พันธุวิศวกรรม อดีต ปัจจุบัน และอนาคต

พันธุวิศวกรรม คือ อะไร? หลายๆ คนคงไม่เข้าใจหรือไม่แน่ใจว่า วิทยาการสาขานี้คืออะไร และมีความสำคัญเพียงใดกันแน่ แม้ว่าจะมีคำว่า “วิศวกรรม” อยู่ด้วย แต่ “วิศวกร” ผู้ศึกษาความรู้ในด้านนี้จะไม่ได้ก่อร่างสร้างสิ่งต่างๆ แบบวิศวกรในสาขาอื่นๆ แต่พวกเขาจะศึกษาการ “ตัดและต่อ” สารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ เพื่อก่อให้เกิดประโยชน์กับมวลมนุษยชาติ

เรียนพันธุวิศวกรรมจากจุลินทรีย์
นักวิทยาศาสตร์เคยฉงนสงสัยจนกระทั่งเมื่อกลางคริสต์ศตวรรษที่แล้วนี่เองจึงได้รู้คำตอบว่า สิ่งที่ทำหน้าที่เป็น “สารพันธุกรรม” หรือสิ่งที่กำหนดรูปร่างลักษณะที่ถ่ายทอดจากสิ่งมีชีวิตรุ่นพ่อแม่ไปยังรุ่นลูกหลาน คือ สารที่เรียกว่า ดีเอ็นเอ (DNA)
โครงสร้างของดีเอ็นเอเป็นรูปเกลียวของสายดีเอ็นเอสองสายจับกันอยู่


แต่กระนั้นก็ตาม ถึงแม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะมีความรู้แล้วว่า ดีเอ็นเอคือสิ่งที่ทำให้สิ่งมีชีวิตมีรูปร่างลักษณะหน้าตาและลักษณะอื่นๆ ทั้งหมดแตกต่างกัน แต่ก็ต้องรออีกนานถึง 30 กว่าปี จึงได้มีการค้นพบที่สำคัญที่เป็นต้นกำเนิดของพันธุวิศวกรรมขึ้น นั่นก็คือ มีนักวิทยาศาสตร์ค้นพบความจริงที่น่าสนใจว่า แบคทีเรียชนิดหนึ่งสามารถสร้าง “เอนไซม์” หรือโปรตีนชนิดพิเศษ ซึ่งสามารถตัดดีเอ็นเอออกเป็นชิ้นๆ ได้
แบคทีเรียอาศัยเอนไซม์ดังกล่าวในการตัดดีเอ็นเอแปลกปลอมจากภายนอก เช่น ดีเอ็นเอจากไวรัส ซึ่งเข้ามาอาศัยอยู่ในเซลล์แบคทีเรีย และทำให้แบคทีเรียนั้น “ป่วย” หรือ “ตาย” ถือเป็นเรื่องน่าอัศจรรย์ใจที่สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กกระทั่งเราไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า สามารถสร้างกลไกการป้องกันตัวเองเช่นนี้ได้
ความรู้นี้เองที่ทำให้เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ สามารถประยุกต์ใช้เอนไซม์ดังกล่าวในการ “ตัด” ดีเอ็นเอที่ตำแหน่งซึ่งต้องการได้อย่างจำเพาะเจาะจง ปัจจุบัน พบว่ามีเอนไซม์ที่ทำงานในแบบเดียวกันอีกนับร้อยชนิด

ภาพวาดและภาพถ่ายไวรัส ขณะกำลังสอดใส่ดีเอ็นเอเข้าไปในแบคทีเรีย

เอนไซม์ที่แบคทีเรียสร้างขึ้น และสามารถตัดดีเอ็นเอได้


ในทางตรงกันข้าม ไวรัสก็ป้องกันตัวเองจากการถูกตัดดีเอ็นเอ ด้วยการสร้างเอนไซม์อีกชนิดหนึ่ง ซึ่งสามารถต่อดีเอ็นเอที่ขาดออกจากกัน ให้กลับมาติดกันดังเดิมได้ เอนไซม์ดังกล่าวจึงทำหน้าที่เสมือนกับเป็น “กาว” ที่ต่อดีเอ็นเอที่ขาดออกจากกันได้
ความรู้เกี่ยวกับเอนไซม์ทั้งสองชนิดที่สร้างโดยแบคทีเรียและไวรัส ดังที่กล่าวมาข้างต้น จึงเป็นความรู้ขึ้นพื้นฐานที่สุดที่นำไปสู่การ “ตัดและต่อดีเอ็นเอ” และเกิดเป็นวิทยาศาสตร์สาขาใหม่ที่เรียกว่า “พันธุวิศวกรรม (genetic engineering)” ในที่สุด


