สถาบันนโยบายยุทธศาสตร์แห่งออสเตรเลีย (Australian Strategic Policy Institute) ได้จัดการประชุมสุดยอด Sydney Dialogue ซึ่งเป็นเวทีระดับโลกด้านนโยบายเกี่ยวกับเทคโนโลยีสำคัญ เทคโนโลยีเกิดใหม่ และเทคโนโลยีทางไซเบอร์ พร้อมทั้งออกรายงาน THE SYDNEY DIALOGUE - TECHNOLOGY EXPLAINERS ที่เจาะลึกถึงเทคโนโลยีที่สำคัญ เทคโนโลยีใหม่ และไซเบอร์ซึ่งมีพลังในการเปลี่ยนแปลงโลก

ในบทความนี้ Techsauce จะพาไปสำรวจ Synthetic Biology เทคโนโลยีที่ผสมผสานระหว่างวิศวกรรมและชีววิทยา ซึ่งจะมีบทบาทสำคัญหรือผลกระทบต่อโลกอย่างไร ไปทำความรู้จักกัน!

Synthetic Biology คืออะไร ?

Synthetic Biology หรือที่เรียกกันสั้นๆ ว่า SynBio โดยในภาษาไทยเราเรียกสิ่งนี้ว่า ชีววิทยาสังเคราะห์ คือ การออกแบบและสร้างระบบชีวภาพและส่วนประกอบภายในสิ่งมีชีวิต โดยการปรับแต่งระดับ DNA เพื่อให้เซลล์ทำงานในรูปแบบใหม่ หรือพัฒนาให้มีประสิทธิภาพและความสามารถที่ดีขึ้น ซึ่งเป็นสาขาวิชาที่ผสมผสานชีววิทยาเข้ากับวิศวกรรมศาสตร์ มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างหรือออกแบบสิ่งมีชีวิตใหม่เพื่อทำหน้าที่เฉพาะ 

โดยสิ่งที่ทำให้ SynBio แตกต่างจากวิศวกรรมพันธุกรรมแบบดั้งเดิมก็คือ นักวิทยาศาสตร์ใน SynBio ไม่ได้เปลี่ยนแปลงยีนทีละตัว แต่จะสร้างรหัสพันธุกรรม (Genomes) ใหม่ทั้งหมดเพื่อสร้างระบบชีวภาพที่สามารถสร้างหรือดัดแปลงสิ่งมีชีวิตเพื่อให้สามารถทำงานที่เป็นประโยชน์ได้ 

นอกจากนี้ SynBio เป็นสาขาที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงหลายด้านในชีวิตของเรา โดยสามารถนำไปใช้ในหลายด้าน เช่น อาหาร, พลังงาน, วัสดุ, และการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือ วัคซีน mRNA ที่ใช้รับมือกับโควิด-19 ซึ่งถูกพัฒนาได้อย่างรวดเร็วด้วยเทคนิคนี้ นอกจากนี้ SynBio ยังมีประโชน์ต่อการสร้างเชื้อเพลิงชีวภาพที่ปล่อยคาร์บอนต่ำซึ่งส่งผลดีต่อโลก

แม้ว่า SynBio จะมีประโยชน์อย่างมาก แต่ก็มีประเด็นที่ต้องให้ความสำคัญ เช่น ความปลอดภัยและการป้องกันการใช้เทคโนโลยีในทางที่ผิด, ผลกระทบระยะยาวต่อสิ่งแวดล้อมที่อาจทำให้ธรรมชาติเสียสมดุลในอนาคต รวมถึงความเป็นส่วนตัวและกฎระเบียบ เนื่องจาก SynBio เกี่ยวข้องกับข้อมูลพันธุกรรมที่อ่อนไหว จึงจำเป็นต้องมีกฎระเบียบที่ชัดเจนเพื่อรักษาความปลอดภัยของข้อมูล

SynBio พัฒนาไปถึงจุดไหนแล้ว ?

