์เปิดขุมทรัพย์มูลค่ามหาศาลสำหรับการใช้เทคโนโลยีตัวนี้เพื่อการวิจัยทางการแพทย์, การรักษาโรค หรือแม้แต่ปรับปรุงสายพันธุ์มนุษย์ งานทุกๆอย่างที่เกี่ยวข้องกับยีน ดีเอ็นเอ พันธุกรรมในอนาคตอันใกล้ มีโอกาสที่ CRISPR/Cas จะเข้าไปมีเอี่ยวด้วยทั้งนั้น
คำถามสำคัญที่ตามมาทันทีคือใครจะเป็นเจ้าของเทคโนโลยีนี้? หรือถ้าจะแบ่งๆกันระหว่างนักวิจัยมากมายที่มีส่วนในการค้นพบใครจะมีสิทธิตรงไหนบ้าง? มากขนาดไหน? การค้นพบที่ผ่านมาส่วนของใคร “สำคัญ” กว่า? เอาอะไรเป็นตัววัด?
ขอบคุณที่เข้ามาอ่านนะคร้าบบบ...❤
ติดตามเพจ Facebook ของพวกเราได้ที่
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
