ไมโครไบโอมดัดแปลงพันธุกรรม: ดัดแปลงแบคทีเรียเพื่อสุขภาพ

• เขียนโดย:
• ชื่อผู้เขียน

  มองการณ์ไกลควอนตัมรัน
• March 8, 2023

ไมโครไบโอมประกอบด้วยจุลินทรีย์ในสภาพแวดล้อมเฉพาะ การดัดแปลงพันธุกรรมของไมโครไบโอมสามารถช่วยระงับหรือแสดงลักษณะบางอย่างและให้การรักษา โดยค้นหาการใช้งานจริงต่างๆ ในภาคเกษตรกรรม สุขภาพ และความเป็นอยู่ที่ดี

บริบทไมโครไบโอมที่ดัดแปลงพันธุกรรม

ไมโครไบโอมในลำไส้ซึ่งเป็นชุมชนของจุลินทรีย์ในลำไส้ของมนุษย์ มีบทบาทสำคัญต่อสุขภาพ การวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่าไมโครไบโอมในลำไส้สามารถส่งผลต่อโรคแพ้ภูมิตนเอง เบาหวาน มะเร็ง โรคหัวใจและหลอดเลือด พาร์กินสัน อัลไซเมอร์ โรคปลอกประสาทเสื่อมแข็ง และแม้แต่ภาวะซึมเศร้า อย่างไรก็ตาม ความสมดุลของระบบนิเวศที่บอบบางนี้อาจถูกรบกวนจากปัจจัยต่างๆ เช่น อาหารและยาปฏิชีวนะ ทำให้ยากต่อการฟื้นฟู 

นักวิจัยหลายคนกำลังมองหาไมโครไบโอมที่ดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อเพิ่มโอกาสในการอยู่รอดและความสามารถในการปรับตัว ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์ที่ Texas A&M University ใช้ความสัมพันธ์ทางชีวภาพของแบคทีเรีย E. coli และพยาธิตัวกลมเพื่อสร้างพันธุวิศวกรรมไมโครไบโอมของหนอนในปี 2021 พวกเขาสังเกตเห็นว่าเมื่อใส่ยีนที่ยับยั้งการเรืองแสงเข้าไปในพลาสมิดของ E. coli หนอนที่กินเข้าไปจะหยุดแสดงการเรืองแสง ในปีเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานฟรานซิสโก ประสบความสำเร็จในการโหลดไวรัสที่ล่าแบคทีเรียด้วยระบบตัดต่อยีน CRISPR เพื่อลบโครโมโซมภายในเชื้อ E. coli

ย้อนกลับไปในปี 2018 นักวิจัยจาก Harvard Medical School ได้ทำงานเพื่อทำให้แบคทีเรียสื่อสารกันเพื่อประสานงานและควบคุมพวกมันให้สอดคล้องกัน พวกเขาแนะนำวงจรพันธุกรรมตัวส่งสัญญาณและตัวตอบสนองเพื่อปลดปล่อยและตรวจจับโควรัมผสมในแบคทีเรียสองประเภท เมื่อหนูถูกเลี้ยงด้วยแบคทีเรียเหล่านี้ ความกล้าของหนูทุกตัวจะแสดงสัญญาณของการส่งสัญญาณ ยืนยันว่าการสื่อสารของแบคทีเรียประสบความสำเร็จ เป้าหมายยังคงอยู่เพื่อสร้างไมโครไบโอมสังเคราะห์ด้วยแบคทีเรียที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมในลำไส้ของมนุษย์ซึ่งมีประสิทธิภาพในการสื่อสารระหว่างกันในขณะที่ทำหน้าที่ของมัน 

ผลกระทบก่อกวน 

การสำรวจศักยภาพของการใช้เทคนิคการตัดต่อยีนเพื่อจัดการกับไมโครไบโอมในลำไส้สามารถแก้ไขความไม่สมดุลที่ก่อให้เกิดปัญหาสุขภาพต่างๆ ตัวอย่างเช่น การวิจัยเพิ่มเติมสามารถค้นพบวิธีการรักษาเพื่อแก้ไขความไม่สมดุลของแบคทีเรียภายในลำไส้ที่ซับซ้อนของมนุษย์ ด้วยกระบวนการดัดแปลงพันธุกรรมของแบคทีเรียที่ทราบกันดีว่ามีประโยชน์ต่อสุขภาพของลำไส้ นักวิทยาศาสตร์สามารถคิดค้นวิธีการรักษาใหม่ๆ สำหรับความผิดปกติต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับลำไส้ รวมถึงโรคลำไส้อักเสบ อาการลำไส้แปรปรวน และแม้แต่โรคอ้วน นอกจากนี้ยังช่วยให้วิธีการรักษาโรคเบาหวานแบบใหม่เนื่องจากความไม่สมดุลของฮอร์โมน 

เหตุผลหนึ่งที่ทำให้แบคทีเรียจัดการพันธุกรรมได้ง่ายกว่าก็เนื่องมาจากองค์ประกอบดีเอ็นเอของพวกมัน สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเหล่านี้มีชิ้นส่วนของ DNA ที่เรียกว่าพลาสมิด นอกเหนือจากองค์ประกอบหลักของ DNA ที่เรียกว่าโครโมโซม พลาสมิดสามารถสร้างสำเนาของตัวเองได้และมียีนน้อยกว่าโครโมโซม ทำให้ง่ายต่อการเปลี่ยนแปลงด้วยเครื่องมือทางพันธุกรรม โดยเฉพาะชิ้นส่วนของ DNA จากสิ่งมีชีวิตอื่นสามารถใส่ลงในพลาสมิดของแบคทีเรียได้

เมื่อพลาสมิดสร้างสำเนาของตัวเอง พวกมันยังสร้างสำเนาของยีนที่เพิ่มเข้ามาซึ่งเรียกว่า ทรานส์ยีน ตัวอย่างเช่น ถ้ายีนของมนุษย์สำหรับสร้างอินซูลินถูกเพิ่มเข้าไปในพลาสมิด เนื่องจากแบคทีเรียสร้างสำเนาของพลาสมิด มันก็สร้างสำเนาของยีนอินซูลินเพิ่มขึ้นด้วย เมื่อยีนเหล่านี้ถูกใช้ มันจะผลิตอินซูลินมากขึ้น อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ยอมรับว่าความเป็นไปได้นี้ยังอีกยาวไกล เนื่องจากไมโครไบโอมมีความซับซ้อนสูง อย่างไรก็ตาม การศึกษาในปัจจุบันยังสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลายอย่างในการควบคุมศัตรูพืช ส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช และวินิจฉัยโรคทางสัตวแพทย์ 

ผลกระทบของไมโครไบโอมดัดแปลงพันธุกรรม

ความหมายที่กว้างกว่าของพันธุวิศวกรรมที่ประสบความสำเร็จของไมโครไบโอมภายในสภาพแวดล้อมที่หลากหลายอาจรวมถึง:

• การวิจัยที่เพิ่มขึ้นในเครื่องมือตัดต่อยีน เช่น CRISPR
• เปิดโอกาสใหม่ๆ ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ อาหาร และผลิตภัณฑ์อื่นๆ โดยการสร้างแบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่ที่เหมาะกับงานเฉพาะ
• ลดการใช้ยาปฏิชีวนะที่เป็นเป้าหมายของแบคทีเรียตามอำเภอใจ 
• เพิ่มความสนใจในการแพทย์เฉพาะบุคคลและการวินิจฉัย ซึ่งการรักษาจะปรับแต่งตามไมโครไบโอมในลำไส้ของบุคคล
• ความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นในการแพร่กระจายของแบคทีเรียที่สามารถเพิ่มการเกิดโรคอื่นๆ

คำถามที่ต้องพิจารณา

• เมื่อพิจารณาถึงความซับซ้อนของไมโครไบโอมในลำไส้ของมนุษย์ คุณคิดว่าพันธุวิศวกรรมที่สมบูรณ์นั้นเป็นไปได้ในเร็วๆ นี้หรือไม่
• คุณคาดการณ์ว่าการใช้กระบวนการดังกล่าวอย่างแพร่หลายมีค่าใช้จ่ายเท่าใด