“ในแต่ละปีพิษงูได้คร่าชีวิตผู้คนไปมากกว่า 100,000 ราย
และทำให้อีกหลายแสนรายพิการถาวรจากพิษร้ายแรงของมัน”
ถึงเช่นนั้นยาต้านพิษงูในปัจจุบัน ที่ถูกใช้เป็นมาตราฐานในการรักษาก็ยังคงผลิตด้วยวิธีที่เหมือนกับ 100 ปีก่อน ด้วยการรีดพิษงูออกมาและฉีดเข้าไปในสัตว์ จากนั้นจึงแยกและรวบรวมแอนติบอดีออกมาเพื่อผลิตเป็นสิ่งที่เรารู้จักกันว่า เซรุ่มต้านพิษงู
อย่างไรก็วิธีดังกล่าวมีปัญหาใหญ่อยู่นั่นคือ ช้า แพง และผลิตยาก เมื่อเทียบกับยาที่ใช้ในผู้ป่วยจำนวนนับล้านคนทั่วโลกและต้องกินทุกวัน ไม่เพียงเท่านั้นหากถูกกัดด้วยงูพิษที่หายาก ก็เชื่อได้เลยว่าแทบจะหายาแก้พิษดังกล่าวได้ยากยิ่ง
ด้วยเหตุนี้งานวิจัยใหม่ที่เพิ่งเผยแพร่บนวารสาร Nature จึงเป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่และจะช่วยผู้คนได้อีกมาก เมื่อนักวิทยาศาสตร์ใช้ปัญญาประดิษฐ์หรือ ‘เอไอ’ ในการพัฒนายาต้านพิษที่สามารถผลิตได้ง่ายขึ้น เร็วขึ้น และมีประสิทธิภาพที่น่าทึ่งจนทำให้หนูทดลองมีโอกาสรอด 100%
“ฉันคิดว่าเราสามารถปฏิวัติการรักษา(จากการโดนงูกัด)ได้” ซูซาน่า บาสเกซ ตอร์เรส (Susana Vázquez Torres) หัวหน้าทีมวิจัย นักชีวเคมีจากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน และผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2024 จากผลงานการสร้างโปรตีนชนิดใหม่ กล่าว
“แน่นอนว่าการศึกษาวิจัยชิ้นนี้ไม่อาจแก้ปัญหาได้ทั้งหมด แต่มันก็แสดงให้เห็นว่าเราสามารถพัฒนาโมเลกุลได้อย่างรวดเร็วมากเมื่อเทียบกับวิธีการดั้งเดิมและมันก็ได้ผล” เธอกล่าวถึงงานวิจัยใหม่ที่ต่อยอดจากงานที่ได้รับรางวัลโนเบล
รายงานใหม่นี้เป็นทั้งการสาธิตให้เห็นถึงความก้าวหน้าของการออกแบบโปรตีนใหม่ ๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ซึ่งได้รับการสนับสนุนด้วยเอไอที่พัฒนาอย่างรวดเร็ว และยังเป็นความก้าวหน้าทางการแพทย์ที่น่าตื่นเต้นอีกด้วย
ปฏิวัติวงการ
เซรุ่มต้านพิษงูแบบเดิม ๆ นั้นเรียกได้ว่าแทบไม่มีความเสถียรในประสิทธิภาพ เนื่องจากการเก็บรวบรวมแอนติบอดีจากสัตว์นั้นมักขึ้นอยู่กับระบบภูมิคุ้มกันของสัตว์แต่ละตัวด้วย (คล้ายกับมนุษย์ที่บางคนเป็นหวัดง่าย แต่บางคนไม่เป็นเลย) ทำให้ได้ผลลัพธ์ที่ไม่เท่ากันเสมอไป
และที่สำคัญยังก่อให้เกิดผลข้างเคียงในแต่ละบุคคลแตกต่างกันออกไปอีก ซึ่งทำให้เป็นเรื่องยากสำหรับการใช้ในคนหมู่มาก นอกจากนี้ยาแก้พิษงูแบบดั้งเดิมมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างมาก จึงต้องมีการจัดส่งและการจัดเก็บที่เฉพาะมาก ทำให้มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมโดยเฉพาะในพื้นที่ห่างไกล
ในทางตรงกันข้าม โปรตีนที่ออกแบบใหม่นี้กลับง่ายกว่ามากและมีสเถียรภาพในช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้นกว่าเดิม อีกทั้งยังผลิตได้ในปริมาณมากโดยใช้เพียงจุลินทรีย์อย่างยีสต์ที่หาได้ง่าย ซึ่งอาจก่อให้เกิดผลข้างเคียงน้อยลงมาก ทั้งยังนำไปปรับแต่งและรักษาความเสถียรได้ง่ายกว่า
“โปรตีนใหม่ขนาดเล็กเหล่านี้มีข้อได้เปรียบที่น่าสนใจหลายประการ รวมถึงความเสถียรทางความร้อน ต้นทุนการผลิต รวมถึงความจริงที่ว่าโปรตีนเหล่านี้สามารถกำหนดเป้าหมายบางอย่างได้ในลักษณะที่แอนติบอดีไม่สามารถทำได้” โจเซฟ จาร์ดีน (Joseph Jardine) ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านภูมิคุ้มกันวิทยาและจุลชีววิทยา ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับงานวิจัย กล่าว
เอไอ 3 ตัว
พิษงูนั้นประกอบด้วยสารพิษหลายชนิดผสมกัน ตอร์เรส และเพื่อนร่วมงานของเธอได้มุ่งเน้นไปที่สารพิษที่ชื่อว่า ‘three-finger toxins (3FTx)’ ซึ่งเป็นสารประกอบสุดอันตรายที่ยาต้านพิษงูแบบดั้งเดิมไม่สามารถต่อต้านได้ และ 3FTx ก็เป็นสารที่อยู่ในสายพันธุ์งูพิษร้ายแรงเช่นงูเห่า งูแมมบา และอื่น ๆ โดยพิษจะเข้าไปโจมตีระบบประสาท พร้อมกับทำลายเซลล์และเนื้อเยื่อของเหยื่อ
ด้วยความรู้ในอดีตที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้ทราบรูปร่างหน้าตาของโปรตีนพิษเหล่านี้ ดังนั้นทีมวิจัยจึงมุ่งเน้นไปยังตำแหน่งสำคัญที่ต้องปิดกั้นมันไม่ให้ทำงานโดยการป้อนข้อมูลลงไปในเอไอที่พัฒนามาโดยเฉพาะชื่อ RoseTTAFold diffusion
ขณะเดียวกันเพื่อทำความเข้าใจและถอดรหัสองค์ประกอบโปรตีนพร้อมกับคาดการณ์พัฒนาการของรูปร่างโปรตีน (เช่นหากโปรตีนนี้สัมผัสกับสารนี้จะเกิดเป็นรูปร่างอะไรต่อไป ซึ่งรูปร่างมีความสำคัญมากในการเข้าถึงวิธีการทำงานของโปรตีนนั้น ๆ) นักวิจัยก็ได้ใช้เอไอตัวที่ 2 ที่ชื่อ ProteinMPNN ให้ทำหน้าที่นี้
และท้ายที่สุดเพื่อยืนยันรูปร่างที่จะเป็นไปได้ของโปรตีนนั้น ๆ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เอไอเชิงทำนายอีกตัวหนึ่งที่ชื่อ AlphaFold2 ในการทำนายอย่างอิสระว่ากรดอะมิโนจะมีการพับอย่างไร หรือกล่าวอีกอย่างได้ว่าเป็นการตรวจสอบซ้ำ ในแต่ละขั้นตอน
และเมื่อได้แล้วพวกเขาก็มองหากรดอะมิโนที่มีแนวโน้มมากที่สุดมาแปลเป็นลำดับดีเอ็นเอ จากนั้นก็ใช้แบคทีเรียที่ดัดแปลงทางพันธุกรรมแล้วผลิตโปรตีนดังกล่าวออกมาเพิ่มเติม โดยได้ทั้งหมดออกมา 3 ตัวด้วยกันจึงเข้าสู่ขั้นตอนการทดลองต่อไป
ในการทดสอบเบื้องต้น โปรตีนแรกมีแนวโน้มต่อต้านไซโตทอกซินได้ แต่ไม่สามารถลดรอยโรคบนผิวหนังที่เกี่ยวข้องกับพิษได้ นักวิทยาศาสตร์จึงหยุดการทดลองและมองไปที่โปรตีนสองตัวที่เหลือ ซึ่งมีประสิทธิภาพอย่างมาในการต่อต้านนิวโรทอกซินในหนู และสามารถป้องกันการตายของหนูทดลองได้ทั้งหมด (หากไม่มีโปรตีนนี้ หนูจะตาย 100%)
และเพื่อยืนยันสิ่งที่เกิดขึ้น จึงทดสอบระยะเวลาของการออกฤทธิ์ โดยมีโปรตีนใหม่ตัวหนึ่งสามารถช่วยชีวิตหนูได้ 100% แม้จะให้โปรตีนตัวนี้หลังจากได้รับพิษไปแล้วนาน 30 นาที ขณะที่โปรตีนอีกด้วยช่วยป้องกันการเสียชีวิตของหนูได้ 80% หลังได้รับพิษนาน 15 นาที และอีก 60% หลังนานครึ่งชั่วโมง
“เป็นเรื่องที่น่าตกใจมากที่พบว่าโปรตีนเหล่านี้สามารถออกฤทธิ์ในสัตว์ได้ทันที เราไม่จำเป็นต้องปรับแต่งอะไรด้วยซ้ำ” ตอร์เรส กล่าว “การค้นพบสิ่งที่ได้ผลตั้งแต่ครั้งแรกนั้นน่าเหลือเชื่อมาก” ไม่เพียงเท่านั้นงานวิจัยนี้ยังใช้เวลาแค่เพียง 1 ปีจากแนวคิดตั้งต้นไปจนถึงส่งข้อมูลเพื่อตีพิมพ์
“ฉันคิดว่าเป็นเวลาที่เร็วเป็นประวัติการณ์สำหรับเอกสารทางวิทยาศาสตร์ทุกประเภท” เธอกล่าวเสริม มันแสดงให้เห็นว่าเอไอสามารถช่วยเร่งกระบวนการทางการวิจัยได้อย่างมาก
หนทางยังอีกยาวไกล
อย่างไรก็ตามยังมีสิ่งที่ต้องทำอีกมากหากต้องการให้โปรตีนเหล่านี้กลายเป็นยาแก้พิษงูที่สามารถใช้ได้สะดวก โดยจำเป็นต้องมีการทดลองในมนุษย์อีกหลายขั้นตอน การมองหาผลค้างเคียงให้ได้มากที่สุด และขั้นตอนการขออนุมัติอีกมากมาย ทั้งหมดนี้จำเป็นต้องได้รับการทดสอบอย่างรอบคอบก่อนจะนำมาใช้ในมนุษย์จริง ๆ
“เราจำเป็นต้องพิสูจน์ว่าโมเลกุลเหล่านี้ปลอดภัย เราต้องเข้าใจกลไกของพวกมันจริง ๆ” ตอร์เรสกล่าว ซึ่งน่าจะต้องใช้เวลาอีกหลายปีกว่าจะออกมาเป็นเซรุ่นต้านพิษงูตัวแรกจริง ๆ
อย่างไรก็ตามสำหรับวงการวิทยาศาสตร์แล้ว นี่คือความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่ซึ่งไม่เพียงจำกัดอยู่ในวงการเซรุ่มเท่านั้น แต่วิธีการใช้เอไอเหล่านี้อาจสร้างทางเลือกใหม่ ๆ ในการผลิตยารักษาโรคอื่นอีกมากมาย
“คุณคงนึกภาพออกว่ากรดอะมิโนนี้จะช่วยแก้ปัญหาได้มากมายเพียงใด ซึ่งไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยวิธีการแบบเดิม” จาร์ดีน กล่าว “นี่เป็นวิธีการใหม่ในการทำสิ่งต่าง ๆ และเราเพิ่งจะเริ่มทำเท่านั้น”
สืบค้นและเรียบเรียง
วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา
อ่านเพิ่มเติม : ทั้งรักทั้งชัง เจ้า ‘งูหางกระดิ่ง’
