กำเนิดพืช GMO (2) (ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทคตอนที่ 56)

Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

กำเนิดพืช GMO (2)

(ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทคตอนที่ 56)

ที่ Monsanto ทีมของ Robert Fraley (นักวิจัยชาวอเมริกัน 1 ใน 3 ผู้บุกเบิกเทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมพืช) มีทั้งฝ่ายเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ ตัดต่อพลาสมิด และพัฒนาเทคนิคส่งดีเอ็นเอเข้าเซลล์ เขาได้ลองหลากหลายวิธีทั้งการใช้ liposome แบบงานถนัดที่เคยทำมา การยิงดีเอ็นเอเข้าเซลล์พร้อมอนุภาคโลหะ การใช้เข็มขนาดจิ๋วจิ้มเข้าเซลล์โดยตรง ฯลฯ แต่สุดท้ายก็มาลงเอยที่กลไกธรรมชาติของ A. tumefaciens

ต้นทศวรรษที่ 1980 เหล่านักวิจัยด้านพืชเริ่มตระหนักในความมหัศจรรย์ของแบคทีเรียก่อโรคปุ่มปมในพืชชนิดนี้

แบคทีเรียนี้ถูกขนานนามว่าเป็น “นักพันธุวิศวกรรมตามธรรมชาติ (Natural Genetic Engineer)” มันเป็นสิ่งมีชีวิตเดียวที่เรารู้จักตอนนั้นนอกจากมนุษย์ที่สามารถพันธุวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตอื่นไว้ใช้งาน

A. tumefaciens มีอาวุธคู่กายคือพลาสมิด Ti ชิ้นดีเอ็นเอวงกลมๆ ในเซลล์ที่มาพร้อมกับยีนอีกร้อยกว่ายีน ทำหน้าที่ตั้งแต่สร้างเซ็นเซอร์ช่วยแบคทีเรียตามหาเนื้อเยื่อพืชที่บาดเจ็บ สร้างท่อเชื่อมต่อกับเซลล์พืชเพื่อพาชิ้นดีเอ็นเอบางส่วนจากพลาสมิด (T-DNA) เข้าไป ผ่านกระบวนการขนส่งอีกหลายขั้นตอนจนชิ้นดีเอ็นเอนี้เข้าไปฝังในจีโนมพืชพร้อมแสดงออก ดีเอ็นเอที่ส่งเข้าไปมียีนหลายตัวที่ปรับสภาพเซลล์พืช ทั้งยีนผลิตฮอร์โมนพืชเร่งเซลล์ติดเชื้อให้เติบโตเร็วผิดปกติจนกลายเป็นปุ่มปมเนื้องอก และยีนที่ทำให้เซลล์เนื้องอกพวกนี้ผลิตโมเลกุลอาหารที่แบคทีเรียเอามาใช้ประโยชน์ได้

ระบบการส่งดีเอ็นเอของ A. tumefaciens นี้แก้โจทย์การส่งดีเอ็นเอชิ้นใหญ่ๆ ข้ามจากแบคทีเรียเข้าไปทำงานในเซลล์พืชที่หลากหลาย มันคือผลงานน่าทึ่งของวิวัฒนาการที่มนุษย์ก็ยังหาเทคโนโลยีอื่นที่ดีกว่ามาทดแทนไม่ได้จนถึงทุกวันนี้

อย่างไรก็ตาม การจะเอากลไกนี้ไปใช้ประโยชน์เรายังต้องแก้ปัญหาอีกสองสามอย่าง

อย่างแรกคือการที่เราต้องสามารถฝากยีนที่เราสนใจเข้าไปกับ T-DNA

จากนั้นก็ต้องสามารถเลือกเอาเฉพาะเซลล์พืชที่รับยีนที่เราส่งไปสำเร็จมาเลี้ยงกลับเป็นต้นพืชใหม่ได้ไม่ใช่ค้างอยู่แค่การเป็นปุ่มปมเนื้องอกเท่านั้น

เพียงช่วงเวลาไม่กี่ปีต้นทศวรรษที่ 1980s ทีมวิจัยของ Van Montagu, Mary Dell Chilton และ Fraley แข่งกันตีพิมพ์งานวิจัยหลายชิ้นที่ปลดล็อกปัญหาเหล่านี้ไปทีละเปลาะ

พลาสมิด Ti ขนาดใหญ่โตเกินกว่าจะเอาเข้าออกเซลล์และตัดต่อด้วยวิธีปกติในสมัยนั้นได้ ปี 1981 ทีมวิจัยของ Chilton รายงานวิธีปรับแต่งพลาสมิดนี้ทางอ้อมด้วยการตัดต่อยีนที่เราสนใจฝากไว้กับพลาสมิดอีกวงที่เล็กกว่าจัดการง่ายกว่า จากนั้นก็เอาพลาสมิดนี้ใส่เข้าไปใน A. tumefaciens ให้เกิดการแลกเปลี่ยน (homologous recombination) เอายีนของเราเข้าไปแทรกบริเวณ T-DNA วิธีนี้นอกจะจากฝากยีนของเราไปกับ T-DNA ได้แล้วก็ใช้กำจัดยีนผลิตฮอร์โมนพืชที่ก่อเนื้องอกออกไปได้อีกด้วย

ปี 1983 ทีมของ Chilton ตีพิมพ์งานวิจัยลงวารสาร Cell รายงานความสำเร็จครั้งแรกของโลกในการสร้างต้นยาสูบที่ได้รับยีนจากยีสต์เข้าไป ทีมวิจัยยังสามารถเอาต้นยาสูบ GMO นี้ไปผสมเกสรได้เมล็ดพันธุ์ที่เอาไปปลูกได้รุ่นลูกที่ยังคงมียีนที่ตัดต่อเข้าไปอยู่ อย่างไรก็ตาม ยีนดังกล่าวยังแสดงออกไม่ได้

ไม่กี่เดือนหลังจากนั้นทีมของ Van Montagu ก็ตีพิมพ์งานผลงานพันธุวิศวกรรมต้นยาสูบเช่นกันในวารสาร EMBO โดยได้อัพเกรดระบบการฝากยีนเข้า T-DNA ให้เรียบง่ายขึ้นและกำจัดยีนก่อเนื้องอกให้หมดจดขึ้น

นอกจากการส่งดีเอ็นเอเข้าต้นพืชแล้ว งานวิจัยอีกด้านที่สำคัญไม่แพ้กันคือการทำให้ยีนแปลกปลอมที่ส่งเข้าไปแสดงออกได้ในเซลล์พืช และการพัฒนาระบบยีนเครื่องหมายคัดเลือก (selection marker gene) ให้เราสามารถแยกเซลล์ที่รับยีนเข้าไปสำเร็จจากเซลล์อื่นๆ

ทีม Fraley และทีม Van Montagu แยกส่วนศึกษาระบบการแสดงออกยีนตามธรรมชาติบน T-DNA จนสามารถหยิบยืมชิ้นดีเอ็นเอพวกนี้มาประกอบเป็นเครื่องมือแสดงออกยีนที่ส่งเข้าไปได้ นอกจากนี้ ยังได้ทดลองใช้ยีนดื้อยาปฏิชีวนะจากแบคทีเรียฝากไว้กับ T-DNA ด้วยวิธีนี้เซลล์พืชไหนที่ได้รับดีเอ็นเอไปสำเร็จก็จะโตบนยาปฏิชีวนะได้

กุมภาพันธ์ 1984 ทีมวิจัยของ Fraley ตีพิมพ์ผลงานลงวารสาร Science ว่าด้วยการวิศวกรรมต้นยาสูบที่แสดงออกยีนดื้อยาปฏิชีวนะ kanamycin จากแบคทีเรียและสามารถส่งต่อยีนดังกล่าวไปยังต้นยาสูบรุ่นต่อไป

สำหรับบริษัทเคมีภัณฑ์เก่าแก่อย่าง Monsanto ความสำเร็จของทีม Fraley ภายในระยะเวลาเพียงสามปีกลายเป็นบันไดขั้นแรกในการก้าวไปสู่การเป็นผู้นำธุรกิจไบโอเทคการเกษตรเต็มตัว เริ่มเดินหน้าหาทางวิศวกรรมพืชเกษตร GMO ขายได้ออกสู่ตลาด

Van Montagu พอเห็นลู่ทางธุรกิจแล้วก็ออกมาตั้งสตาร์ทอัพของตัวเองชื่อ Plant Genetic System (PGS) วางเป้าหมายแรกคือการพัฒนาพันธุ์ยาสูบต้านแมลงด้วยการตัดต่อใส่ยีนพิษฆ่าแมลงจากแบคทีเรีย Bacillus thuringiensis

ส่วน Chilton ก็ได้รับเชิญจาก Ciba-Geigy บริษัทเคมีภัณฑ์ยักษ์ใหญ่จากสวิตเซอร์แลนด์ให้ออกจาก Washington University มาช่วยก่อตั้งทีมไบโอเทคการเกษตรของทางบริษัท ซึ่ง Ciba-Geigy ต่อมาก็กลายเป็นต้นกำเนิดของ Syngenta ยักษ์ใหญ่ด้านการเกษตรในปัจจุบัน

แม้ว่าพืชปรับแต่พันธุกรรมต้นแรกจะกำเนิดขึ้นในปี 1983 แต่กว่าไบโอเทคการเกษตรและ GMO จะออกสู่ตลาดจริงก็ต้องรอไปถึงปี 1992 เกิดอะไรขึ้นในระหว่างเส้นทางยาวไกลร่วมสิบปีนี้?

ติดตามต่อตอนหน้าครับ

https://twitter.com/matichonweekly/status/1552197630306177024

อ่านข่าวต้นฉบับได้ที่ : กำเนิดพืช GMO (2) (ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทคตอนที่ 56)

ติดตามข่าวล่าสุดได้ทุกวัน ที่นี่
– Website : https://www.matichonweekly.com