Bio

Technology

จากโครโมโซมสังเคราะห์
สุชาต อุดมโสภกิจ

ถึงสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์ ห
ากเซลล์ดังกล่าวนี้ทำหน้าที่ของเซลล์ได้อย่างแท้จริง เซลล์ดังกล่าวจะเป็นสิ่งมี ชีวิตสังเคราะห์ชีวิตแรกของโลก

เมื่ อ กลางเดื อ นมกราคมที่ ผ่ า นมา มี ข่ า ว ใหญ่ ใ นวงการวิ ท ยาศาสตร์ เ กิ ด ขึ้ น โดยเฉพาะ สำหรับวงการวิทยาศาสตร์ชีวภาพแล้ว ข่าวนี้นับ เป็นการก้าวกระโดดที่สำคัญอีกก้าวหนึ่ง นั่น คือ นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งได้รายงาน ผลการวิจัยว่าประสบความสำเร็จในการ สร้าง โครโมโซมสังเคราะห์ (synthetic chromosome) แล้ว วารสารวิทยาศาสตร์ Science ฉบับเดือนกุมภาพันธ์ของปีนี้ ได้ตีพิมพ์ ผลงานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์กลุ่ม หนึ่ง นำโดย Dr. Hamilton Smith ซึ่ง เป็นหัวหน้ากลุ่มชีวสังเคราะห์ (Synthetic Biology Group) ของสถาบั น วิ จั ย J. Craig Venter Institute (JCVI) สหรัฐอเมริกา ซึ่งได้ทำการสังเคราะห์ดีเอ็นเอที่ บรรจุยีนทั้งหมดที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของ แบคทีเรียที่มีชื่อว่า Mycoplasma genitalium สายพันธุ์ G37 (เป็นแบคที เรียที่มีขนาดเล็ก ที่สุดเท่าที่พบในขณะนี้ รูปที่ 1) โดยดีเอ็นเอที่ สังเคราะห์ได้นี้มีชื่อเรียกว่า M. genitalium JCVI-1.0 ซึ่งดีเอ็นเอที่สังเคราะห์ขึ้นนี้มีลักษณะ เป็นวงกลม ซึ่งเลียนแบบโครโมโซมของแบคทีเรียที่มีอยู่จริงในธรรมชาติ คือ มีลักษณะเป็น วงกลม (circular DNA) เช่นเดียวกัน

June-July 2008, No.199 077

Technology

Bio

เพื่อทำหน้าที่ดังกล่าว หรือเมื่อใดก็ตามที่ต้องมีการจำลองดีเอ็น เอชุดใหม่ ดีเอ็นเอชุดเดิมที่มีอยู่ก็ต้องคลายตัวเช่นกัน เพราะ ฉะนั้นขอให้เข้าใจในเบื้องต้นว่าดีเอ็นเอและโครโมโซมคืออัน เดียวกันสำหรับกรณีนี้ ส่วน จีโนม (genome) คือ ข้อมูลพันธุ กรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่ง ๆ
รูปที่ 1 แบคทีเรีย Mycoplasma genitalium ภายใต้ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนกำลังขยายสูง

ขอทำความใจในที่นี้ก่อนเล็กน้อยว่า โครโมโซม กั บ ดี เ อ็ น เอ ในความหมายทั่ ว ไปแล้ ว จริง ๆ คืออันเดียวกัน แม้ดีเอ็นเอจะปรากฏอยู่ใน รูปแบบอื่น ๆ ด้วยก็ตาม เพราะโครโมโซมเกิดจาก สายดี เ อ็ น เอมาขดพั น และอั ด กั น แน่ น เพื่ อ ให้ มี ขนาดเล็กที่สุด (รูปที่ 2) เล็กพอที่จะถูกบรรจุไว้ใน เซลล์เล็ก ๆ ได้ และหากเป็นเซลล์ของสิ่งมีชีวิตชั้น สูง โครโมโซมนี้ก็ต้องมีขนาดเล็กพอที่จะถูกบรรจุ ไว้ในนิวเคลียส ซึ่งอยู่ภายในเซลล์อีกชั้นหนึ่ง ส่วน การขดพันและอัดกันแน่นนั้น มีขั้นตอนและต้อง อาศัยโปรตีนบางชนิดมาช่วยให้ดีเอ็นเอนั้นพันกัน แบบเป็นระเบียบ ไม่วุ่นวาย เพราะเมื่อใดก็ตามที่ ส่วนใดส่วนหนึ่งของ ดีเอ็นเอต้องทำงาน (เช่น การ สร้างโปรตีน) ส่วนที่พันกันนั้นจะต้องคลายออก

