Acinetobacter เป็นแบคทีเรียทรงกึ่งกลมกึ่งท่อนที่พบได้ทั่วไปในสิ่งแวดล้อมรวมทั้งบนร่างกายและทางเดินอาหารมนุษย์
บางสปีชีส์อย่าง Acinetobacter baumannii ถูกองค์การอนามัยโลกหมายหัวว่าเป็นตัวอันตรายอันดับต้นๆ ในฐานะแบคทีเรียดื้อยาปฏิชีวนะ ความทนทานต่อสภาพแวดล้อมรอดชีวิตได้แม้อยู่บนพื้นผิวเครื่องไม้เครื่องมือหรือเฟอร์นิเจอร์นานเป็นปี
ทำให้มันเป็นหนึ่งในสาเหตุของการติดเชื้อจากโรงพยาบาลผ่านอุปกรณ์การแพทย์
ในทางกลับกันอีกสปีชีส์อย่าง Acinetobacter baylyi ค่อนข้างปลอดภัย แถมยังเลี้ยงง่าย วิศวกรรมง่าย โตเร็วในอาหารหลากหลาย
สปีชีส์นี้เลยถูกเอามาเป็นต้นแบบศึกษากลไกต่างๆ ในแบคทีเรียและใช้ในการผลิตโมเลกุลที่น่าสนใจหลายอย่างเช่นพวกโพลิเมอร์ทดแทนพลาสติก เชื้อเพลิงชีวภาพ ฯลฯ
ความสามารถสารพัดด้านของ Acinetobacter เกิดจากการที่มันรับเอาดีเอ็นเอจากสิ่งแวดล้อมเข้ามาเป็นของตัวเองได้เก่ง ดีเอ็นเอพวกนี้อาจจะมียีนดื้อยา ยีนก่อโรค ยีนช่วยย่อย ยีนเพิ่มความอึด ฯลฯ อะไรต่างๆ จากแบคทีเรียอื่นๆ หรือแม้แต่เซลล์สิ่งมีชีวิตชั้นสูงติดมาด้วย
ความเก่งในการรับดีเอ็นเอของ Acinetobacter ทำให้ทีมวิจัยจากของเจฟฟ์ เฮสตี (Jeff Hasty) จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียแห่งซานดิเอโก (UCSD) คิดต่อว่าเราน่าจะลองเอาแบคทีเรียกลุ่มนี้มาติดตั้งกลไกให้มันสามารถตรวจจับและรายงานความผิดปกติของดีเอ็นเอมนุษย์ได้
วงการชีวสังเคราะห์เคยวิศวกรรมแบคทีเรียเป็นเซ็นเซอร์ตรวจจับโมเลกุลสำเร็จหลายงานแล้ว
โดยตัดต่อชุดยีนที่แบคทีเรียตามธรรมชาติใช้เฝ้าระวังความเปลี่ยนแปลงทางเคมีรอบเซลล์กับชุดยีนที่เรืองแสงหรือเปลี่ยนสีให้เราสังเกตเห็นได้
แต่ว่าไอเดียการเอาแบคทีเรียมาตรวจดีเอ็นเอในสิ่งแวดล้อมถือว่าแหวกแนวจากที่ผ่านมามาก ส่วนหนึ่งน่าจะเพราะเรายังไม่ค่อยเจอกลไกตามธรรมชาติแบบนี้ในแบคทีเรีย
ทีมของเจฟฟ์ทำงานกับ A. baylyi มาหลายปีแล้ว ค้นพบกลไกการรับดีเอ็นเอแบบใหม่ๆ ในแบคทีเรียกลุ่มนี้
อย่างเช่น การไปไล่กินแบคทีเรียตัวอื่นเพื่อขโมยดีเอ็นเอมาตรงๆ หรือค้นพบวิธีการใช้แบคทีเรียในสร้างระบบคริสเปอร์แคส (CRISPR/Cas) เพื่อทำลายดีเอ็นเอแปลกปลอม
ความชำนาญที่ผ่านมาทำให้ทีมวิจัยเกิดไอเดียว่าจะลองเอาจุดเด่นต่างๆ ของแบคทีเรียนี้มาประกอบกันเป็นเซ็นเซอร์ตรวจดีเอ็นเอ
A. baylyi รับดีเอ็นเอแปลกปลอมเข้าเซลล์ไปใส่ในจีโนมได้ดีอยู่แล้ว ดังนั้น โจทย์แรกคือทำยังไงให้แบคทีเรียรายงานแจ้งเราได้ว่าดีเอ็นเอที่เราสนใจถูกรับเข้าไป?
ทีมวิจัยใช้ยีนเรืองแสงและยีนดื้อยาฝังไว้ในจีโนมของ A. baylyi ล่วงหน้าก่อน
ยีนที่ฝังไว้นี้มีตำแหน่งที่ถูกทำให้กลาย (mutation) จนมันไม่สามารถแสดงออกได้
ดีเอ็นเอเป้าหมายที่เซลล์รับเข้ามาจะเข้าไปซ่อมตรงตำแหน่งที่กลายนี้ให้เป็นปกติได้เซลล์ A. baylyi ที่ทีมวิจัยสามารถตรวจจับได้จากเรืองแสงและความดื้อยาปฏิชีวนะ
Acinetobacter อัพสกิลด้วยการรับดีเอ็นเอจากสิ่งแวดล้อม
Cr : ณฤภรณ์ โสดา
เนื่องจากเซลล์ A. baylyi รับดีเอ็นเอจากสิ่งแวดล้อมเข้ามาแบบไม่เลือก เราจึงต้องมีวิธีบอกความต่างระหว่างดีเอ็นเอที่เราสนใจกับดีเอ็นเออื่นๆ ในสิ่งแวดล้อม
โชคดีว่าดีเอ็นเอที่ซ่อมจีโนมได้ต้องมีลำดับเบสคล้ายคลึงกับจีโนมบริเวณนั้น
ทีมวิจัยก็แค่ต้องออกแบบลำดับเบสของดีเอ็นเอในจีโนมรอบๆ ตำแหน่งเป้าหมายการซ่อมให้คล้ายคลึงกับลำดับเบสดีเอ็นเอที่เราอยากจะตรวจ
ลำดับเบสที่คล้ายคลึงกันนี้ทำหน้าที่เหมือน “ตำแหน่งลงจอด” ให้กับชิ้นดีเอ็นเอที่เราสนใจ
ดังนั้น ถ้าดีเอ็นเอที่เราสนใจเข้าเซลล์มามันก็จะตรงสู่ตำแหน่งนี้ ไปซ่อมยีนเรืองแสงและยีนดื้อยาให้เราตรวจจับได้ ส่วนดีเอ็นเออื่นๆ ที่ไม่เกี่ยวข้องถึงเข้าเซลล์มาก็ไม่เกิดผลอะไร
ทีมวิจัยลองออกแบบให้ A. baylyi ตรวจชิ้นดีเอ็นเอที่มีลำดับเบสของยีน KRAS ที่กลายพันธุ์ไป
การกลายของยีนนี้เป็นหนึ่งในสาเหตุและสัญญาณของมะเร็งหลายอย่างมะเร็งปอด มะเร็งตับอ่อน และมะเร็งลำไส้
ทีมวิจัยลองทดสอบ A. baylyi กับดีเอ็นเอของยีนนี้จากหลายๆ แหล่งทั้งดีเอ็นเอสังเคราะห์ ดีเอ็นเอที่สกัดจากเซลล์มะเร็ง และเศษซากเซลล์มะเร็งที่ยังไม่ได้ผ่านการสกัดดีเอ็นเอ
ปรากฏว่า A. baylyi ตรวจเจอดีเอ็นเอเป้าหมายได้หมด
นั่นแปลว่าประสิทธิภาพการนำเข้าดีเอ็นเอและระบบตรวจจับที่ออกแบบไว้น่าจะไวพอตรวจดีเอ็นเอจากตัวอย่างในร่างกายที่ยังไม่ผ่านการสกัดทำบริสุทธิ์เลยด้วยซ้ำ
ชิ้นยีนมะเร็งกลายพันธุ์เข้าไปเปิดสวิตช์ยีนเรืองแสงและดื้อยาใน Acinetobacter
Cr : ณฤภรณ์ โสดา
โจทย์ต่อมาที่ต้องแก้คือการตรวจยีนมะเร็งนั้นเราไม่ใช่แค่ต้องบอกได้ว่ามีชิ้นส่วนของยีนมะเร็งนี้ในตัวอย่างดีเอ็นเอ แต่ยังต้องบอกความต่างระหว่างยีนเวอร์ชั่นปกติ (ที่ยังไม่ได้ก่อมะเร็ง) กับยีนเวอร์ชั่นกลาย (ที่เป็นสาเหตุและสัญญาณการเกิดมะเร็ง) ให้ได้ด้วย