ดีเอ็นเอเป็นสารสากลในสิ่งมีชีวิต
ความสามารถในการตัดและต่อดีเอ็นเอนำมาซึ่งความสามารถอันคาดไม่ถึง และก่อให้เกิดประโยชน์อย่างมหาศาล เนื่องจากดีเอ็นเอซึ่งเป็นสารพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ นั้น มีโครงสร้างและองค์ประกอบพื้นฐานที่เหมือนกันทุกประการในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด
เราจึงสามารถตัดและต่อดีเอ็นเอจากสิ่งมีชีวิตชนิดใดก็ได้เข้าด้วยกันได้ เกิดเป็นดีเอ็นเอลูกผสมชนิดใหม่ที่อาจจะไม่เคยพบมาก่อนในธรรมชาติ
ดังนั้น จึงเกิดแนวคิดที่เป็นจุดหักเหสำคัญและกระตุ้นให้เกิดการเติบโตในแวดวงอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องได้แก่ แนวคิดเรื่องการใช้จุลินทรีย์เป็น “โรงงาน” ผลิตสารเคมีสำคัญ เช่น ฮอร์โมน และยาชนิดต่างๆ ซึ่งผลิตได้ยาก หรือแม้ผลิตได้ด้วยกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี แต่ก็มีความซับซ้อน จนทำให้มีราคาแพงมากเกินกว่าจะผลิตออกจำหน่ายในเชิงอุตสาหกรรมได้
เพียงไม่ถึงสิบปีภายหลังการค้นพบเอนไซม์ที่สามารถตัดและต่อดีเอ็นเอได้ คือในปี ค.ศ. 1976 (พ.ศ. 2519) มีการถือกำเนิดขึ้นของบริษัทเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่บริษัทแรกของสหรัฐอเมริกาและของโลก นั่นก็คือ บริษัทเจเนนเทค (Genentech) และเพียง 2 ปีถัดมา นักวิทยาศาสตร์ในบริษัทดังกล่าว ก็ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกของโลก ในการทำให้แบคทีเรียชนิด E. coli ผลิตฮอร์โมน “อินซูลิน” ของมนุษย์ได้
ความสำเร็จดังกล่าวส่งผลหลายประการ เช่น ทำให้ผู้ป่วยสามารถรับการรักษาได้อย่างทั่วถึงมากยิ่งขึ้น เนื่องจากยามีราคาถูกลงกว่ากระบวนการแบบเดิม ที่ต้องอาศัยกระบวนการที่ยุ่งยากในการสกัดอินซูลินจากสัตว์ ทำให้มีค่าใช้จ่ายสูง นอกจากนี้ ยังเสี่ยงที่จะเกิดผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์อีกด้วย
ปัจจุบัน อินซูลินที่ใช้รักษาผู้ป่วยโรคเบาหวานผลิตด้วยวิธีการนี้เป็นหลัก นับว่าความรู้ในด้านนี้สามารถช่วยผู้ป่วยโรคนี้นับหลายสิบล้านคนทั่วโลก เฉพาะในสหรัฐฯ ประเทศเดียว ก็ประเมินกันว่ามีผู้ป่วยราว 6 เปอร์เซ็นต์ของประชากรทั้งประเทศ หรือมากถึงราว 18 ล้านคนเลยทีเดียว

ภาพคอมพิวเตอร์แสดงโครงสร้างของฮอร์โมนอินซูลินและผลิตภัณฑ์อินซูลิน
ที่ผลิตโดยกระบวนการทางพันธุวิศวกรรม