รูปที่ 2 ภาพจำลองเซลล์ของสิ่งมีชีวิตชั้นสูง เช่น มนุษย์ มีนิวเคลียสซึ่งบรรจุ โครโมโซมอยู่ โครโมโซมเกิ ด จากการขดพั น และอั ด กั น แน่ น อย่ า งมี ระเบียบของดีเอ็นเอ โดยความช่วยเหลือของโปรตีนบางชนิด ในที่นี้คือ ฮิสโตน (histone) (ภาพจากเว็บไซต์ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ http://www.biotec.or.th/Genome/ whatGenome.html)

ความสำคัญของความสำเร็จในการ สังเคราะห์โครโมโซม

ประการแรก นี่เป็นการสังเคราะห์ดีเอ็นเอชิ้นใหญ่ที่สุด เท่าที่มนุษย์เคยทำได้ นั่นคือ มีความยาวทั้งสิ้น 582,970 คู่เบส (เบส หรือ Base ใช้เรียกชื่อหน่วยย่อยของดีเอ็นเอที่มาเรียงต่อ ๆ กัน บางทีก็เรียกว่า นิวคลีโอไทด์ (nucleotide) ซึ่งเบสเป็นส่วน หนึ่งของนิวคลีโอไทด์มี 4 ชนิด ดังรูปที่ 3 คือ อะดีนีน (adenine, A) กวานีน (guanine, G) ไซโตซีน (cytosine, C) และ ไธมีน (thymine, T) นิวคลีไทด์หรือเบสทั้ง 4 ชนิดนี้จะมาเรียงต่อ ๆ กัน เป็นดีเอ็นเอสายยาว ๆ)

078 Technology Promotion Mag.

Bio Technology

รูปที่ 3 ดีเอ็นเอโดยทั่วไปมีลักษณะเป็นเกลียวคู่ ประกอบด้วย 2 สาย แต่ละ สายประกอบด้วยหน่วยย่อยคือนิวคลีโทไทด์มาเรียงต่อ ๆ กัน ส่วนที่มี ลักษณะคล้ายขั้นบันไดคือเบส ซึ่งมี 4 ชนิดได้แก่ A,C,G,T และเบส ของดีเอ็นเอของทั้ง 2 สายสามารถจับคู่กันได้โดยพันธะไฮโดรเจน โดย A จับกับ T ส่วน C จับกับ G

ประการที่สอง นับเป็นการสังเคราะห์ดีเอ็นเอด้วยปฏิกิริยา ทางเคมี เพื่อให้ได้ชิ้นส่วนดีเอ็นเอ (DNA fragments) หลาย ๆ ชิ้น แล้วจึงนำชิ้นส่วนเหล่านั้นมาต่อกัน ไม่ได้เป็นการสร้างดีเอ็นเอที่ จำลองมาจากดีเอ็นเอต้นแบบด้วยกรรมวิธีที่มีอยู่เดิมที่เรียกว่า

Polymase Chain Reaction หรือ PCR การสังเคราะห์ดีเอ็นเอด้วยปฏิกิริยาเคมีไม่ใช่ของง่าย เพราะเมื่อใดก็ตามที่สายดีเอ็นเอยาวขึ้นเรื่อย ๆ มันก็จะยิ่งเปราะบางมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งเป็นอุปสรรคที่สำคัญประการหนึ่งของการ สังเคราะห์ดีเอ็นเอ คณะผู้วิจัยได้ทำการวางแผนซึ่งใช้ชื่อว่า บันได 3 ขั้น เพื่อ ไปสู่เป้าหมายในการสร้างสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์ (artificial life หรือ synthetic organism) ขึ้นมา อันประกอบด้วย บันไดขั้นแรก คือ การปลูกถ่ายจีโนม (genome transplantation) จากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง และต้องทำให้ เซลล์ที่รับการปลูกถ่ายจีโนมนั้นมีคุณสมบัติใหม่ตามข้อมูลพันธุ

กรรมในจีโนมดังกล่าว บันไดขั้นที่สอง ทำการสังเคราะห์จีโนมขึ้นมาใหม่ด้วย ปฏิกิริยาทางเคมี โดยอาศัยข้อมูลพันธุกรรมที่ได้จากการถอดรหัส จีโนมของสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ตามธรรมชาติ บันไดขั้นที่สาม นำผลความสำเร็จจากขั้นแรกและขั้นที่ สองมาประมวลเข้าด้วยกัน นั่นคือ การปลูกถ่ายจีโนมซึ่งเป็นโครโมโซมสังเคราะห์เข้าไปยังเซลล์ที่ไ

