แพนจีโนม คำนี้อาจฟังดูไม่คุ้นเคย เนื่องจากเป็นคำที่ปรากฎในหน้าสื่ออีกครั้งเมื่อเดือนพฤษภาคม 2023 เมื่อทีมนักวิจัยได้ร่วมกันประกาศความสำเร็จเรื่องการเก็บข้อมูลพันธุกรรมของมนุษย์จากหลากหลายชาติพันธุ์ได้สำเร็จเป็นครั้งแรก
ก่อนจะไปรู้จักกับการรวบรวมงานวิจัยเรื่อง แพนจีโนม ในมนุษย์ เราอาจต้องย้อนกลับไปทำความเข้าใจกับคำวว่า จีโนม เสียก่อน ซึ่งหากศึกษาลงไปภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด จะพบส่วนประกอบสำคัญที่ทำหน้าที่ควบคุมกิจกรรมต่างๆ ทั้งภายในและภายนอกเซลล์ เรียกว่า นิวเคลียส
โดยภายในนิวเคลียสของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดเป็นแหล่งเก็บรวบรวมพันธุกรรม หรือที่เราคุ้นเคยกับคำว่า DNA (Deoxyribo neucleic acid) โดยการศึกษาเกี่ยวกับ DNA ในมนุษย์ช่วงหลายร้อยปีที่ผ่านมา พบว่า DNA ของมนุษย์มีโครงสร้าง 2 สาย พันกันเป็นเกลียว แต่ละสายประกอบด้วยน้ำตาลและคู่เบส 4 ชนิด ประกอบด้วย A T C และ G เรียงจับคู่สลับกันไปตลอดทั้งสาย
สาย DNA ที่อยู่ภายในนิวเคลียสจะอยู่รวมกับก้อนโปรตีนบางชนิด โดยขดตัวเข้าด้วยกันทำให้มีรูปร่างคล้ายปาท่องโก๋ หรือที่เรียกว่า โครโมโซม โดยในมนุษย์มีจำนวนโครโมโซมทั้งหมด 23 คู่ หรือ 46 ชิ้น และชุดของ DNA ทั้งหมดนี้เรียกรวมกันว่า จีโนม
ดังนั้น จีโนมคือมวลสารพันธุกรรมทั้งหมดที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตอย่างปกติของทุกสิ่งมีชีวิต เปรียบเหมือนเครื่องบันทึกรหัสพันธุกรรม หรือแบบพิมพ์เขียวของสิ่งมีชีวิตชนิดนั้นๆ
ที่ผ่านมา จากการศึกษาทางด้านพันธุศาสตร์ นักวิจัยพบว่า ในจีโนมของพืชและสัตว์ทุกชนิดจะมีส่วนที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดลักษณะที่แสดงออกภายนอก หรือที่เรียกว่า ยีน และมีส่วนที่นักวิจัยยังไม่ทราบแน่ชัดว่าทำหน้าที่อะไร รวมอยู่ในสาย DNA ด้วย ซึ่งการศึกษาจีโนม นักวิจัยต้องศึกษาทั้งสองส่วน
จากอดีตจนถึงปัจจุบัน การศึกษาทางด้านพันธุศาสตร์ได้ดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง และหัวข้อศึกษาวิจัยที่ได้รับความสนใจจากนักพันธุศาสตร์ทั่วโลกคือ การหาลำดับคู่เบสในสาย DNA ทั้งหมด หรือ genome sequencing โดยนักวิจัยค้นพบว่า ในจีโนมของมนุษย์ประกอบไปด้วยคู่เบสประมาณ 3.1 พันล้านคู่เบส
นอกจากการศึกษาวิจัยจีโนมในมนุษย์แล้ว นักพันธุศาสตร์ยังได้ศึกษาจีโนมในสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น เช่น หนู แมลงหวี่ หนอนตัวกลม ยีสต์ และแบคทีเรีย เป็นต้น โดยปัจจุบัน การศึกษาจีโนมในแบคทีเรียชนิดที่ก่อโรคในมุนษย์ได้รับการศึกษาลำดับของจีโนมทั้งหมดแล้ว
กระบวนการวิเคราะห์หาลำดับเบสใน DNA หรือการหารหัสพันธุกรรม
1. ขั้นตอนวิเคราะห์หารเรียงตัวของเบสบนสาย DNA (sequencing)
เริ่มจากได้เอนไซม์ตัดจำเพาะตัดสาย DNA เป็นท่อนๆ หลังจากนั้น นำสาย DNA แต่ละท่อนเข้าเครื่องอ่านอัตโนมัติ เพื่อหาการลำดับของคู่เบสทสี่เรียงตัวบนท่อน DNA
2. การประกอบเข้าด้วยกันใหม่ (reassembly)
นำ DNA ที่อ่านจาเครื่องแล้วมาเรียงต่อกันใหม่ โดยนำ DNA แต่ละชิ้นที่มี marker ซ้ำกันมาวางซ้อนกัน (overlap) จนกระทั่งได้ลำดับเบสบนสาย DNA ทั้งหมด
3. การระบุตำแหน่งของยีน (annotation)
เมื่อทราบการเรียงตัวของเบสบนสาย DNA ทั้งหมดแล้ว จึงเริ่มการค้นหาตำแหน่งของยีนทั้งหมด ซึ่งอาจจะมีอยู่เพียงร้อยละ 3 ของลำดับเบสทั้งหมดบนสาย DNA โดยการระบุตำแหน่งยีนจะใช้การค้นหารกัสบ่งชี้จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของยีน หรือเปรียบเทียบกับยีนที่ค้นพบมาก่อนหน้านี้แล้ว
โครงการศึกษาจีโนมในมนุษย์
เมื่อวันที่ 10 พฤษภาคม ที่ผ่านมา Nature วารสารชั้นนำที่เผยแพร่ผลงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์จากทั่วโลก ได้เผยร่างงานวิจัยฉบับแรกเกี่ยวกับ การถอดรหัสและรวบรวมข้อมูลพันธุกรรมมนุษย์ที่มีความหลากหลายทางชาติพันธุ์จากเกือบทั่วทุกมุมโลก ซึ่งเรียกว่า “แพนจีโนม” (Pangenome)
งานวิจัยครั้งนี้ได้สร้างความสนใจแก่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกเป็นอย่างมาก เพราะถึงแม้ว่า การศึกษาจีโนมในมนุษย์ทั้งหมดได้สำเร็จลงตั้งแต่ปี 2003 แต่ยังไม่สมบูรณ์ จนกระทั่งนักวิทยาศาสตร์สามารถถอดรหัสพันธุกรรมมนุษย์ได้อย่างสมบูรณ์เมื่อปี 2022 ที่ผ่านมา
“แผนที่พันธุกรรมมนุษย์ฉบับแพนจีโนม จะช่วยให้เราได้เห็นพิมพ์เขียวของรหัสพันธุกรรมหรือดีเอ็นเอทั้งหมดจากมุมมองที่กว้างขึ้น โดยสะท้อนถึงความหลากหลายทางพันธุกรรมจากประชากรกลุ่มต่าง ๆ เกือบทั่วทุกมุมโลก” ดร. อีริก กรีน ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยจีโนมมนุษย์แห่งชาติของสหรัฐอเมริกากล่าว
ในโครงการแพนจีโนม นักวิจัยได้รวบรวมรหัสพันธุกรรมของมนุษย์จำนวน 47 คน จาก 47 ชาติพันธุ์ที่กระจายอยู่ทุกทวีปบนโลก ยกเว้นทวีปแอนตาร์กติกาและภูมิภาคโอเชียเนีย และนำมาเข้าสู่กระบวนการวิเคราะห์จีโนม เพื่อศึกษาความแตกต่างทางพันธุกรรมของมนุษย์ในแต่ละชาติพันธุ์
หากย้อนกลับไปในยุคเริ่มแรกของการศึกษาจีโนมในมนุษย์ ต้องย้อนกลับไปที่ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยโครงการศึกษาจีโนมมนุษย์เริ่มต้นขึ้นอย่างจริงจังเมื่อกระทรวงพลังงานของสหรัฐฯ มีนโยบายที่จะศึกษาเกี่ยวกับเรื่องนี้
จากนั้น เมื่อหลายฝ่ายที่กำลังให้ความสนใจเรื่องนี้ทราบถึงนโยบายเรื่องการศึกษาจีโนมในมนุษย์ของกระทรวงพลังงาน โครงการแรกที่ศึกษาเกี่ยวกับเรื่องนี้จึงกลายเป็นการวิจัยที่ขยายเป็นความร่วมมือขนาดใหญ่ระหว่างประเทศ มีทั้งหน่วยงานจากภาครัฐ และเอกชน ทั้งในและนอกสหรัฐฯ เข้ามามีบทบาทเป็นผู้ร่วมวิจัย และเริ่มดำเนินการวิจัยอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 1 ตุลาคม 1990
การศึกษาในโครงการความร่วมมือครั้งนี้ดำเนินผ่านไป 5 ปี ประธานาธิบดีของสหรัฐฯ และนายกรัฐมนตรีของอังกฤษ ก็ได้ออกมาประกาศความสำเร็จร่วมกันว่า นักวิจัยของโครงการได้ถอดรหัสพันธุกรรมของมนุษย์ได้แล้ว แต่การวิจัยครั้งนั้นก็ยังไม่สมบูรณ์ เนื่องจากยังมีบางส่วนของคู่เบสที่นักวิจัยยังไม่สามารถถอดรหัสได้
ด้วยสาเหตุนี้ จึงเป็นเหตุผลให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกยังคงต้องร่วมมือกันศึกษาเกี่ยวกับจีโนมมนุษย์มาตลอดตั้งแต่วันที่เริ่มต้นโครงการในปี 1990 และจุดประสงค์ของโครงการแพนจีโนมก็ยังสะท้อนให้เห็นว่า ที่ผ่านมา แม้มนุษย์ทั่วโลกจะมีดีเอ็นเอที่เหมือนกันหมดถึงร้อยละ 99.6 แต่การทำแผนที่จีโนมมนุษย์ในอดีตยังไม่เพียงพอ
เนื่องจากเป็นการถอดรหัสพันธุกรรมของมนุษย์เพียงไม่กี่คน และใช้ DNA ของชายชาวอเมริกันเป็นส่วนใหญ่ถึงร้อยละ 70 ซึ่งเป็นทราบกันดีว่าชาวอเมริกันมีบรรพบุรุษเป็นชาวยุโรปและมีเชื้อสายแอฟริกันด้วยเพียงบางส่วน ทำให้เกิดอคติในการใช้ข้อมูลดังกล่าวเป็นต้นแบบสำหรับค้นหาวิธีรักษาโรค รวมทั้งการคิดค้นยาและเวชภัณฑ์ใหม่ ๆ สำหรับคนหมู่มาก
การทราบข้อมูลจีโนมของมนุษย์ส่งผลกระทบต่อชีวิตมนุษย์อย่างไร
จากจุดประสงค์ของโครงการแพนจีโนมบ่งชี้อย่างชัดเจนว่า โครงการนี้มุ่งเน้นผลลัพธ์เพื่อขยายผลไปยังเรื่องที่เกี่ยวกับการสาธารณสุข เนื่องจากโรคหลายโรคที่มนุษย์กำลังเผชิญในปัจจุบันเกี่ยวข้องกับพันธุกรรม ดังนั้น การระบุตำแหน่งของยีนบนสาย DNA ได้ จะสามารถทำให้แพทย์รักษาผู้ป่วยได้อย่างตรงจุดมากขึ้น
นอกจากนี้ การตอบสนองต่อยาของผู้ป่วยในแต่ละรายก็แตกต่างกัน ดังนั้น หากผู้ผลิตยาทราบลำดับของพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโรคก็จะสามารถผลิตยาที่มีจำเพาะมากขึ้นได้ เช่น ยาสำหรับโรคเบาหวาน ความดันโลหิตสูง โรคทางระบบประสาท และโรคชรา หรืออาจเป็นการตรวจวินิจฉัยที่ทำให้แพทย์สามารถทราบแนวโน้มการเกิดโรคหลายโรคพร้อมกัน หรือทดสอบการตอบสนองต่อยาก่อนที่แพทจย์จะสั่งจ่ายยา
อย่างไรก็ตามการศึกษาจีโนมในมนุษย์ยังได้รับข้อกังวลเรื่องสิทธิความเป็นส่วนตัวจากหลายฝ่าย เนื่องจากข้อมูลจีโนมเป็นข้อมูลเกี่ยวกับสุขภาพและประวัติทางการแพทย์ของแต่ละบุคคล ซึ่งมีลักษณะที่ละเอียดอ่อนของข้อมูล และมีความเป็นไปได้ในการใช้ในทางที่ผิด
ตัวอย่างเช่น ข้อมูลจีโนมสามารถระบุบุคคลที่มีความเสี่ยงของโรคและอาการบางอย่างที่เพิ่มขึ้นได้ จึงอาจมีการใช้ข้อมูลไปในทางที่ผิดเพื่อเลือกปฏิบัติโดยอาศัยข้อมูลทางพันธุกรรม เพื่อหลีกเลี่ยงการนำไปใช้ในทางที่ผิด ดังนั้น ก่อนการประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลาย ผู้มีส่วนเกี่ยวข้องทั้งหมดต้องทำให้แน่ใจว่ามีการควบคุมการเข้าถึง และการรักษาความปลอดภัยในระดับสูงสำหรับการจัดการข้อมูลจีโนม
สืบค้นและเรียบเรียง ณภัทรดนัย
ข้อมูลอ้างอิง
https://www.nature.com/articles/d42859-020-00115-3
https://www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/pan-genome
https://www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/pan-genome
https://www.bbc.com/thai/articles/cn0ek12gpe0o
https://aws.amazon.com/th/what-is/genomic-data/