บริษัทดังกล่าวประสบความสำเร็จเป็นอย่างสูง และได้ผลิตยาในลักษณะเดียวกันออกมาอีกนับสิบชนิด และเป็นต้นแบบของอุตสาหกรรมใหม่ แม้ในปัจจุบัน ก็ยังติดอันดับบริษัทที่มีการบริหารจัดการดีและมีผลประกอบติดอันดับโลกอยู่อย่างสม่ำเสมอ ในปี ค.ศ. 1991 บริษัทยายักษ์ใหญ่ของโลกรายหนึ่งคือ ฮอฟฟ์แมนน์-ลา โรช ได้เข้ามาถือหุ้นใหญ่คือ 60 เปอร์เซ็นต์ โดยจ่ายค่าหุ้นในขณะนั้นไปถึง 2.1 พันล้านเหรียญเลยทีเดียว
นับได้ว่าความรู้ด้านพันธุวิศวกรรมมีมูลค่ามหาศาลอย่างเหลือเชื่อเลยทีเดียว!
เพียงหนึ่งทศวรรษภายหลังการถือกำเนิดของบริษัทเจเนนเทค คือในปี ค.ศ. 1986 (พ.ศ. 2529) ประเมินกันว่า น่าจะมีบริษัทอยู่ราวมากว่า 400 บริษัท และมูลค่าของอุตสาหกรรมพันธุวิศวกรรมทั้งโลกในขณะนั้น น่าจะอยู่ในราว 6 ล้านเหรียญ แต่เพียงสิบปีให้หลังพบว่า มีจำนวนบริษัทเพิ่มขึ้นอีกเกือบ 4 เท่าตัว และมีขนาดของตลาดขยายขึ้นเป็น 3 หมื่นล้านเหรียญ หรือขยายตัวกว่า 5 พันเท่าในเวลาเพียง 1 ทศวรรษ
ปัจจุบัน ประมาณว่าน่าจะมีบริษัทด้านพันธุวิศวกรรมอยู่ทั่วโลกไม่น้อยกว่า 3 พันบริษัท ในจำนวนนี้ราวครึ่งหนึ่งอยู่ในประเทศสหรัฐอเมริกา
จะเห็นได้ชัดเจนว่า ประเทศต่างๆ ทั่วโลก ต่างก็ให้เห็นความสำคัญ และความสนใจในธุรกิจด้านนี้มากเพียงใด

