ตกลงแล้ว โควิดเกิดขึ้นจากไวรัสธรรมชาติ หรือ การเพาะในห้องแลปกันแน่ ? แล้วไวรัสจะมีโอกาสเกิดจากฝีมือของมนุษย์สร้างขึ้นมาเองได้หรือไม่ แล้วถ้าต่อไป มนุษย์สามารถกำหนดความเป็นไปของธรรมชาติได้ การใช้ชีวิตในอนาคตบนโลกใบนี้จะเปลี่ยนแปลงไปขนาดไหน

เมื่อโลกเข้าสู่ยุคหลังโควิด (post-covid 19) แน่นอนว่าทุกอย่างจะไม่เหมือนเดิมอีกต่อไป หลาย ๆ พฤติกรรมที่เราต่างปรับเปลี่ยนจนกลายเป็นความเคยชิน รวมถึงความก้าวหน้าของวิทยาการ นวัตกรรมเทคโนโลยีต่าง ๆ ก็ถูกเร่งเครื่องให้มีบทบาทสร้างความเปลี่ยนแปลงบนโลกใบนี้มากขึ้น โดยเฉพาะด้านชีววิทยา  ที่เราต่างก็เห็นแล้วว่า มีความเปลี่ยนแปลงไปเร็วขนาดไหน โดยเกิดขึ้นได้ตั้งแต่ DNA เลยทีเดียว บทความนี้ Techsauce จะพาไปทำความรู้จัก  Synthetic Biology คืออะไร ทำไมหลาย ๆ ภาคส่วนหันมาให้ความสำคัญกับสิ่งนี้ และเดินหน้าพัฒนานวัตกรรมจากเทคโนโลยีตัวนี้กัน

Synthetic Biology คืออะไร?

Synthetic Biology (SynBio) หรือ ชีววิทยาสังเคราะห์ คือ การออกแบบและการสร้าง ระบบทางชีวภาพ (Biological Systems) และองค์ประกอบทางชีวภาพ (Biological Components) โดยการปรับแต่งไปถึงระดับ DNA เพื่อให้เซลล์เกิดการทำงานในรูปแบบใหม่ หรือพัฒนาไปในทางที่ดีขึ้น

ซึ่ง SynBio นี้จะคล้ายคลึงกับการพันธุวิศวกรรม (Genetic Engineering) หรือการตัดต่อยีน DNA แต่ SynBio จะมีความซับซ้อนและละเอียดยิ่งกว่า โดยพันธุวิศวกรรมจะเป็นการตัดต่อยีนที่มีอยู่แล้ว แต่ทางฝั่งของ SynBio จะเป็นการสร้างส่วนประกอบของยีนขึ้นมาใหม่ได้

สำหรับ SynBio แล้ว นับว่าเป็นนวัตกรรมใหม่ที่จะเข้ามาเปลี่ยนแปลงสังคมได้เลยทีเดียว เพราะสิ่งนี้จะช่วยสร้างประโยชน์มากมายให้กับมนุษย์ในอนาคต ตั้งแต่การผลิตอาหาร ไปจนถึงการรักษาโรคร้ายอย่าง มะเร็ง ได้เลยทีเดียว

ด้วยความสามารถที่จะสร้างและจัดเรียงลำดับพันธุกรรม (DNA Sequences) ใหม่ได้ ซึ่งจะทำให้มนุษย์สามารถสร้างสิ่งใหม่ที่จะมาเปลี่ยนโลกได้ เช่น ดอกไม้สีใหม่ ยุงที่ไม่มีเชื้อโรค สร้างจุลินทรีย์เพื่อผลิตน้ำมันหรือน้ำหอม หรือแม้กระทั่งสร้างต้นไม่เรืองแสง นอกจากนี้ SynBio ยังสามารถสร้างประโยชน์ได้ในหลาย ๆ อุตสาหกรรม อีกทั้งยังช่วยลดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น การนำมาช่วยในการผลิตสารเคมีจากของเหลือทางการเกษตร สร้างสารทดแทนสำหรับผลิตปิโตรเลียม เป็นต้น

อย่างไรก็ตาม SynBio ก็มีผลด้านลบเช่นกัน หากนำไปใช้ในทางที่ไม่ถูกต้อง ทั้งการผลิตไวรัส รวมทั้งสร้างสรรค์สิ่งที่จะมาเป็นโทษกับมนุษย์เอง หากนำมาใช้อย่างถูกต้อง ถูกวิธีสิ่งนี้ก็จะสามารถสร้างประโยชน์ให้กับมนุษย์มากมาย

แล้ว Synthetic Biology ทำงานอย่างไร?

