มหากาพย์สงครามฆ่าล้างเผ่าพันธุ์ยุง ภาค 1

เรื่องโดย ผศ. ดร.ป๋วย อุ่นใจ

วืดดดดดด… เสียงมือของเขาเหวี่ยงผ่านอากาศด้วยความเร็วสูง…

ผัวะ …ใบหน้าของเธอร้อนผ่าวไปครึ่งหน้า เลือดสีแดงฉานเปื้อนเปรอะกระจายที่ข้างแก้มของเธอ...

เขาไม่ได้หึงที่มันแอบลอบเข้ามาจูบลงเบา ๆ ที่แก้มของเธอ แต่เขาทนไม่ได้ที่จะเห็นมันทำร้ายเธอ โดยไม่ทำอะไรเลย

นี่คือมรณกรรมของวายร้ายสีดำเมี่ยม ที่นอกจากจะคอยกัด คอยบินหึ่ง ๆ สร้างความรำคาญแล้ว ยังเป็นพาหะนำโรคร้ายที่อาจก่อโรครุนแรงจนถึงชีวิตได้อีกด้วย

การสังหารจบลงด้วยดี แฮปปีเอนดิง

คำว่ายุงร้ายยิ่งกว่าเสือนั้นไม่ผิด เพราะถ้าเทียบสถิติการเสียชีวิตของมนุษย์ในยุคนี้ โรคติดต่อที่มียุงเป็นพาหะนั้นคร่าชีวิตผู้คนไปมากมายจริง ๆ เรียกว่าเสือก็เสือเถอะ แถมสิงโต ช้าง ฮิปโป และเหล่าสัตว์ร้าย ๆ เข้าไปด้วย รวม ๆ กันแล้ว ยังคร่าชีวิตคนไปต่อปีไม่ถึงครึ่งของจำนวนคนที่เสียชีวิตจากยุงเลย

อย่างโรคมาลาเรียในประเทศไทยอาจจะพบน้อยมาก ๆ จนหลาย ๆ คนมองว่าไม่ใช่ประเด็นปัญหา อย่างมากก็อาจจะมีรายงานเจอแถว ๆ เขตชายแดน นาน ๆ ที แต่ในความเป็นจริง มาลาเรียนั้นคือหนึ่งในโรคติดเชื้อปรสิตตัวท็อปของโลก

จากประมาณการล่าสุด เชื้อมาลาเรียหรือเชื้อพลาสโมเดียม ฟัลซิพารัม (Plasmodium falciparum) สามารถกระจายติดเชื้อไปได้มากถึงราว ๆ สามร้อยล้านคนต่อปีทั่วโลก และแม้ว่าอัตราการเสียชีวิตจากโรคนี้จะไม่สูงนัก แค่ราว 1 เปอร์เซ็นต์ แต่ถ้ามองเป็นตัวเลขนั่นคือสามล้านคนต่อปี และนั่นคือการสูญเสียครั้งยิ่งใหญ่

นักวิจัยมากมายจึงพยายามที่จะหาวิธีในการกำจัดยุงพาหะตัวแสบนำโรคร้ายพวกนี้ให้หมดสิ้นไปจากโลก แต่ยุงก็ใช่จะร้ายทั้งหมด ยุงบางชนิดไม่กัดมนุษย์ แต่ช่วยในการควบคุมปริมาณแมลง หรือแม้แต่ช่วยผสมเกสรพืชบางชนิด ดังนั้นการกำจัดสิ่งมีชีวิตบางชนิดให้สูญพันธุ์ออกไปจากสารบบเลยนั้นอาจจะมีแรงตีกลับที่ร้ายแรงจนคาดไม่ถึงได้เหมือนกัน

แต่ในยุคที่มีภาวะโลกร้อน แถมภูมิอากาศก็ยังแปรปรวนไปทั่ว ที่ที่เคยเย็นยะเยือกจนเป็นน้ำแข็ง ก็เริ่มละลาย อุณหภูมิสูงขึ้น ในเขตหนาวบางแห่งที่เคยไม่มียุงอยู่เลย (เพราะหนาวเกิน) นั้น ตอนนี้ก็เริ่มประสบปัญหายุงร้ายรังควานเช่นกัน

ในขณะที่พวกวายร้ายตัวจิ๋วเริ่มกระจายตัวขยายอาณาเขตหนักขึ้น บางทีทางเลือกที่จะหยุดยั้งพวกมันอาจจะมีไม่มากนัก

มุ้งไล่แมลง ยาจุดไล่ยุง ยาฉีดยุง โคมดักยุง ปลากินยุง ชีวภัณฑ์ฆ่ายุงไปจนถึงอีกสารพัดเทคโนโลยีทางพันธุวิศวกรรมได้คิดค้นขึ้นมาเพื่อต่อกรกับแดรกคิวลาตัวจิ๋วอย่างไม่ปราณีปราศรัย

และหนึ่งในเทคนิคที่โดดเด่นและดูจะเป็นความหวังที่น่าสนใจที่สุดในบรรดาสารพัดเทคโนโลยีฆ่าล้างเผ่าพันธ์ุยุงก็คือ เทคโนโลยีทำหมันแมลง หรือที่เรียกว่า Sterile Insect Technique (SIT) ที่คิดค้นขึ้นมาตั้งแต่ช่วงยุคทศวรรษ 1930s และป๊อบปูลาร์สุด ๆ ในยุค 1950s ในการลดจำนวนประชากรของพวกแมลงเจ้าปัญหา ทั้งพวกศัตรูพืชและพาหะนำโรคในมนุษย์ให้เหลือน้อยที่สุด และแน่นอน “ยุง” คือหนึ่งในเป้าหมาย

การทำ SIT มีตั้งแต่การฉายรังสี การเอาสารเคมีมาใส่ให้กลายเป็นหมัน ไปจนถึงการใส่แบคทีเรียโวลบาเคีย (Wolbachia) เข้าไปในยุง ซึ่งจะทำให้ยุงตัวผู้ที่มีโวลบาเคียนั้นไม่สามารถผสมพันธ์ุได้สำเร็จในธรรมชาติ ผสมได้แหละ แต่ไข่จะออกมาฝ่อ

พวกมันจะผสมพันธุ์ได้เพียงกับยุงตัวเมียที่มีโวลบาเคียเหมือนกันเท่านั้น

นั่นหมายความว่าถ้าปล่อยยุงตัวผู้ที่มีโวลบาเคียอยู่ออกไปเยอะ ๆ จากห้องแล็บ พวกยุงหนุ่มโวลบาเคียพวกนี้ก็สามารถไปแย่งยุงตัวผู้ในธรรมชาติเกี้ยวพาราสีจีบยุงสาว แต่ไข่ฝ่อ ก็จะช่วยลดปริมาณยุงพาหะนำโรคได้อย่างชะงัด

เทคนิคนี้เคยมีการทดลองนำร่องในหลายประเทศ ในไทยเคยทำที่แปดริ้ว เมื่อปี พ.ศ. 2559

แต่อีกไอเดียหนึ่งที่น่าสนใจและเพิ่งจะเป็นข่าวใหญ่ในวงการวิทยาศาสตร์ก็คือการใช้ยุงปรับแต่งพันธุกรรมลงไปกำจัดยุงในภาคสนาม

เทคนิคแนวนี้มีสองทีมที่ดังมาก ๆ ทีมแรก คือ Target Malaria ที่นำโดยนักทฤษฎีวิวัฒนาการ ออสติน เบิร์ต (Austin Burt) จากมหาวิทยาลัยอิมพีเรียล (Imperial College London)

ออสตินสนใจพวกสารพันธุกรรมที่ก๊อปปี้กระจายตัวเองได้มากจนเหมือนปรสิต แม้จะไม่ได้มีประโยชน์อะไรเลยกับสิ่งมีชีวิต หลายคนเรียกพวกมันว่า selfish genetic elements หรือยีนเห็นแก่ตัว ยีนพวกนี้กระจายได้ไวมากในกลุ่มประชากร บางตัวสามารถตัดสารพันธุกรรมบางจุดให้ขาดแล้วหลอกให้เซลล์ใช้ตัวมันเป็นต้นแบบตอนที่ซ่อมดีเอ็นเอ ทำให้เซลล์ก๊อปปี้พวกมันไปแบบไม่รู้เนื้อรู้ตัว

ออสตินมองว่ายีนพวกนี้น่าจะเอามาใช้ในการออกแบบวิธีการกำจัดล้างตระกูลสิ่งมีชีวิตไม่พึงประสงค์อย่างยุงให้หมดสิ้นไปจากโลกได้

“หนทางหนึ่งก็คือ มันจะมียีนเห็นแก่ตัวบางชนิดที่ไม่มีพิษภัยอะไรถ้ามีแค่ก๊อปปี้เดียวในสิ่งมีชีวิต แต่เมื่อไรก็ตามที่สิ่งมีชีวิตมียีนนี้สองชุด สิ่งมีชีวิตนั้นจะเป็นหมัน”

เช่นเดียวกันกับคน ยุงก็มีสารพันธุกรรมสองชุด ชุดหนึ่งจากพ่อและชุดหนึ่งจากแม่

ถ้าเริ่มจากการสร้างเป็นยุงตัวผู้ตัวหนึ่งให้เป็น “ยุงทรยศ” คือมียีนนี้หนึ่งก๊อปปี้ ด้วยธรรมชาติของยีนความเห็นแก่ตัว ยีนนี้จะก๊อปปี้ตัวเองเข้าไปในสเปิร์มทุกตัวของเจ้ายุงทรยศ

และถ้าปล่อยยุงทรยศเข้าไปในธรรมชาติ ลูกยุงทุกตัวที่เกิดจากยุงทรยศ ก็จะรับเอายีนเห็นแก่ตัวไปตัวละ 1 ก๊อปปี้จากยุงพ่อ แล้วกลายเป็นยุงทรยศไปด้วย พวกมันจะไม่ตาย เพราะยุงแม่จากธรรมชาติไม่มียีนเห็นแก่ตัว เพราะงั้นยังไงก็มีแค่ชุดเดียว

และทุกครั้งที่ยุงลูกมีคู่ มันก็จะส่งต่อยีนเห็นแก่ตัวให้ลูกรุ่นต่อไปเรื่อย ๆ เพิ่มจำนวนกลุ่มประชากรยุงทรยศให้มากยิ่งขึ้น และแน่นอนว่าถ้ายุงทรยศสองตัวมาจับคู่กัน ลูกของพวกมันจะเป็นหมัน

ออสตินเริ่มมองกลยุทธ์ในการล้างบางแบบนี้เป็นสมการคณิตศาสตร์ และได้สร้างแบบจำลองขึ้นมาเพื่ออธิบายทฤษฎีของเขาอย่างอลังการ

“ผมเคยพยายามที่จะจดสิทธิบัตรไอเดียนี้นะ แต่มันถูกปฏิเสธ เพราะผลงานวิจัยที่สนับสนุนว่ามันเป็นไปได้จริง ดูจะน้อยเกินไป”

ท้ายที่สุดออสตินก็เผยแพร่แบบจำลองของเขาออกมาในปี พ.ศ. 2546 ผลงานชิ้นนี้กลายเป็นผลงานชิ้นโบแดงของออสตินและกลายเป็นเปเปอร์ที่เป็นกระตุ้นความสนใจของนักวิจัยและพวกเศรษฐีใจบุญให้มาลงทุนเพื่อสร้างเทคโนโลยีการขับเคลื่อนด้วยยีน (gene drive) ที่จะผลักดันให้พวกตัวจิ๋วไม่พึงประสงค์ไม่มีที่ยืน (หรือบิน) อีกต่อไปบนโลกใบนี้

“ผมก็ยังเชื่อนะว่าผมได้ประดิษฐ์อะไรสักอย่างขึ้นมา” ออสตินกล่าวในเวลาต่อมา

งานวิจัยของออสตินไปโดนใจแอนเดรีย คริแซนติ (Andrea Crisanti) นักวิจัยหนุ่มดาวรุ่งอีกคนจากอิมพีเรียล ผู้ซึ่งมาร่วมสานต่อโครงการให้ออสติน ในปี พ.ศ. 2554 ออสตินและแอนเดรียได้สร้างโพรโทไทป์ระบบ gene drive ในยุงก้นปล่อง โดยใช้สารพันธุกรรมส่วนที่ควบคุมการแสดงออกของยีนในยุง และยีน homing endonuclease เพื่อพิสูจน์แนวคิดของออสตินว่าแม้จะยาก แต่ก็น่าจะมีทางทำสำเร็จได้จริง ๆ

จนกระทั่งในช่วงกลางปี พ.ศ. 2557 เควิน เอสเวลต์ (Kevin Esvelt) และทีมวิจัยจากกลุ่มจอร์จ เชิร์ช (George Church) ที่มหาวิทยาลัยฮาร์เวิร์ด (Harvard University) ได้เขียนบทความยาวเหยียดในวารสาร Elife พร้อมทั้งจุดประกายไอเดียการทำ gene drive โดยใช้ระบบ CRISPR/Cas และในช่วงต้นปี พ.ศ. 2558 เควินกับจอร์จก็รายงานผลงานวิจัยในฐานข้อมูลพรีพรินต์ BioRxiv ว่าพวกเขาทำ gene drive ได้สำเร็จแล้วในยีสต์ เปเปอร์ของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์เผยเเพร่ในเวลาต่อมาในวารสาร Nature Biotechnology ในช่วงปลายปีเดียวกันนั้นเอง

ราวกับจะรู้ว่ามีอีกทีมทำงานแบบเดียวกันอยู่แบบเงียบ ๆ การลงจองพื้นที่ใน BioRxiv ของเควินและจอร์จนั้นน่าสนใจ

เพราะที่จริงแล้ว ในช่วงปลายปี พ.ศ. 2557 ไม่ถึงเดือนก่อนที่เควินและจอร์จจะเอางานลง BioRxiv วาเลนติโน แกนซ์ (Valentino Gantz) และอีทาน เบียร์ (Ethan Bier) นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก (University of California San Diego) ได้พัฒนาเอาระบบ CRISPR/Cas มาใช้กับงาน gene drive ในแมลงได้สำเร็จแล้ว และได้ส่งรายงานการวิจัยของพวกเขาไปยังวารสาร Science

ชัดเจนว่างานของวาเลนติโนและอีทานนั้นไปล้ำหน้ากว่าของจอร์จ เชิร์ชผู้โด่งดัง ไปสเต็ปนึง ในขณะที่ทีมฮาร์เวิร์ดยังทำทดลองอยู่ในยีสต์ สองนักวิจัยจากซานดิเอโกได้ผลการทดลองในแมลงสำเร็จเรียบร้อยไปแล้ว

เพื่อที่จะโชว์ให้เห็นว่าไอเดีย gene drive นั้นทำได้จริง วาเลนติโนและอีทานมุ่งเป้าไปที่ยีนสีเหลือง (yellow gene) ที่เป็นยีนควบคุมสีตัวแมลงบนโครโมโซม X ของแมลงวันผลไม้ โดยการออกแบบลำดับพันธุกรรมบนดีเอ็นเอที่จะใช้สร้าง guide RNA ให้สอดคล้องกับยีนสีเหลือง

เนื่องจาก guide RNA เป็นตัวกำหนดจุดตัดดีเอ็นเอของเอนไซม์ Cas9 เมื่อทั้งสองใส่ยีนสร้าง Cas9 ที่เชื่อมอยู่กับสายดีเอ็นเอสำหรับสร้าง guide RNA ในตัวแมลง เอนไซม์ Cas9 ที่แมลงผลิตขึ้นมาก็จะตรงเข้าไปตัดยีนสีเหลืองทิ้ง และแทรกยีนของตัวเองเข้าไปในยีนสีเหลือง ทำให้ยีนสีเหลืองผิดเพี้ยนไปและไม่สามารถทำงานได้ปกติ

ในตัวผู้ที่มีโครโมโซม X อยู่ชุดเดียว ถ้ายีนสีเหลืองเสียไป ก็จะเปลี่ยนจากลายพาดกลายเป็นสีเหลือง ส่วนตัวเมียที่มีโครโมโซม X 2 ชุด ถ้ายีนเสียไปแค่ชุดเดียวจะยังมีลายพาดอยู่ แต่ถ้าเสียทั้งสองชุดก็จะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองเหมือนกัน

พวกเขาเรียกเทคนิคนี้ว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่กลายพันธุ์ (mutagenic chain reaction) สั้น ๆ เป็น MCR เลียนแบบพีซีอาร์ (ชื่อเต็มของเทคนิค PCR คือ ปฏิกิริยาลูกโซ่พอลิเมอเรส (polymerase chain reaction) และที่น่าตื่นเต้นที่สุดก็คือหลังจากผ่านไปเพียงไม่กี่รุ่น ในกลุ่มประชากรแมลงวันผลไม้ที่พวกเขาเอามาทดลองก็เปลี่ยนสีไปเป็นสีเหลืองกันแทบทุกตัว

และนั่นหมายความว่าทีมซานดิเอโกนั้นได้พิสูจน์ให้เห็นชัดแล้วว่าไอเดียของออสตินนั้นถูกต้อง และการทำ gene drive เพื่อกำจัดสิ่งมีชีวิตให้สูญพันธุ์นั้นเป็นไปได้ !

คราวหน้าห้ามพลาดนะครับกับเทคโนโลยี gene drive ภาค 2 ออสตินและแอนเดรียกลับมาใหม่ คราวนี้มาพร้อมนักลงทุนรายใหญ่ จะเป็นใครต้องติดตามกันครับ 🙂

อ้างอิง

Burt 2003 Site-specific selfish genes as tools for the control and genetic engineering of natural populations Proceeding of the Royal Society B, 270, 921-8 DOI: 10.1098/rspb.2002.2319
Windbichler et al 2011 A synthetic homing endonuclease-based gene drive system in the human malaria mosquito, Nature, 473, 212–215 DOI: 10.1038/nature09937
Esvelt et al 2014 Emerging Technology: Concerning RNA-guided gene drives for the alteration of wild populations, eLife 2014;3:e03401 DOI: 10.7554/eLife.03401
DiCarlo et al 2015 Safeguarding CRISPR-Cas9 gene drives in yeast, Nature Biotechnology, 33, 1250-1255 DOI: 10.1038/nbt.3412
Gantz & Bier, 2015 The mutagenic chain reaction: A method for converting heterozygous to homozygous mutations, Science, 348;6233, 442-444. DOI: 10.1126/science.aaa5945