" สรุป Clubhouse รวยด้วย Synbio EP20: Pest control "
-จากวันที่ ; 20 มี.ค. 2022
Clubhouse ตอนนี้ว่าด้วยการใช้ SynBio ควบคุมสัตว์รบกวน (pest) พวก ยุง หนู แมลงสาบ ฯลฯ หรือ สัตว์รุกรานต่างถิ่น (alien species) วิธีการในอดีตที่เน้นใช้สารเคมีก็พบปัญหาเรื่องการดื้อยา และผลข้างเคียงต่อระบบนิเวศ
วิธีการควบคุมในยุคหลังเน้นความเจาะจงกับสัตว์เป้าหมายและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม โดยตอนนี้เราจะคุยเรื่องการควบคุมประชากรยุงด้วยเทคโนโลยีชีวภาพการทำหมันหรือเปลี่ยนสัดส่วนเพศยุง และรวมไปถึงการทำ Gene Drive ด้วย
Pest Control
ปัจจุบันผู้ป่วยโรคมาลาเรียในประเทศไทยมีจำนวนลดลงมาก โรคมาลาเรียมักจะพบในบริเวณที่เป็นพื้นที่ป่าเขา น้ำตก และบริเวณน้ำขัง ที่มียุงก้นปล่องเป็นพาหะของโรคมาลาเรียและโรคไข้เลือดออก มักระบาดหนักในช่วงหน้าฝน
ซึ่งเป็นปัญหาทางสาธารณสุขที่สำคัญอย่างมาก เพราะฉะนั้นทำให้เกิดการควบคุมสัตว์ไม่ให้แพร่พันธุ์เข้าไปในบริเวณที่ผู้คนอาศัยอยู่ โดยการกำจัด เช่นการใช้สารเคมี การทำลายแหล่งเพาะพันธุ์ หรือเช่นวัดเป็นแหล่งเพาะพันธุ์ยุงที่หลายคนอาจจะนึกไม่ถึง
การใช้สารเคมีอย่างเช่น DDT, carbamate, organophosphate และ pyrethroid ในการกำจัดแมลงต่อเนื่องเป็นเวลานานก็จะคัดเลือกให้แมลงที่รอดเป็นตัวที่มีกลไกการดื้อยาบางอย่าง เช่น มีเอนไซม์ที่ย่อยสลายพิษได้ และส่งไปสู่รุ่นลูกรุ่นหลานต่อไปจนอัตราการดื้อยาเพิ่มสูงขึ้นเรื่อยๆ ตัว pyrethroid ที่นิยมใช้ตามสเปรย์กำจัดแมลงในปัจจุบันก็ผ่านการใช้งานมาหลายสิบปีแล้ว จึงไม่แปลกที่มีการดื้อยาเกิดขึ้นทั่วโลก
ภาพ ; เปรียบเทียบยุงระหว่าง 2 ยุคที่ต่างกัน
การค้นพบยาฆ่าแมลงตัวใหม่ๆ ที่ช้าลงบังคับให้เราต้องพยายามใช้ยาที่มีอยู่ในปัจจุบันให้มีประสิทธิภาพและใช้ได้นานที่สุด วิธีการที่ World Health Organization (WHO) แนะนำมาคือการเวียนใช้ยา (rotation) ที่มีกลไกการออกฤทธิ์แตกต่างกันไปเรื่อยๆ คล้ายกับการปลูกพืชหมุนเวียน
เช่น ช่วงแรกที่ใช้ยาฆ่าแมลง A แล้วเริ่มเกิดการดื้อยา ต้องเปลี่ยนไปใช้ยาฆ่าแมลง B ที่มีกลไกการออกฤทธิ์ไม่เหมือนกัน หากไม่พบการดื้อยาก็สามารถใช้ต่อได้ ทั้งนี้ ในระหว่างที่ใช้ยาฆ่าแมลง B เราก็ต้องค่อยติดตามตลอดว่าเริ่มมีการดื้อยาแล้วหรือยัง ถ้าพบว่าเริ่มมีการดื้อยาเกิดขึ้นเราต้องเปลี่ยนตัวยาที่ใช้ให้มีกลไกการออกฤทธิ์แตกต่างกันไปเรื่อยๆก่อนที่จะเกิดการดื้อยาในศัตรูพืช
