ทะลุกรอบ | ป๋วย อุ่นใจ
เซลล์รังไข่หนูแฮมสเตอร์
เวอร์ชั่นสังเคราะห์แสง
เป็นที่ฮือฮา เมื่อนักวิจัยจากแดนปลาดิบตัดสินใจทดลองสุดเปิบพิสดาร แยกคลอโรพลาสต์จากสาหร่ายแล้วเอาไปใส่เข้าไปในเซลล์ของหนูแฮมสเตอร์!!
ข่าวนี้สะดุดตาผมในทันที เพราะถ้านักวิจัยสามารถทำให้เซลล์หนูแฮมเสตอร์สร้างพลังงานจากการสังเคราะห์แสงได้จริงอย่างยั่งยืน นี่คือข่าวใหญ่ระดับตำนาน
แต่ที่น่าแปลกใจคือในขณะที่สำนักข่าวไทยหลายเจ้ารายงานและแชร์กันจนเป็นไวรัล สำนักข่าวต่างประเทศกลับดูไม่ให้ความสำคัญกับงานนี้เท่าที่ควร
ผมสนใจเรื่องนี้เป็นพิเศษ เพราะในมุมของชีววิทยาสังเคราะห์ (synthetic biology) นี่อาจจะเป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาระบบเทคโนโลยีชีวภาพที่คุ้มค่าและยั่งยืนได้จริง เพื่อดักจับ จัดเก็บและเอาคาร์บอนไปใช้ประโยชน์ (Carbon Capture Utilization and Storage) หรือที่มักเรียกสั้นๆ ว่า CCUS ได้ในระดับอุตสาหกรรม
ในปัจจุบัน หนึ่งในปัญหาของเทคโนโลยี CCUS ไม่ว่าจะเป็นพัดลมยักษ์ (direct air capture) หรือดักด้วยน้ำ (direct ocean capture) ก็คือไม่รู้ว่าจะเอา “คาร์บอนไดออกไซด์” ที่ดักมาได้อย่างเหลือล้นนั่นไปใช้ประโยชน์อย่างไร ที่ไม่ใช่เอาไปอัดเก็บไว้ในชั้นหินหรือเอามาปริ๊นต์เป็นหินปูนมูลค่าต่ำ ซึ่งไม่ค่อยจะคุ้มค่ากับต้นทุนขนาดมหึมาที่นักลงทุน (หรือรัฐบาล) ทุ่มลงไป
ก็ถ้านักเทคโนโลยีชีววิทยาสังเคราะห์สามารถออกแบบและสร้างเซลล์จุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย หรือยีสต์ ให้เริ่มผลิตสารออกฤทธิ์ราคาแพงได้แล้ว ก็แค่ปรับเพิ่มอีกนิดทำให้สามารถดำรงชีวิตได้ด้วยสร้างพลังงานด้วยการสังเคราะห์แสงและกินคาร์บอนไดออกไซด์ได้ ก็จะเป็นอะไรที่ดีเลิศประเสริฐศรี
จากคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินที่ไม่รู้จะเก็บเอามาทำอะไร ก็จะกลายเป็นสิ่งที่มีคุณค่าอย่างมหาศาล
เป็นอาหารของยีสต์ที่ถูกวิศวกรรมมาให้ผลิตสารเคมีมูลค่าสูงต่างๆ ได้สารพัด ตั้งแต่ยาต้านมะเร็งราคาแพงอย่างวินบลาสติน (vinblastine) และวินคริสติน (vincristine)
ไปจนถึงสารออกฤทธิ์ในทางการแพทย์อย่างมอร์ฟีน (morphine) และแคนาบินอยด์ (cannabinoids) ไปจนถึงสารกระตุ้นภูมิวัคซีน (adjuvant) ราคาบ้าระห่ำอย่างซาโปนิน QS-21 ที่ขายปลีกกันอยู่มิลลิกรัมละราวๆ สองหมื่นบาท (ไม่รวมค่าขนส่งและภาษีนำเข้า)
ภาพเซลล์รังไข่แฮมสเตอร์ที่มีคลอโรพลาสต์ (สีชมพู) อยู่ข้างใน ภาพโดย R. Aoki, Y. Inui, Y. Okabe et al. 2024/ Proceedings of the Japan Academy, Series B
การบีบเซลล์ยีสต์ให้สังเคราะห์แสงได้คือเทคโนโลยีที่น่าจับตามอง เพราะเมื่อใดก็ตามที่เซลล์ยีสต์สังเคราะห์แสงสามารถเติบโตได้ไว ผลิตสารออกมาได้ทันใจและปริมาณมาก จนเทคโนโลยี CCUS ทำกำไรได้จากการขายคาร์บอนไดออกไซด์ เมื่อนั้น เทคโนโลยี CCUS เวอร์ชั่นใหม่ที่ดีและมีประสิทธิภาพมากกว่าที่มีอยู่เดิม ก็จะถูกพัฒนาขึ้นมาอย่างรวดเร็ว
ซึ่งถ้าทำดีๆ ก็อาจนำพาสังคมของเราไปไกลกว่าแค่ net zero หรือการจำกัดการปลดปล่อยคาร์บอนสุทธิให้เป็นศูนย์
แต่อาจจะต่อยอดไปได้ถึง net negative ที่นอกจากจะไม่ปล่อยคาร์บอนไปเพิ่มในชั้นบรรยากาศแล้ว ยังมีการดูดคาร์บอนกลับมาอีก
ซึ่งเป็นอีกเทคโนโลยีทางเลือกที่น่าสนใจ เพราะอาจจะเป็นหนทางสู่ความยั่งยืนทางคาร์บอนจริงๆ
(ใครที่สนใจเรื่องราวของการออกแบบเซลล์ไฮบริดระหว่างยีสต์กับสาหร่ายไซแอนโนแบคทีเรียที่เรียกว่า “ไคมีรา” (chimera) ไปจนถึงแนวคิดในการปรับแต่งเซลล์ยีสต์ให้สังเคราะห์แสงได้ด้วยกระบวนการปรับแต่งในระดับเซลล์สามารถไปอ่านได้ในบทความ “ภารกิจสร้างยีสต์สังเคราะห์แสง” คอลัมน์ทะลุกรอบ หนังสือพิมพ์มติชนสุดสัปดาห์ ฉบับวันที่ 8, 15, 22 และ 29 สิงหาคม 2024)
แค่เปลี่ยนเซลล์ยีสต์ให้สังเคราะห์แสงได้ ก็น่าตื่นเต้นแล้ว
ถ้าทีมวิจัยทีมนี้สามารถทำให้เซลล์หนูแฮมสเตอร์สังเคราะห์แสงได้สำเร็จจริงๆ โดยไม่มีอะไรบิดเบี้ยว เรื่องนี้ควรเป็นข่าวใหญ่ในตำนานระดับพาดหัววารสารวิทย์ชั้นนำอย่าง nature หรือ science
แต่ทว่า ที่แปลกคือกระแสในวงการกลับเงียบฉี่…มีแค่สื่อไม่กี่ที่เอามาเล่นพอเป็นกระสาย
เริ่มสงสัย “ข่าวจริงหรือปลอม?” แล้วเขาทำทดลองอย่างไร? ใช้เซลล์ประเภทไหน? แล้วจะทำไปทำไม?
