ยีนขับเคลื่อนสยายปีก

CRISPR นำเครื่องมือทางพันธุกรรมที่ทรงพลังเข้ามาใกล้ความเป็นจริงมากขึ้น เราพร้อมหรือยัง?

กล่าวกันว่าจีนี่มีพลังที่จะให้พรสามประการ แต่จีนี่ที่เพิ่งปล่อยออกมาจากขวดในห้องปฏิบัติการสัญญาว่าจะเติมเต็มทุกความปรารถนาที่นักชีววิทยาสามารถฝันถึงได้

ยุติการระบาดของโรคที่เกิดจากแมลง? ตรวจสอบ. ฉีดวัคซีนสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำที่ใกล้สูญพันธุ์จากเชื้อราที่ฆ่า? ใช่. ถอนสายพันธุ์ที่รุกรานจากสภาพแวดล้อมที่ไม่ใช่ของพวกมัน? ตามที่ขอ.

จีนี่เหล่านี้ไม่มีเวทมนตร์ พวกมันเป็นเครื่องมือในการวิจัยที่เรียกว่าการขับยีน ซึ่งเป็นชิ้นส่วนที่ชาญฉลาดของ DNA ที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อขับเคลื่อนตัวเองเข้าสู่ DNA ของสิ่งมีชีวิตที่น่ารำคาญหรือมีปัญหา การขับยีนเป็นเป้าหมายการแพร่เชื้อที่มุ่งหมายให้แพร่กระจายภายในสปีชีส์ เปลี่ยนแปลงลูกหลานตลอดไป

ผู้ที่ชื่นชอบการขับเคลื่อนยีนกล่าวว่ายีนเหล่านี้สามารถกำจัดโรคมาลาเรียได้ ช่วยชีวิตได้กว่าครึ่งล้านคนในแต่ละปี สายพันธุ์ที่รุกราน วัชพืชที่ต้านทานสารกำจัดวัชพืช และแมลงที่ต้านทานสารกำจัดศัตรูพืชอาจถูกขับออกจากการดำรงอยู่ สัตว์ที่มีไวรัสที่เป็นอันตรายสามารถสร้างภูมิคุ้มกันได้อย่างง่ายดาย

นักวิทยาศาสตร์ได้แสวงหาพลังของการขับเคลื่อนยีนมานานหลายทศวรรษ แต่ด้วยการเกิดขึ้นของเครื่องมือทางพันธุกรรมที่เรียกว่า CRISPR/Cas9 ซึ่งเป็นที่เปิดขวดที่ปลดปล่อยจีนี่ ทำให้เทคโนโลยีการขับเคลื่อนด้วยยีนมีโอกาสที่จะให้วิธีการที่รวดเร็วในการยุติภัยพิบัติทางสุขภาพและระบบนิเวศที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของโลก

“ทุกอย่างเป็นไปได้ด้วย CRISPR” Hugo Bellen นักพันธุศาสตร์กล่าว “ฉันไม่ได้ล้อเล่น.”

แต่ยีนที่ออกแบบมาเพื่อแพร่กระจายผ่านประชากรและเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศอาจมีผลที่คาดไม่ถึง นักวิจัยได้ออกแบบวิธีการกักขังยีนไดรฟ์ไว้ในห้องแล็บ แต่ไม่มีตาข่ายนิรภัยดังกล่าวสำหรับไดรฟ์ยีนที่ปล่อยสู่ธรรมชาติ เทคโนโลยีในการกำจัดสายพันธุ์ทั้งหมด แม้ว่าสายพันธุ์เหล่านั้นจะเป็นศัตรูพืชก็ตาม ทำให้เกิดประเด็นด้านจริยธรรมและกฎระเบียบที่หน่วยงานทางวิทยาศาสตร์และรัฐบาลเพิ่งเริ่มพิจารณา

ยังไม่มีการเปิดตัวไดรฟ์ยีน CRISPR ในป่า – มีเพียงไม่กี่แห่งที่สร้างขึ้น มีอุปสรรคทางเทคนิคมากมายให้เอาชนะ แต่มีความตระหนักเพียงพอเกี่ยวกับอันตรายที่มาพร้อมกับคำมั่นสัญญาที่นักวิจัยและองค์กรการกุศลที่สนใจในเทคโนโลยีเพิ่งขอให้ US National Academy of Sciences ให้ความสำคัญกับการขับเคลื่อนยีน รายงานของสถาบันการศึกษาจะไม่ออกจนกว่าจะถึงปีหน้า แต่นั่นก็ไม่ได้หยุดการโต้วาที หรือวิทยาศาสตร์การขับเคลื่อนด้วยยีน จากการก้าวไปข้างหน้า

