Crispr ม ประโยชน ด านไหนอะไรบ าง ในพ ช

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน Broad Institute ของมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและสถาบันเทคโนโลยีเอ็มไอทีในสหรัฐฯ เปิดตัวเทคนิคตัดต่อพันธุกรรมแนวใหม่ที่เรียกว่า "ไพรม์อีดิติง" (Prime editing) ซึ่งมีความแม่นยำและทรงประสิทธิภาพเหนือกว่าเทคนิคแบบคริสเปอร์-แคสไนน์ (CRISPR-Cas9) ซึ่งสร้างผลงานที่เป็นข่าวฮือฮามาก่อนหน้านี้

มีการตีพิมพ์เผยแพร่รายละเอียดของเทคนิคใหม่ดังกล่าวในวารสาร Nature โดยระบุว่าวิธีไพรม์อีดิติงสามารถแก้ไขข้อบกพร่องในลำดับดีเอ็นเอได้แม่นยำกว่าเดิม ทำให้มีศักยภาพในการขจัดยีนกลายพันธุ์ซึ่งก่อโรคที่เป็นอันตรายในมนุษย์ได้ถึง 89% จากรหัสพันธุกรรมไม่พึงประสงค์ทั้งหมดที่มีอยู่ราว 75,000 แบบ

• ทารกถูกตัดต่อยีนเพื่อต้านเอชไอวีคู่แรกของโลกเสี่ยงอายุสั้น
• เตือนตัดต่อยีนแบบคริสเปอร์-แคสไนน์อาจทำให้เกิดมะเร็งได้
• "ชีวิตย่อมมีหนทางของมันเอง" เมื่อการทดลองตัดต่อยีนให้ยุงเป็นหมันล้มเหลว

ทีมผู้วิจัยรายงานว่า เทคนิคไพรม์อีดิติงผ่านการทดสอบกับเซลล์ของมนุษย์ในห้องทดลองมาแล้ว โดยมีตัวอย่างการแก้ไขพันธุกรรมบกพร่องที่ก่อโรคแล้วอย่างน้อย 175 ชนิด รวมถึงการตัดต่อแก้ไขยีนที่ทำให้เกิดโรคเม็ดเลือดแดงรูปเคียว (Sickle cell disease) โรคซิสติก ไฟโบรซิส (Cystic Fibrosis) และโรคเทย์-แซกส์ (Tay-Sachs) ซึ่งล้วนเป็นโรคร้ายแรงที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมทั้งสิ้น

ก่อนหน้านี้เทคนิคการตัดต่อยีนแบบคริสเปอร์-แคสไนน์ ได้ชื่อว่าเป็นวิธีแก้ไขพันธุกรรมที่ล้ำสมัยที่สุด โดยใช้เอนไซม์ทำหน้าที่เป็นกรรไกร ตัดตรงลำดับดีเอ็นเอที่ต้องการให้ขาดออกจากกันเป็นสองส่วน ก่อนจะเข้าไปตัดท่อนที่ไม่ต้องการทิ้งและแทรกสายดีเอ็นเอที่มีรหัสพันธุกรรมถูกต้องลงไปแทน แต่วิธีการนี้ยังคงมีปัญหาเรื่องความแม่นยำในการตัดต่อให้ตรงตำแหน่งอยู่

ส่วนเทคนิคไพรม์อีดิติง ใช้โมเลกุลของโปรตีนที่ออกแบบและสังเคราะห์ขึ้นมาเป็นพิเศษ เป็นตัวนำทางให้เอนไซม์ที่เป็นกรรไกรตัดต่อยีนเข้าถึงตำแหน่งเป้าหมายที่ถูกต้อง จากนั้นจะตัดลำดับดีเอ็นเอท่อนที่ต้องการออกเพียงสายเดียวจากโครงสร้างเกลียวคู่ ก่อนจะแทรกสายดีเอ็นเอที่มีรหัสพันธุกรรมถูกต้องลงไปแทนในช่องว่างดังกล่าว

ที่มาของภาพ, Getty Images

คำบรรยายภาพ,

ลำดับดีเอ็นเอประกอบด้วยเบส 4 ชนิดเรียงต่อกันเป็นสาย โดยเบสแต่ละชนิดใช้ตัวอักษรย่อว่า A, C, G, T

ลำดับดีเอ็นเอเก่าที่ยังเหลืออยู่อีกสายหนึ่งจะถูกตัดออกภายหลัง แล้วปล่อยให้เซลล์ซ่อมแซมส่วนที่ถูกตัดออกหลังสุดเอง โดยใช้สายดีเอ็นเอที่แทรกไว้ก่อนหน้านั้นเป็นต้นแบบ ซึ่งวิธีนี้จะทำให้การตัดต่อมีความแม่นยำเที่ยงตรงเพิ่มขึ้นมาก

ศาสตราจารย์เดวิด หลิว หนึ่งในทีมผู้วิจัยบอกว่า "เทคนิคนี้เหมือนกับโปรแกรมประมวลผลคำในคอมพิวเตอร์ สามารถจะใช้ค้นหาข้อความ ลบ คัดลอก หรือวางแปะข้อความในตำแหน่งใดก็ได้ตามคำสั่ง ทำให้เราตัดต่อพันธุกรรมได้แม่นยำมากขึ้น และตัดต่อลำดับดีเอ็นเอสายที่ยาวมากขึ้นได้ด้วย ซึ่งหมายความว่าเทคนิคนี้มีโอกาสจะนำไปใช้กับมนุษย์ได้โดยไม่เป็นอันตราย"

อย่างไรก็ตาม ทีมผู้วิจัยย้ำว่าเทคนิคนี้ยังคงจะต้องมีการพัฒนาต่อไปอีกระยะหนึ่ง จึงจะสามารถนำมาใช้รักษาโรคทางพันธุกรรมในมนุษย์ได้จริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการปรับปรุงกลไกนำทางเครื่องมือตัดต่อยีนที่เล็กระดับโมเลกุล ให้เข้าถึงตำแหน่งเป้าหมายที่ถูกต้องได้อย่างมีประสิทธิภาพกว่านี้

เป็นเทคโนโลยีเดียวกันที่สองนักวิทยาศาสตร์ได้รับรางวัลโนเบลไพรซ์ สาขาเคมี ในเดือนตุลาคมที่ผ่านมา คุณ Emmanuelle Charpentier นักจุลชีววิทยาชาวฝรั่งเศส และคุณ Jennifer Doudna นักชีวเคมีชาวอเมริกัน ได้รับการยกย่องงานวิจัยที่พัฒนาเทคโนโลยีการตัดแต่งพันธุกรรมแบบ CRISPR ตั้งแต่ปี พ.ศ.2555

CRISPR ทำให้เกิดการวิวัฒนาการอย่างชัดเจนในแง่วิธีการรักษาโรค โดยการหาวิธีการที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพในการปรับแต่งพันธุกรรมของมนุษย์ ไม่เฉพาะการรักษาโรคทางพันธุกรรมเท่านั้นแต่ยังรักษามะเร็งได้อีกด้วย

ในเวลานี้ เทคโนโลยียังคงเป็นเพียงแค่คำมั่นสัญญามากกว่าความเป็นจริงสำหรับคนทั่วไป แต่งานวิจัยเชิงคลินิกล่าสุดเริ่มเห็นผลลัพธ์ที่ทำให้เรามั่นใจมากขึ้น ในเดือนมีนาคมที่ผ่านมา เทคนิค CRISPR ได้มีการนำมาใช้ในร่างกายมนุษย์เป็นครั้งแรก เพื่อที่จะพยายามหาวิธีรักษาโรคพันธุกรรมของตาชนิดหนึ่ง

สิ่งที่ทำให้เทคนิค CRISPR นั้นน่าตื่นเต้นคือมันสามารถปรับเปลี่ยนร่างกายให้กลายเป็นโรงงานผลิตยาได้ตรงกับโรคเฉพาะได้ แทนที่จะใช้ยาที่สังเคราะห์ขึ้น เพื่อให้เกิดผลต่อการรักษาโรคทางพันธุกรรมหลายโรค หรือเพื่อฆ่าเซลล์มะเร็ง

นักวิทยาศาสตร์เริ่มจะเข้าใจทฤษฎีนี้เมื่อปี พ.ศ. 2523 เมื่อสังเกตพบว่าแบคทีเรียบางชนิดสามารถเลียนแบบสารพันธุกรรมหรือ DNA ในระบบภูมิคุ้มกัน ในเวลานั้นไม่มีใครเข้าใจว่าทำไม่จึงเป็นแบบนี้ หรือวัตถุประสงค์ของมัน