• ในปี 2019 เกิดความสำเร็จครั้งยิ่งใหญ่: นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ได้สร้างสิ่งมีชีวิตชนิดแรกที่มี DNA ซึ่งได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นในห้องแล็บทั้งหมด ถือเป็นก้าวสำคัญที่แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถออกแบบ DNA ด้วยความแม่นยำสูงและควบคุมได้
• ในปัจจุบันใช้ Machine learning มาช่วย: ปัจจุบัน การเรียนรู้ของเครื่องจักร (ML) ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเคราะห์ชุดข้อมูลทางชีววิทยาจำนวนมากเพื่อค้นหารูปแบบและความเชื่อมโยงที่ซ่อนอยู่ได้รวดเร็วและแม่นยำกว่าที่มนุษย์สามารถทำได้ด้วยตนเอง รูปแบบเหล่านี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถออกแบบระบบทางชีววิทยาที่ซับซ้อนและก้าวหน้ายิ่งขึ้น และทำการเปลี่ยนแปลงยีนได้อย่างแม่นยำ

แม้ SynBio ก้าวหน้าไปมาก แต่ก็มีข้อจำกัดในเรื่องการขยายขนาดการผลิต SynBio ไปสู่ระดับอุตสาหกรรม เนื่องจากระบบชีวภาพ (เช่น เซลล์หรือแบคทีเรีย) มักจะไวต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและความเป็นกรด (pH) เมื่อขยายการผลิต การรักษาเสถียรภาพทุกอย่างก็จะยากขึ้น ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดหรือความไม่สม่ำเสมอมากขึ้น

รู้จักผู้เล่นหลักใน SynBio

ชีววิทยาสังเคราะห์เป็นอุตสาหกรรมที่เติบโตอย่างรวดเร็วทั่วโลก โดยในช่วงต้นปีนี้ CSIRO ประเมินมูลค่าอุตสาหกรรมนี้ไว้ว่า ในปี 2021 จะมีมูลค่าเกือบ 12 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ หรือราว 4.06 แสนล้านบาท และอาจสูงถึง 767 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ คิดเป็นเงินไทยสูงถึง 25 ล้านล้านบาทภายในปี 2040 โดยมีผู้เล่นหลักๆ ในอุตสาหกรรมนี้ ได้แก่:

• Ginkgo Bioworks มุ่งเน้นในการทำให้กระบวนการออกแบบและปรับเปลี่ยนสิ่งมีชีวิต เร็วขึ้น ง่ายขึ้น และมีประสิทธิภาพมากขึ้น
• Twist Bioscience เชี่ยวชาญด้านการสังเคราะห์ DNA 
• Codexis ผลิตเอนไซม์เฉพาะทาง

ในระดับประเทศ อย่างเช่น สหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร จีน และสหภาพยุโรป ต่างทุ่มเงินให้กับการวิจัยและพัฒนาชีววิทยาสังเคราะห์มาตั้งแต่ช่วงกลางทศวรรษ 2000 โดยในปี 2022 สหราชอาณาจักรและเยอรมนีเป็นประเทศที่สนับสนุนการวิจัยด้านชีววิทยาสังเคราะห์ (SynBio) มากที่สุดในยุโรป 

• สหรัฐอเมริกา เทคโนโลยีนี้เป็นส่วนหนึ่งของแผนริเริ่ม Investing in America Agenda ของประธานาธิบดีไบเดน โดยจะมีการจัดสรรงบประมาณกว่า 2 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ (ุราว 6 หมื่นล้านบาท) เพื่อสนับสนุนเทคโนโลยีชีวภาพและการผลิตทางชีวภาพ เงินทุนนี้มุ่งเน้นไปที่การค้นหาวิธีใหม่ๆ ในการผลิตสารเคมี ยา เชื้อเพลิง และวัสดุต่างๆ โดยไม่ต้องพึ่งพาทรัพยากรจากน้ำมัน (ปิโตรเลียม)
• สหราชอาณาจักร ได้เปิดตัวแผนงานที่เรียกว่า National Vision for Engineering Biology ประจำปี 2023 โดยจะลงทุน 2 พันล้านปอนด์ (ราว 8.7 หมื่นล้านบาท) ในช่วง 10 ปีข้างหน้า เงินจำนวนนี้จะช่วยเปลี่ยนแนวคิดทางชีววิทยาสังเคราะห์ (SynBio) ให้กลายเป็นโซลูชันในชีวิตจริง อาทิ การพัฒนาสารเคมีและวัสดุที่ยั่งยืน, การปรับปรุงความมั่นคงทางอาหาร, ระบบดูแลสุขภาพ, การสร้างบุคลากรที่มีทักษะ, รวมถึงกำหนดกฎเกณฑ์และมาตรฐานและส่งเสริมการใช้เทคโนโลยีเหล่านี้อย่างมีความรับผิดชอบทั่วทั้งเศรษฐกิจของสหราชอาณาจักร
• จีน ให้ทุนสนับสนุนด้านชีววิทยาสังเคราะห์ (SynBio) ผ่านแหล่งต่างๆ เช่น การสนับสนุนจากรัฐบาล นักลงทุนเอกชน VC และเงินสนับสนุนจากบริษัทเอกชน เงินทุนทั้งหมดนี้มุ่งเน้นไปที่การวิจัยและพัฒนาเพื่อพัฒนา SynBio แม้ว่าจำนวนเงินที่รัฐบาลใช้จ่ายจริงจะไม่ชัดเจน แต่แนวนโยบายของจีน เช่น แผนพัฒนาเศรษฐกิจชีวภาพระยะ 5 ปีฉบับที่ 14 และกฎหมายที่เข้มงวดยิ่งขึ้นเพื่อปกป้องทรัพย์สินทางปัญญา แสดงให้เห็นว่าจีนมุ่งมั่นที่จะเติบโตและลงทุนในสาขานี้
• ออสเตรเลีย ในช่วงสามปีที่ผ่านมา รัฐบาลได้ให้ทุนวิจัย 44.5 ล้านดอลลาร์เพื่อสนับสนุนโครงการ SynBio และนักลงทุนได้นำเงิน 363 ล้านดอลลาร์ไปลงทุนในบริษัทสตาร์ทอัพ ซึ่งส่วนใหญ่เน้นไปที่การใช้ในด้านอาหารและการเกษตร การลงทุนครั้งนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเสริมสร้างศักยภาพของ SynBio ของออสเตรเลียและสร้างนวัตกรรมที่มีคุณค่าในอุตสาหกรรมต่างๆ นอกจากนี้ Synthetic Biology Roadmap ฉบับปรับปรุงของออสเตรเลียยังคาดว่า SynBio อาจสร้างรายได้ 30,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ หรือ 1 หมื่นล้านบาทต่อปี ภายในปี 2040

SynBio จะพัฒนาไปทางไหนต่อ ?

กฏระเบียบ

แม้ว่า SynBio จะเป็นสาขาใหม่ แต่ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่ยังคงอยู่ภายใต้กฎเดิมที่ใช้ควบคุมสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม (GMOs) เนื่องจากหลายผลิตภัณฑ์ของ SynBio มีความคล้ายคลึงกับ DNA ธรรมชาติหรือเทคโนโลยี DNA ที่มีการใช้งานมาอย่างยาวนาน จึงยังไม่จำเป็นต้องสร้างกฎใหม่อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนาที่ก้าวกระโดดของ SynBio ผู้เชี่ยวชาญหลายคนเห็นพ้องว่าควรมีกฎระเบียบที่ยืดหยุ่นและปรับเปลี่ยนได้ เพื่อให้เท่าทันนวัตกรรมใหม่ๆ และดูแลให้การใช้เทคโนโลยีเป็นไปอย่างปลอดภัย

ความปลอดภัยทางชีวภาพ, ความมั่นคงทางชีวภาพ, และจริยธรรม

เมื่อข้อมูลทางพันธุกรรมเริ่มมีบทบาทสำคัญในด้านการแพทย์ ความกังวลเกี่ยวกับความปลอดภัยของข้อมูล ความเป็นส่วนตัว และการใช้ข้อมูลในทางที่ผิดก็เพิ่มขึ้น เช่น ข้อมูลพันธุกรรมอาจถูกนำไปใช้โดยไม่ได้รับอนุญาต ซึ่งเป็นประเด็นเรื่องความเป็นส่วนตัว

ตัวอย่างหนึ่งที่แสดงถึงความเสี่ยงของชีววิทยาสังเคราะห์คือ ในปี 2002 นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างไวรัสโปลิโอขึ้นใหม่ในห้องทดลอง และนับจากนั้นมีไวรัสอันตรายอื่นๆ ถูกสร้างขึ้นมาอีก ซึ่งชี้ให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้อาจถูกนำไปใช้สร้างอาวุธชีวภาพได้

เรื่องนี้ทำให้เกิดข้อกังวลทั้งในด้าน ความปลอดภัยทางชีวภาพและ ความมั่นคงทางชีวภาพ โดยกลัวว่าอาวุธชีวภาพอาจถูกสร้างขึ้น หรือ "ไบโอแฮกเกอร์" อาจใช้เทคโนโลยีนี้นอกเหนือจากการควบคุม เนื่องจากปัจจุบันเทคโนโลยีชีววิทยาสังเคราะห์มีราคาถูกลง ใช้งานง่ายขึ้น และเข้าถึงได้มากขึ้น ความเสี่ยงเหล่านี้จึงทวีความรุนแรงมากขึ้น