Blockdit Logo (Mobile)
นิตยสารสาระวิทย์
•
25 ก.ค. 2022 เวลา 03:14 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
มหากาพย์สงครามฆ่าล้างเผ่าพันธุ์ยุง ภาค 3
เรื่องโดย ผศ. ดร.ป๋วย อุ่นใจ
“With great power comes great responsibility” สำนวนอมตะที่หลาย ๆ คนคงคุ้นหูจากภาพยนต์สไปเดอร์แมน ยังคงก้องกังวานอยู่ในใจของใครหลายคน ในวงการวิทยาศาสตร์ ในเวลานี้ เทคโนโลยีหนึ่งที่ทรงพลังที่สุดก็คือเทคโนโลยีการแก้ไขยีนที่เรียกว่า คริสเพอร์ (CRISPR) ลองจินตนาการถึงอำนาจในการแก้ไขพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตได้ตามปรารถนา
ชัดเจนว่าเทคโนโลยีแก้ไขยีนนี้จะช่วยเพิ่มคุณภาพชีวิตให้กับผู้คนได้อย่างมโหฬาร แต่มีคุณอนันต์ก็อาจมีโทษอย่างมหันต์ เทคโนโลยีนี้เป็นเหมือนดาบสองคม แต่คำถามก็คือแต่ละภาคส่วนจะยอมเดินหน้าต่อไหม ถ้ายังไม่รู้ผลกระทบร้อยเปอร์เซ็นต์ว่าความเสี่ยงนั้นจะมีมากแค่ไหน
คำถามนี้ ถ้าเอาไปถามประเทศมหาอำนาจคงยากที่จะตอบ ส่วนใหญ่ไม่อยากเสี่ยงกับผลกระทบที่ยังไม่ชัดเจน แต่ในหลายประเทศที่ผู้คนนับร้อยล้านยังต้องทนทุกข์ทรมานและไม่ว่าจะทำอย่างไร นับล้านชีวิตก็ยังอาจจะสูญสิ้นไปจากโรคระบาดร้ายแรงอย่างมาลาเรีย สำหรับประเทศในกลุ่มนี้ ถ้าถามคำถามนั้น อาจจะโดนถามกลับแบบจุก ๆ ว่า มีเหตุผลอะไร ทำไมจึงจะไม่ทำ มันมีอะไรที่จะหนักหนาสาหัสไปมากกว่าชีวิตของผู้คนมากมายที่อาจจะต้องสูญสิ้นไปเพราะความไม่กล้าตัดสินใจอีกหรือ ?
ด้วยความก้าวหน้าของคริสเพอร์ เทคโนโลยีการล้างบางเผ่าพันธุ์อย่างยีนไดรฟ์นั้นมันชัดเจนแล้วว่ามีความเป็นไปได้
“ผมว่าเราทำได้นะ มันไม่ใช่มะเร็ง แล้วก็ไม่เหมือนกับอัลไซเมอร์ แค่ยุงกัดคน แค่นี้ไม่น่ามีปัญหา” โอมาร์ อักบารี (Omar Akbari) นักอณูชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโกกล่าว
ในกรณีของมาลาเรียที่มียุงเป็นพาหะ (รวมทั้งชิคุนกุนยาและไวรัสเดงกีด้วย) การอวสานเผ่าพันธุ์ยุงดูจะเป็นหนึ่งในวิธีที่น่าสนใจที่จะอวสานการระบาดของโรคร้ายเอาแบบทีเดียวเจ็บแต่จบ
โอมาร์เองก็สร้างสายพันธุ์ยุงกลายพันธุ์มากมายที่เขามาดหมายจะเอามาใช้เพื่อลดประชากรยุงหรือแม้แต่จัดให้สูญพันธุ์ไปเลยก็น่าจะทำได้ แต่การทำให้เผ่าพันธุ์หนึ่งสูญสิ้นเผ่าพันธุ์ไปตลอดกาลนั้นดูจะเป็นการแก้ปัญหาที่เกินเหตุไปหรือเปล่า แล้วมันจะส่งผลกระทบอะไรที่คาดไม่ถึงกับห่วงโซ่อาหารและระบบนิเวศเป็นวงกว้างหรือไม่ การดัดแปลงระบบนิเวศส่งผลยิ่งใหญ่เสมอ อย่าลืมว่าผู้รุกรานทางชีวภาพ หรือ bioinvader คือปัญหาเบอร์ท็อปด้านสิ่งแวดล้อมในหลายประเทศ อิมพอร์ตตัวอะไรเข้ามาก็อาจจะส่งปัญหาไม่รู้จบไปอีกหลายเจเนเรชันก็ได้