ม่มีจีโนม (หรืออะไรที่คล้าย ๆ กัน) และทำให้เกิดเซลล์ใหม่ที่ทำหน้าที่เป็นสิ่งมีชีวิตโดยสมบูรณ์ ตามข้อมูลพันธุกรรมที่มีอยู่ในโครโมโซมสังเคราะห์ที่ปลูกถ่ายให

้ จนถึงปัจจุบันนี้ คณะผู้วิจัยดังกล่าวได้ก้าวพ้นบันไดขั้นที่สองแล้ว

ในช่วงกลางทศววรษ 1990 คณะผู้วิจัยซึ่ง นำโดย Dr. Venter (รูปที่ 4) มีข้อมูลจีโนมของเชื้อ M. genitalium อยู่ในมือแล้ว และกำลังเริ่มต้น โครงการวิจัยที่เรียกว่า โครงการจีโนมขั้นต่ำ หรือ Minimal genome project คือ การศึกษาหาข้อมูล พันธุกรรม “ที่น้อยที่สุด” ที่ต้องมีและที่จำเป็นแก่ การดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่ง ๆ พวกเขาเริ่ม ต้นจากข้อมูลจีโนมของ M. genitalium เพราะมี ข้อมูลที่สมบูรณ์แล้ว และเป็นข้อมูลจีโนมของสิ่งมี ชีวิตที่มีขนาดเล็กที่สุดที่เราสามารถจะเลี้ยงมันให้ เจริญเติบโตในห้องปฏิบัติการได้

รูปที่ 4 Dr. J. Craig Venter ผู้ริเริ่มโครงการถอดรหัสจีโนมของ มนุษย์ และผู้ก่อตั้งสถาบัน J. Craig Venter Institute (JCVI)

ต่อมาในปี พ.ศ. 2546 คณะผู้วิจัยชุดเดิม และผู้ที่ตามมาสมทบเพิ่มเติม ประสบความสำเร็จ ในการสังเคราะห์ดีเอ็นเอของไวรัสของแบคทีเรีย ชนิดหนึ่ง เรียกว่า Bacteriophage Φ × 174 (เรียก ย่อ ๆ ว่า phi X – รูปที่ 5) ซึ่งมีความยาว 5,386 คู่ เบส นับเป็นบันไดขั้นแรกของความพยายามสร้าง สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์ ซึ่งการวิจัยในขั้นตอนนี้พวกเขา ใช้เวลาเพียง 14 วันในการสังเคราะห์ดีเอ็นเอของ phi X
June-July 2008, No.199 079

Technology

Bio

Heat Neck Collar Sheath Tail fiber

DNA

โซม และโครโมโซมสังเคราะห์ชิ้นใหม่ที่เข้าไปในเซลล์ผู้รับนี้จะ เป็นตัวจุดชนวนให้เซลล์นั้นเริ่มทำหน้าที่ของเซลล์ และหากเซลล์ ดังกล่าวนี้ทำหน้าที่ของเซลล์ได้อย่างแท้จริง เซลล์ดังกล่าวจะ เป็นสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์ชีวิตแรกของโลก

Base plate

รูปที่ 5 Bacteriophage ซึ่งเป็นไวรัสของแบคทีเรีย ส่วนหัว บรรจุ ดี เ อ็ น เอ ส่ ว นท่ อ ข้ า งล่ า งทำหน้ า ที่ ฉี ด ดี เ อ็ น เอ เข้าไปภายในเซลล์ของแบคทีเรีย

ในเดือนมิถุนายนของ พ.ศ. 2550 Dr. Carole Lartigue แห่ง JCVI ได้รายงานความสำเร็จของ การวิจัยเพิ่มเติม นั่นคือ ความสำเร็จในการปลูก ถ่ายจีโนม กล่าวคือ เป็นการปลูกถ่ายโครโมโซม จากแบคทีเรียเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง แล้ว ทำให้แบคเรียนั้นเปลี่ยนสปีชีส์ (species) หรือชนิด ไป ซึ่งในกรณีนี้ เขาทำให้ Mycoplasma capricolum กลายเป็น Mycoplasma mycoides โดย เอาจีโนมของ M. mycoides ไปแทนที่จีโนมของ M. capricolum อาจกล่าวได้ว่าเทคนิคการปลูกถ่ายจีโนม เป็นขั้นตอนที่จำเป็นขั้นตอนแรกของการวิจัยเกี่ยว กับโครโมโซมสังเคราะห์ เพราะขั้นตอนนี้เป็นกลไก ที่สำคัญในการกระตุ้นโครโมโซมที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยปฏิกิร

ิยาเคมี ให้เข้าไปอยู่ในเซลล์ที่มี ชีวิต และทำหน้าที่ตามที่มันควรจะทำได้ รายงานความสำเร็จของงานวิจัยเกี่ยวกับ การสังเคราะห์โครโมโซมของ M. genitalium จึง เป็นความสำเร็จของบันไดขั้นที่ 2 ก่อนจะนำไปสู่ การวิจัยในขั้นตอนต่อไปคือการปลูกถ่ายโครโมโซม สังเคราะห์ที่ได้นี้เข้าไปในเซลล์ที่แต่เดิมไม่มีโครโม080 Technology Promotion Mag.