ในงานวิจัยต่อมาเผยว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นนี้ทำให้แบคทีเรียสามารถต่อสู้กับไวรัสได้ และได้รับการตั้งชื่อว่า clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) โดยหลักการคือการใช้ชิ้นส่วนพันธุกรรม (DNA fragments) ของไวรัสเก่าที่เคยพบมาใช้ในการตรวจจับและทำลายสารพันธุกรรมของไวรัสที่มีลักษณะคล้ายคลึงกันในการติดเชื้อครั้งต่อ ๆ ไป

ในขั้นตอนต่อไปคือการหาวิธีทำกระบวณการนี้ซ้ำในร่างกายมนุษย์โดยการสร้างชิ้นส่วนของสารพันธุกรรมสายคู่ ที่สามารถล๊อคเป้าและปรับหรือเปลี่ยนชิ้นส่วนของสารพันธุกรรมที่ผิดปกติ สิ่งสำคัญคือการสร้างชิ้นส่วนของพันธุกรรมสายเดี่ยว (RNA) ให้มีลักษณะเข้าคู่กับสารพันธุกรรมที่มีความผิดปกติส่วนนั้น

ชิ้นส่วนพันธุกรรมสายเดี่ยวจะค้นหาเป้าหมายซึ่งเป็นชิ้นส่วนพันธุกรรมสายคู่ที่ผิดปกติบนสายพันธุกรรมทั้งเส้นพร้อมกับเอนไซม์นิวคลีเอส (โดย Cas9 เป็นเอนไซม์ที่แพร่หลายที่สุด) เอนไซม์นิวคลีเอสจะทำหน้าที่เหมือนกับกรรไกรในการตัดส่วนของสารพันธุกรรมสายคู่ที่ผิดปกติให้ขาดออกจากสายพันธุกรรมเส้นใหญ่

เป็นที่แน่ชัดว่าหากสารพันธุกรรมสายเดี่ยวที่มีอยู่ หรือสารพันธุกรรมสายคู่ไม่สามารถตัดในตำแหน่งที่ถูกต้องหรือละเอียดเพียงพอ อาจทำให้เกิดผลเสียหายที่รุนแรงและเป็นต้นเหตุผลลัพธ์ที่ตามมาเช่น การกลายพันธุ์และทำให้เกิดมะเร็งได้ หลักจริยธรรมสำหรับควบคุมเทคโนโลยียังอยู่ในขั้นตอนของการพิจารณา แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะตกลงร่วมกันว่าการทดลองนี้ควรจะจำกัดเฉพาะผู้ป่วยที่โรคกำเริบรุนแรง มากกว่าที่จะพยายามใช้ตัดต่อพันธุกรรมเพื่อคนรุ่นต่อไปในอนาคต อย่างที่นักวิทยาศาสตร์จีนได้พยายามทำในปี พ.ศ.2561 (เขาถูกจำคุกเป็นเวลาสามปีเนื่องจากพยายามสร้างทารกที่มีการตัดต่อพันธุกรรม)

ประการที่สอง สารพันธุกรรมสายเดี่ยว และเอนไซม์ Cas9 ทั้งสองตัวขนาดค่อนข้างใหญ่ ซึ่งขนาดอาจจะทำให้ยากที่จะนำไปในจุดที่เราต้องการได้อย่างพอเหมาะพอดี

อย่างไรก็ตามในปี 2562 วิทยาการทางวิทยาศาสตร์มีความก้าวหน้าเพิ่มขึ้นเมื่อบริษัทเทคโนโลยีชีวภาพจากสหรัฐอเมริกา CRISPR Therapeutics ได้เริ่มการทดลองการรักษาครั้งแรกนอกร่างกาย บริษัทนี้ซึ่งก่อตั้งโดย Charpentier มีเป้าหมายที่จะหาวิธีรักษาโรคเลือดเช่น โรคเม็ดเลือดแดงรูปเคียว และ เบต้า-ธาลัสซีเมีย ซึ่งเกิดจากความผิดปกติของฮีโมโกลบิน (ฮีโมโกลบินคือโปรตีนที่ขนส่งออกซิเจนในเม็ดเลือดแดง)

ในระยะที่ 1/2 ของการวิจัยการรักษาด้วย CTX001 เซลล์เม็ดเลือดจากผู้ป่วย 5 รายถูกตัดแต่งในจานเพาะเชื้อด้วยการใช้ CRISPR-Cas9 ก่อนจะนำกลับคืนสู่ร่างกายของผู้ป่วยแต่ละคน ในช่วงฤดูร้อนที่ผ่านมา มีการเผยว่าร่างกายของผู้ป่วยทั้ง 5 คนตอบสนองดีต่อการตัดแต่งเซลล์

และดียิ่งกว่านั้นคือ ผู้ป่วยเบต้า-ธาลัสซีเมีย (beta-thalassemia) สองคนแรกไม่จำเป็นต้องพึ่งพาการให้เลือดหลังจากผ่านไป 5 และ 15 เดือนหลังจากได้รับการรักษาด้วย CTX001 ผู้ป่วยโรคเม็ดเลือดแดงรูปเคียวคนแรกก็ได้รับผลที่ดีจากการรักษาและไม่พบภาวะแทรกซ้อนจากวิกฤตเซลล์เคียว (vaso-occlusive crises) หลังจากรักษาไปแล้วเป็นเวลา 9 เดือน

ในเดือนมีนาคม บริษัทแก้ไขยีน Editas Medicine เริ่มการรักษาในร่างกายของผู้ป่วยในการวิจัย AGN-151587 ระยะที่ 1/2 เพื่อพยายามแก้ไขและฟื้นฟูการมองเห็นของผู้ที่มีความผิดปกติทางสายตาจากโรค Leber congenital amaurosis (LCA10) ซึ่งเกิดจากการกลายพันธ์ของยีน CEP290

การรักษาในมนุษย์อีกประเภทเริ่มขึ้นในเดือนพฤศจิกายนเมื่อบริษัทเทคโนโยลีชีวภาพ Intellia Therapeutics ก่อตั้งโดย Doudna เปิดตัวการวิจัย NTLA-2001 ในระยะที่ 1 สำหรับรักษาโรคทางพันธุกรรม hereditary transthyretin amyloidosis หรือเรียกสั้น ๆ ว่า ATTR โดยโรคนี้เกิดจากการกลายพันธ์ในยีน TTR ทำให้เกิดการสะสมของโปรตีนที่ผิดรูปในตับ และทำลายเส้นประสาทและหัวใจในที่สุด

วิธีการรักษาคือการฉีดเข้าเส้นเลือด การนำส่งยาของ RNA และ Cas9 นั้นพัฒนาให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นด้วยการใช้การขนส่งด้วยอนุภาคนาโนไขมัน (lipid nanoparticles)

หากการวิจัยทั้งสองได้ผลลัพธ์ที่ดี จะเกิดการเปลี่ยนแปลงการรักษาด้วยยีนอย่างสิ้นเชิง และไม่ให้ผลเพียงแค่กับโรคที่เป็นเป้าหมายของการรักษา แต่สามารถเปิดโลกของการรักษามะเร็งและเนื้องอกอีกด้วย

และก็เป็นอย่างที่คาดไว้ ในเดือนพฤศจิกายนนี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทลอาวีฟแจ้งว่าการพัฒนาอนุภาคนาโนไขมันเพื่อใช้ในการนำส่ง CRISPR เพื่อต่อสู้กับเนื้องอกกลัยโอบลาสโตมาหรือมะเร็งสมองชนิดโตเร็วในหนูทดลอง ผลลัพธ์ต้นแสดงให้เห็นว่าการโตของเนื้องอกลดครึ่งถึงครึ่งนึงและอัตราการรอดชีวิตเพิ่มขึ้นร้อยละ 30

นอกจากนั้น CRISPR Therapeutics ได้เปิดตัวการวิจัยในระยะที่ 1 กับการรักษาด้วย CTX110 สำหรับมะเร็งชนิดมะเร็งต่อมน้ำเหลืองชนิดนอนฮอดจ์กิน(non-Hodgkin lymphoma) แต่กระแสตอบรับของการวิจัยนี้ที่ตีพิมพ์ในบทความต่าง ๆ เบนไปทางลบเนื่องจากผู้ป่วยที่ได้รับ CTX110 ในโดสที่สูงที่สุดได้เสียชีวิตจากโรคสมองอักเสบ (encephalitis) เพราะได้รับการกระตุ้นให้ไวรัสเริมที่แฝงในร่างกายออกฤทธิ์

ผลร้ายที่ตรงข้ามกับสิ่งที่คาดหวังไว้ทำให้เกิดข้อสงสัยขึ้นมา การรักษาด้วยเทคโนโลยีการตัดแต่งยีนจะมีผลกระทบอย่างไรต่อผู้ที่มีภูมิคุ้มกันต่ำ และข่าวร้ายนี้ทำให้ความสำเร็จที่ได้รับจากผู้ป่วยอีก 8 คนถูกมองข้ามไป โดยทั้ง 8 คือผู้ที่มีอาการเก่ากำเริบ และได้รับการบำบัดในโดสที่สูงเป็นอันดับที่ 2 หลังจากนั้น 3 เดือน มีผู้ป่วย 4 คนที่หายขาดจากโรค

