๒๐๐. การตัดต่อพันธุกรรมในตัวอ่อนมนุษย์ ครั้งแรกของโลก [วิชาการเข้าใจง่าย]

๕ พฤษภาคม ๒๕๕๘

บทนำ

เมื่อกลางเดือนเมษายนที่ผ่านมา ข่าวการตัดต่อพันธุกรรมในตัวอ่อนมนุษย์โดยกลุ่มนักวิจัยจากประเทศจีนกลายเป็นประเด็นถกเถียงครั้งยิ่งใหญ่ในวงการวิทยาศาสตร์ต่างประเทศ ด้วยเหตุผลสำคัญ ๒ ประการคือ ๑) การทดลองครั้งนี้เป็นการตัดต่อพันธุกรรมในตัวอ่อนมนุษย์เป็นครั้งแรกของโลก และ ๒) งานนี้สุ่มเสี่ยงต่อการละเมิดจริยธรรมการวิจัย

รายละเอียดการทดลองครั้งนี้อยู่ในบทความเรื่อง การตัดต่อพันธุกรรมด้วยเทคนิคคริสเปอร์/แคสไนน์ ในตัวอ่อนมนุษย์ชนิดไตรโปรนิวเคลียร์ (CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes)1 ตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ โปรตีนและเซลล์ (Protein & Cell) เมื่อวันที่ ๑๘ เมษายน พ.ศ. ๒๕๕๘

ผมนำเนื้อหาในบทความนั้นมาเล่าใหม่ด้วยภาษาธรรมดา พยายามเลือกใช้คำศัพท์วิชาการเท่าที่จำเป็น  จะเรียกว่าเล่าแบบวณิพกเหมือนการเล่าเรื่องสามก๊กของยาขอบก็ได้ เพื่อให้อ่านเข้าใจได้ง่าย ส่งต่อเรื่องราวที่น่าสนใจอย่างทั่วถึงกัน

คริสเปอร์/แคสไนน์ กับการตัดต่อพันธุกรรม

หากจะทำความเข้าใจการทดลองนี้ อันดับแรกคงต้องรู้จักเทคนิคที่เรียกว่า คริสเปอร์/แคสไนน์ (CRISPR/Cas9 system) เสียก่อน เทคนิคนี้เป็นของใหม่ เพิ่งจะเริ่มใช้กันแพร่หลายเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา

คริสเปอร์/แคสไนน์ เป็นเทคนิคตัดต่อพันธุกรรมที่นำเอ็นไซม์ชื่อ แคสไนน์ (Cas9 endonuclease) มาใช้ตัดต่อดีเอ็นเอ (DNA) ในสิ่งมีชีวิต เดิมทีเอ็นไซม์ชนิดนี้พบในระบบภูมิคุ้มกันของเชื้อแบคทีเรีย ทำหน้าที่ตัดทำลายชิ้นส่วนดีเอ็นเอของเชื้อไวรัสที่บุกรุกเข้ามาในตัวแบคทีเรีย เปรียบเทียบเหมือนกับระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์ที่ทำลายเชื้อโรคที่เข้าสู่ร่างกาย

นักวิจัยพบว่า เอ็นไซม์แคสไนน์สามารถใช้ตัดต่อพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นๆ ได้ โดยทำงานร่วมกับอาร์เอ็นเอ (RNA) ที่จำเพาะต่อรหัสพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตชนิดนั้นๆ เรียกว่า อาร์เอ็นเอตัวนำ หรือ ไกด์อาร์เอ็นเอ (guide RNA – gRNA) ซึ่งจะทำหน้าที่นำเอ็นไซม์แคสไนน์ไปยังตำแหน่งยีนที่ต้องการ