สำหรับขั้นตอนการทำงานของ SynBio นั้น ต้องยกเอาวิทยาศาสตร์ สาขาชีววิทยามาช่วยในการอธิบาย และเพื่อจะทำความเข้าใจ Synthetic Biology นี้ เราจะต้องเริ่มจากการทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่าง DNA และการสร้างโปรตีนภายในเซลล์ (Protein Production) ก่อน

ภาพจาก britannica

หลายคนอาจจะเคยเห็นภาพของสาย DNA เป็นเกลี่ยวติดต่อกันไป โดยตัวสาย DNA นี้จะมีส่วนของ นิวคลีโอไทด์ (Nucleotide) ที่มาเชื่อมต่อกัน เมื่อสายของ Nucleotide ต่าง ๆ มาต่อกันยาวขึ้น จะเรียกสายนี้ว่ายีน (Gene) และเมื่อสายของยีนยาวขึ้น จะรวมตัวกันกลายเป็น โครโมโซม (Chromosome) ซึ่งตัว Chromosome นี้จะอยู่ในใจกลางของเซลล์ที่เรียกว่า นิวเคลียส (Nucleus) นั่นเอง

โดยตัวของ โปรตีน เป็นสิ่งสำคัญมากที่สุด เพราะการทำงานของร่างกายเริ่มมาจากเซลล์ และโปรตีนก็ผลิตมาจากเซลล์ ซึ่งโปรตีนนี้จะถูกสร้างขึ้นมาในขั้นตอนที่เรียกว่า Protein Synthesis (การสังเคราะห์โปรตีน) และขั้นตอนนี้ก็จะเกิดขึ้นบนสาย DNA 

บนสายของ DNA เราจะพบว่ามีส่วนประกอบที่สำคัญอย่างหนึ่ง คือ นิวคลีโอไทด์ (Nucleotide) ซึ่งตัว Nucleotide นี้จะมาเชื่อมต่อกันจนกลายเป็นสาย DNA และจะสร้างโปรตีนออกมาในรูปแบบที่แตกต่างกันไป ซึ่ง SynBio สามารถเริ่มได้ตั้งแต่จุดนี้ ด้วยการสร้าง ตัดออก หรือแทนที่ โดยตัว Nucleotide จะทำให้เกิดโปรตีนรูปแบบใหม่ ๆ ออกมาและจะทำให้เซลล์มีการทำงานในรูปแบบที่เปลี่ยนไปนั่นเอง

โดยลำดับต่อมา เมื่อ Nucleotide ต่อตัวเป็นสายยาวขึ้นจะเกิดเป็นสายพันธุกรรม หรือ Genes ในส่วนนี้จะมีการนำเทคโนโลยี SynBio มาทำงานในขั้นตอนที่เรียกว่า Bioengineering หรือ วิศวกรรมชีวเวช ซึ่งจะเป็นการตัดแต่งยีน หรือการตัดแต่งบางส่วนของ Chromosome ให้รูปแบบของการสังเคราะห์โปรตีนเปลี่ยนไปทำงานต่างฟังก์ชันจากเดิม

เมื่อขยายใหญ่ขึ้นมาในส่วนของ Chromosome ในส่วนนี้วิธีการทาง SynBio ก็สามารถปรับแต่งแท่ง Chromosome ทั้งหมดใน Nucleus ให้เป็นโครโมโซมสังเคราะห์ได้ โดยในจุดนี้จะทำให้สามารถสร้างเฉพาะโปรตีนที่จำเป็นมาก ๆ สำหรับเซลล์ได้