คือในใจยังแอบลุ้น เพราะถ้าสำเร็จจริงเรื่องนี้จะเป็นเรื่องใหญ่ที่อาจจะพลิกโฉมเทคโนโลยีชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ความยั่งยืนของการใช้เซลล์จุลินทรีย์เป็นโรงงานผลิตสารเคมี (microbial cell factory) ไปเลยก็ได้
ผมเริ่มขุดคุ้ย และก็ไปเจอกับ press release จากมหาวิทยาลัยโตเกียว (The University of Tokyo) เรื่อง Solar-powered animal cells ที่เปิดตัวออกมาพร้อมกันเลยกับเปเปอร์ “Incorporation or photosynthetically active algal chloroplasts in cultured mammalian cells towards photosynthesis in animal” ที่ออกมาในวารสาร Proceedings of the Japan Academy Series B ในวันฮัลโลวีน ปี 2024
ซึ่งพอเห็นวันที่เผยแพร่ ประโยคเด็ดของวันปล่อยผีฝรั่งก็ผุดขึ้นมาในหัวทันที “Trick or treat?”
เป็นไปได้มั้ยที่งานนี้ เราจะถูกอำ แต่คงไม่โดนหรอก ไม่ใช่ April fool’s
ผมเริ่มดำดิ่งลึกลงไปในเนื้อหาของเปเปอร์ และเริ่มสบายใจขึ้น สรุปได้ว่ามีงานวิจัยจริง ทำจริง ได้ผลจริง
แต่ผลที่ได้อาจจะยังไม่อลังการอย่างที่คิด ก็เลยไปไม่ถึงวารสารใหญ่ๆ อย่าง nature หรือ science ลงได้แค่วารสารของญี่ปุ่น
แล้วนักวิจัยมีแรงบันดาลใจอะไร ถึงได้เอาคลอโรพลาสต์ไปใส่ในเซลล์หนูแฮมสเตอร์ แท้จริงแล้ว จุดมุ่งหมายคืออะไร?
“พวกเราเชื่อว่างานนี้จะมีประโยชน์สำหรับเทคโนโลยีวิศวกรรมเนื้อเยื่อและวิศวกรรมระดับเซลล์” หัวหน้าทีมวิจัย ซาชิฮิโร มัตสึนากะ (Sachihiro Matsunaga) จากมหาวิทยาลัยโตเกียวตอบ
“เนื้อเยื่อที่เพาะเลี้ยงในห้องทดลอง เช่น อวัยวะเทียม เนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงจากแล็บ และแผ่นผิวหนังมักจะเกิดขึ้นมาจากเซลล์ที่ซ้อนกันอยู่หลายชั้น พอถึงจุดหนึ่ง พวกมันไม่สามารถเพิ่มขนาดได้อีกเพราะเกิดภาวะขาดแคลนออกซิเจน (hypoxia) ภายในเนื้อเยื่อ ซึ่งจะขัดขวางการแบ่งเซลล์ และถ้าเราเอาเซลล์ที่ปลูกถ่ายคลอโรพลาสต์ผสมลงไปด้วย การสังเคราะห์แสงก็จะกระจายออกซิเจนให้กับเซลล์ในเนื้อเยื่อเพาะเลี้ยงได้อย่างทั่วถึง โดยการฉายแสง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงสภาวะแวดล้อมภายในเนื้อเยื่อช่วยให้สามารถเจริญเติบโตได้”
“น่าสนใจ แต่คำอธิบายของเขาฟังดูประหลาด” ผมคิด
“ถ้าเอามาทำเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงจากแล็บ ผลผลิตที่ได้จะน่ากินแค่ไหน ถ้ามีคลอโรพลาสต์แฝงอยู่ข้างใน แล้วก้อนเนื้อเยื่อที่ได้จะออกมาเป็นสีเขียวมั้ย” ผมเริ่มฟุ้งซ่านอีกครั้ง
พอนึกถึงเนื้อสีเขียว ภาพที่แว้บขึ้นมา คือ “เชร็ค (Shrek)” ยักษ์เขียวนักรัก และ “ฮัลค์ (Hulk)” ฮีโร่ร่างยักษ์เจ้าอารมณ์ ซึ่งไม่ค่อยเจริญหู เจริญตา และช่วยทำให้เจริญอาหารเท่าใดนัก
นี่ไม่นับว่าเนื้อเยื่อที่ว่าหลายชั้นนั้นหนาแค่ไหน เพราะถ้ามีหนาขึ้นมานิดหนึ่ง คลอโรพลาสต์ในเซลล์ชั้นในก็อาจจะไม่ได้รับแสงมากพอที่จะสร้างออกซิเจนออกมาฟีดให้เซลล์ในนั้นได้อยู่ดีหรือเปล่า?!?
แต่ที่สำคัญ ชนิดของเซลล์ที่ใช้ คือ CHO-K1 ซึ่งมาจากเซลล์รังไข่ของหนูแฮมสเตอร์ ซึ่งก็ทำให้ผมต้องกลับไปย้อนคิดอีกหลายตลบ ส่วนตัวยังนึกไม่ออกว่าสเต๊กรังไข่หนูแฮมสเตอร์สีเขียวจะน่าพิศวาส น่าสวาปามมากขนาดไหน…(อึ๋ย)
แม้จะยังมีจุดที่น่ากังขา แต่ผมชอบดีไซน์และไอเดียของงานนี้
เพราะกระบวนการคิดและการออกแบบการทดลองโดยรวมนั้นดูเรียบง่าย อีกทั้งยังมีความพิถีพิถันและใส่ใจในรายละเอียด
ยกตัวอย่างเช่น คลอโรพลาสต์ในพืชและในสาหร่ายทั่วไปนั้นจะอยู่อุณหภูมิห้อง ซึ่งพอเอาไปใส่ในเซลล์ที่เลี้ยงที่อุณหภูมิร่างกาย 37 องศาเซลเซียสที่ใช้เลี้ยงเซลล์แล้ว มักจะพัง ทางทีมวิจัยก็เลยทุ่มเทสรรพกำลังไปเพื่อเฟ้นหาสาหร่ายทนร้อนเพื่อให้ได้คลอโรพลาสต์ที่ทนทานพอที่จะทำงานได้ที่อุณหภูมิร่างกาย
และสาหร่ายที่ทางทีมเลือกมาก็คือ “ไชซอน (Schyzon)” สาหร่ายสีแดงที่ปกติแล้วจะเติบโตอยู่ในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิร้อนจัดและเป็นกรดสูง ซึ่งให้คลอโรพลาสต์ที่ทนทานทรหดกว่าคลอโรพลาสต์ทั่วไป
หลังจากเลี้ยงสาหร่ายไชซอนในห้องแล็บได้มากพอ พวกเขาก็เอาพวกมันมาสกัดแยกคลอโรพลาสต์ พอเสร็จแล้ว ก็เอาคลอโรพลาสต์ที่ได้ไปใส่ผสมลงไปในอาหารที่ใช้เลี้ยงเซลล์รังไข่หนูแฮมสเตอร์ในขวดเพาะเลี้ยง
น่าอัศจรรย์ เซลล์รังไข่หนูรับเอาคลอโรพลาสต์เข้าไปเก็บไว้ในเซลล์กันอย่างชัดเจน บางเซลล์ก็จัดเข้าไปสี่ บางทีก็เขมือบเข้าไปมากถึงเจ็ดคลอโรพลาสต์เลยก็มี
เพื่อให้มั่นใจว่าคลอโรพลาสต์ที่ถูกดูดเข้าไปในเซลล์ยังทำงานได้ พวกเขาทดลองตรวจวัดการขนส่งอิเล็กตรอนในกระบวนการสังเคราะห์แสงในคลอโรพลาสต์ที่อยู่ภายในเซลล์ และผลที่ได้ก็น่าพึงพอใจมาก
“เท่าที่รู้ นี่คือครั้งแรกที่มีการรายงานเกี่ยวกับการขนส่งอิเล็กตรอนจากการสังเคราะห์แสงในคลอโรพลาสต์ที่ปลูกถ่ายลงไปในเซลล์สัตว์” เขาอธิบาย
“เรานึกว่าเซลล์สัตว์จะย่อยสลายคลอโรพลาสต์ได้ภายในระยะเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง หลังจากที่ใส่เข้าไป ทว่า สิ่งที่เราพบก็คือว่ามันยังสามารถทำงานได้ยาวนานถึงสองวันและการขนส่งอิเล็กตรอนของกิจกรรมการสังเคราะห์แสงก็เกิดขึ้นด้วย”
ฟังดูน่าตื่นเต้น น่าอัศจรรย์ และใจฟูมากๆ
แต่ว่าผลหลังจากสองวันเป็นต้นไปนั้นแอบน่าตกใจ เพราะจำนวนคลอโรพลาสต์ที่ใช้ได้ภายในเซลล์นั้นกลับลดลงแบบทิ้งดิ่งอีกรอบ ส่วนใหญ่สูญเสียคลอโรพลาสต์ไปจนหมดสิ้นไม่เหลือหรอ
และนี่คือสาเหตุที่ทำไมการค้นพบนี้ยังไปไม่ถึงเปเปอร์กระแสหลัก
ยังมีประเด็นอีกหลายอย่างที่ต้องเคลียร์ให้ชัด อย่างน้อยก็ประเด็นเรื่องความยั่งยืนในแง่จำนวนของคลอโรพลาสต์ภายในเซลล์
บางที อาจจะเป็นปัญหาในเรื่องของการเพิ่มจำนวนของคลอโรพลาสต์ภายในเซลล์ เซลล์ขยายพันธุ์ แต่คลอโรพลาสต์เท่าเดิม พอแบ่งเซลล์เยอะๆ จำนวนคลอโรพลาสต์ก็อาจจะหายเป็นธรรมดา
อย่างไรก็ตาม ทางทีมวิจัยเชื่อว่าแท้จริงแล้ว คลอโรพลาสต์ที่หายไป หลังจากเวลาผ่านไป น่าจะเป็นเพราะโดนเซลล์ย่อยสลายไปจนหมดมากกว่า
บางทีกุญแจสำคัญที่อยู่เบื้องหลังการทนอยู่ของคลอโรพลาสต์ภายในเซลล์และการอยู่ร่วมกันกับเซลล์โฮสต์นั้นอาจจะอยู่ที่ความทนทานต่อการย่อยสลายโดยโฮสต์ก็เป็นได้
เพราะถ้ามองย้อนกลับไปในระบบนิเวศน์ พารามีเซียม เบอร์ซาเรีย (Paramecium bursaria) ที่อยู่ร่วมกันแบบเกื้อกูล (symbiosis) กับสาหร่ายคลอเรลลานั้น แม้จะไล่สวาปามคลอเรลลานับร้อยเข้าไปในเซลล์อย่างตะกละตะกรามเพียงไร แต่ก็ไม่สามารถย่อยคลอเรลลาได้
ในขณะเดียวกัน เซลล์ของปะการังหรือทากทะเลที่อาศัยสาหร่ายซูแซนเธลลี (Zooxanthellae) ในการสังเคราะห์แสงก็ไม่สามารถย่อยสาหร่ายซูแซนเธลลีได้เลยเช่นกัน
ชัดเจน นี่น่าจะเป็นผลงานชิ้นชิมลางเริ่มต้น เป็นแค่น้ำจิ้มให้พอตื่นเต้นเท่านั้น ยังคงต้องมีภาคต่ออีกอย่างแน่นอน
ไม่แน่ว่า ในอนาคตอันใกล้ เราอาจจะได้เห็นเซลล์รังไข่หนูแฮมสเตอร์กลายพันธุ์เวอร์ชั่นถัดไปที่ถูกทำให้ท้องอืด อาหารไม่ย่อย แต่กลับมีฟังก์ชั่นพิเศษ “สังเคราะห์แสงได้” ถูกสร้างขึ้นมาก็เป็นได้…
ของแบบนี้มันขึ้นอยู่กับจินตนาการ!!
สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj
— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022
