กลางคริสต์ศตวรรษที่ 6 “จัสติเนียน (Justinian I)” จักรพรรดิแห่งโรมันส่งสายลับในคราบพระสองรูปฝ่าทางทุรกันดารข้ามยูเรเชียไปจารกรรมไบโอเทคเก่าแก่มูลค่าสูงลิ่วจากแดนตะวันออกไกล
พระสองรูปกลับสู่กรุงคอนสแตนติโนเปิลพร้อมไข่ไหมกับใบหม่อนที่ซ่อนในลำไผ่ ไม่นานหลังจากนั้นอุตสาหกรรมไหมของโรมันตะวันออกก็เติบโตขึ้น เป็นหนึ่งในรายได้หลักของอาณาจักรและยุติการผู้ขาดของจีนในฐานะผู้ผลิต และเปอร์เซียในฐานะพ่อค้าคนกลาง
รูปที่ 1: จักรพรรดิจัสติเนียนรับมอบไข่หนอนไหม ภาพวาดโดย Karel van Mallery ในปี 1595
“ไหม (Bombyx mori)” อาจจะเป็นหนึ่งใน “สัตว์เลี้ยง” ที่ทรงอิทธิพลที่สุดต่อประวัติศาสตร์มนุษย์ ไหมที่เราใช้ทอผ้าถูกผสมคัดเลือกพันธุ์โดยชาวจีนตั้งแต่กว่าสามพันปีก่อนคริสตกาลให้ดักแด้ผลิตเส้นใยขาว ยาว ละเอียด ส่วนตัวเต็มวัยแม้จะยังมีปีกแต่บินหนีไปไหนไม่ได้ ราชสำนักจีนกุมความลับของสายพันธุ์ กระบวนการเลี้ยงและแปรรูปไหมทำให้จีนเป็นผู้ผลิตผ้าไหมคุณภาพสูงรายใหญ่สุดของโลกมาช้านาน แม้แต่หลังยุคจัสติเนียนผ้าไหมจากจีนก็ยังจัดว่าเกรดสูงกว่าของที่ผลิตเองในโรมัน
ความต้องการผ้าไหมจากจีนเชื่อมเครือข่ายการค้าข้ามทวีปแห่งแรกของโลกที่รู้จักกันดีในชื่อ “ทางสายไหม (Silk Road)” ทอดยาวกว่าหกพันกิโลเมตรจากโลกตะวันตกสู่โลกตะวันออก เส้นทางสายไหมเป็นที่แลกเปลี่ยนสินค้า แนวคิด และเทคโนโลยีอื่นๆระหว่างอารยธรรมทั่วยูเรเชียนานกว่า 1500 ปี การหยุดชะงักของเส้นทางสายไหมในยุคออตโตมันเรืองอำนาจนำมาสู่ความพยายามค้นหาเส้นทางเดินเรือใหม่ๆจากยุโรปสู่เอเชียและการเริ่มต้นของยุคแห่งการสำรวจ (Age of Exploration)
สำหรับจีน “ไหม” เป็นสัญลักษณ์แห่งความสูงส่งมั่งคั่งของชาติมาแต่อดีต จีนยังคงเป็นผู้ผลิตไหมดิบอันดับหนึ่งต่อเนื่องมาหลายทศวรรษ ปริมาณการผลิตปัจจุบันปีละกว่าแสนตันคิดเป็นเกินครึ่งของกำลังผลิตทั้งโลก งานวิจัยด้านไหมของจีนจึงสำคัญทั้งในเศรษฐกิจ ประวัติศาสตร์และเกียรติภูมิของชาติ
รูปที่ 2: ภาพรวมขั้นตอนการผลิตใยไหม
เครดิตภาพ: ดุสิตตา เดชแก้ว
การ “อ่าน” และ “เขียน” จีโนมเป็นหัวใจของไบโอเทคแห่งศตวรรษที่ 21
ถ้าเปรียบสิ่งมีชีวิตเป็นแม่ครัว จีโนมก็คือตำราอาหารที่แม่ครัวรายนั้นๆพกติดตัวมาแต่เกิด ข้อมูลพันธุกรรมก็คือสูตรในตำราที่แม่ครัวจะปรุงเมนูต่างๆขึ้นมาได้ ข้อมูลพันธุกรรมในจีโนม “ไหม” กำหนดทั้งปริมาณและคุณภาพของใยไหมที่ผลิตได้ รวมไปถึงลักษณะอื่นๆของตัวไหมอย่างสี รูปร่าง ความทนทานต่อโรค พฤติกรรม ฯลฯ
สมัยก่อนเราเอาสิ่งมีชีวิตไปใช้โดยไม่ได้เปิด “อ่าน” ข้อมูลจีโนมก็เหมือนจ้างแม่ครัวทำงานโดยไม่รู้ล่วงหน้าว่านางจะปรุงอะไรขึ้นมาได้บ้าง อย่างมากก็แค่จำไว้คร่าวๆว่าแม่ครัวหน้าตาประมาณนี้ทำอาหารได้แนวไหน แต่ถ้าเรา “อ่าน” และ “เข้าใจ” ข้อมูลจีโนมทะลุปรุโปร่งเราก็เลือกได้ว่าจะเอาแม่ครัวคนไหนมาทำงานอะไร ยิ่งถ้า “เขียน” แต่งเติมข้อมูลจีโนมลงไปเองได้ด้วยเราก็แทบจะเนรมิตให้แม่ครัวทำอะไรก็ได้ “หนอนไหม” คือ “เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ (bioreactor)” ชั้นยอดที่เปลี่ยนใบไม้ถูกๆเป็นโปรตีน (ใยไหม) คุณภาพสูงพร้อมใช้งาน พันธุวิศวกรรมหนอนไหมสามารถปรับคุณลักษณะของโปรตีนไหมหรือแม้แต่ทำให้มันสังเคราะห์โปรตีนแบบใหม่ๆที่เราอยากได้
ข้อมูลพันธุกรรมในจีโนมถูกส่งต่อกันมาจากรุ่นสู่รุ่น แต่ละรอบการส่งต่อก็มีร่อยรอยการกลาย (mutation) สะสมมาเรื่อยๆเหมือนตำราที่ลอกผิดต่อๆกันมา ดังนั้นการ “อ่าน” ข้อมูลจีโนมยังเปิดโอกาสให้เราสืบสาวราวเรื่องถึงต้นกำเนิดสายพันธุ์เหมือนเวลาครูตรวจการบ้านว่าใครลอกใคร? ต้นฉบับอยู่ไหน?
ด้วยเหตุเทคโนโลยีจีโนมจึงเป็นทั้งหน้าต่างสู่อดีตและประตูสู่อนาคต งานจีโนมไหมจะช่วยเราแกะรอยเส้นทางสายพันธุ์ไหมที่ผ่านมา และพัฒนาสายพันธุ์ที่เหนือกว่าปัจจุบันขึ้นไปอีก
โครงร่างจีโนมไหม (Bombyx mori) ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกโดยทีมวิจัยจากญี่ปุ่นช่วงต้นปี 2004 และทีมวิจัยอีกทีมจากจีนช่วงปลายปีเดียวกันที่ความละเอียดสูงกว่า อย่างไรก็ตามข้อมูลจีโนมจากทั้งสองทีมวิจัยยังไม่สมบูรณ์ดีแถมยังเป็นข้อมูลจากไหมแค่สายพันธุ์เดียวเท่านั้น เทคโนโลยีการอ่านจีโนม (genome sequencing)พัฒนาแบบก้าวกระโดดไม่กี่ปีหลังจากนั้นทำให้นักวิจัยสามารถอ่านจีโนมไหมสายพันธุ์หลากหลายและสมบูรณ์มากขึ้น
งานวิจัยล่าสุดนำโดยทีมวิจัยจีนจากศูนย์จีโนมหนอนไหมหาวิทยาลัยตะวันตกเฉียงใต้แห่งฉงชิ่ง (Southwest University, Chongqing) หนึ่งในศูนย์กลางผลิตไหมดิบที่ใหญ่ที่สุดของจีน ทีมวิจัยศึกษาข้อมูลพันธุกรรมจากหนอนไหมกว่าพันตัว มีทั้งพันธุ์ป่า พันธุ์จากผู้เลี้ยงท้องถิ่นตั้งแต่โซนญี่ปุ่น จีน เอเชียอาคเนย์ อินเดีย ไล่ไปจนถึงตะวันออกกลาง แอฟริกาเหนือ และยุโรป ข้อมูลจีโนมที่ได้กว่า 55 เทระไบต์ประกอบกันเป็นจีโนมได้ 545 ชุด กลายเป็นหนึ่งในคลังความหลากหลายทางพันธุกรรมระดับจีโนมที่สมบูรณ์ที่สุดที่มนุษย์เคยรวมรวมมาได้
รูปที่ 3: ความหลากหลายทางพันธุกรรมของไหมและลักษณะปรากฏในวงจรชีวิต
CREDIT: BGI Genomics
ข้อมูลจีโนมชุดนี้บอกอะไรเราบ้าง?