เมื่อเอ็นไซม์แคสไนน์ตัดสายดีเอ็นเอ ณ ตำแหน่งที่ต้องการแล้ว เซลล์จะพยายามซ่อมแซมดีเอ็นเอส่วนที่เสียหายให้กลับคืนดังเดิม แต่การซ่อมแซมมักไม่สมบูรณ์ ทำให้รหัสพันธุกรรมที่ตำแหน่งนั้นเปลี่ยนแปลงไปจนเกิดการกลายพันธุ์ หรือไม่เช่นนั้นนักวิจัยก็สามารถแทรกดีเอ็นเอสายใหม่เข้าไปแทนที่ เพื่อเปลี่ยนแปลงรหัสพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตให้เป็นไปตามความต้องการ

เทคนิคนี้ทำได้ง่าย รวดเร็ว ใช้ต้นทุนไม่มากเมื่อเทียบกับวิธีการอื่นๆ ที่ผ่านมา ปัจจุบันมีผู้นำมาใช้กับสิ่งมีชีวิตหลายชนิด เช่น หนอนนีมาโทด (C. elegans) แมลงหวี่ ปลาม้าลาย หนู และเซลล์เพาะเลี้ยงจากร่างกายมนุษย์ เป็นต้น

ยีนเอชบีบี

นักวิจัยจากประเทศจีนเลือกใช้เทคนิคคริสเปอร์/แคสไนน์ในการตัดต่อยีน เอชบีบี (HBB gene – human β-globin gene) ยีนนี้อยู่บนโครโมโซมคู่ที่ ๑๑ ทำหน้าที่ควบคุมการสร้างส่วนประกอบของสารฮีโมโกลบิน (hemoglobin) ในเม็ดเลือดแดง

ฮีโมโกลบินในเม็ดเลือดแดงทำหน้าที่ขนส่งแก๊สออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อส่วนต่างๆ ของร่างกาย และเป็นสารที่ทำให้เม็ดเลือดมีสีแดง หากยีนเอชบีบีเกิดการกลายพันธุ์ ร่างกายจะบกพร่องหรือสูญเสียความสามารถในการสร้างฮีโมโกลบิน ส่งผลให้เกิดโรคโลหิตจางชนิดที่เรียกว่า เบต้าธาลัสซีเมีย (beta-thalassemia)

ธาลัสซีเมียเป็นโรคโลหิตทางพันธุกรรมที่พบได้บ่อยในประเทศไทย คู่แต่งงานทุกคู่ควรได้รับการตรวจพันธุกรรมเพื่อค้นหายีนพาหะของโรค และเพื่อวางแผนการมีบุตรอย่างเหมาะสม

คริสเปอร์/แคสไนน์ กับการตัดต่อพันธุกรรมในเซลล์ร่างกายมนุษย์

ในขั้นแรก นักวิจัยกลุ่มนี้ทำการทดลองในเซลล์มนุษย์ โดยเลือกใช้เซลล์ที่เรียกว่า 293T ซึ่งเพาะเลี้ยงจากเซลล์ไตของตัวอ่อนมนุษย์ (human embryonic kidney cells) หรือเรียกโดยย่อว่า เฮ็กเซลล์ (HEK cells) เซลล์ชนิดนี้เป็นที่นิยมใช้ในการทดลองทางอณูชีววิทยา นักวิจัยสามารถชักนำสารพันธุกรรมจากภายนอกเข้าสู่ภายในเซลล์ แล้วกระตุ้นให้เซลล์ถอดรหัสสารพันธุกรรมนั้นควบคู่ไปกับสารพันธุกรรมปกติของเซลล์ได้

เมื่อนำเทคนิคคริสเปอร์/แคสไนน์มาตัดต่อยีนเอชบีบีในเซลล์ชนิดนี้ พบว่าได้ผลเป็นที่น่าพอใจ นักวิจัยสามารถเหนี่ยวนำให้ยีนเอชบีบีเกิดการกลายพันธุ์โดยไม่ส่งผลข้างเคียงต่อยีนอื่นๆ และยังสามารถแทรกสายดีเอ็นเอที่สังเคราะห์ขึ้นมาใหม่เข้าไปแทนที่ยีนเอชบีบีของเฮ็กเซลล์ได้ โดยผลสำเร็จของการทดลองอย่างหลังนี้อยู่ที่ประมาณร้อยละ ๕๐ ซึ่งมากพอที่นักวิจัยกลุ่มนี้จะสรุปว่าการทดลองประสบความสำเร็จในระดับเซลล์