ต่อมาเมื่อขยายมาที่ส่วนใหญ่ที่สุด สำหรับ SynBio แล้ว สามารถทำการสร้างเซลล์ใหม่ขึ้นมาได้ ในส่วนนี้จะเป็นการสร้างเซลล์สังเคราะห์ขึ้นมาทั้งเซลล์ โดยจะมีประโยชน์กับการพัฒนาเป็นโครงสร้างที่สามารถสร้างตัวเองใหม่ได้ (Self-reproducing structure) ซึ่งจะนำไปสู่การสร้างชิ้นส่วนของร่างกายแบบสังเคราะห์ ที่จะเกิดขึ้นต่อไปในอนาคต

ต้องยอมรับว่าในการสร้างโปรตีนของเซลล์นั้นค่อนข้างจะซับซ้อน และโปรตีนก็จะถูกสร้างขึ้นมาในรูปแบบที่แตกต่างกันตามหน้าที่ของเซลล์ต่าง ๆ ซึ่งเมื่อเปลี่ยนให้โปรตีนไปทำหน้าที่อื่น ๆ ที่ร่างกายไม่สามารถทำได้ก็จะเกิดเป็นมิติใหม่ของวงการวิทยาศาสตร์ ที่จะมาสร้างความก้าวหน้าให้กับชีวิตมนุษย์ในรูปแบบใหม่

การประยุกต์ใช้งานจากเทคโนโลยี Synthetic Biology

สำหรับเทคโนโลยีสามารถนำมาใช้งานได้ในหลาย ๆ อุตสาหกรรม ได้แก่

• การแพทย์และการผลิตยา : สำหรับ SynBio แล้ว สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการแพทย์ได้อย่างดีเยี่ยม อย่างที่เราเห็นกันในทุกวันนี้ คือ วัคซีนป้องกัน COVID-19 ทั้งวัคซีน mRNA อย่าง Pfizer และ Moderna โดยที่ mRNA ตัวนี้จะเข้าไปให้ร่างกายสร้างหนามโปรตีนที่ใกล้เคียงกับไวรัสขึ้นมาเอง เพื่อให้ร่างกายผลิตแอนติเจนขึ้นมาเองเพื่อกำจัดไวรัส ซึ่งก็เป็นการเปลี่ยนแปลงโปรตีนในเซลล์ให้สร้างโปรตีนแบบใหม่ขึ้นมานั่นเอง ไม่ได้มีเพียว mRNA เท่านั้น วัคซีนที่ผลิตโดยเวกเตอร์ไวรัส อย่าง AstraZeneca ก็นับเป็นการผลิตด้วย SynBio เช่นกัน โดยนำเอาเชื้อไวรัสที่อ่อนแอมามาตัดต่อพันธุกรรมหนามโปรตีนไวรัส COVID-19 จากนั้นนำมาฉีดเข้าร่างกาย เพื่อกระตุ้นในระบบภูมิคุ้มกันจดจำรหัสพันธุกรรมและกำจัดไวรัสได้ในที่สุด
  
  จะเห็นได้ว่า ในด้านการแพทย์และการผลิตยาแล้ว สามารถนำเอาเทคโนโลยีนี้มาใช้งานได้ และเป็นประโยชน์ ทั้งการผลิตวัคซีน การสร้างผลิตภัณฑ์เพื่อสร้างภูมิคุ้มกัน อย่างเทคโนโลยี Chimeric Antigen Receptor (CAR) เป็นเทคโนโลยีที่สร้างแอนติเจนขึ้นมาแล้วนำไปปลูกถ่ายให้กับเซลล์ที่สร้างภูมิคุ้มกันให้ผู้ป่วยโรคมะเร็งนั่นเอง นอกจากนี้ยังสามารถนำมาต่อยอดในการผลิตยาชนิดใหม่ ๆ ได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยี mRNA ที่สามารถนำมาต่อยอดผลิตยาต้านไวรัสชนิดอื่น ๆ ได้อีกมากมาย

• เชื้อเพลิงและพลังงาน : ตัวอย่างในอุตสาหกรรมด้านนี้เช่น การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ (Biofuel) ที่สามารถใช้ทดแทนหรือผสมกับน้ำมันเชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil Fuels) เพื่อลดหรือทดแทนการพึ่งพาเชื้อเพลิงจากฟอสซิลที่การใช้กันมากในปัจจุบัน นอกจากนี้ยังสามารถนำมาใช้ในการผลิตเอทานอล (Ethanol) จากกลุ่มของจุลินทรีย์ที่ชอบอุณภูมิสูง (Thermophilic organisms) เพื่อลดขั้นตอนในการผลิตเอทานอลแบบเดิม ๆ ไม่เพียงเท่านี้ ยังสามารถนำเอาเทคโนโลยีตัวนี้มาช่วยในการผลิตไบโอดีเซล (Biodiesel) จากยีสต์ที่ได้จากอ้อย