ลองดูตัวอย่างหอยเชอร์รีที่เขมือบทุกสิ่งอย่างที่ขวางหน้า แถมยังออกลูกออกหลานได้ไวราวติดสปีด ไม่อยากจะคิดว่าบ่อนทำลายสิ่งแวดล้อมและเผ่าพันธ์ุพื้นถิ่นไปมากเท่าไรแล้ว ไหนจะมีผักตบชวาที่ลอยตุ๊บป่องเป็นแพขวางคลองเป็นมลภาวะให้ตามเก็บตามแก้อยู่เรื่อย ๆ อีก
แม้แต่น้องแมว สัตว์เลี้ยงน่ารัก ๆ ขนปุกปุย ขวัญใจเจ้าทาส ก็ยังเป็นนักล่าเล็บคมที่เคยมีรายงานมาแล้วว่าล่าไปทั่วจนส่งผลกระทบกับระบบนิเวศที่เปราะบางของเราได้เอาเรื่องอยู่เช่นกัน แต่ถ้ามนุษย์จะเล่นใหญ่ จัดบทพระผู้ทำลายกันจริง ๆ คงต้องคิดให้ดีถึงประเด็นด้านความยั่งยืน การหยอกเล่นกับธรรมชาติอาจจะน่ากลัวกว่าถ้าเจอธรรมชาติหยอกกลับ
อย่างที่เล่าไปในตอนก่อน ๆ แล้วว่าเทคโนโลยีที่มาแรงที่สุดสำหรับการล้างบางยุงก็คือ เทคโนโลยียีนไดรฟ์ หรือการขับเคลื่อนด้วยยีน ซึ่งจะใช้สิ่งมีชีวิตทรยศไปส่งต่อยีนกลายพันธุ์ที่ก๊อบปี้ตัวเองได้ในกลุ่มประชากรยุงซึ่งจะทำให้ลูกหลานยุงอยู่ไม่รอดจนถึงวัยเจริญพันธุ์ หรือไม่ก็เป็นหมัน สืบพันธุ์ไม่ได้ และท้ายที่สุดก็ค่อย ๆ สูญพันธุ์ไปเอง
แต่ปัญหาที่น่ากลัวของยีนไดรฟ์ก็คือ พอปล่อยตัวทรยศออกไปแล้ว กระบวนการจะย้อนกลับไม่ได้ และถ้าการกระจายของยีนกลายพันธ์ุนั้นตีวงไปไกลจนคุมไม่อยู่ ผลที่ตามมาอาจมหันต์ อยากกำจัดยุงชนิดหนึ่ง แต่ยุงอีกชนิดหนึ่งหรือแม้แต่แมลงอื่นที่อาจจะมีประโยชน์ในการผสมเกสรอาจจะโดนหางเลขจนสูญพันธุ์ตายตกตามกันโดยไม่ได้ตั้งใจ อันนี้เรื่องใหญ่
สำนักงานบริหารโครงการวิจัยขั้นสูงด้านกลาโหม สหรัฐอเมริกา (Defense Advanced Research Project Agency, DARPA) หรือดาร์พา เริ่มลงทุนในเรื่องนี้ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2560 เป็นจำนวนเงินกว่าหกสิบห้าล้านดอลลาร์สหรัฐ (หรือเกือบสองพันสี่ร้อยล้านบาท) ให้นักวิจัยระดับเทพแห่งวงการแก้ไขยีน ทั้ง 7 ทีม คือ เจนนิเฟอร์ ดาอ์ดนา (Jennifer Daudna) จอร์จ เชิร์ช (George Church) เควิน เอสเวลต์ (Kevin Esvelt) รวมถึงโอมาร์ด้วย เพื่อศึกษาเทคโนโลยีการแก้ไขยีน ยีนไดรฟ์และผลกระทบที่อาจจะเป็นไปได้ตั้งแต่ต้นน้ำไปจนถึงปลายน้ำ
ในช่วงสองปีแรก เริ่มจากการศึกษาองค์ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับการแก้ไขยีนกันอย่างจริง ๆ จัง กลไก วิถี กระบวนการ และพัฒนาเครื่องมือต่าง ๆ ที่จำเป็น เรียกว่าพยายามจะตอกเสาเข็มวางรากฐานเทคโนโลยีให้แน่นหนาเพื่อการพัฒนาอย่างยั่งยืน ซึ่งสำหรับเรนี เวกร์ซิน (Renee Wegrzyn) ผู้จัดการโครงการยีนปลอดภัย (safe gene) ของดาร์พา ถือว่าประสบความสำเร็จสูงส่ง