ภายหลังจากที่มีข้อมูลจีโนมของ M. genitalium อย่าง สมบูรณ์อยู่ในมือ และผ่านการตรวจสอบแล้วว่าไม่มีข้อผิดพลาด ใด ๆ คณะผู้วิจัยจึงเริ่มสังเคราะห์ชิ้นส่วนดีเอ็นเอด้วยปฏิกิริยา ทางเคมีขึ้นมาจำนวน 101 ชิ้น ตามข้อมูลจีโนดังกล่าว ชิ้นส่วน ดีเอ็นเอแต่ละชิ้นมีความยาว 5,000 – 7,000 คู่เบส และเพื่อให้ สามารถจำแนกดี เ อ็ น เอสั ง เคราะห์ อ อกจากดี เ อ็ น เอที่ มี ต าม ธรรมชาติได้ จึงต้องบรรจุชิ้นส่วนดีเอ็นเอสั้น ๆ ลงไปในดีเอ็นเอ สังเคราะห์เหล่านั้น เพื่อทำหน้าที่เป็นเครื่องหมาย เรียกชิ้นส่วน เหล่านั้นว่า พรายน้ำ (watermarks) นอกจากนี้คณะผู้วิจัยได้ ทำลายยีนบางยีน เพื่อไม่ให้เซลล์ที่จะรับโครโมโซมสังเคราะห์ใน ขั้นตอนต่อ ๆ ไปนั้นมีความสามารถในการติดเชื้อ (infectivity) หรือก่อโรค ขั้นตอนการสังเคราะห์ชิ้นส่วนดีเอ็นเอนี้ คณะผู้วิจัย ได้ร่วมมือกับบริษัทภายนอกอีก 2-3 บริษัท ข้อสังเกตในขั้นตอน นี้คือ ชิ้นส่วนดีเอ็นเอสังเคราะห์ที่ได้ยังไม่ใช่โครโมโซมสังเคราะห์ หลังจากที่ได้ชิ้นส่วนดีเอ็นเอสังเคราะห์แล้ว จึงเข้าสู่ขั้นตอน การนำชิ้นส่วนเหล่านั้นมาประกอบเข้าด้วยกัน (assemble) โดย ประกอบด้วยขั้นตอนหลัก 5 ขั้นตอนที่จะทำให้ได้ชิ้นส่วนดีเอ็นเอ ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ จนกว่าจะได้โครโมโซมสังเคราะห์ที่เป็น จีโนมของ M. genitalium อย่างสมบูรณ์ ขั้นตอนแรก นำชิ้นส่วนดีเอ็นเอสังเคราะห์มา 4 ชุด แล้ว ประกอบเป็นชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่มีความยาวมากขึ้น เรียกว่า Subassembly ซึ่งมีความยาวประมาณ 24,000 คู่เบส (เรียกอีกอย่าง ว่า 24 กิโลเบส หรือ 24 kb) ขั้นตอนนี้ได้ Subassembly จำนวน 25 ชิ้น จากนั้นจึงนำทั้ง 25 ชิ้นนี้บรรจุเข้าไปในเซลล์ของแบคทีเรีย ชนิดหนึ่งชื่อว่า Escherichia coli เพื่อให้ E. coli ทำหน้าที่ในการ เพิ่มจำนวน Subassembly ให้ได้ปริมาณมากเพียงพอสำหรับ ขั้นตอนต่อไป ขั้ น ตอนที่ 2 คื อ การนำ Subassembly เหล่ า นั้ น มา ประกอบกันให้มีความยาวขึ้นไปอีก กล่าวคือ จากเดิมที่มีความ ยาว 24 kb เขานำมาประกอบเข้าด้วยกันแล้วได้ชิ้นส่วนดีเอ็นเอ

สังเคราะห์โครโมโซมขึ้นมาได้อย่างไร

Bio Technology

ที่มีความยาว 72,000 คู่เบส (72 kb) คราวนี้เรียกชิ้นส่วนดีเอ็นเอ ใหม่ที่มีความยาวขึ้นนี้ว่า Assembled blocks ซึ่งแต่ละชิ้นมี ความยาวประมาณ 1 ใน 8 ของความยาวของจีโนมเป้าหมาย จากนั้นก็นำ Assembled blocks ที่ได้บรรจุเข้าไปในเซลล์ของ E. coli เพื่อเพิ่มจำนวนให้มากขึ้นไปอีก ขั้นตอนที่ 3 นำ Assembled blocks ที่ได้มาประกอบ เข้าด้วยกัน ทำให้ได้ชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่มีความยาว 144,000 คู่เบส (144 kb) หรือยาวประมาณ 1 ใน 4 ของความยาวของจีโนม เป้าหมาย คราวนี้เขาไม่สามารถบรรจุดีเอ็นเอที่ใหญ่ขนาดนี้เข้าไป ในเซลล์ของแบคทีเรีย E. coli ได้อีกต่อไป จึงต้องหันไปพึ่งพาผู้ ช่วยใหม่คือยีสต์ที่มีชื่อว่า Saccharomyces cerevisiae ซึ่งเป็น สิ่งมีชีวิตชั้นสูงขึ้นมาอีกนิด และสามารถรับชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่มี ขนาดใหญ่ขึ้นได้ เมื่อสามารถเพิ่มจำนวนดีเอ็นเอที่มีความยาวประมาณ 144 kb ในยีสต์ได้แล้ว ขั้นต่อไปคือการทำให้ชิ้นส่วนดีเอ็นเอ เหล่านั้นมีความยาวเพิ่มขึ้นอีก คราวนี้เขาใช้เทคนิคที่เรียกว่า Homologous recombination เทคนิคนี้เลียนแบบกลไกที่มีอยู่ ตามธรรมชาติในเซลล์ ซึ่งเป็นกลไกที่ช่วยลดความผิดพลาดใน การสร้างดีเอ็นเอตามธรรมชาติ ด้วยเทคนิคนี้ทำให้ได้ชิ้นส่วน ดีเอ็นเอที่มีความยาวถึง 582,970 คู่เบส และมียีนอยู่ 381 ยีน (รูปที่ 6) ซึ่งถือว่าเป็นยีนจำนวนน้อยที่สุดที่ต้องมีและจำเป็นแก่ การดำรงชี วิ ต ของ M. genitalium อั น เป็ น เป้ า หมายของการ สังเคราะห์โครโมโซม จากนั้นจึงนำโครโมโซมสังเคราะห์ที่ได้นี้ไป ทำการถอดรหัสเบสอีกครั้ง (resequencing) เพื่อให้มั่นใจว่าได้ ลำดับเบสตรงตามต้นแบบหรือตามที่ต้องการจริง ๆ

รูปที่ 6 ภาพถ่ายโครโมโซมสังเคราะห์ของ M. genitalium JCVI-1.0 ภายใต้ กล้องจุลทรรศน์ ในช่วงเวลา 0.6 วินาที

โครโมโซมสังเคราะห์ที่มีชื่อว่า M. genitalium JCVI-1.0 นี้ มีมวลโมเลกุล 360,110 กิโลดาลตัน (kDa) หากทำการพิมพ์ ข้อมูลเบสของโครโมโซมโดยใช้รหัส A,C,G,T ตามลำดับเบสที่

ปรากฏอยู่ และใช้ขนาดอักษร 10 จุดแล้ว จะต้อง ใช้กระดาษจำนวน 147 หน้าจึงจะบรรจุข้อมูลโครโมโซมสังเคราะห์นี้ได้หมด Dr. Dan Gibson หัวหน้าคณะผู้วิจัยกล่าว ว่า “นี่เป็นความก้าวหน้าที่น่าตื่นเต้นของคณะของ เราและของนั ก วิ ท ยาศาสตร์ ใ นวงการเดี ย วกั น อย่างไรก็ตาม เราจะไม่หยุดอยู่แค่นี้ เพื่อให้บรรลุ เป้าหมายของเรา ขั้นตอนต่อไปคือการบรรจุโครโมโซมสังเคราะห์ที่เราสร้างขึ้นมาได

้นี้เข้าไปในเซลล์ แล้วทำให้มันกลายเป็นสิ่งมีชีวิตสังคราะห์ขึ้นมาให้ ได้” นักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มมีความคิดที่จะใช้ เทคโนโลยี โ ครโมโซมสั ง เคราะห์ นี้ เ พื่ อ การสร้ า ง โครโมโซมขึ้นมาใหม่และใส่เข้าไปในเซลล์ของคน โดยโครโมโซมใหม่นี้จะมีขนาดเล็กกว่าโครโมโซม เดิมที่มีอยู่ในเซลล์ แต่จะมีองค์ประกอบที่จำเป็น สำหรับความเสถียรและการทำหน้าที่ และจะมียีน ไม่มาก โดยมีเพียงที่จำเป็นเพื่อชดเชยยีนที่เซลล์ ผิดปกตินั้นขาดไป หรือผิดปกติไป โครโมโซมสังเคราะห์ที่ใส่เข้าไปใหม่นี้สามารถผลิตโปรตีนหรือ เอนไซม์ ใ ห้ แ ก่ เ ซลล์ เพื่ อ ให้ เ ซลล์ นั้ น กลั บ มาทำ หน้าที่ตามปกติ อันหมายถึงร่างกายจะกลับคืนสู่ สภาพปกติ ไม่มีพยาธิสภาพหรือภาวะของโรคอีก ต่อไป กระบวนนี้เป็นส่วนหนึ่งของวิธีการรักษาผู้ป่วย ที่เรียกว่า การบำบัดด้วยยีน (gene therapy) ความฝันที่ไกลไปกว่านั้นคือ การสร้างสิ่งมี ชีวิตสังเคราะห์ขึ้นมาใหม่ และมีคุณสมบัติตามที่ เรากำหนด โดยเริ่ ม ต้ น จากการสร้ า งแบคที เ รี ย สังเคราะห์ที่มีความสามารถในการสร้างเชื้อเพลิงที่ ให้พลังงานทดแทนสภาพวิกฤติที่เกิดขึ้นในปัจจุบัน เช่น อาจสร้างแบคทีเรียสังเคราะห์ที่มีความสามารถ ในการย่อยเซลลูโลสที่พบมากในพืช แล้วเปลี่ยนให้ เป็นเอธานอลได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง (หากเป็น เช่นนั้นจริง เราอาจมีแบคทีเรียที่สามารถผลิตแอลกอฮอล์จากทุกส่วนของต้นข้าวโ

พดและพืชอื่น ๆ แทนที่จะเป็นจากซังข้าวโพดดังเช่นที่เป็นอยู่ทุกวันนี้)
June-July 2008, No.199 081

Technology

Bio

นอกเหนือจากความพยายามในการสร้าง แบคทีเรียสังเคราะห์เพื่อการผลิตเอทานอลแล้ว สิ่ง ที่ Dr. Venter กำลังสนใจอยู่ในขณะนี้คือแบคทีเรีย จากก้นทะเลลึกชื่อ Methanococcus jannaschii ซึ่งมีความสามารถในการผลิตก๊าซมีเทน (methane) ที่อุณหภูมิสูงถึง 85 องศาเซลเซียสได้ เขาให้เหตุผล ว่าเอทานอลไม่น่าจะเป็นเชื้อเพลิงที่ดีนัก เชื้อเพลิง ที่ดีควรให้พลังงานสูงกว่าเอทานอล ไม่ต้องขนส่ง ไกล ๆ ไม่ต้องมีโรงกลั่นมหึมา เราน่าจะผลิตเชื้อเพลิง ได้เองที่บ้าน เขากล่าวว่า พวกเราน่าจะมีบ่อเล็ก ๆ ใน สวนหลังบ้าน แล้วก็เติมเชื้อเพลิงให้แก่รถของเรา จากบ่อนั้นแหละ” นอกจากนี้เขากำลังหาวิธีที่จะใช้ สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์บางชนิดที่มีความสามารถใน การใช้กระบวนการสังเคราะห์แสง (photosynthesis) เพื่อใช้พลังงานแสงในการผลิตก๊าซออกซิเจนซึ่ง เป็นพลังงานสะอาด ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มมองไป ถึงการใช้แบคทีเรียสังเคราะห์ที่มียีนต่าง ๆ ตามที่ เราต้องการ เพื่อทำหน้าที่ในการรักษาโรค โดยอาจ ทำหน้าที่ในการผลิตยา เอนไซม์ รวมทั้งฮอร์โมนที่ จำเป็นแก่ร่างกายได้ตลอดเวลาตราบเท่าที่มันยัง อยู่ในร่างกาย งานวิจัยทางชีวภาพมักหลีกเลี่ยงไม่พ้นที่จะ มีข้อโต้แย้งหรือถกเถียงกันในแง่มุมต่าง ๆ เสมอ โดยเฉพาะด้านจริยธรรม นับตั้งแต่การวิจัยเกี่ยวกับ การโคลนนิ่ง (cloning) สิ่งมีชีวิตที่ได้รับการดัดแปลง พันธุกรรม (genetically modified organism, GMO) เรื่อยมาจนถึงเซลล์ต้นกำเนิด (stem cell) นั บ ตั้ ง แต่ ที่ Dr. Venter และคณะริ เ ริ่ ม ทำการศึกษา จีโนมขั้นต่ำ และ จีโนมสังเคราะห์ นั้น พวกเขาก็ได้รับความสนใจจากแวดวงต่าง ๆ ด้วย เช่น ในปี พ.ศ. 2538 ขณะที่พวกเขากำลังทำการ วิจัย จีโนมขั้นต่ำ อยู่นั้น ก็มีคณะผู้เชี่ยวชาญจาก มหาวิทยาลัยเพนนซิลวาเนียเข้ามาตรวจสอบด้าน จริยธรรม และได้ข้อสรุปว่ายังไม่มีเหตุผลด้านจริยธรรมใด ๆ ที่จะไปยับยั้งการวิจัยดังกล่าว ตราบใด
082 Technology Promotion Mag.

