การโคลนและสังเคราะห์ไวรัส: วิธีที่เร็วกว่าในการป้องกันการแพร่ระบาดในอนาคต

• เขียนโดย:
• ชื่อผู้เขียน

  มองการณ์ไกลควอนตัมรัน
• September 29, 2022

สรุปข้อมูลเชิงลึก

โรคไวรัสได้นำไปสู่ความก้าวหน้าในการโคลนไวรัสเพื่อการระบุอย่างรวดเร็วและการพัฒนาวัคซีน แม้ว่างานวิจัยล่าสุดจะครอบคลุมวิธีการใหม่ๆ เช่น การใช้ยีสต์ในการจำลอง SARS-CoV-2 แต่ความกังวลเรื่องความปลอดภัยและสงครามทางชีวภาพยังคงมีอยู่ การพัฒนาเหล่านี้ยังสามารถขับเคลื่อนความก้าวหน้าในด้านการแพทย์เฉพาะบุคคล เกษตรกรรม และการศึกษา ซึ่งกำหนดอนาคตด้วยภาคการดูแลสุขภาพและเทคโนโลยีชีวภาพที่มีการเตรียมพร้อมที่ดีขึ้น

การโคลนและสังเคราะห์บริบทของไวรัส

โรคไวรัสได้ก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อมนุษย์อย่างต่อเนื่อง การติดเชื้อที่ทำให้เกิดโรคอย่างร้ายแรงเหล่านี้ได้ก่อให้เกิดความทุกข์ทรมานมากมายตลอดประวัติศาสตร์ ซึ่งมักมีบทบาทสำคัญในผลของสงครามและเหตุการณ์อื่นๆ ในโลก บัญชีของการระบาดของไวรัส เช่น ไข้ทรพิษ โรคหัด HIV (ไวรัสภูมิคุ้มกันบกพร่องของมนุษย์), SARS-CoV (โคโรนาไวรัสกลุ่มอาการทางเดินหายใจเฉียบพลันรุนแรง), ไวรัสไข้หวัดใหญ่ปี 1918 และอื่นๆ บันทึกผลกระทบร้ายแรงของโรคเหล่านี้ การระบาดของไวรัสเหล่านี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกทำการโคลนและสังเคราะห์ไวรัสเพื่อระบุได้อย่างรวดเร็วและผลิตวัคซีนและยาแก้พิษที่มีประสิทธิภาพ 

เมื่อการระบาดของโควิด-19 ปะทุขึ้นในปี 2020 นักวิจัยทั่วโลกใช้การโคลนนิ่งเพื่อศึกษาองค์ประกอบทางพันธุกรรมของไวรัส นักวิทยาศาสตร์อาจเย็บชิ้นส่วนดีเอ็นเอเพื่อจำลองจีโนมของไวรัสและนำเข้าสู่แบคทีเรีย อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่เหมาะสำหรับไวรัสทุกชนิด โดยเฉพาะไวรัสโคโรน่า เนื่องจากโคโรนาไวรัสมีจีโนมขนาดใหญ่ จึงทำให้ยากที่แบคทีเรียจะทำซ้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ จีโนมบางส่วนของจีโนมอาจไม่เสถียรหรือเป็นพิษต่อแบคทีเรีย แม้ว่าเหตุผลจะยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ 

ในทางตรงกันข้าม การโคลนและการสังเคราะห์ไวรัสกำลังก้าวหน้าในความพยายามในการทำสงครามชีวภาพ (BW) สงครามชีวภาพปล่อยจุลินทรีย์หรือสารพิษที่ตั้งใจจะฆ่า ทำให้พิการ หรือทำให้ศัตรูหวาดกลัว ในขณะเดียวกันก็ทำลายล้างเศรษฐกิจของชาติด้วยปริมาณเพียงเล็กน้อย จุลินทรีย์เหล่านี้จัดเป็นอาวุธที่มีอำนาจทำลายล้างสูง เนื่องจากแม้ปริมาณเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้เสียชีวิตได้จำนวนมาก 

ผลกระทบก่อกวน

ในปี 2020 ในการแข่งขันเพื่อพัฒนาวัคซีนหรือการรักษาสำหรับโรคโควิด-19 นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเบิร์นในสวิตเซอร์แลนด์หันมาใช้เครื่องมือที่ไม่ธรรมดา นั่นก็คือ ยีสต์ ต่างจากไวรัสอื่นๆ SARS-CoV-2 ไม่สามารถเติบโตในเซลล์ของมนุษย์ในห้องแล็บได้ จึงเป็นความท้าทายในการศึกษา แต่ทีมงานได้พัฒนาวิธีการโคลนและสังเคราะห์ไวรัสอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพโดยใช้เซลล์ยีสต์