ส่วนแรกคือประวัติศาสตร์ของไหม ผลการเปรียบเทียบจีโนมบอกว่าไหมที่เลี้ยงกันทั่วยูเรเชียตอนนี้น่าจะมีบรรพบุรุษร่วมกันถูกผสมคัดเลือกแยกจากไหมป่าพร้อมกัน และน่าจะมีต้นกำเนิดแถวลุ่มแม่น้ำฮวงโหตอนกลางถึงตอนล่าง ไหมสายยุโรปแบ่งออกเป็นสองกลุ่มชัดเจนคือกลุ่มที่ใกล้เคียงไหมจีนกับที่ใกล้เคียงไหมญี่ปุ่น นั่นแปลว่าหลังจากไหมจีนถูกนำ(โจรกรรม?) มาเลี้ยงในยุโรปก็น่าจะเกิดการถ่ายทอดในลักษณะเดียวกันอีกสายจากญี่ปุ่น ไหมจีนและญี่ปุ่นแยกสายวิวัฒนาการกันมายาวนานสอดคล้องกับสิ่งที่เรารู้จากประวัติศาสตร์การเลี้ยงไหมของสองโซนอารยธรรมนี้ ทีมวิจัยพบว่าไหมสองกลุ่มมีลักษณะโดดเด่นทางพันธุกรรมแทบไม่ซ้ำซ้อนกันและน่าจะเปิดโอกาสการพัฒนาสายพันธุ์ผสมที่คุณภาพเหนือกว่าเดิม
ส่วนที่สองคือเบื้องหลังคุณลักษณะของไหมเลี้ยงพันธุ์ต่างๆ เช่น ยีน BmE2E1 คุมจำนวนเซลล์ต่อมสังเคราะห์ไหมซึ่งส่งผลตรงต่อผลผลิตไหมที่ได้ต่อรัง ยีน BmChit β-GlcNAcase คุมความละเอียดของเส้นใยไหม ข้อมูลพวกนี้ไม่ได้มาจากแค่การ “อ่าน” จีโนมมาเปรียบเทียบกัน แต่ทีมวิจัยยังได้ยืนยันด้วยลองไป “เขียน” จีโนมบางส่วนใหม่เช่นการเพิ่มยีน (over expression) และแก้ไขยีน (CRISPR/Cas9) จนได้ลักษณะตามที่ทำนายไว้ นอกจากสองยีนนี้ทีมวิจัยยังเจออีกกว่าสี่ร้อยตำแหน่งต่างบนจีโนมระหว่างไหมเลี้ยงกับไหมป่า ยีนบนตำแหน่งพวกนี้อาจเป็นเคล็ดลับของลักษณะเฉพาะของไหมเลี้ยงที่จะใช้เป็นเป้าหมายการปรับปรุงพันธุ์ในอนาคต
ส่วนที่สามคือองค์ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับพันธุศาสตร์การปรับตัวของแมลง เช่น การจำศีล (diapause) ของไข่แมลงเพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมที่ยากลำบาก การสำแดงสีสดๆเพื่อขู่ศัตรูผู้ล่า (aposematic coloration) กลไกทางสรีวิทยาและวิวัฒนาการของปรากฏการณ์พวกนี้ในแมลงถูกศึกษากันมานานโดยใช้หนอนไหมเป็นต้นแบบ แต่งานวิจัยนี้น่าจะเป็นชิ้นแรกที่ค้นพบยีนที่เกี่ยวข้องด้วยการศึกษาเปรียบเทียบจีโนมที่สมบูรณ์แบบเป็นร้อยๆชุดร่วมกับกับทดสอบยืนยันผลซ้ำด้วยการวิศวกรรมแก้ไขยีน
เรื่องของจักรพรรดิโรมันกับพระสายลับที่เล่าไปตอนต้นอาจจะสอนพวกเราเกี่ยวกับพลังของไบโอเทคโนโลยีกับดุลอำนาจของรัฐที่หลายคนมองข้ามไป สนามชิงความเป็นเลิศแห่งศตวรรษนี้คงไม่ได้อยู่ที่ใครมีพันธุ์พืช สัตว์ หรือสิ่งมีชีวิตพิสดารแต่อยู่ที่ใครจะค้นพบและเข้าใจความที่ซ่อนอยู่ลึกกว่านั้น …ในตำราชีวิตที่เรียกว่าจีโนม
โปรดอย่าลืมกดติดตามเพจของ MIC ได้ที่ : Facebook MatichonMIC
อ้างอิง คลิก