การวิจัยสร้างฐานอันแข็งแกร่งให้การวิจัยในหัวข้อภูมิคุ้มกันให้บริษัทเช่น Gilead Sciences และ Novartis ที่พัฒนา CAR (chimeric antigen receptor) ที่ใช้ในการรักษาแบบภูมิคุ้มกันบำบัดที่จับเป้าหมายกับ T-cell โดยฉีดสารพันธุกรรมใหม่เข้าใน T-cell ของระบบภูมิคุ้มกันและกระตุ้นให้ฆ่าเซลล์มะเร็ง อย่างไรก็ตาม การวิจัยนี้แตกต่างจากการวิจัยก่อนหน้า

การบำบัดที่กล่าวมานั้นเกิดขึ้นอย่างอัตโนมัติ หมายถึง T-cell มาจากร่างกายของผู้ป่วยโดยธรรมชาติ แต่กระบวนการนี้ใช้เวลายาวนานกว่าปกติเพราะต้องให้ผู้ป่วยอยู่ในห้องปฏิบัติการเพื่อทำการวิจัย และทำให้โอกาสในการผลิตยารักษาในปริมาณมากสิ้นไป

CRISPR Therapeutics คือแนวหน้าของการรักษาด้วยเซลล์ที่มีลักษณะทางพันธุกรรมที่แตกต่างจากของคนไข้ และเปิดโอกาสในการใช้เซลล์ที่แข็งแรงจากการบริจาคมาใช้ได้ อย่างไรก็ดี ความเสี่ยงของการรับบริจาคเซลล์คืออาจเกิดภาวะ graft versus host disease (GvHD) หรือการที่ร่างกายของผู้ป่วยต่อต้านเซลล์ของผู้บริจาคและอาจมีอันตรายถึงชีวิต CRISPR Therapeutics และบริษัทเทคโนโลยีชีวภาพ Allogenic Therapeutics หวังอย่างยิ่งว่าผลลัพธ์จะไม่เป็นเช่นนั้น

การผลิตยาจากเซลล์ (cell-based) ที่มิได้จำหน่ายหน้าเคาน์เตอร์ได้จะหมายความว่าการผลิตยาจะถูกลงอย่างมหาศาลสำหรับอุตสาหกรรมยา และให้ประโยชน์แก่ผู้ป่วยเพราะยาจะมีราคาที่เข้าถึงได้แม้จะอยู่ที่ไหนในโลกก็ตาม

ในอนาคต การใช้ CRISPR ตัดแต่งดีเอ็นเอที่ผิดปกติร่วมกับ CAR-T ซึ่งกระตุ้นให้ภูมิคุ้มกันทำลายเซลล์เนื้องอกอาจทำให้การกำจัดมะเร็งให้สิ้นซากเป็นความจริงขึ้นมาอีกนิด

Crispr/Cas9 สามารถนำไปใช้ประโยชน์อย่างไรบ้าง

CRISPR เป็นกลุ่มลำดับเบสของดีเอ็นเอที่พบในจีโนมโปรคาริโอต เช่น แบคทีเรีย และ อาร์เคีย ซึ่งพัฒนามาจากชิ้นส่วนดีเอ็นเอของแบคทีริโอเฟจที่เคยเข้าสู่แบคทีเรีย และใช้ในการตรวจหาเพื่อทำลายดีเอ็นเอจากเฟจที่คล้ายคลึงกัน ลำดับเหล่านี้จึงมีหน้าที่สำคัญในระดับการต่อต้านไวรัสของเซลล์โปรคาริโอต

เทคนิคที่ชื่อ Crispr คืออะไร

CRISPR ย่อมาจาก Clustered regularly interspaced short palindromic ซึ่งเป็นหนึ่งในเทคโนโลยี genome editing สำหรับการศึกษาหน้าที่ของยีน (gene function) โปรตีน CRISPR-associated (Cas) พบในแบคทีเรียหลายชนิดโดยส่วนใหญ่จะเป็นกลุ่ม archaea bacteria ตัว CRISPR-Cas จะเป็นการทำงานร่วมกันของ ลำดับเบสที่ออกแบบไว้อย่างจำเพาะ (RNA ...