ที่คณะผู้วิจัยยังรับฟังข้ออภิปรายจากสาธารณะ นอกจากนี้ Dr. Venter และคณะยังทำงานกับผู้เชี่ยวชาญด้านต่าง ๆ อย่างใกล้ชิด ไม่ว่าจะเป็นด้านชีวจริยธรรม กลุ่มศึกษานโยบาย นักกฎหมาย รวมทั้งบุคคลภายนอก เพื่อให้มีการอภิปรายและทำความเข้าใจ กับผลกระทบที่อาจมีต่อสังคม และมีรายงานออกมาเป็นระยะ ๆ เพื่อให้มั่นใจว่าการวิจัยดังกล่าวยังอยู่ภายใต้กรอบของจริยธรร

ม Pat Mooney ผู้อำนวยการของ ETC Group ซึ่งเป็นองค์กร ด้านชีวจริยธรรม (bioethics) ของแคนาดา กล่าวว่า หากคณะผู้ วิจัยของ JCVI ประสบความสำเร็จในการสร้างโครโมโซมสังเคราะห์ ได้จริง นับว่าพวกเขาเป็นผู้วางรากฐานของการสร้างอะไรอีก หลาย ๆ อย่างที่อาจเกิดขึ้นตามมาในอนาคต ซึ่งมีผลกระทบต่อ มนุษยชาติทั้งในด้านดีและด้านร้าย สิ่งเหล่านั้นอาจเป็นตัวยา ใหม่ ๆ หรืออาจเป็นอาวุธชีวภาพชนิดใหม่ก็ได้ รวมถึงยังกล่าว เพิ่มเติมว่า อยากจะเรียกโครโมโซมสังเคราะห์ที่คณะผู้วิจัยของ JCVI สร้างขึ้นมาใหม่นี้ว่า Mycoplasma laboratorium ซึ่งหาก มันถูกปลูกถ่ายเข้าไปไว้ในเซลล์ผู้รับ และเซลล์ดังกล่าวทำหน้าที่ ของเซลล์ได้อย่างสมบูรณ์แล้ว ซึ่งเรียกว่า Synthia Jim Thomas จาก ETC Group เช่นเดียวกัน กล่าวว่า ชีวสังเคราะห์ (synthetic biology หรือ synbio) ที่คณะผู้วิจัยของ JCVI กำลังดำเนินการอยู่นั้น เป็นเรื่องที่อันตราย และรัฐบาลควร เข้ามาควบคุมดูแล เขากล่าวว่า “มีความวิตกกังวลค่อนข้างมาก เกี่ยวกับความปลอดภัยด้านชีวภาพ (biosafety) ของสิ่งมีชีวิต สังเคราะห์ เพราะเมื่อใดก็ตามที่เทคโนโลยีนี้เกิดขึ้นจริงและนำไป ใช้ในเชิงพาณิชย์แล้ว คาดการณ์ได้เลยว่าจะมีการปล่อยสิ่งมี ชีวิตสังเคราะห์สู่สิ่งแวดล้อมอย่างแน่นอน และนั่นจะเป็นหายนะ ของระบบนิเวศน์” เทคโนโลยีดังกล่าวนี้จะถูกนำไปปรับใช้กับสิ่งมีชีวิตขั้นสูง ขึ้น เช่น พืช โดยอาจสังเคราะห์พืชที่ให้พลังงาน แล้วปลูกในฟาร์ม แล้ ว ความขั ด แย้ ง ของการที่ จ ะต้ อ งเลื อ กระหว่ า งพื ช ที่ ใ ช้ เ ป็ น อาหารกับพืชที่ให้พลังงานก็อาจจะเกิดขึ้น เพราะแม้ปัจจุบันนี้เรา ก็เริ่มเห็นเค้าลางของความขัดแย้งดังกล่าวจากการที่ต้องปลูกพืช