• สิ่งแวดล้อม : นอกจากการผลิตเชื้อเพลิงจากเทคโนโลยีนี้ เพื่อช่วยลดผลกระทบต่อส่งแวดล้อมแล้ว ยังสามารถนำเทคโนโลยี SynBio มาช่วยในการรักษาสิ่งแวดล้อมได้อีก เช่น การนำมาผลิตจุลินทรีย์ (Microbes) เพื่อใช้ในการกำจัดของเหลือหรือสารเคมีที่ปล่อยทิ้งออกมา หรือจะเป็นการนำมาสร้าง  ไบโอเซนเซอร์ (Biosensor) ที่นำมาตรวจจับสาร Arsenic หรือ สารโลหะหนักอย่างสารหนู ที่เป็นอัรตรายต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อมได้ 

• อาหารและการเกษตร : สำหรับส่วนนี้ถือเป็นอีกหนึ่งส่วนใหญ่ ๆ ในการนำเอาเทคโนโลยี SynBio มาใช้ โดยตัวอย่างการนำมาใช้งาน เช่น ใช้พัฒนาวิตามินในอาหาร อย่างโยเกิร์ต ชีส และซีเรียล ช่วยให้พืชแข็งแรงขึ้นผ่านการตัดแต่งโปรตีน และช่วยให้พืชทนทานต่อวัชพืชและศัตรูพืช นอกจากนี้ยังสามารถนำมาสร้างสิ่งทดแทนความหวานและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้กับอาหารเสริมต่าง ๆ ได้อีกด้วย
  
  อีกสิ่งหนึ่งที่หลายคนกำลังจับตามองคือ อาหารแบบ Plant-based food หรืออาหารที่ผลิตจากพืช นำมาทำแทนเนื้อสัตว์ เพื่อลดการฆ่าสัตว์และยังมีประโยชน์ต่อสุขภาพ โดยในปัจจุบันมีหลายองค์กรหันมาให้ความสำคัญกับจุดนี้ เช่น Thai Union ที่ปัจจุบันหันไปลงทุนใน Startup หรือจับมือกับธุรกิจที่ผลิตอาหารจากโปรตีนทางเลือก หรือจะเป็นแบรนด์ดังระดับโลกอย่าง McDonald’s และ KFC ที่หันมาใช้เนื้อที่ผลิตจากพืชอีกด้วย

• อุตสาหกรรมอวกาศ : ในปัจจุบันนี้เราจะเห็นว่าการเดินทางไปสำรวจอวกาศของมนุษย์นั้นทำได้ง่ายดายมากขึ้น โดยได้มีการเปิดการท่องเที่ยวอวกาศโดยบริษัทยักษ์ใหญ่ในอเมริกาด้วย ทำให้การผลิตสิ่งของจำเป็นสำหรับการเดินทางขึ้นไปอวกาศนั้นถูกพัฒนาไปก้าวหน้ามากยิ่งขึ้น อย่างการผลิตยา ส่วนประกอบของยาน รวมทั้งอาหาร ที่สามารถนำเทคโนโลยี SynBio มาช่วยได้ โดยมีงานวิจัยพบว่าการอยู่ในสภาพไร้แรงโน้มถ่วงบนอวกาศเป็นเวลานาน ๆ จะส่งผลให้ร่างกายของนักบินสูญเสียมวลกระดูกถึง 20% ดังนั้นนักบินอวกาศจึงต้องกินอาหารที่มีแคลเซียมสูง ๆ การนำเอาเทคโนโลยีนี้มาช่วยในการผลิตอาหารสำหรับนักบินอวกาศจะสามารถเพิ่มสารอาหารที่จำเป็นต่อนักบินได้ รวมทั้งสามารถผลิตอาหารชนิดอื่น ๆ เพื่อขึ้นไปบนอวกาศได้อีกด้วย

อ้างอิง: Visual Capitalist, BioSpace, Barron’s