Gene drive เป็นเทคนิคที่เรา “โกง” กลไกการถ่ายทอดพันธุกรรมของเมนเดล สมมติว่าเราตัดต่อยีน A (จะเรียกว่ายีน A*) ในยุงได้ 1 copy จากทั้งหมด 2 copy ที่อยู่คนละโครโมโซมกัน ถ้าเป็นไปตามกฏของเมนเดล โอกาสที่ยีน A* จะได้ส่งต่อไปยังยุงรุ่นลูกแต่ละตัวจะอยู่ที่ 50% (A หรือ A* จากหนึ่งในพ่อแม่พันธุ์)
หากว่าเราต้องการให้ยีน A* จะกระจายไปทั่วประชากรยุง ก็ใช้เวลานานมาก ยิ่งยีน A* ทำให้ยุงอ่อนแอ แพร่พันธุ์ได้น้อยลง (fitness น้อยกว่า) สุดท้ายยีน A* ก็จะโดนคัดทิ้งหายไปจากประชากรยุง ตามหลักการคัดเลือกตามธรรมชาติ (natural selection)
การโกงด้วย gene drive สามารถทำให้ยีนห่วยๆ แพร่กระจายในประชากรได้อย่างกว้างขวาง ด้วยการเพิ่มโอกาสการส่งต่อยีนดัดแปลงให้ไปสู่เซลล์สืบพันธุ์มีมากกว่า 50% จะเพิ่มขึ้นมามากน้อยแค่ไหนก็อยู่กับความแรงของการ drive ในกรณีที่แรงมากๆ โอกาสส่งต่อก็เพิ่มไปถึงเกือบ 100% ได้
Gene drive เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดได้ตามธรรมชาติ แต่ถ้าจะใช้ gene drive ส่งยีนที่เราต้องการเข้าในประชากรเราก็ต้องสร้างระบบนี้ขึ้นมาเอง เทคโนโลยี CRISPR/Cas ทำให้การสร้างระบบ gene drive ทำได้ง่ายขึ้นมาก บวกกับต้นทุนในการสร้างระบบที่ลดลงด้วย
ภาพ ; ความแตกต่างการถ่ายทอดยีนของ Gene drive และ Normal
เป้าหมายของการ drive จะในยุงมีอยู่มี 2 แบบคือ
1) ลดประชากรยุง (suppression drive)
2) ทำให้ยุงไม่เป็นพาหะนำโรค (modification drive)
การลดประชากรยุง (suppression drive) อาจจะทำได้โดยการส่งยีนที่ไปป้องกันการเกิดยุงตัวเมีย เช่น ผลิตสารบางอย่างทำฆ่าตัวเมีย หรือทำลายโครโมโซม X ในเซลล์สืบพันธุ์เพื่อให้สัดส่วนการเกิดของยุงตัวเมียลดลงมากๆ นอกจากยุงตัวผู้จะไม่ดูดเลือดและเป็นพาหะนำโรคแล้ว การที่สัดส่วนตัวผู้และตัวเมียผิดเพื้ยนไปมากๆ ก็จะทำให้ประชากรรวมของยุงค่อยๆ ลดลงด้วย
คำถามที่สำคัญในการดัดแปลงประชากรยุงในธรรมชาติที่สำคัญอันดับแรกก็คือ “ถ้าเกิดประชากรยุงหายไปหรือสูญพันธุ์จะมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากน้อยแค่ไหน?” ถ้าให้เราคิดกลับกันว่ายุงมีความสัมพันธ์ในระบบนิเวศอะไรบ้าง ยุงทั้งเพศผู้และเพศเมียมีบทบาทในการช่วยผสมเกสรดอกไม้เหมือนกับผึ้ง
แต่การดูดเลือดของยุงตัวเมียเพื่อสร้างไข่ทำให้มันเป็นพาหะของโรคมาลาเรีย โรคไข้เลือดออก ถ้ายุงหายไปหมดอาจส่งผลกระทบต่อการผสมเกสร แต่ถ้าหายไปแค่บางสปีชีส์ (ที่ก่อโรค) ก็อาจจะไม่ส่งผลมาก โดยเฉพาะหากการผสมเกสรดอกไม้นั้นไม่ได้ถูกจำกัดไว้เฉพาะยุงอย่างเดียว (นึกถึงห่วงโซ่อาหารที่ถ้าหากอาหารชนิดเดียวหายไป ก็จะทำให้ห่วงโซ่วุ่นวาย แต่ถ้ามีตัวเลือกหลากหลาย ก็ไม่ส่งผลกระทบมากนัก)
คำถามถัดไปก็คือ “Gene drive ดื้อได้ไหม?” คำตอบสั้นๆ คือ “ได้”แต่โอกาสที่จะดื้อขึ้นกับตำแหน่งยีนเป้าหมายของการทำ gene drive เป็นหลัก งานวิจัยช่วงแรกๆ อย่าง Gantz et al. ที่ตีพิมพ์เมื่อปี 2015 พบการดื้อหลังจากผ่านไปเพียงแค่ 4 รุ่นเท่านั้น
สาเหตุเพราะทำ gene drive ในตำแหน่งยีนที่เกิดการกลายพันธุ์ได้ง่าย งานตีพิมพ์ชิ้นหลังๆ จึงเลือกตำแหน่งที่กลายพันธุ์แล้วยุงตายหรือเป็นหมันแทน ซึ่งพบว่าแทบจะไม่เจอการดื้อยาเลยแม้ผ่านไปหลายสิบรุ่น ตัวอย่างอันหนึ่งที่พูดถึงใน Clubhouse คือยีน doublesex ที่สามารถทำให้ยุงตัวเมียมีหนวดและอวัยวะสืบพันธุ์แบบตัวผู้ จะดูดเลือดหรือวางไข่ก็ไม่ได้
ภาพ ; การวิเคราะห์ทางสัญฐานวิทยาของการกลายพันธุ์
นอกจาก Gene Drive แล้ว ก็ยังมีอีกหลายเทคนิคที่ทำงานคล้ายๆ กัน Wolbachia คือแบคทีเรียเป็นปรสิตที่อยู่ในเซลล์ยุง ทำหน้าที่เหมือน organelle (อวัยวะย่อยๆ ในเซลล์) Wolbachia จะsพยายามฆ่าตัวอ่อนเพศผู้ เวลามีลูกออกมาจะเป็นตัวเมียทั้งหมด และเหนี่ยวนำทำให้เกิดการสืบพันธ์ุแบบ Parthenogenesis ในแมลงบางชนิด (การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศผู้ ซึ่งรุ่นลูกจะมีสารพันธุกรรมเหมือนกับแม่ 100%)
Cytoplasmic Incompatibility (CI) คือปรากฏการณ์ที่ทำให้ยุงเป็นหมันจากการทำงานของ Wolbachia เมื่อเพศผู้ติดเชื้อ Wolbachia ไปผสมพันธุ์กับเพศเมียที่ไม่ติดเชื้อ ก็จะส่งผลให้ไข่ที่ปฏิสนธินั้นฝ่อไป ไข่ที่ยุงเพศเมียวางไปก็จะไม่ฟักออกมา (แบบไข่ลมของไก่)
ในกรณีตรงกันข้าม หากยุงเพศเมียที่มีเชื้อ Wolbachia ผสมพันธุ์กับยุงเพศผู้ที่ไม่มี Wolbachia ก็พบว่าลูกที่ออกมาจะมีเชื้อ Wolbachia ติดอยู่ และเพศผู้ที่เกิดมาในรุ่นลูกก็จะทำให้เกิดปรากฏการณ์ CI ได้ต่อไป
นอกจากการลดจำนวนยุงแล้ว Wolbachia ยังสามารถไปกระตุ้นการป้องกันหรือไปแย่งทรัพยากรของเชื้อชนิดอื่น ทำให้ลดความสามารถของยุงในการแพร่เชื้อไวรัสซิกา ไข้เลือดออก มาลาเรีย หรือเชื้ออื่นๆ ที่มียุงเป็นพาหะได้อีกด้วย
ประเทศไทยเคยมีการทดลองใช้ Wolbachia แล้วพบว่าได้ผลดี แต่ที่ยังไม่ได้มีการนำมาใช้อย่างแพร่หลายเป็นเพราะต้นทุนในกระบวนการทำที่สูงและต้องศึกษาหา fitness ยุงที่เราดัดแปลง กับ fitness ในธรรมชาติก่อน รวมไปถึงปัจจัยสภาพแวดล้อมอื่นๆ ร่วมด้วย