เพื่อให้ได้เอทานอลมาก ๆ โครงการวิจัยโครโมโซมสังคราะห์นี้ใช้เวลา 5 ปี โดยได้รับ ทุนสนับสนุนส่วนหนึ่งจาก The U.S. Department of Energy ซึ่ง รับผิดชอบด้านการพลังงานของสหรัฐอเมริกา โดยหวังว่าการวิจัย ดั ง กล่ า วจะนำไปสู่ แ หล่ ง สร้ า งพลั ง งานใหม่ ๆ ที่ เ ป็ น มิ ต รกั บ

Bio Technology

สิ่งแวดล้อม Dr. Venter กล่าวว่า “เรากำลังก้าวจากการอ่านรหัสพันธุกรรม ไปสู่ความสามารถในการเขียนมันขึ้นมาเอง นั่นหมายถึง เราสามารถทำในสิ่งที่เคยเป็นเพียงสมมติฐานให้เป็นความจริง ขึ้นมาได้ และเป็นสิ่งที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน” ในปี ค.ศ. 2006 JCVI ได้ทำการจดสิทธิบัตรในสหรัฐอเมริกา โดยระบุความเป็นเจ้าของสิ่งมีชีวิตที่มียีนที่จำเป็นแก่การ ดำรงชีวิต (essential genes) และสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์ที่สามารถ ดำรงชีวิตได้อย่างอิสระ เจริญเติบโตและเพิ่มจำนวนได้ อย่างไร ก็ตาม ETC Group แย้งว่า Dr. Venter และผู้ร่วมวิจัยกำลังก้าว ล่วงขอบเขตของสังคมมากเกินไป เพราะสังคมยังไม่มีโอกาสได้ อภิปรายถึงผลกระทบของสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์ (ที่หากจะเกิดขึ้น จริง) ที่จะมีต่อสังคม จริยธรรม และสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ยัง เสริมด้วยว่า ผู้เชี่ยวชาญด้านสิทธิบัตรซึ่งให้คำปรึกษาแก่ ETC Group ระบุว่า หากพิจารณาข้อความที่ระบุในคำยื่นจดสิทธิบัตร ของ JCVI แล้ว อาจกล่าวได้ว่า ณ เวลาที่ผู้วิจัยของ JCVI ยื่นจด สิ ท ธิ บั ต รนั้ น พวกเขายั ง ไม่ น่ า จะไปถึ ง ขั้ น ที่ ท ำให้ ไ ด้ สิ่ ง มี ชี วิ ต สังเคราะห์ที่ทำหน้าที่ได้อย่างเต็มรูปแบบเลย แต่หลาย ๆ คนคิด ว่า JCVI มีผู้เชี่ยวชาญที่มีศักยภาพที่จะทำให้มันเป็นจริงขึ้นมาได้ สถาบัน JCVI ก่อตั้งโดย Dr. J. Craig Venter ซึ่งเป็นผู้หนึ่ง ที่ริเริ่มโครงการถอดรหัสพันธุกรรมของมนุษย์ (Human Genome Project, HGP) ที่มีผลกระทบในวงกว้าง และทำให้เกิดเทคโนโลยี ต่าง ๆ ตามมามากมาย ทำให้มีการตื่นตัวในการถอดรหัสของสิ่ง มีชีวิตชนิดอื่น ๆ ตามมา ปัจจุบันสถาบันดังกล่าวมีนักวิทยาศาสตร์ ประมาณ 400 คน ที่มีความเชี่ยวชาญด้านพันธุศาสตร์ (genetics), วิวัฒนาการ (evolution), เทคโนโลยีสารสนเทศ (information technology), ชีวสารสนเทศ (bioinformatics), การ ถอดรหัสเบสแบบรวดเร็ว (high-throughput DNA-sequencing), จีโนมิกส์ (genomics) การวิจัยเชิงนโยบายด้านสิ่งแวดล้อม (environmental policy research) และการเผยแพร่ความรู้ด้าน วิทยาศาสตร์และนโยบายวิทยาศาสตร์แก่สาธารณะ (public education in science and science policy) และมีความร่วม มือกับสถาบันวิจัยชั้นนำอื่น ๆ ทั่วโลก

เอกสารอ้างอิง [1] D.G. Gibson, G.A. Benders, C. AndrewsPfannkoch, et al. 2008) Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome. Science 29 February 2008: Vol. 319. no. 5867, pp. 1215 - 1220 [2] The god of small things. The Sydney Morning Herald January 26, 2007 (http://www. smh.com.au/) [3] Synthetic Bacterial Genome (http:// www.jcvi.org/cms/research/projects/syntheticbacterial-genome/press-release/) [4] Geneticists on verge of creating artificial life. Cosmos Magazine, 8 October 2007 (http:// www.cosmosmagazine.com/node/1642)

June-July 2008, No.199 083