กระบวนการนี้ตามที่อธิบายไว้ในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ Nature ใช้การรวมตัวกันใหม่ของการเปลี่ยนแปลง (TAR) เพื่อหลอมชิ้นส่วน DNA สั้น ๆ ให้เป็นโครโมโซมทั้งหมดในเซลล์ยีสต์ เทคนิคนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถจำลองจีโนมของไวรัสได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย วิธีการนี้ได้ถูกนำมาใช้ในการโคลนไวรัสเวอร์ชันหนึ่งที่เข้ารหัสโปรตีนนักข่าวเรืองแสง ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถคัดกรองยาที่มีศักยภาพเพื่อดูว่ามีความสามารถในการสกัดกั้นไวรัสหรือไม่

แม้ว่าการค้นพบนี้จะมีประโยชน์มากกว่าวิธีการโคลนนิ่งแบบดั้งเดิม แต่ก็มีความเสี่ยงเช่นกัน การโคลนไวรัสในยีสต์สามารถนำไปสู่การแพร่กระจายของการติดเชื้อยีสต์ในมนุษย์ และมีความเสี่ยงที่ไวรัสที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมจะหลบหนีออกจากห้องปฏิบัติการได้ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ากระบวนการโคลนนิ่งเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสำหรับการจำลองไวรัสอย่างรวดเร็ว และพัฒนาการรักษาหรือวัคซีนที่มีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ นักวิจัยกำลังตรวจสอบการนำ TAR ไปใช้เพื่อโคลนไวรัสอื่นๆ รวมถึง MERS (โรคทางเดินหายใจตะวันออกกลาง) และ Zika

ผลกระทบของการโคลนและการสังเคราะห์ไวรัส

นัยที่กว้างขึ้นของการโคลนและการสังเคราะห์ไวรัสอาจรวมถึง: 

• การวิจัยไวรัสอุบัติใหม่อย่างต่อเนื่อง ทำให้รัฐบาลสามารถเตรียมพร้อมสำหรับโรคระบาดหรือโรคระบาดที่อาจเกิดขึ้นได้
• ไบโอฟาร์มา พัฒนาและผลิตยาอย่างรวดเร็วเพื่อต่อต้านโรคไวรัส
• การใช้โคลนไวรัสเพื่อระบุอาวุธชีวภาพเพิ่มมากขึ้น อย่างไรก็ตาม บางองค์กรอาจทำแบบเดียวกันเพื่อพัฒนาสารพิษทางเคมีและชีวภาพให้ดีขึ้น
• รัฐบาลถูกกดดันมากขึ้นเรื่อยๆ ให้โปร่งใสเกี่ยวกับการศึกษาไวรัสวิทยาที่ได้รับทุนสาธารณะและการจำลองแบบที่ทำในห้องปฏิบัติการ ซึ่งรวมถึงแผนฉุกเฉินว่าไวรัสเหล่านี้จะหลบหนีได้เมื่อใด/ถ้า
• การลงทุนภาครัฐและเอกชนที่มากขึ้นในการวิจัยการโคลนไวรัส โครงการเหล่านี้อาจนำไปสู่การจ้างงานที่เพิ่มขึ้นในภาคส่วน
• การขยายสาขาการแพทย์เฉพาะบุคคล ปรับแต่งการรักษาให้เหมาะกับลักษณะทางพันธุกรรมของแต่ละบุคคล และการเพิ่มประสิทธิภาพของการบำบัดด้วยไวรัส
• การพัฒนาวิธีการควบคุมทางชีวภาพทางการเกษตรที่แม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งอาจลดการพึ่งพาสารเคมีกำจัดศัตรูพืช และส่งเสริมการทำฟาร์มแบบยั่งยืน
• สถาบันการศึกษาที่ผสมผสานเทคโนโลยีชีวภาพขั้นสูงเข้ากับหลักสูตร ส่งผลให้บุคลากรมีทักษะด้านไวรัสวิทยาและพันธุศาสตร์มากขึ้น

คำถามที่ต้องพิจารณา

• คุณคิดว่าการโคลนไวรัสสามารถเร่งการศึกษาเกี่ยวกับโรคไวรัสได้อย่างไร
• อันตรายอื่นๆ ที่เป็นไปได้ของการแพร่พันธุ์ไวรัสในห้องปฏิบัติการมีอะไรบ้าง