หลังจากนั้น นักวิจัยกลุ่มนี้เริ่มทำการทดลองในตัวอ่อนของมนุษย์ แต่เนื่องจากการตัดต่อพันธุกรรมในตัวอ่อนปกติของมนุษย์เป็นการละเมิดจริยธรรมการวิจัย ดังนั้น นักวิจัยจึงเลือกทำการทดลองในตัวอ่อนที่มีความผิดปกติ กล่าวคือ เป็นตัวอ่อนที่เกิดจากการผสมของอสุจิ ๒ ตัว และ ไข่ ๑ ใบ ซึ่งทำให้ตัวอ่อนมีจำนวนโปรนิวเคลียสมากกว่าปกติ เรียกว่า ตัวอ่อนชนิดไตรโปรนิวเคลียร์ (tripronuclear embryo)

คริสเปอร์/แคสไนน์ กับการตัดต่อพันธุกรรมในตัวอ่อนมนุษย์

ตัวอ่อนชนิดไตรโปรนิวเคลียร์พบได้ทั่วไปในการผสมเทียม (in vitro fertilization – IVF) ตัวอ่อนชนิดนี้สามารถเจริญได้เป็นปกติในระยะเริ่มต้น แต่ไม่สามารถเจริญต่อเนื่องในครรภ์ จึงมีความเหมาะสมที่จะใช้สำหรับการทดลองตัดต่อพันธุกรรมในตัวอ่อนมนุษย์ระยะแรก โดยนักวิจัยกลุ่มนี้เชื่อว่าไม่ละเมิดจริยธรรมการวิจัย

การทดลองในตัวอ่อนชนิดไตรโปรนิวเคลียร์ให้ผลแตกต่างจากการทดลองในเฮ็กเซลล์ เทคนิคคริสเปอร์/แคสไนน์ในตัวอ่อนมนุษย์มีประสิทธิภาพประมาณร้อยละ ๕๒ และตัวอ่อนที่ผ่านการตัดต่อพันธุกรรมมีลักษณะผสม (mosaic) นอกจากนี้นักวิจัยยังพบอีกว่า เทคนิคนี้เหนี่ยวนำให้เกิดการกลายพันธุ์ในยีนสำคัญอื่นๆ นอกเหนือจากยีนเอชบีบี

เมื่อนำสายดีเอ็นเอที่สังเคราะห์ขึ้นมาใหม่แทรกเข้าไปในยีนเอชบีบีของตัวอ่อนชนิดไตรโปรนิวเคลียร์ พบว่าประสบความสำเร็จเพียงร้อยละ ๑๔ ซึ่งน้อยมากเมื่อเทียบกับผลการทดลองในเฮ็กเซลล์ และเมื่อตรวจสอบรหัสพันธุกรรมโดยละเอียดแล้ว นักวิจัยพบว่า หนึ่งในสี่ของตัวอ่อนที่ผ่านการตัดต่อพันธุกรรมมียีนเอชบีบีที่เปลี่ยนแปลงไปเป็นยีนเอชบีดี (HBD – human δ-globin gene) ซึ่งมีรหัสพันธุกรรมที่คล้ายคลึงกับยีนเอชบีบีและอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้เคียงกันบนโครโมโซมคู่ที่ ๑๑

การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเกิดขึ้นในการทดลองในตัวอ่อนชนิดไตรโปรนิวเคลียร์ ไม่พบในเฮ็กเซลล์ ซึ่งข้อมูลทั้งหมดนี้ทำให้นักวิจัยสรุปว่า การตัดต่อพันธุกรรมด้วยเทคนิคคริสเปอร์/แคสไนน์สามารถใช้ได้ในตัวอ่อนมนุษย์ แต่ยังไม่ปลอดภัยมากพอที่จะนำมาใช้จริงในทางคลินิก โดยเฉพาะการรักษาโรคทางพันธุกรรมด้วยยีนบำบัด (gene therapy) เนื่องด้วยข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพและความจำเพาะ ซึ่งอาจส่งผลข้างเคียงนอกเหนือความคาดหมาย

การตัดต่อพันธุกรรมในตัวอ่อนมนุษย์ กับจริยธรรมการวิจัย

หากนักวิจัยจากประเทศจีนกลุ่มนี้ใช้เทคนิคคริสเปอร์/แคสไนน์ในเฮ็กเซลล์เพียงเท่านั้น การทดลองนี้คงไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่เนื่องจากนักวิจัยทดลองกับตัวอ่อนของมนุษย์ ทำให้เรื่องนี้กลายเป็นประเด็นถกเถียงกันอย่างมากในวงการวิทยาศาสตร์ต่างประเทศ โดยเฉพาะประเด็นเรื่องจริยธรรมการวิจัย

แม้นักวิจัยกลุ่มนี้จะออกตัวไว้ในตอนต้นว่า การเลือกใช้ตัวอ่อนมนุษย์ที่ไม่สมบูรณ์ก็เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการละเมิดจริยธรรมการวิจัย แต่ดูเหมือนว่ามีนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่ไม่เห็นด้วย ดังที่ปรากฏความจริงว่า ก่อนหน้านี้นักวิจัยกลุ่มนี้ส่งบทความเพื่อตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ เนเจอร์ (Nature) และ ไซแอนซ์ (Science) ซึ่งมีอิทธิพลสูงในวงการวิทยาศาสตร์ แต่ถูกปฏิเสธจากวารสารทั้งสองฉบับ หลังจากนั้นไม่นานวารสารทั้งสองฉบับก็ตีพิมพ์บทความต่อต้านการตัดต่อพันธุกรรมในตัวอ่อนมนุษย์ในระยะเวลาไล่เลี่ยกัน

วารสารเนเจอร์ตีพิมพ์บทความเรื่อง ห้ามตัดต่อพันธุกรรมในเซล์สืบพันธุ์ของมนุษย์ (Don’t edit the human germ line)2 ในบทความนี้ผู้เขียนแสดงความกังวลต่อการนำเทคนิคการตัดต่อพันธุกรรมมาใช้ในเซลล์สืบพันธุ์และตัวอ่อนของมนุษย์ โดยให้เหตุผลว่า ผลการตัดต่อพันธุกรรมในลักษณะนี้มีความไม่แน่นอน นักวิจัยไม่สามารถทราบผลที่แท้จริงได้จนกว่าตัวอ่อนนั้นจะเจริญจนคลอดจากครรภ์มารดา นอกจากนี้ การทดลองดังกล่าวยังอาจส่งผลกระทบต่อคนรุ่นถัดไปโดยไม่อาจคาดเดาได้ ซึ่งถือว่าละเมิดจริยธรรมการวิจัย

วารสารไซแอนซ์ตีพิมพ์บทความเรื่อง ข้อควรระวังในการใช้เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมและการตัดต่อพันธุกรรมในเซลล์สืบพันธุ์ (A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification)3 ในบทความนี้ผู้เขียนแสดงความเห็นคล้ายคลึงกันกับในวารสารเนเจอร์ ทั้งยังเกรงว่าจะมีผู้นำเทคนิคดังกล่าวไปใช้ในวัตถุประสงค์อื่นนอกเหนือจากการรักษาโรค จึงไม่เห็นด้วยกับการตัดต่อพันธุกรรมในเซลล์สืบพันธุ์และตัวอ่อนของมนุษย์ และเรียกร้องให้มีการทบทวนมาตรการและอภิปรายกันอย่างเปิดเผย

ในขณะเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์อีกกลุ่มหนึ่งเห็นว่า การทดลองครั้งนี้มิได้ละเมิดจริยธรรมการวิจัย เนื่องจากตัวอ่อนที่นำมาทดลองนั้นไม่สมบูรณ์ ไม่สามารถเจริญต่อไปได้ในครรภ์มารดา จึงไม่น่าจะมีผลกระทบรุนแรงอย่างที่กังวลกัน หรือหากมองในอีกแง่หนึ่ง การทดลองครั้งนี้ก็ช่วยยืนยันให้เห็นว่า การตัดต่อพันธุกรรมในตัวอ่อนมนุษย์ยังมีข้อบกพร่อง ประสิทธิภาพของเทคนิคคริสเปอร์/แคสสไนน์ยังไม่มากพอที่จะนำมาใช้จริงในทางคลินิก จึงเท่ากับเป็นการกระตุ้นให้นักวิจัยคนอื่นๆ ได้กลับมาทบทวนเรื่องนี้อย่างจริงจัง

บทส่งท้าย

ไม่ว่าวงการวิทยาศาสตร์จะมีความเห็นขัดแย้งกันอย่างไร สิ่งที่ไม่อาจปฏิเสธได้คือ การตัดต่อพันธุกรรมในตัวอ่อนมนุษย์ได้เกิดขึ้นแล้วในปัจจุบัน เพียงแต่ประสิทธิภาพอาจจะยังไม่สูงมากพอที่จะนำมาใช้จริง ทั้งนี้ อาจจะด้วยข้อจำกัดทางเทคนิค หรือด้วยคุณสมบัติของตัวอ่อนชนิดไตรโปรนิวเคลียร์ที่ไม่สมบูรณ์ในตัวของมันเอง

งานวิจัยนี้อาจจุดประกายความคิดในการรักษาโรคด้วยการเปลี่ยนแปลงรหัสพันธุกรรมในตัวอ่อนของมนุษย์ หรืออาจส่งเสริมให้นำเทคนิคนี้ไปใช้ในการสร้างมนุษย์กลายพันธุ์เหมือนอย่างในภาพยนตร์ได้เช่นเดียวกัน ซึ่งจะถูกต้องเหมาะสมหรือไม่นั้นคงเป็นความเห็นส่วนบุคคล

หากจะถามถึงเหตุผลว่า เพราะเหตุใดนักวิจัยกลุ่มนี้จึงกล้าทำการทดลองในตัวอ่อนมนุษย์ ทั้งที่ทราบดีว่าสุ่มเสี่ยงต่อปัญหาจริยธรรมการวิจัย ในประเด็นนี้ ดร.หวง จุ้นจิ่ว หัวหน้าโครงการวิจัยครั้งนี้ให้เหตุผลว่า “เราต้องการแสดงข้อมูลให้โลกรับรู้ เพื่อที่ทุกคนจะได้ทราบว่าสิ่งที่เกิดขึ้นจริงเป็นอย่างไร มากกว่าจะมัวคาดเดากันไปโดยไม่มีข้อมูล” (“We wanted to show our data to the world so people know what really happened with this model, rather than just talking about what would happen without data” – Huang Junjiu, 2015)4

เอกสารอ้างอิง

  1. Liang, P., et al., CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. Protein & Cell, 2015.
  2. Lanphier, E., et al., Don’t edit the human germ line. Nature, 2015. 519(7544): p. 410-1.
  3. Baltimore, D., et al., Biotechnology. A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification. Science, 2015. 348(6230): p. 36-8.
  4. David Cyranoski, et al., Chinese scientists genetically modify human embryos. Nature News, 2015
Leave a comment

Leave a Reply

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: