สองทศวรรษของชีววิทยาสังเคราะห์ (2)

Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

เราอาจจะจัดสินค้าและบริการในอุตสาหกรรมไบโอเทคเป็น 5 หมวดคร่าวๆ คือ

(1) การแพทย์ (2) การเกษตร (3) อาหารและเครื่องสำอาง (4) วัสดุและเชื้อเพลิง (5) การวิจัย

หมวดการแพทย์แบ่งย่อยได้เป็นด้านการรักษา (therapeutic) เช่น ยาและวัคซีนต่างๆ กับการวินิจฉัย (diagnosis) เช่น ชุดตรวจเครื่องตรวจต่างๆ หมวดเกษตรแบ่งได้เป็นทั้งตัวต้นพืชกับสิ่งสนับสนุนอื่นอย่างปุ๋ย ยาปราบศัตรูพืช ฯลฯ

หมวดวิจัยประกอบด้วยเคมีภัณฑ์และอุปกรณ์ในแล็บที่บางครั้งก็อาจจะถูกอัพเกรดขึ้นไปใช้เป็นอุปกรณ์วินิจฉัยในหมวดการแพทย์ (เช่น PCR, DNA sequencing, ฯลฯ)

แต่ละหมวดมีความยากง่าย โอกาสและความเสี่ยงทางธุรกิจต่างกันไป

เช่น หมวดการแพทย์เรามักจะสามารถขายสินค้าปริมาณน้อยได้ในราคาสูง (low volume high value products) ทำให้ไม่ต้องกังวลเรื่องสเกลผลิตกับสงครามราคามากนัก

แต่ก็ต้องแลกมาเงินลงทุนมหาศาลและระยะเวลายาวนานกว่าจะผ่านการทดสอบระดับคลินิกออกมาขายได้

ขั้วตรงข้ามของหมวดนี้ก็คือหมวดวัสดุและเชื้อเพลิงที่ต้องขายปริมาณเยอะราคาต่ำ (high volume low value) ไม่ต้องผ่านการทดสอบที่ยาวนานและต้นทุนสูง

แต่มักจะเจอปัญหาเรื่องการขยายสเกลการผลิตในถังหมักขนาดใหญ่ และการคุมต้นทุนให้แข่งเรื่องราคาคู่แข่งที่ผลิตด้วยวิธีอื่น

หมวดอาหารและเครื่องสำอางอาจจะถูกจัดว่าอยู่กลางๆ ระหว่างสองหมวดแรก สินค้ามักจะขายได้ถูกกว่ายา แต่แพงกว่าเชื้อเพลิงหรือวัสดุ กระบวนการผ่านการทดสอบความปลอดภัยมีอยู่บ้าง เพราะต้องใช้กับมนุษย์แต่ก็ไม่หนักหนาเท่าฝั่งแพทย์

หมวดการเกษตรต้องขายปริมาณเยอะราคาต่ำ กระบวนการผลิตดีที่ไม่ได้ต้องจำกัดอยู่ในถังหมักจึงสเกลง่ายกว่า แต่ว่าก็มีปัญหาเรื่องการผ่านทดสอบความปลอดภัยก่อนออกขายและการยอมรับจากผู้บริโภคโดยเฉพาะที่เป็นพืชจีเอ็มโอ

ส่วนหมวดวิจัยอาจจะนับว่าเป็นของสามารถขายปริมาณน้อยในราคาแพงคล้ายๆ กับหมวดแพทย์

กระบวนการทดสอบความปลอดภัยและประสิทธิภาพไม่หนักแบบฝั่งแพทย์ แต่ว่าตลาดก็เล็กกว่ามากด้วย

ทั้งห้าหมวดสินค้าและบริการต่างก็มักจะมีเจ้าถิ่นเดิมนอกวงการไบโอเทคครองใจผู้บริโภคอยู่

ดังนั้น ผู้เล่นหน้าใหม่สายไบโอเทคก็ต้องเอาชนะด้วยผลิตภัณฑ์ที่เหนือกว่า ไม่ว่าจะด้วยเรื่องคุณภาพ ราคา หรือจุดขายอื่นอย่างความรักษ์โลก

ไบโอเทคบุกตลาดครั้งแรกปลายทศวรรษ 1970 เข้ามาทางหมวดการแพทย์

ผลิตภัณฑ์ insulin กับ growth hormone ของ Genentech ทั้งปลอดภัยกว่า ทั้งต้นทุนต่ำกว่าวิธีการเดิมคือการสกัดตับอ่อนวัวและต่อมใต้สมองจากศพมนุษย์

ส่วน erythropoietin ของ AMGen ก็เป็นตัวเลือกเดียวที่ผู้ป่วยหาได้ขณะนั้น ไม่สามารถผลิตได้จากวิธีการอื่นนอกอุตสาหกรรมไบโอเทค

หลังจากนั้นวงการไบโอเทคกับวงการยาก็กลายเป็นคู่ขาที่แยกกันไม่ออก ผู้บริโภคแฮปปี้ที่โรคหาย บริษัทก็โกยกำไรกันไปตามระเบียบ

ไบโอเทคเข้าสู่ตลาดวิจัยตามมาในช่วงทศวรรษ 1980 อุปกรณ์แล็บอย่าง DNA sequencer, DNA synthesizer, microarray, PCR ฯลฯ เป็นอาวุธสำคัญที่สร้างแต้มต่อให้นักวิจัย บริษัทยาและไบโอเทคสายการแพทย์ ปรากฏการณ์นี้สร้างบริษัทในตำนานอย่าง Applied Biosystems (ABI), Celera, Illumina ฯลฯ ที่เราเพิ่งอ่านเรื่องราวไปไม่กี่ตอนก่อน

ไบโอเทคเข้าสู่หมวดการเกษตรช่วงทศวรรษ 1990 พืชเกษตรจีเอ็มโอที่ทนแมลง ทนยาปราบวัชพืช เป็นตัวเลือกใหม่ที่น่าดึงดูดสำหรับเกษตรกร พื้นที่ปลูกพืชจีเอ็มโอเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ต่อเนื่องกันหลายปี บริษัทที่ทำสำเร็จก็ฟันกำไรกันไป มีผลกระทบทางเศรษฐกิจที่จับต้องได้ แต่ฝั่งนี้ผู้บริโภคจำนวนไม่น้อยยังไม่ได้อ้าแขนรับอย่างฝั่งการแพทย์

เรื่องน่าประทับใจเหล่านี้เกิดขึ้นหลายปีก่อน “ชีววิทยาสังเคราะห์” จะกลายเป็นคำฮิตและก่อนที่วงการชีววิทยาสังเคราะห์อย่างที่เรารู้จักกันทุกวันนี้จะเป็นรูปเป็นร่าง

หนึ่งในความใฝ่ฝันของนักชีวสังเคราะห์ยุคบุกเบิกช่วง 2005 ก็คือ เมื่องานวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตง่าย/เร็ว/ถูกลงอีกเยอะๆ

ผ่านหลักการวิศวกรรมที่ได้มาตรฐาน ไบโอเทคก็จะก้าวเข้าไปยึดครองแทบทุกหมวดสินค้าที่เรารู้จักโดยรวมทั้งหมวดอาหาร เครื่องสำอาง วัสดุและเชื้อเพลิงที่ก่อนหน้านี้ยังเข้าได้เพียงเล็กน้อย

ส่วนหมวดการแพทย์และเกษตรที่เดิมใช้เวลายาวนานและต้นทุนสูงในการพัฒนาก็จะสามารถออกสินค้าบริการตัวใหม่ได้ฉับไวดังใจนึกอย่างที่วงการคอมพิวเตอร์/อิเล็กทรอนิกส์ทำได้

2005 – 2026 กว่ายี่สิบปีผ่านไปมีอะไรสำเร็จถึงระดับออกตลาดทำกำไรแล้วบ้าง?

ในช่วงเวลานี้ ดัชนี NASDAQ Biotech Index (NBI) ขึ้นมากว่า 600% แต่เป็นผลงานของไบโอเทคการแพทย์และอุตสาหกรรมยาทั้งหมด

หมวดการแพทย์และเภสัชกรรมยังคงเป็นแนวรบเดียวที่ไบโอเทคยังยืนหนึ่งแบบไร้คู่แข่ง

BioNTech กับ Moderna สองสตาร์ตอัพฮีโร่ที่พา mRNA วัคซีนสู่คนหลักพันล้านในเวลาไม่กี่เดือนช่วงโควิด-19 วัคซีน ยีนบำบัด เซลล์บำบัด ฯลฯ ทั้งที่ออกตลาดแล้วและจ่อคิวออกตลาดกันยาวเป็นหลักฐานความสำเร็จที่วงการไบโอเทคเคลมได้เต็มปาก

นักวิเคราะห์หลายคนเหมารวมว่า ความสำเร็จเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของงาน “ชีววิทยาสังเคราะห์” ด้วยเพราะมีการออกแบบชีวโมเลกุล การวิศวกรรมเซลล์ ผลิตสารชีวภาพในระดับอุตสาหกรรม ฯลฯ

แถมยังเป็นตัวอย่างของการที่งานวิศวกรรมชีวภาพง่าย/ถูก/เร็วลงอย่างมหาศาล จนเราสามารถรับมือวิกฤติสาธารณสุขได้ทันท่วงที

กระนั้นจากมุมมองของผมในฐานะคนที่เห็นวงการชีววิทยาสังเคราะห์มาตั้งแต่ต้น งานไบโอเทคฝั่งการแพทย์อย่าง mRNA vaccine, gene therapy, CAR-T นั้นมีเส้นทางการพัฒนาของตัวเองที่แยกจากชุมชนชีววิทยาสังเคราะห์อย่างที่เราเคยมองภาพไว้ช่วงแรกเริ่ม ไม่ได้มีเค้าโครงการการเอาแนวคิดแบบวิศวกรรมไฟฟ้าวิศวกรรมคอมพิวเตอร์มาครอบงานวิศวกรรมสิ่งมีชีวิต ไม่ได้มีเรื่องดีเอ็นเอมาตรฐาน วงจรยีน สวิตช์ แบบจำลอง ฯลฯ

มันคือความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ของไบโอเทคสารการแพทย์และเภสัชกรรมดังเดิมแบบที่มาหลายสิบปีก่อนหน้า และถูกต่อยอดเทคโนโลยีไปจนล้ำ จนออกผลิตภัณฑ์ที่แก้ปัญหาผู้บริโภค ตีตลาดทำกำไรได้จริง เท่าที่รู้จักหลายคนในวงการนักวิจัยนักประดิษฐ์สายนี้ ส่วนมากไม่ได้เรียกตัวเองว่านักชีววิทยาสังเคราะห์ด้วยซ้ำ (แต่ก็มักจะถูกสื่อจับเอามาใส่รวมใต้ร่มนี้บ่อยๆ)

ทางฝั่งเกษตร นอกจากพืชจีเอ็มโอแล้ว เราก็เริ่มเห็นพืชปรับแก้จีโนมเริ่มทยอยออกตลาดกันมา

แต่ก็เช่นเดียวกับเรื่องไบโอเทคการแพทย์ งานเหล่านี้แทบทั้งหมดเป็นการต่อยอดจากไบเทคสายปรับปรุงพันธุ์พืชที่มีมาตั้งแต่ยุค 1990s และได้เข้าถึงเครื่องมือยุคใหม่อย่าง genome sequencing และ CRISPR/Cas

ความสำเร็จที่ตอนนี้ก็เราก็เคลมได้ไม่เต็มปากว่าเป็นงานชีววิทยาสังเคราะห์

ส่วนงานหมวดวิจัยส่วนมากไม่เกี่ยวกับการวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตโดยตรงด้วยซ้ำ เน้นไปที่การสร้างฮาร์ดแวร์ หรือหากลไกทางเคมีใหม่ๆ มาใช้

งานที่จะเคลมว่าเป็นชีววิทยาสังเคราะห์ชัดๆ น่าจะเป็นงานแนววิศวกรรม “โรงงานเซลล์ (cell factory)” ที่ให้ผลิตโมเลกุลที่น่าสนใจออกมาหรือไม่ก็แนว “เซลล์อัจฉริยะ (smart cell)” ที่รับรู้ตัดสินใจแสดงพฤติกรรมซับซ้อนอย่างที่เราต้องการได้

งานวิศวกรรมที่ว่ามักจะต้องยกเครื่องเซลล์ขนานใหญ่ ปรับแก้จีโนมหลายจุด ใส่หลายๆ ยีนไปทำงานประสานกัน มีเรื่องชิ้นดีเอ็นเอมาตรฐาน สวิตช์ วงจรควบคุม แบบจำลองการทำงาน ฯลฯ

เซลล์ที่ว่านี้อาจจะเอาไปใช้เป็นผลิตภัณฑ์หรือสร้างผลิตภัณฑ์ได้ทั้งหมวดการแพทย์ เกษตร อาหาร เครื่องสำอาง วัสดุ และเชื้อเพลิง

เดี๋ยวตอนหน้าเราจะมาดูกันว่า ภายใต้นิยามนี้ยังมีบริษัทอะไร

ผลิตภัณฑ์ตัวไหนในตลาดที่เราจะเคลมเป็นผลงานของวงการชีววิทยาสังเคราะห์ได้บ้าง