อธิบาย: รางวัลโนเบลสาขาเคมี กรรไกรตัดต่อยีน

Emmanuelle Charpentier, Jennifer Doudna แบ่งปันรางวัลสำหรับวิชาเคมีของ CRISPR ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถ 'ตัดแปะ' ภายในลำดับพันธุกรรมได้ สิ่งนี้มีศักยภาพในการใช้งานที่หลากหลาย แต่ยังทำให้เกิดข้อกังวลด้านจริยธรรมอีกด้วย

ขั้นแรก นักวิจัยสร้าง RNA นำทางเทียม ซึ่งช่วยนำกรรไกรทางพันธุกรรมไปยังตำแหน่งในจีโนมที่จะทำการตัด ในการแก้ไขยีน พวกเขาออกแบบเทมเพลต DNA ขนาดเล็กเป็นพิเศษ เมื่อเซลล์ซ่อมแซมบาดแผล จะใช้เทมเพลตดีเอ็นเอนี้ สิ่งนี้จะเปลี่ยนรหัสในจีโนม (Johan Jarnestad/สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน)

ความเรียบง่ายมักถูกนำมาเปรียบเทียบกับกลไก 'Cut-Copy-Paste' ในโปรแกรมประมวลผลคำใดๆ (หรืออาจเป็นกลไก 'Find-Replace' ที่เท่าเทียมกัน) ในขณะที่การใช้งานสามารถเปลี่ยนมนุษย์และรูปแบบชีวิตอื่น ๆ ทั้งหมดได้ มันสามารถกำจัดพันธุกรรมและโรคอื่น ๆ เพิ่มการผลิตทางการเกษตร แก้ไขความผิดปกติ และแม้กระทั่งเปิดโอกาสที่ถกเถียงกันมากขึ้นในการผลิต 'เด็กดีไซเนอร์' และนำความสมบูรณ์แบบของเครื่องสำอาง ผลที่ตามมา อะไรก็ตามที่เชื่อมโยงกับการทำงานของยีนสามารถแก้ไขได้หรือ 'แก้ไข'

CRISPR (ย่อมาจากชื่อที่ค่อนข้างไม่สุภาพ Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) สำหรับการแก้ไขยีนทำให้เกิดความตื่นเต้นอย่างมากนับตั้งแต่ได้รับการพัฒนาในปี 2555 ทั้งจากคำมั่นสัญญาในการพัฒนาคุณภาพชีวิต และอันตรายจากการใช้ในทางที่ผิด นักวิทยาศาสตร์และห้องปฏิบัติการหลายร้อยคนได้เริ่มทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้เพื่อการใช้งานที่หลากหลาย ในช่วงแปดปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีได้มอบรางวัลและเกียรติยศมากมายให้กับนักพัฒนา เมื่อวันพุธที่ผ่านมา รางวัลโนเบลสาขาเคมีสำหรับผู้หญิงสองคนที่เริ่มต้นเรื่องทั้งหมด ได้แก่ เอ็มมานูเอล ชาร์ปงติเย วัย 52 ปี แห่งฝรั่งเศส และเจนนิเฟอร์ ดูดน่า วัย 56 ปีชาวอเมริกัน

อาจเป็นครั้งเดียวในประวัติศาสตร์ของรางวัลโนเบลที่ผู้หญิงสองคนได้รับการประกาศให้เป็นผู้ชนะเพียงคนเดียว

เทคโนโลยี

การแก้ไขหรือปรับเปลี่ยนลำดับยีนไม่ใช่เรื่องใหม่ มันเกิดขึ้นมาหลายสิบปีแล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการเกษตร ซึ่งพืชผลหลายชนิดได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อให้มีลักษณะเฉพาะ

แต่สิ่งที่ CRISPR ได้ทำคือทำให้การแก้ไขยีนเป็นเรื่องง่ายและเรียบง่าย และในขณะเดียวกันก็มีประสิทธิภาพอย่างมาก Debojyoti Chakraborty ผู้ซึ่งทำงานร่วมกับเทคโนโลยีนี้ที่ CSIR-Institute of Genomics and Integrative Biology ในกรุงนิวเดลีกล่าวว่าความเป็นไปได้นั้นแทบจะไม่มีที่สิ้นสุด

โดยพื้นฐานแล้ว เทคโนโลยีทำงานในลักษณะที่เรียบง่าย โดยจะระบุตำแหน่งเฉพาะในลำดับพันธุกรรมซึ่งได้รับการวินิจฉัยว่าเป็นสาเหตุของปัญหา ตัดออก และแทนที่ด้วยลำดับใหม่ที่ถูกต้องซึ่งไม่ก่อให้เกิดปัญหาอีกต่อไป ปัญหา.