ผู้ฝ่าฝืนกฎ

ไดรฟ์ของยีนไม่ใช่ DNA เปล่าที่ลอยอยู่ในอากาศและในน้ำ พวกมันเป็นเครื่องมือระดับโมเลกุลที่นักวิทยาศาสตร์สร้าง DNA ของสิ่งมีชีวิต ในขณะที่นักชีววิทยาจินตนาการถึงการสร้างยีนไดรฟ์มานานแล้ว แต่การมาถึงของ CRISPR ได้เปลี่ยนจินตนาการให้กลายเป็นการประยุกต์ใช้

CRISPR (คำย่อของ “คลัสเตอร์แบบสม่ำเสมอ interspaced short palindromic repeats”) หมายถึงชิ้นส่วนของ DNA ของไวรัสที่แบคทีเรียได้รวมเข้ากับจีโนมของพวกมันเอง ด้วยความช่วยเหลือจากเอนไซม์ที่เรียกว่า Cas9 CRISPR ช่วยให้แบคทีเรียสามารถป้องกันตัวเองจากไวรัสได้ ในปี 2555 นักวิจัยประกาศว่าพวกเขาได้ดัดแปลงระบบ CRISPR ให้เป็นเครื่องมือแก้ไขยีนสำหรับการตัดและวางยีนเกือบทุกชนิดเข้าไปในสิ่งมีชีวิตใดๆ ตั้งแต่นั้นมา การแก้ไขยีน CRISPR ก็ได้นำเอาชีววิทยามาสู่พายุ เจนนิเฟอร์ ดูดน่า ผู้ร่วมสร้าง CRISPR จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ กลายเป็นเรื่องแพร่หลายและง่ายดายมากจนแม้แต่นักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 3 ก็ยังใช้มันในชั้นเรียนวิทยาศาสตร์

นักวิจัยได้ใช้ CRISPR/Cas9 เพื่อแก้ไขยีนในเซลล์ของมนุษย์ที่ปลูกในอาหารในห้องทดลอง ลิง ( SN: 3/8/14, p. 7 ), สุนัข ( SN: 11/28/15, p. 16 ), หนู และหมู ( SN: 14/11/15, หน้า 6 ), ยีสต์, แมลงวันผลไม้, หนอนCaenorhabditis elegans , ม้าลาย, ยาสูบและข้าว.

“ฉันทำ CRISPR ทุกวัน” เบลเลนจากวิทยาลัยแพทยศาสตร์เบย์เลอร์ในฮูสตันกล่าว รอบๆ ตัวเขา นักวิทยาศาสตร์กำลังสร้างแมลงวันผลไม้ ไส้เดือนฝอย และหนูโดยใช้เครื่องมือที่ได้จากแบคทีเรีย “มันเป็นหนึ่งในเหตุการณ์ที่หายากมากเมื่อเทคโนโลยีปฏิวัติวิธีการทางวิทยาศาสตร์ของคุณ”

โดยปกติแล้ว เทคนิคทางอณูชีววิทยามีความเฉพาะเจาะจงสำหรับสิ่งมีชีวิตหนึ่งตัว ดังนั้นความยืดหยุ่นของ CRISPR ในการแก้ไขยีนจากสิ่งมีชีวิตที่หลากหลายดังกล่าวจึงเป็นสิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่งสำหรับนักวิจัย แอนโธนี เจมส์ นักชีววิทยาระดับโมเลกุลจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เออร์ไวน์กล่าว

หากพวกเขาสามารถแก้ไขยีนในสิ่งมีชีวิตใด ๆ ได้อย่างรวดเร็ว นักวิทยาศาสตร์ควรจะสามารถออกแบบไดรฟ์ของยีนสำหรับสายพันธุ์นั้นได้เช่นกัน นั่นอาจหมายความว่าสายพันธุ์ที่รุกรานเช่นคางคกอ้อยที่น่ารำคาญของออสเตรเลียและสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ที่นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถจัดการกับพันธุกรรมได้ในขณะนี้อาจกลายเป็นเป้าหมายของยีนขับเคลื่อนด้วย CRISPR

ไดรฟ์ยีนเป็นเพียงความพยายามครั้งล่าสุดในระบบควบคุมทางชีวภาพ ในอดีต นักชีววิทยาได้แนะนำสายพันธุ์ศัตรูธรรมชาติเพื่อควบคุมศัตรูพืช ตัว อย่าง เช่น เห็ด ได้ ใช้ เพื่อ ยับยั้ง การ รุกราน ของ มอด ยิปซี ทาง ตะวัน ออก เฉียง เหนือ ของ สหรัฐ. Austin Burt ผู้บุกเบิกการขับยีนนั้นไม่ได้แตกต่างกันมากนัก นักพันธุศาสตร์วิวัฒนาการที่ Imperial College London กล่าว “แต่แทนที่จะปล่อยทั้งสายพันธุ์ คุณกำลังปล่อยยีน”