หลายครั้งยีนสองเวอร์ชั่นนี้อาจจะต่างกันน้อยมากแค่ลำดับเบสตัวเดียวเท่านั้น “ตำแหน่งลงจอด” จำเพาะที่เล่าไปข้างต้นไม่สามารถจำแนกความต่างของดีเอ็นเอที่เล็กน้อยแค่นี้ได้
ทีมวิจัยแก้โจทย์นี้ด้วยการติดตั้งระบบคริสเปอร์แคสเข้าไปเพิ่มใน A. baylyi โดยออกแบบให้ทำหน้าเป็นภูมิคุ้มกันต้านชิ้นดีเอ็นเอแปลกปลอมที่มีลำดับเบสของยีนมะเร็งเวอร์ชั่นปกติ
ดังนั้น ถ้าแบคทีเรียรับเอาดีเอ็นเอที่มียีนมะเร็งเวอร์ชั่นปกติมาชิ้นดีเอ็นเอก็จะถูกระบบคริสเปอร์ตัดทำลายทิ้ง
ในทางกลับกันดีเอ็นเอที่มียีนมะเร็งเวอร์ชั่นกลายจะอยู่รอดไปซ่อมยีนเรืองแสงกับยีนดื้อยาให้เราตรวจจับสัญญาณได้ ทีมวิจัยเรียกระบบนี้ว่า CATCH (CRISPR-discriminated Horizontal Gene Transfer)
ทีมวิจัยลองเอา A. baylyi ที่ติดตั้งระบบดังกล่าวไปเลี้ยงใกล้ๆ กับเซลล์มะเร็งในจานเพาะเลี้ยงให้ดีเอ็นเอจากซากเซลล์มะเร็งที่ตายไปตามธรรมชาติเข้าสู่แบคทีเรียเองโดยไม่ได้มีการสกัด
นอกจากนี้ ก็ได้ทดสอบระบบเดียวกันนี้ในลำไส้หนูทดลองที่ปลูกถ่ายด้วยเซลล์มะเร็ง ทั้งสองการทดสอบยืนยันว่าเซ็นเซอร์จาก A. baylyi ไวพอจะตรวจเจอการกลายของยีนมะเร็งได้ในสภาวะใกล้เคียงกับในร่างกาย
ความเซอร์ไพรส์ของงานนี้คือแบคทีเรียนี้ว่ารับดีเอ็นเอเก่งแล้วไม่นึกว่าเก่งขนาดนี้ เศษดีเอ็นเอนิดเดียวก็ยังเข้าเซลล์ไปได้เยอะพอจะตรวจเจอ เมื่อรวมกับความแม่นของคริสเปอร์ก็ทำให้เราได้ระบบที่ไวพอจะทำงานตรวจนี้ได้
ถึงตอนนี้ระบบจะยังยุ่งยากและยังไม่ไวเท่าการเก็บดีเอ็นเอจากอุจจาระมาตรวจด้วยเทคนิคที่ใช้กันทั่วไปอย่างการทำพีซีอาร์ (PCR) หรือการอ่านลำดับเบส (sequencing)
แต่มันมีข้อดีคือเราตรวจมันในทางเดินอาหารหรือสิ่งแวดล้อมที่เราสนใจได้โดยตรง
นอกจากนี้ การใช้แบคทีเรียทั้งเซลล์เป็นเซ็นเซอร์ยังทำให้ในอนาคตเราอาจสามารถนำกลไกการตรวจจับนี้ไปเชื่อมกับกลไกอื่นเช่นให้แบคทีเรียผลิตยาหรือตัวกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันให้สามารถทำงานได้ทันทีที่ตรวจเจอความผิดปกติได้อีกด้วย
Acinetobacter ตรวจยีนมะเร็งในลำไส้หนูทดลอง
Cr : ณฤภรณ์ โสดา
สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj
— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022