เพราะทีมวิจัยทั้งเจ็ดมีผลงานวิจัยพื้นฐาน และผลงานพิสูจน์หลักการที่ลึกซึ้งและน่าตื่นเต้นออกมาเผยแพร่ในวารสารวิทยาศาสตร์ชั้นนำมากมาย ยุทธศาสตร์ต่อไปที่ดาร์พาต้องการ ก็คือหาวิธีการป้องกันโอกาสที่จะเกิดการผิดพลาด
“เทคโนโลยี (ยีนไดรฟ์) นั้นใหม่มาก ๆ แล้วก็ยังมีอะไรต่อมิอะไรอีกหลายอย่างเกี่ยวกับมันที่เรายังไม่รู้แน่ชัด แนวคิดที่จะใส่ฟังก์ชันด้านความปลอดภัยเข้าไปด้วยตั้งแต่เริ่ม ก็น่าจะเป็นไอเดียที่ดี” เรนีกล่าว
สิ่งมีชีวิตโดยมากจะมีสารพันธุกรรม (ที่ในยุคหลังเมนเดลเรามาเรียกเป็นชุดโครโมโซม) สองชุด ชุดหนึ่งจากพ่อ อีกชุดหนึ่งจากแม่ ซึ่งยีนแต่ละชุดโครโมโซมก็จะมีรายละเอียดแตกต่างกันไปบ้างเล็กน้อยมองได้เป็นสองเวอร์ชัน เวอร์ชันพ่อและเวอร์ชันแม่ เวอร์ชันของยีนที่ต่างกันนี้เรียกว่า อัลลีล
ในการผสมพันธ์ุ รุ่นพ่อแม่ก็จะสุ่มส่งอัลลีลจากชุดใดชุดหนึ่งจากสองชุดโครโมโซมนี้ต่อไปยังทายาทรุ่นต่อไป นั่นหมายความว่าโอกาสที่อัลลีลหนึ่งจะถูกสุ่มส่งต่อไปยังรุ่นต่อไปนั้นคือ 50:50 แต่ในกรณีของยีนไดรฟ์คือ ยีนที่ใช้ มันก๊อบปี้ตัวเองได้ และถ้าได้เข้าไปอัลลีลนึง
มันจะก๊อบตัวมันเองเข้าไปแทนที่อีกอัลลีลนึงด้วย กลายเป็นสองชุดมีอัลลีลเหมือนกัน และถ้าอัลลีลนั้นส่งผลร้ายกับกลุ่มประชากร ไม่นาน ถ้ามันเพิ่มได้เองและกระจายไปได้โดยไม่มีการควบคุม จำนวนประชากรก็จะค่อย ๆ ลดน้อยถอยลงและท้ายที่สุดก็จะถึงกาลอวสาน ภายใต้การสนับสนุนของดาร์พา
นักวิจัยจากหลายที่ก็ได้พัฒนาวิธีการต่าง ๆ ในการจำกัดการกระจายของยีนไดรฟ์ ที่เด่น ๆ ก็คือยีนไดรฟ์แยกส่วน (split gene drive) ของโอมาร์ ดังที่รู้กัน เอนไซม์ Cas9 ต้องใช้ชิ้นอาร์เอ็นเอนำร่องเพื่อคุมการตัดและแทนที่ยีน โอมาร์ออกแบบระบบของเขาโดยแยกเอายีน Cas9 ไปไว้ในโครโมโซมหนึ่ง แล้วเอายีนอาร์เอ็นเอชี้เป้า (guide RNA) ไปไว้ในอีกโครโมโซมหนึ่ง
ซึ่งยีนไดรฟ์จะเกิดขึ้นได้ ก็ต่อเมื่อยุงได้มาทั้ง Cas9 และ guide RNA เท่านั้น ซึ่งในระบบนี้ ประสิทธิภาพของยีนไดรฟ์จะควบคุมได้ ขึ้นกับว่าจำนวนยุง Cas9 ที่เขาจะเข้าไปในระบบ
“ถ้าไม่มี Cas9 เดี๋ยว พวกมันก็จะค่อย ๆ หายกันไปเอง” โอมาร์กล่าว
อีกแนวคิดที่ดูน่าสนใจ และอาจจะโดดเด่นกว่าของโอมาร์เสียด้วยซ้ำ เห็นจะเป็นไอเดียของผู้บุกเบิกเทคโนโลยียีนไดรฟ์ เควิน เอสเวลต์ จากเอ็มไอที สำหรับเควิน ยีนไดรฟ์นั้นเป็นเทคโนโลยีที่น่ากลัว การทำอะไรกับเทคโนโลยีนี้ต้องโปร่งใสและชัดเจน เพราะความผิดพลาดเพียงนิด อาจสร้างปัญหาที่ยิ่งใหญ่กว่าที่จะคาดฝันได้
ทีมของเควินจึงได้พัฒนาระบบที่เรียกว่า “สายโซ่ดอกเดซี” ซึ่งสามารถจำกัดและควบคุมยีนไดรฟ์ให้เกิดขึ้นเฉพาะที่ (local drive) ได้ ไอเดียของเควินจะใช้หลักการคล้าย ๆ กับของโอมาร์ คือต้องใช้มากกว่าองค์ประกอบในการควบคุมยีนไดรฟ์