นอกจากนี้การที่ยุงและแมลงตามธรรมชาติหลายชนิดในไทยมี Wolbachia อยู่แล้ว (ยกเว้นในยุงลายที่เป็นพาหะของโรคไข้เลือดออก ไม่ค่อยพบมากนัก) ทำให้ตัวที่เราใส่เข้าไปใหม่อาจจะไม่ได้ผลตามที่คาดการณ์ไว้
โดยภาพรวมแล้วในไทยการกำจัดยุงและแมลงด้วยวิธีทางชีวภาพยังไม่เป็นที่นิยมมากเนื่องจากสารเคมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย มีราคาที่ถูกกว่า เห็นผลที่รวดเร็วอีกทั้งผลกระทบของสารเคมีกำจัดแมลงมากยังไม่ได้รับความสำคัญ หากเทียบกับผลสัมฤทธิ์และความคุ้มทุน
ยุงพันธุวิศวกรรมที่ออกสู่ตลาดแล้วเป็นของบริษัท Oxitec ซึ่งยุงสายพันธุ์นี้ไม่ได้ใช้เทคโนโลยี gene drive แต่เป็นยุงตัวผู้ที่เมื่อผสมพันธุ์กับยุงตัวเมียในธรรมชาติแล้วจะได้แต่ลูกเป็นตัวผู้ โดยตัวเมียจะไม่เจริญออกเป็นตัว กลไกยับยั้งการเจริญของตัวเมียนี้มีสวิตช์เปิด/ปิดได้
ซึ่งมีความสำคัญในขั้นโรงงานผลิตยุง โดยจะปิดสวิชต์นี้ไว้ให้เพาะพันธุ์ยุงได้ปกติเพื่อเพิ่มปริมาณ และเมื่อจะปล่อยยุงไปในธรรมชาติก็จะเปิดสวิตช์นี้เพื่อให้รุ่นลูกรุ่นหลานของยุงมีแต่ตัวผู้ จนเกิดภาวะตัวผู้ล้นประชากรและนำไปสู่การสูญพันธุ์ในที่สุด
การใช้ pheromone เป็นอีกแนวทางหนึ่งในการควบคุมประชากรแมลง pheromone สามารถใช้ในการล่อดักจับแมลง หรือสร้างความสับสนในการหาคู่ผสมพันธุ์ การผลิต pheromones บางชนิดมีโครงสร้างที่ซับซ้อนมากทำให้การสังเคราะห์ด้วยสารเคมีนั้นยาก
ส่วนใหญ่ใช้พวกแบคทีเรีย รา ยีสต์ในการสังเคราะห์ pheromones ตัวอย่างบริษัทที่ทำเรื่องนี้ เช่น บริษัท provivi (ก่อตั้งโดย Frances Arnold ที่ได้รางวัลโนเบลปี 2018 เรื่อง directed evolution)
มีการใช้ RNAi เพื่อทำ gene drive เช่นกัน อย่างของบริษัท RNAissance Ag ก็มีสเปรย์ยาฆ่าแมลงที่เป็น double-stranded RNA (dsRNA) ซึ่งส่วนประกอบของระบบ RNAi ใช้ในการควบคุมการแสดงออกในระดับ mRNA
โดยบริษัทได้เลือก dsRNA ให้ตรงกับโปรตีนที่สำคัญใน microbiome ซึ่งอยู่ในระบบย่อยอาหารของแมลงต่างๆ แล้ว จะทำให้เฉพาะแมลงที่กินพืชเข้าไปไม่สามารถย่อยอาหารบางประเภทและยังทำให้มีโอกาสติดเชื้อบางประเภทเพิ่มมากขึ้นอีกด้วย
ทีมงาน Biology Beyond Nature ขอขอบคุณทุกๆท่านที่เข้ามาอ่านนะครับ❤
และสามารถ ฟังย้อนหลังได้ที่
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