เมื่อมนุษย์ใช้พืชและสัตว์เป็นโรงงานผลิตสิ่งต่างๆ
จากจุดกำเนิดในการบังคับควบคุมให้สิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะไม่ซับซ้อนนัก ช่วยสร้างยารักษาโรคต่างๆ ดังได้กล่าวมาแล้ว ต่อมา แนวความคิดนี้ ยังได้ขยายไปถึงการสร้างสารที่สลับซับซ้อนมากกว่าเดิม ภายในสิ่งมีชีวิตที่มีโครงสร้างสลับซับซ้อนมากกว่าเดิม เช่น ผลิตยาหรือสารอื่นๆ ที่มีประโยชน์ในพืชหรือสัตว์
ตัวอย่างหนึ่งที่คนไทยรู้จักกันดีได้แก่ การสร้างพืชที่สามารถสร้างสารชนิดหนึ่งจากแบคทีเรียที่สามารถฆ่าหนอนแมลงที่มากัดกินส่วนต่างๆ ของพืชได้ เช่น ฝ้ายชนิดพิเศษที่ชื่อ “ฝ้ายบีที” คำว่า “บีที” นี้เป็นอักษรย่อในภาษาอังกฤษของชื่อแบคทีเรียชนิดหนึ่ง ซึ่งออกฤทธิ์อย่างจำเพาะกับหนอนแมลงชนิดใดชนิดหนึ่ง แต่ไม่ออกฤทธิ์ในคนหรือสัตว์
อีกตัวอย่างหนึ่งได้แก่ มะละกอพันธุ์พิเศษที่สามารถต้านทานโรคจากไวรัสจุดวงแหวนได้ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ไทยสามารถตัดต่อและสร้างมะละกอได้ด้วยตนเอง เป็นต้น
ฝ้ายบีที
ปลาม้าลายเรืองแสง
นอกจากนี้ ก็ยังมีความพยายามในการในการดัดแปลงพืชให้เป็นโรงงานผลิต “วัคซีน” โดยมีการทดลองใช้พืชสามัญในเขตร้อนอย่าง กล้วย เป็นโรงงานผลิตโปรตีนบางอย่างจากเชื้อแบคทีเรียก่อโรคท้องร่วง โดยคาดหวังว่าหากสำเร็จ เราจะได้พันธุ์กล้วยที่สามารถใช้ทาน เพื่อกระตุ้นให้เกิดภูมิต้านทานต่อโรคท้องร่วงได้ เมื่อถึงวันนั้น ปัญหาเรื่องการขาดแคลนวัคซีน และปัญหาเรื่องการขนส่งวัคซีนที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งทำได้ยากลำบากก็จะหมดไป นักวิทยาศาสตร์คาดหวังว่าจะใช้พืชต่างๆ ในการผลิตวัคซีนหลายชนิด
เราจะสามารถปลูก “วัคซีน” ไว้ทานที่สวนหลังบ้านตัวเองได้!
สำหรับสัตว์นั้น ก็มีการทดลองนำดีเอ็นเอจากแมงกระพรุนและดอกไม้ทะเล ใส่เข้าไปในปลาม้าลายซึ่งเป็นสัตว์ทดลองที่ได้รับความนิยมมากชนิดหนึ่ง ทำให้ปลาม้าลายซึ่งปกติจะมีลำตัวใส ไม่มีสี เกิดเป็นปลาม้าลายสายพันธุ์พิเศษที่มีสีเขียวและสีแดง ตามลำดับ เนื่องจากสีเหล่านี้ถูกบังคับให้สร้างขึ้นอย่างสัมพันธ์กับกระบวนการซ่อมแซมตนเองของปลา
นักวิทยาศาสตร์จึงคาดหวังว่า ในที่สุดแล้ว ปลาม้าลายเหล่านี้จะมีประโยชน์ สามารถใช้เป็นตัวตรวจวัดความเน่าเสียของน้ำในแหล่งน้ำได้
นอกจากนี้ ยังได้มีการทดลองนำดีเอ็นเอที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสร้างใยแมงมุมไปใส่ไว้กับแพะ ทำให้แพะนั้นสร้างโปรตีนใยแมงมุมออกมาในน้ำนม หากสร้างสารดังกล่าวได้เป็นปริมาณมาก ก็จะมีประโยชน์เพราะใยแมงมุมมีความเหนียวและทนแทนต่อแรงดึงเป็นอย่างยิ่ง จึงสามารถนำมาประยุกต์ใช้ประโยชน์ได้อย่างหลากหลาย เช่น สามารถนำมาถักทอเป็นเสื้อเกราะได้ เป็นต้น
จะเห็นได้ว่า จากความรู้สำคัญสองเรื่อง หนึ่งคือความสามารถในการตัดและต่อดีเอ็นเอ และสองคือ ดีเอ็นเอเป็นสารที่มีความเป็นสากลในหมู่สิ่งมีชีวิต ทำให้สามารถประยุกต์ใช้ความรู้เหล่านี้ได้อย่างกว้างขวาง ก่อให้เกิดผลต่อเนื่องเกิดเป็นธุรกิจเทคโนโลยีชีวภาพขนาดใหญ่ จนทำให้นักเขียนและนักพยากรณ์อนาคตหลายๆ คนต่างบอกเป็นเสียงเดียวกันว่า เทคโนโลยีชีวภาพซึ่งมีพันธุวิศวกรรมเป็นส่วนหนึ่งนั้น จะเป็นเทคโนโลยีสำคัญและเป็นคลื่นลูกที่ 4 ที่จะมาฉายแสงบดบัดคลื่นลูกที่สามอย่างไอทีและคอมพิวเตอร์ ในที่สุด
จะเห็นได้ว่า แม้ว่าพันธุวิศวกรรมจะเป็นเรื่องใหม่มากสำหรับคนทั้งโลก คือ มีประวัติศาสตร์เพียงราว 30 ปีเท่านั้น แต่ก็เป็นศาสตร์ที่ส่งผลกระทบอย่างกว้างขวาง การทำความเข้าใจวิทยาการในเรื่องนี้จึงเป็นเรื่องจำเป็น มิฉะนั้น คนไทยก็จะพลาดโอกาสอันดีที่จะสร้างศักยภาพในเรื่องนี้ได้ด้วยตัวเอง เพราะมัวคัดค้านด้วยความไม่รู้ และไม่ยอมทำความเข้าใจในเทคโนโลยีใหม่ๆ
แม้ว่าอดีตและปัจจุบันของพันธุวิศวกรรมจะดูน่าตื่นเต้นเพียงใด และอนาคตเป็นเรื่องที่คาดเดาได้ยากเพียงใด แต่สิ่งหนึ่งที่มั่นใจได้นั่นก็คือ อนาคตของพันธุวิศวกรรมจะยิ่งน่าตื่นเต้น และน่าสนใจยิ่งไปกว่านี้อย่างแน่นอน!