เขาเปรียบแต่ละองค์ประกอบเป็นชั้นของสายโซ่ดอกเดซี และถ้าระบบมีองค์ประกอบเป็นยีนสามยีน A, B และ C เควินก็จะเรียกระบบนี้ว่า สายโซ่ดอกเดซี 3 ชั้น ทีมของเควินออกแบบให้แต่ละองค์ประกอบนั้นเกี่ยวโยงกันเป็นชั้น ๆ เช่น ใช้ยีน C คุมการแสดงออกของอาร์เอ็นเอนำร่องที่ทำให้เกิดการจำลองตัวเองของยีน B และในชิ้นของยีน B ก็มีส่วนช่วยนำร่องสำหรับไปคุมการก๊อบปี้และแทนที่อัลลีลของยีน A อีกที
ซึ่งหมายความว่าในระบบเดซีไดรฟ์ Cas9 จะส่งผลได้มากที่สุดแค่ในรุ่นแรก และจะน้อยลงเรื่อย ๆ ในรุ่นต่อ ๆ มา และพอชั้นดอกเดซีหมด ผลจากยีนไดรฟ์ก็จะค่อย ๆ เลือนหายไปเอง หรือที่เขาเรียกว่ายีนไดรฟ์ที่หมดสภาพไปเอง (self exhausting drive)
นั่นคือยุงรุ่นแรกที่มีครบถ้วนทั้ง A, B และ C ก็จะดันให้เกิดยีนไดรฟ์ได้อย่างสมบูรณ์ แต่พอถึงรุ่นลูก อัตราส่วนอัลลีลของยีน C ที่จำลองตัวเองไม่ได้ ก็จะค่อย ๆ ลดและถูกเจือจางหายไปในกลุ่มประชากร และเมื่อผ่านไปอีกรุ่น อัตราส่วนยีน C ที่น้อยลงก็จะส่งผลกระทบต่อเนื่องทำให้การจำลองแบบของยีน B นั้นลดน้อยถอยลงไปด้วยเช่นกัน และพอถึงรุ่นที่ 3 ผลกระทบก็จะตกไปถึงยีน A ด้วยเช่นกัน
และในที่สุดอัตราส่วนของทั้งสามยีนก็จะค่อย ๆ ลดน้อยลงไปเรื่อย ๆ เสียจนเจือจางหายไปเองในธรรมชาติ ในการควบคุมและจัดการนั้นจะกำหนดจำนวนชั้นของดอกเดซี ซึ่งไม่จำเป็นต้อง 3 ชั้น ยิ่งจำนวนชั้นของเดซีมาก การควบคุมอัตราส่วนและผลกระทบจากยีนไดรฟ์ก็จะง่ายยิ่งขึ้น
นอกเหนือจากจำนวนชั้นดอกเดซี อีกหนึ่งตัวแปรที่สำคัญในการทำยีนไดรฟ์ก็คือการประมาณจำนวนยุงเดซีตั้งต้น เควินเชื่อมั่นว่าถ้ากะเกณฑ์จำนวนยุงตั้งต้นดี ๆ หาให้เจอว่าจะใช้ยุงตั้งต้นเท่าไรและจะต้องใส่เดซี่ไปกี่ชั้น ระบบของเราจะสามารถจัดการกำจัดยุงร้ายได้แบบเฉพาะเมือง ทีละพื้นที่ ซึ่งจะทำให้เทคโนโลยีนี้ควบคุมได้และน่าใช้มากกว่าเดิมแบบอักโข
ที่จริงเควินยังออกแบบวิธีควบคุมยีนไดรฟ์แบบอื่น ๆ ไว้อีกหลายแบบ เช่น ใช้ยีนที่ต้องมีเป็นคู่ (haploinsufficient gene) และการไดรฟ์แบบตั้งเกณฑ์ชัดเจน (threshold drive) ซึ่งถ้าใครสนใจสามารถไปตามอ่านเปเปอร์ของเขาได้ “With great power comes great responsibility”
นี่คือความทรงพลังของเทคโนโลยีแก้ไขยีนแห่งอนาคต ที่ถ้าเอามาใช้อย่างรัดกุมและถูกวิธี อาจจะช่วยรักษาชีวิตผู้คนได้มากมาย แต่ถ้าใช้อย่างไม่ระมัดระวังอาจจะส่งผลกระทบรุนแรงจนบางสปีชีส์ต้องถึงกาลอวสานก็เป็นได้ ซึ่งก็ได้แต่หวังว่าสปีชีส์ที่อาจจะถูกลบเลือนหายไปจะไม่ใช่ “เซเปียนส์” !
โฆษณา