เทคโนโลยีนี้จำลองกลไกการป้องกันตามธรรมชาติในแบคทีเรียบางชนิดที่ใช้วิธีการที่คล้ายกันในการป้องกันตัวเองจากการโจมตีของไวรัส

โมเลกุล RNA ถูกตั้งโปรแกรมให้ค้นหาลำดับปัญหาเฉพาะบนสาย DNA และโปรตีนพิเศษที่เรียกว่า Cas9 ซึ่งปัจจุบันมักถูกอธิบายไว้ในวรรณกรรมยอดนิยมว่า 'ขากรรไกรพันธุกรรม' ถูกใช้เพื่อทำลายและขจัดลำดับที่เป็นปัญหา สาย DNA เมื่อแตกจะมีแนวโน้มตามธรรมชาติที่จะซ่อมแซมตัวเอง แต่กลไกการซ่อมแซมอัตโนมัติสามารถนำไปสู่การเติบโตของลำดับที่มีปัญหาได้ นักวิทยาศาสตร์เข้ามาแทรกแซงระหว่างกระบวนการซ่อมแซมอัตโนมัตินี้โดยการจัดหาลำดับรหัสพันธุกรรมที่ต้องการ ซึ่งจะมาแทนที่ลำดับเดิม มันเหมือนกับการตัดซิปยาวบางส่วนระหว่างนั้น และเปลี่ยนส่วนนั้นด้วยท่อนใหม่

อธิบายด่วนอยู่ในขณะนี้โทรเลข. คลิก ที่นี่เพื่อเข้าร่วมช่องของเรา (@ieexplained) และติดตามข่าวสารล่าสุด

เนื่องจากกระบวนการทั้งหมดสามารถตั้งโปรแกรมได้ จึงมีประสิทธิภาพที่โดดเด่น และได้ผลลัพธ์ที่น่าอัศจรรย์เกือบแล้ว มีโรคและความผิดปกติมากมาย รวมทั้งมะเร็งบางรูปแบบ ที่เกิดจากการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่ไม่ต้องการ สิ่งเหล่านี้สามารถแก้ไขได้ด้วยเทคโนโลยีนี้ มีแอปพลิเคชั่นมากมายที่อื่นเช่นกัน ลำดับพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่ก่อให้เกิดโรคสามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อให้ไม่เกิดผล ยีนของพืชสามารถแก้ไขได้เพื่อให้ทนต่อศัตรูพืชหรือปรับปรุงความทนทานต่อความแห้งแล้งหรืออุณหภูมิ

ในแง่ของความหมายนี้ นี่อาจเป็นการค้นพบที่สำคัญที่สุดในวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตหลังจากการค้นพบโครงสร้างเกลียวคู่ของโมเลกุลดีเอ็นเอในปี 1950 Siddharth Tiwari จากสถาบันเทคโนโลยีชีวภาพเกษตร-อาหารแห่งชาติซึ่งมีสำนักงานใหญ่ใน Mohali กล่าว โดยใช้เทคโนโลยี CRISPR กับยีนของต้นกล้วย

Emmanuelle Charpentier และ Jennifer Doudna สำหรับการค้นพบกรรไกรตัดแต่งพันธุกรรม CRISPR/Cas9 ซึ่งสามารถใช้เปลี่ยน DNA ของสิ่งมีชีวิตได้

ผู้ชนะ

Charpentier และ Doudna ทำงานอย่างอิสระเมื่อพวกเขาสะดุดกับข้อมูลต่างๆ ที่ภายหลังมารวมกันเพื่อพัฒนาเป็นเทคโนโลยีนี้ Charpentier นักชีววิทยาที่ทำงานในห้องปฏิบัติการในสวีเดน ต้องการความเชี่ยวชาญของนักชีวเคมีในการประมวลผลข้อมูลใหม่ที่เธอได้รับเกี่ยวกับลำดับพันธุกรรมในแบคทีเรียบางชนิดที่เธอทำงานอยู่ซึ่งเรียกว่า Streptococcus pyogenes

เธอเคยได้ยินเกี่ยวกับงานของ Doudna ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ และทั้งสองก็ได้พบกันในการประชุมทางวิทยาศาสตร์ที่เปอร์โตริโกในปี 2554 ตามรายงานที่เผยแพร่บนเว็บไซต์ของรางวัลโนเบล อาจารย์เสนอความร่วมมือ ซึ่ง Doudna เห็นด้วย กลุ่มวิจัยของพวกเขาจึงร่วมมือกันทางไกลในปีหน้า ภายในหนึ่งปีพวกเขาสามารถออกมาพร้อมกับเทคโนโลยีการแก้ไขยีนที่ปฏิวัติวงการ

