CRISPR-Cas กับประโยชน์ทางยา

อ.ภก.สิกขวัฒน์ นักร้อง วิทยาลัยเภสัชศาสตร์ มหาวิทยาลัยรังสิต

เทคนิค CRISPR-Cas(1) เป็นเทคนิคที่ได้มีการพัฒนาจากความรู้พื้นฐานทางด้านพันธุศาสตร์มาประยุกต์ใช้ในการศึกษาและงานวิจัยทางด้านพันธุวิศวกรรม ในการปรับปรุงและแก้ไขสารพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ที่มีความผิดปกติหรือต้องการการแก้ไข โดยปัจจุบันได้มีการนำเทคนิคนี้มาใช้เพื่อการศึกษาและวิจัยกันอย่างแพร่หลาย สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการแก้ไขสารพันธุกรรมที่เกิดการกลายพันธุ์ซึ่งส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ โดยเฉพาะความผิดปกติหรือโรคทางพันธุกรรมที่พบในมนุษย์

เทคนิคนี้เริ่มมาจากการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1987 โดยมีการศึกษาของลำดับดีเอ็นเอในเชื้อแบคทีเรียที่สามารถจับอย่างจำเพาะกับสารพันธุกรรมในไวรัสที่อาศัยอยู่ในแบคทีเรีย หรือ “Bacteriophage” ซึ่งเรียกลำดับดีเอ็นเอนี้ว่า “The Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)” ยีนนี้จะทำหน้าที่ในกระบวนการต้านทานเชื้อไวรัสในแบคทีเรีย หรือในระบบที่เรียกว่า “Adaptive immune system” ต่อมาในปี ค.ศ. 2005 ได้มีการศึกษาเชื้อแบคทีเรีย Streptococcus thermophilus และค้นพบว่ามีโปรตีนชนิดหนึ่งที่มีส่วนร่วมในการทำงานของ CRISPR โดยเรียกโปรตีนดังกล่าวว่า Cas ซึ่งย่อมาจาก CRISPR-associated system จากการค้นพบดังกล่าวทำให้สามารถพัฒนาเทคโนโลยีในการปรับปรุงหรือเปลี่ยนแปลงลำดับนิวคลีโอไทด์เป้าหมายได้ตามที่ต้องการ โดยการนำระบบหรือเทคนิค CRISPR-Cas9 มาใช้ซึ่งเทคนิคดังกล่าวนี้จะสามารถนำมาแก้ไขลำดับนิวคลีโอไทด์ช่วงใดช่วงหนึ่งหรือเบสใดเบสหนึ่ง สามารถทำการเพิ่มหรือลดลำดับนิวคลีโอไทด์ได้ หรือนำชิ้นส่วนที่ไม่ต้องการออกได้ ซึ่งขั้นตอนในการดำเนินการดังกล่าวนี้สามารถเริ่มต้นจากการวางแผนการทดลอง เพื่อเลือกหรือออกแบบยีนเป้าหมายในสิ่งมีชีวิตที่สนใจ หรือเพื่อคัดเลือกระบบและวิธีการในการดำเนินการให้มีผลต่าง ๆ กันได้

รูปที่ 1 การทำงานของ CRISPR-Cas ในแบคทีเรียเพื่อกำจัดจีโนมแปลกปลอมจากการติดเชื้อไวรัส(2,3)

ด้วยกลไกการทำงานของ CRISPR-Cas ทำให้นักวิทยาศาสตร์ประยุกต์ระบบการค้นหาตำแหน่งดีเอ็นเอที่จำเพาะและตัดสายดีเอ็นเอได้ตามต้องการในเซลล์ชนิดต่าง ๆ โดยแบคทีเรียแต่ละชนิดมีเอนไซม์ Cas แตกต่างกันไป ระบบที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือ CRISPR-Cas9 ซึ่งถูกพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Jennifer Doudna และคณะ ในปี พ.ศ. 2555 โดยดัดแปลง Cas9 ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่พบใน Streptococcus pyogenes ขึ้นใหม่ให้ใช้ร่วมกับสายอาร์เอ็นเอซึ่งทำหน้าที่เป็นลำดับเบสเปรียบเทียบกับตำแหน่งที่ต้องการตัดสายดีเอ็นเอ เรียกสายอาร์เอ็นเอนี้ว่า single-guided RNA ทำให้เอนไซม์ Cas9 สามารถค้นหาลำดับเบสในสายดีเอ็นเอที่ตรงกับ single-guided RNA และตัดสายดีเอ็นเอในตำแหน่งนั้นได้(3,4)

การนำไปใช้ในการรักษาโรค

            ได้แก่ การรักษาผู้ป่วยโรคที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมและโรคอื่น ๆ ด้วยวิธีเซลล์บำบัด หรือหน่วยพันธุกรรมบำบัด(3)

การรักษาโรคที่เกิดจากความผิดปกติทางพันธุกรรมคือ การทดแทนหน่วยพันธุกรรมที่เสียหน้าที่ด้วยหน่วยพันธุกรรมปกติ แต่การรักษาด้วยวิธีนี้มีความซับซ้อนมากเช่นเดียวกับการสร้างแบบจำลองสัตว์ นอกจากนี้ยังมีความเสี่ยงของการใช้ไวรัสที่ทำหน้าที่เป็นพาหะนำส่งหน่วยพันธุกรรม (viral vector) ซึ่งอาจรวมจีโนมในตำแหน่งที่อาจกระตุ้นให้เกิดมะเร็ง ซึ่งในอดีตที่มีการใช้หน่วยพันธุกรรมบำบัดในการรักษาผู้ป่วยภูมิคุ้มกันบกพร่องรุนแรง (severe combined immunodeficiency: SCID) มีผลให้ผู้ป่วยเกิดมะเร็งเม็ดเลือดขาว แต่ในภายหลังการใช้ CRISPR-Cas สามารถตัดต่อหน่วยพันธุกรรมที่ต้องการและในตำแหน่งที่จำเพาะ ทำให้เลี่ยงความเสี่ยงข้างต้นได้ นอกจากนี้การรักษาด้วยเซลล์บำบัดสามารถทำได้ง่ายขึ้นโดยการใช้เซลล์ของผู้ป่วยเองมาทำการตัดต่อแก้ไขหน่วยพันธุกรรมด้วย CRISPR-Cas ในห้องปฏิบัติการแล้วเพาะเลี้ยงจนมีจำนวนมากพอ จากนั้นจึงนำเซลล์เหล่านั้นให้กลับสู่ผู้ป่วยรายเดิมต่อไป เทคนิคเหล่านี้ยังได้รับการประยุกต์ใช้ในการรักษาโรคมะเร็งในรูปแบบเซลล์ภูมิคุ้มกันบำบัดอีกด้วย

รูปที่ 2 การทำวัคซีนโดยเทคนิค CRISPR-Cas9(5)

การประยุกต์ใช้ในการรักษาโรคติดเชื้อจุลชีพ(3)

 เนื่องจากคุณสมบัติพื้นฐานของ CRISPR-Cas ในการต่อต้านการติดเชื้อแปลกปลอม ทำให้มีแนวคิดการใช้ระบบนี้ในการกำจัดเชื้อจุลชีพก่อโรค เช่น แบคทีเรีย เชื้อรา หรือไวรัส โดยการสร้าง single-guided RNA ที่มีความจำเพาะต่อดีเอ็นเอของจุลชีพก่อโรคที่ต้องการเพื่อให้ทำงานร่วมกับเอนไซม์ Cas ในการทำลายเชื้อจุลชีพโดยที่เซลล์มนุษย์ไม่ได้รับผลดังกล่าว ซึ่งถือเป็นวิธีต้านจุลชีพที่จำเพาะต่อเชื้อ และใช้ได้แม้กับเชื้อดื้อยา หรือเชื้อที่ไม่มียารักษาด้วย

            จากที่กล่าวมาแล้วข้างต้นจะเห็นได้ว่าเทคนิค CRISPR-Cas สามารถมีแนวโน้มในการนำมาใช้รักษาโรคที่รักษาได้ยากในปัจจุบัน และเชื่อว่าในอนาคตอันใกล้หากระบบ CRISPR-Cas9 ถูกศึกษาเพิ่มเติมและควบคุมคุณภาพได้อย่างเหมาะสมอาจจะมียาชีววัตถุในกลุ่มนี้เพิ่มเข้ามาอีกหนึ่งกลุ่มซึ่งสามารถประยุกต์ใช้รักษาได้อีกหลาย ๆ โรคได้ในไม่ช้า

เอกสารอ้างอิง

1. สุภารัตน์ ลีธนัชอุดม. CRISPR/CAS9 TARGET GENOME EDITING. http://www.erp.mju.ac.th/acticleDetail.aspx?qid=628
2. https://en.wikipedia.org/wiki/CRISPR#/media/File:Crispr.png
3. มานพ พิทักษ์ภากร และสมชัย บวรกิตติ. ระบบ CRISPR-Cas: กรรไกรโมเลกุล. https://www.tci-thaijo.org/index.php/tmj/article/download/99534/77345
4. ภก.วสุ ศุภรัตนสิทธิ CRISPR/Cas9 ความหวังใหม่สำหรับการรักษาโรคต่าง ๆ ในระดับสารพันธุกรรม
   ภาควิชาสรีรวิทยา คณะเภสัชศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล.
5. วัคซีนสามารถใช้เทคนิคเพื่อปรับ DNA ของคุณได้หรือไม่?. https://www.martinvrijland.nl/th/การวิเคราะห์ข่าว/วัคซีนสามารถใช้เทคนิคในการปรับ DNA ของคุณได้.