นักวิทย์ฯ อังกฤษสร้าง ‘Syn57’ แบคทีเรียสังเคราะห์พันธุ์ใหม่ สร้างขึ้นด้วยรหัสพันธุกรรมเพียง 57 ชุด

ในประวัติศาสตร์หลายพันล้านปีของโลก วิวัฒนาการได้สร้างพิมพ์เขียวแห่งชีวิตที่ซับซ้อนและน่าทึ่งผ่านรหัสพันธุกรรมที่เรียกว่า "โคดอน" (Codon) ซึ่งมีทั้งหมด 64 รูปแบบ แต่จะเป็นอย่างไรหากพิมพ์เขียวนั้นไม่ได้สมบูรณ์แบบที่สุด? จะเป็นอย่างไรหากมนุษย์สามารถ "รีแฟคเตอร์โค้ด" ของธรรมชาติให้กระชับและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น? วันนี้ คำถามเหล่านั้นไม่ได้เป็นเพียงแค่ทฤษฎีอีกต่อไป

นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการอณูชีววิทยาของสภาวิจัยทางการแพทย์ (MRC) ในเคมบริดจ์ ได้สร้างความสั่นสะเทือนให้กับวงการชีววิทยาทั่วโลก ด้วยการประกาศความสำเร็จในการสร้าง "Syn57" แบคทีเรีย E. coli สังเคราะห์สายพันธุ์แรกของโลก ที่มีรหัสพันธุกรรมที่ถูกบีบอัดให้มีประสิทธิภาพสูงกว่าสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่เรารู้จัก มันคือการก้าวข้ามขีดจำกัดที่ธรรมชาติสร้างไว้ และอาจเป็นจุดเริ่มต้นของยุคใหม่แห่งชีววิทยาสังเคราะห์

เมื่อ 64 ไม่ใช่เลขที่สมบูรณ์แบบ

เพื่อให้เข้าใจถึงความยิ่งใหญ่ของการค้นพบนี้ เราต้องย้อนกลับไปที่พื้นฐานของชีววิทยา สิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงมนุษย์ ล้วนสร้างขึ้นจากโปรตีน ซึ่งประกอบขึ้นจากหน่วยย่อยที่เรียกว่า "กรดอะมิโน" คำสั่งในการสร้างกรดอะมิโนเหล่านี้ถูกเขียนไว้ใน DNA ของเราในรูปแบบของ "โคดอน" ซึ่งเป็นรหัสอักษร 3 ตัว

นับตั้งแต่การถอดรหัสพันธุกรรมสำเร็จในปี 1966 นักวิทยาศาสตร์ทราบดีว่าธรรมชาติใช้โคดอน 64 รูปแบบที่แตกต่างกันเพื่อสร้างกรดอะมิโนเพียง 20 ชนิด นั่นหมายความว่ามีโคดอนหลายตัวที่ซ้ำซ้อนและให้ผลลัพธ์เป็นกรดอะมิโนตัวเดียวกัน เปรียบเสมือนการมีคำหลายคำที่มีความหมายเดียวกันในพจนานุกรม ความซ้ำซ้อนนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ตั้งคำถามมานานหลายทศวรรษว่า เราจะสามารถ "ตัดส่วนเกิน" เหล่านี้ออกไป และสร้างสิ่งมีชีวิตที่ทำงานได้ด้วยรหัสที่กระชับกว่าเดิมได้หรือไม่?

จากทฤษฎีสู่การสร้างจริง

เส้นทางสู่การสร้าง Syn57 ไม่ได้โรยด้วยกลีบกุหลาบ มันคือจุดสูงสุดของความพยายามที่สั่งสมมานานหลายปี ย้อนกลับไปในปี 2010 ทีมนักวิจัย 24 คนใช้เวลากว่า 15 ปีในการสร้างเซลล์แบคทีเรียสังเคราะห์เซลล์แรกของโลกได้สำเร็จ แต่ในครั้งนั้น มันเป็นเพียงการ "คัดลอกและวาง" รหัสพันธุกรรม 64 โคดอนของธรรมชาติทั้งหมด

จุดเปลี่ยนครั้งสำคัญเกิดขึ้นในปี 2019 เมื่อทีมนักวิจัยจากเคมบริดจ์ทีมเดียวกันนี้ สามารถตัดทอนรหัสพันธุกรรมของ E. coli ลงเหลือเพียง 61 โคดอน พิสูจน์ให้โลกเห็นเป็นครั้งแรกว่าสิ่งมีชีวิตไม่จำเป็นต้องยึดติดกับกฎ 64 โคดอนของธรรมชาติเสมอไป

และในวันนี้ พวกเขาก็ได้ก้าวไปอีกขั้นที่ไกลกว่าเดิม ด้วยการสร้าง Syn57 ที่ใช้โคดอนเพียง 57 ชุด ซึ่งน้อยกว่าสิ่งมีชีวิตใดๆ บนโลกถึง 7 ชุด ในการทำเช่นนี้ ทีมวิจัยต้องลงมือแก้ไขรหัสพันธุกรรมมากกว่า 101,000 บรรทัด ซึ่งเป็นงานที่ต้องอาศัยความอุตสาหะอย่างมหาศาล ทั้งในขั้นตอนการออกแบบทางทฤษฎีและการลงมือสร้างจริงในห้องปฏิบัติการ

Wesley Robertson หนึ่งในนักวิจัยของทีมเคมบริดจ์ยอมรับว่า "เราผ่านช่วงเวลาที่คิดว่า 'เอ...นี่จะเป็นทางตันหรือเปล่า หรือเราจะสามารถทำมันให้สำเร็จได้?' มาอย่างแน่นอน"

ความสำเร็จครั้งนี้ต้องยกความดีความชอบให้กับความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการสังเคราะห์ DNA ที่ทำให้นักวิจัยสามารถสร้างจีโนม (genome) ทั้งหมดขึ้นมาใหม่ตั้งแต่ต้น แทนที่จะค่อยๆ แก้ไขของเดิม ทำให้สามารถออกแบบและหลีกเลี่ยงโคดอนที่ซ้ำซ้อนได้ตั้งแต่ขั้นตอนแรก

การแข่งขันและผลลัพธ์ที่เปลี่ยนโลก

ความพยายามในการสร้างสิ่งมีชีวิตที่มีรหัสพันธุกรรมบีบอัดนี้เปรียบเสมือนการแข่งขันในแวดวงวิทยาศาสตร์ Akos Nyerges นักชีววิทยาสังเคราะห์จากฮาร์วาร์ด ซึ่งเป็นหนึ่งในทีมคู่แข่ง กล่าวกับ New York Times ว่า "ในที่สุดเราก็สามารถทดสอบรหัสพันธุกรรมทางเลือกเหล่านี้ได้แล้ว คุณสามารถเริ่มสำรวจได้ว่าสิ่งมีชีวิตจะทนต่ออะไรได้บ้าง" และคำตอบจากการทดลองที่หนักหนาสาหัสของทีมเคมบริดจ์ก็เรียบง่าย  "ระบบของสิ่งมีชีวิตจะยังคงดำรงอยู่ได้" Robertson กล่าว

การมีอยู่ของ Syn57 ไม่เพียงแต่ท้าทายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิวัฒนาการ แต่ยังเป็นการเปิดประตูบานใหม่สู่โลกแห่งชีววิทยาสังเคราะห์ ที่ซึ่งเราอาจสามารถออกแบบสิ่งมีชีวิตให้ผลิตยาชนิดใหม่ สร้างพลาสติกชีวภาพที่ย่อยสลายได้ หรือแม้กระทั่งสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติเหนือจินตนาการได้ในอนาคต

ที่มา: Futurism