นักวิทยาศาสตร์และกลุ่มวิจัยอื่นๆ อีกหลายคนมีส่วนสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ บางคนเช่น Virginijus Siksnys นักชีวเคมีที่ทำงานที่มหาวิทยาลัยวิลนีอุสในลิทัวเนียเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางในฐานะผู้ประดิษฐ์ร่วมของเทคโนโลยีนี้ ในความเป็นจริง Siksnys ได้แบ่งปัน 2018 Kavli Prize in Nanoscience กับ Doudna และ Chapentier สำหรับเทคโนโลยีนี้ แต่ผลงานจากน้ำเชื้อของผู้หญิงสองคนนั้นไม่มีข้อโต้แย้ง ความสำเร็จของพวกเขาได้รับการยอมรับจากรางวัลอันทรงเกียรติหลายรางวัลในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา รวมถึงรางวัล Breakthrough Prize in Life Sciences ในปี 2015 และ Wolf Prize in Medicine เมื่อต้นปีนี้

มีการบ่นในชุมชนวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับรางวัลโนเบลสาขาเคมีที่ได้ไปหานักชีววิทยา แต่เห็นได้ชัดว่านี่ไม่ใช่ปรากฏการณ์ใหม่ บทบาทสำคัญของเคมีในวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต - ในระดับโมเลกุล ชีววิทยาคือเคมีโดยพื้นฐานแล้ว - ทำให้แน่ใจได้ว่าเพิ่งได้รับรางวัลโนเบลเพิ่มขึ้นสำหรับการทำงานในสาขาชีวเคมี อันที่จริง บทความวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อต้นปีนี้ชี้ให้เห็นการเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปในลักษณะของรางวัลเคมี ตามรายงานของ Chemistry World นิตยสารข่าวที่ตีพิมพ์โดย Royal Society of Chemistry จากนักวิทยาศาสตร์ 189 คนที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี จนถึงขณะนี้ 59 คนเคยทำงานในสาขาชีวเคมี นี่เป็นมากกว่าสาขาเคมีอื่น ๆ

อ่านเพิ่มเติม | รางวัลโนเบลสำหรับ ฟิสิกส์ และ ยา

ข้อกังวลด้านจริยธรรม

ในเดือนพฤศจิกายน 2018 นักวิจัยชาวจีนในเมือง Shenzen สร้างความตื่นตาตื่นใจในระดับสากลโดยอ้างว่าเขาได้เปลี่ยนแปลงยีนของตัวอ่อนมนุษย์ซึ่งส่งผลให้เกิดทารกแฝดในที่สุด นี่เป็นกรณีแรกของ 'เด็กดีไซเนอร์' ที่ได้รับการจัดทำเป็นเอกสารโดยใช้เครื่องมือแก้ไขยีนใหม่เช่น CRISPR และทำให้เกิดข้อกังวลด้านจริยธรรมที่นักวิทยาศาสตร์อย่าง Doudna พูดถึงอย่างแน่นอน

ในกรณีของฝาแฝดชาวจีน ยีนได้รับการแก้ไขเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาจะไม่ติดเชื้อเอชไอวี ไวรัสที่ทำให้เกิดโรคเอดส์ ลักษณะพิเศษนี้จะสืบทอดมาจากคนรุ่นหลังด้วยเช่นกัน ความกังวลไม่ได้อยู่เหนือเหตุผลที่ใช้เทคโนโลยีมากเท่ากับจริยธรรมในการผลิตทารกที่มีลักษณะทางพันธุกรรมโดยเฉพาะ นักวิทยาศาสตร์ชี้ว่าปัญหาในกรณีนี้ คือ การติดเชื้อไวรัสเอชไอวี มีวิธีแก้ไขและการรักษาทางเลือกอื่นอยู่แล้ว ที่แย่ไปกว่านั้นก็คือ การแก้ไขยีนนั้นอาจจะทำโดยไม่ได้รับอนุญาตหรือการควบคุมดูแลใดๆ คนอื่นๆ ยังชี้ให้เห็นว่าแม้ว่าเทคโนโลยี CRISPR จะมีความแม่นยำอย่างเหลือเชื่อ แต่ก็ไม่ได้แม่นยำ 100 เปอร์เซ็นต์ และเป็นไปได้ที่ยีนอื่นๆ บางตัวอาจได้รับการเปลี่ยนแปลงโดยไม่ได้ตั้งใจ

Doudna เองได้รณรงค์เพื่อพัฒนากฎและแนวทางสากลสำหรับการใช้เทคโนโลยี CRISPR และได้สนับสนุนให้หยุดแอปพลิเคชันประเภทนี้ชั่วคราวจนกว่าจะถึงเวลาดังกล่าว

แบ่งปันกับเพื่อนของคุณ: