Thai SynBio Challenge 2025 | เมื่อตัวแทนประเทศไทยจากเวที Thai SynBio Challenge เข้าร่วมการแข่งขันและศึกษาดูงานด้านชีววิทยาสังเคราะห์ ณ สาธารณรัฐประชาชนจีน

เมื่อวันที่ 14-18 มกราคม 2569 ที่ผ่านมา ดร.โศภิดา วงศ์วาสน์ ผู้จัดงาน Thai SynBio Challenge และ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ปริปก พิศสุวรรณ ผู้แทนจาก Thai SynBio Consortium พร้อมด้วย ดร.กันตพิชญ์ ปรีดากรณ์ และคุณศศิเพ็ญ หทัยโชติ ผู้แทนจากสภานโยบายการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรมแห่งชาติ (สอวช. หรือ NXPO) ได้นำคณะนิสิตนักศึกษาตัวแทนประเทศไทยจำนวน 2 ทีม ได้แก่ ทีม Red Flags จากจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และ ทีม 10PM Lab จากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์เดินทางเข้าร่วมการแข่งขัน The 2nd “Kechuang Liuyehu” Synthetic Biological Manufacturing Innovation and Entrepreneurship Competition ณ เมืองฉางเต๋อ มณฑลหูหนาน สาธารณรัฐประชาชนจีน

การแข่งขันและการนำเสนอผลงานนวัตกรรม การแข่งขันดังกล่าวจัดขึ้นเมื่อวันที่ 16 มกราคม 2569 ณ โรงแรม Liuyuan Jinjiang ภายใต้หัวข้อ “Co-Creating Everything, Intelligence Leading the Future” ซึ่งมุ่งเน้นการพัฒนานวัตกรรมในกลุ่มเทคโนโลยีชีวภาพขั้นสูง อาทิ ชีวการแพทย์ (Biomedicine), วัสดุชีวภาพ (Biomaterials) และชีววิทยาสังเคราะห์ (Synthetic Biology)

ในโอกาสนี้ ตัวแทนนักศึกษาไทยทั้งสองทีมได้ขึ้นเวทีนำเสนอผลงาน (Roadshow) ร่วมกับทีมเยาวชนจากนานาชาติ โดยมี รองศาสตราจารย์ ดร.เกื้อการุณย์ ครูส่ง ภาควิชาชีวเคมี คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์ มหาวิทยาลัย และ รองศาสตราจารย์ ดร.ปราโมทย์ ชำนาญปืน ภาควิชาสัตววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา (Mentor) ดูแลอย่างใกล้ชิด ซึ่งนอกจากจะเป็นการแสดงศักยภาพของเยาวชนไทยแล้ว ยังเป็นโอกาสในการสร้างเครือข่ายความร่วมมือกับภาคการศึกษาและเอกชนในระดับสากล

สำหรับผลการแข่งขันในครั้งนี้ นับเป็นความสำเร็จที่น่าภาคภูมิใจของคณะตัวแทนประเทศไทย โดยทั้ง ทีม Red Flags และ ทีม 10PM Lab สามารถนำเสนอผลงานได้อย่างโดดเด่นและน่าประทับใจ จนได้รับรางวัล “Best Team” มาครองได้สำเร็จทั้งสองทีม โดยได้รับมอบโล่เกียรติยศพร้อมเงินรางวัลทีมละ 10,000 หยวน (CNY) ซึ่งถือเป็นเครื่องยืนยันถึงศักยภาพและความคิดสร้างสรรค์ของเยาวชนไทยในเวทีนวัตกรรมชีวภาพระดับสากล

นอกเหนือจากการแข่งขัน คณะผู้แทนไทยยังได้เข้าร่วมกิจกรรมศึกษาดูงานระบบนิเวศอุตสาหกรรมชีวภาพ (Bio-industrial Ecosystem) เมื่อวันที่ 16 และ 17 มกราคม 2569 เพื่อเยี่ยมชมความก้าวหน้าด้านอุตสาหกรรมชีวภาพในพื้นที่สำคัญ ได้แก่

1. สถาบันวิจัยอุตสาหกรรมชีววิทยาสังเคราะห์ (Synthetic Biology Industry Research Institute) ณ Hunan University of Arts and Science
2. นิคมอุตสาหกรรมการผลิตชีวภาพ (Biomanufacturing Industrial Park) ณ เมืองจินซื่อ (Jinshi City) โดยได้เข้าเยี่ยมชมบริษัท Hunan Lier Biotechnology Co., Ltd. และโรงงานของ Hunan Munn Biotechnology Co., Ltd. รวมถึงโรงงานต้นแบบ (Pilot Plant) และศูนย์บ่มเพาะวิสาหกิจสำหรับนักศึกษา

คณะผู้แทนยังได้เดินทางไปเยือนเขตทัศนียภาพเถาฮวาหยวน (Taohuayuan Scenic Area) เพื่อเรียนรู้วัฒนธรรมท้องถิ่นและกระชับความสัมพันธ์ร่วมกับผู้เข้าแข่งขันจากทีมต่างประเทศ

เสียงสะท้อนจากตัวแทนเยาวชน (Student Reflections)

จากการเข้าร่วมกิจกรรมตลอด 5 วัน ตัวแทนนักศึกษาได้ถ่ายทอดประสบการณ์และสิ่งที่ได้รับจากการเดินทางครั้งนี้ ดังนี้

จากทีม Red Flags:

“Our team (Team Red Flags), consisting of Vanessa Monica Fei Goeyardi, Pradchapon Dechakorn, Panut Singakorapoom, and Associate Professor Kuakarun Krusong as our advisor, felt truly honored by the opportunity to take part in the Kechuang–Liuyehu Synthetic Biological Manufacturing Innovation and Entrepreneurship Competition in Changde, China. The event was both inspirational and enriching for us.

We are deeply grateful to have witnessed the high standard of the competition, which gave us a chance to get in touch with esteemed investors from different backgrounds. Academic, visiting, and cultural events have enabled us to gain a deeper insight into the growth of science, industry, culture, and nature in a balanced way.

This study tour has been one of the most memorable experiences of our academic career. One of the highlights was our visit to Taohuayuan, also known as “Peach Blossom Land.” It was a truly immersive and unforgettable experience that allowed us to connect deeply with ancient Chinese culture. From making wishes and playing traditional games to even participating in a wedding ceremony, it felt as though we had stepped into another time. It was not only enjoyable, but also meaningful—a perfect balance between cultural appreciation and reflection amid the intensity of the competition. And of course, the food in Changde was absolutely amazing. Every meal was a wonderful experience, and it added so much joy to our time here.

Beyond the places we visited, what impressed us most was the warmth of the people. The organizers, local community members, and fellow participants made us feel truly welcome. Changde is a city where innovation, culture, and human connection come together, and that spirit of openness and collaboration is something we will always remember. Through this experience, we have learned not only about synthetic biology and entrepreneurship, but also about how kindness and collaboration are essential for meaningful innovation.

This trip has encouraged us to think more deeply about how scientific ideas can move beyond the laboratory and create real-world impact. Our project is a clear example of how research can be scaled from small experiments to industrial applications. Biotech entrepreneurship is not only about innovation, it is about sustainability, scalability, and responsibility. Changde, with its strong support for innovation and forward-thinking development, has shown us how cities can play a vital role in nurturing the next generation of scientific entrepreneurs. This experience has inspired us to think bigger, dream bigger, and pursue solutions that can truly improve industries and lives.

The blend of modernization, nature, and cultural heritage that can be found in Changde has impressed us and has certainly provided a significant inspiration to us as young scientists.

We would like to express our heartfelt gratitude to the hospitality and support provided by the organizers, the Thai SynBio Challenge team, and all the mentors. This experience was not just a competition, it was also an important learning experience that helped us develop our motivation to follow the path of science, innovation, and international collaboration in the future.

To conclude, we are deeply grateful for everything this trip has offered us, from academic inspiration and entrepreneurial insight to cultural enrichment and genuine human connection. Changde has left a lasting impression on us, and we will carry these experiences and lessons forward as we continue my journey in medical biotechnology and sustainability.”

จากทีม 10PM Lab:

“สวัสดีครับ/ค่ะ จากที่พวกเราทีม 10PMLab หนึ่งในทีมตัวแทนจากประเทศไทย ที่ได้มีโอกาสเข้าร่วมการแข่งขัน The Second “Kechuang-Liuyehu” Synthetic Biological Manufacturing Innovation and Entrepreneurship Competition ณ ประเทศจีน ซึ่งภายในงานนั้นมีทั้งกิจกรรมทางวิชาการในรูปแบบการนำเสนอผลงานอย่างเช้มข้น และ กิจกรรมแลกเปลี่ยนเรียนรู้ทางวัฒนธรรมที่ Taohuayuan และเดินทางท่องเที่ยวที่ Da Xiao He Ancient Alley ซึ่งเป็นประสบการณ์ที่สร้างความประทับใจให้กับพวกเราเป็นอย่างมาก พวกเรารู้สึกตื่นตาตื่นใจตั้งแต่สถาปัตยกรรมที่มีรูปแบบ และเอกลักษณ์แตกต่างจากประเทศไทย การแต่งกายที่สะท้อนอัตลักษณ์เฉพาะตัวของท้องถิ่น ตลอดจนผู้คนที่มีน้ำใจและให้การต้อนรับอย่างอบอุ่น รวมถึงวัฒนธรรมหลากหลายที่น่าสนใจ

สิ่งที่สำคัญที่สุดคือ พวกเรารู้สึกยินดีเป็นอย่างมากที่ได้รู้จักกับเจ้าหน้าที่ทุกท่านในโครงการ พวกเราสามารถรับรู้ได้ถึงพลังบวก ความเอาใจใส่ และการดูแลพวกเราอย่างเต็มที่ตลอดการเดินทาง พวกเรามีความสุข และรู้สึกเป็นเกียรติที่ได้ทำความรู้จักกับทุกคน

ประสบการณ์ทั้งหมดนี้ทำให้พวกเรารู้สึกว่าวันดังกล่าวเป็นช่วงเวลาที่ดีและมีความหมายอย่างยิ่ง รู้สึกผ่อนคลาย สบายใจ และเมื่อใดก็ตามที่นึกถึงการเดินทางไปฉางเต๋อในครั้งนี้ พวกเรามักจะคิดถึงบรรยากาศ และความทรงจำอันแสนอบอุ่นเหล่านี้อยู่เสมอ”

การเดินทางในครั้งนี้สำเร็จลุล่วงไปด้วยดีด้วยการสนับสนุนจาก Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) และ สอวช. (NXPO) ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญของ Thai SynBio Consortium ในการส่งเสริมและผลักดันบุคลากรรุ่นใหม่ให้มีโอกาสสัมผัสกับระบบนิเวศนวัตกรรมระดับโลก อันจะเป็นรากฐานสำคัญในการขับเคลื่อนเศรษฐกิจฐานชีวภาพ (Bio-economy) ของประเทศไทยต่อไปในอนาคต

บทความโดย
ดร. โศภิดา วงศ์วาสน์ ผู้จัดงาน Thai SynBio Challenge (อาจารย์ประจำหลักสูตรเคมี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุตรดิตถ์)

The post Thai SynBio Challenge 2025 | เมื่อตัวแทนประเทศไทยจากเวที Thai SynBio Challenge เข้าร่วมการแข่งขันและศึกษาดูงานด้านชีววิทยาสังเคราะห์ ณ สาธารณรัฐประชาชนจีน first appeared on SynBio Consortium.

Thai SynBio Challenge 2025 | เมื่อนักชีววิทยาสังเคราะห์รุ่นใหม่ออกแบบโปรตีนแห่งอนาคต

ปีนี้เป็นปีแรกที่วงการเทคโนโลยีชีวภาพของไทยได้มีการแข่งขัน Thai SynBio Challenge 2025 ซึ่งจัดขึ้นภายใต้โจทย์หลักที่ท้าทายและน่าตื่นเต้นอย่าง “Designing the Protein for Tomorrow” หรือ “การออกแบบโปรตีนแห่งอนาคต” การแข่งขันระดับประเทศนี้ได้เชิญชวนทีมนักเรียนนักศึกษามาประชันสมองในการออกแบบโครโมโปรตีนสังเคราะห์ (Synthetic Chromoprotein) หรือโปรตีนสีชนิดใหม่ เพื่อประยุกต์ใช้ในเชิงอุตสาหกรรม หลังจากปิดรับสมัครและผ่านกระบวนการคัดเลือกอย่างเข้มข้นจากผู้สมัครทั้งหมด 29 ทีมทั่วประเทศ ในที่สุดก็ได้ 9 ทีมสุดท้ายที่ได้ไปต่อ บทความนี้จะพาไปเจาะลึกถึงความท้าทายของการแข่งขัน แนวทางของทีมที่เข้ารอบ และผลกระทบที่คาดว่าจะเกิดขึ้นจากนวัตกรรมเหล่านี้

โจทย์โปรตีนที่จับต้องได้

หัวใจของ Thai SynBio Challenge 2025 คือการเปิดโอกาสให้คนรุ่นใหม่ได้สัมผัสกับกระบวนการหลักของชีววิทยาสังเคราะห์ นั่นคือวงจร Design–Build–Test–Learn (DBTL) ในอดีต ขั้นตอน “Build” (การสร้าง) และ “Test” (การทดสอบ) ถือเป็นคอขวดที่ใช้เวลาและต้นทุนสูง แต่ด้วยเทคโนโลยี Biofoundry อัตโนมัติจาก SIAT (Shenzhen Institute of Advanced Technology) ซึ่งเป็นผู้สนับสนุนการแข่งขัน ภาระส่วนนี้จึงถูกจัดการโดยผู้เชี่ยวชาญ ทำให้ผู้เข้าแข่งขันสามารถทุ่มเทสมาธิไปที่สองส่วนที่สำคัญที่สุด นั่นคือ “Design” (การออกแบบ) และ “Learn” (การเรียนรู้) ได้อย่างเต็มที่

สิ่งที่ผู้เข้าแข่งขันต้องทำ ได้แก่

1. ออกแบบโครโมโปรตีน ต้องออกแบบโปรตีนใหม่ที่เป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรม

2. ส่งมอบผลงาน แต่ละทีมต้องส่งลำดับดีเอ็นเอ (DNA coding sequence) ที่ออกแบบไว้ (ขนาดไม่เกิน 1 kb) จำนวน 3 ลำดับ

3. การทดสอบจริง SIAT Biofoundry จะนำลำดับ DNA เหล่านี้ไปสังเคราะห์จริง โดยโคลนเข้าสู่พลาสมิด pET28a และนำไปเลี้ยงในแบคทีเรีย E. coli BL21(DE3) เพื่อกระตุ้นการแสดงออกของโปรตีน จากนั้นจะทำการวัดค่าสีในระบบ RGB จากตะกอนเซลล์ที่ได้

ผู้เข้าแข่งขันไม่ได้แค่ “คิด” แต่ต้องออกแบบลำดับพันธุกรรมที่สามารถ “สร้าง” และ “แสดงผล” ออกมาเป็นโปรตีนที่มีสีตามต้องการได้จริง

ส่องแนวคิด 9 ทีมสุดท้าย Thai SynBio Challenge 2025

จากการคัดเลือกอย่างเข้มข้น 9 ทีมที่ได้ผ่านเข้าสู่รอบ 2 ประกอบด้วย

1. Red Flags – จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

2. 10PMlab – มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

3. TU Chromatint – มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์

4. Iris – มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ และ รร.สวนกุหลาบวิทยาลัย รังสิต

5. MeatU – มหาวิทยาลัยมหิดล

6. Powerpuff Ghouls – มหาวิทยาลัยพะเยา

7. Katoeykii – โรงเรียนกำเนิดวิทย์

8. AMB – Newton Sixth Form

9. LigniTech – มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ทีมเหล่านี้ได้ผ่านการคัดกรองแนวคิดเบื้องต้นมาแล้ว โดยต้องตอบคำถามสำคัญ 3 ข้อ ได้แก่

1. พวกเขาสนใจนำโปรตีนสีไปใช้ใน ผลิตภัณฑ์ประเภทใด

2. พวกเขาสนใจ สีอะไร

3. พวกเขาจะใช้ โปรตีนใดเป็นจุดเริ่มต้น ในการออกแบบ

แนวคิดของ 9 ทีมสุดท้าย ที่แบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่มนวัตกรรมหลัก ได้แก่ กลุ่มไบโอเซนเซอร์อัจฉริยะ กลุ่มเม็ดสีชีวภาพเพื่อความยั่งยืน และกลุ่มวัสดุชีวภาพขั้นสูง

ไบโอเซนเซอร์อัจฉริยะ เมื่อโปรตีนเห็นสิ่งที่ตาเปล่าไม่เห็น

กลุ่มที่ใหญ่ที่สุดมุ่งเน้นการใช้โปรตีนสีเป็น “เซนเซอร์” ตรวจจับสิ่งปนเปื้อนหรือสภาวะต่างๆ ที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อม

การต่อสู้กับสารหนู: ทีม 10PMlab และ AMB

ปัญหาสารหนู (Arsenic) ปนเปื้อนในแหล่งน้ำเป็นภัยคุกคามร้ายแรง ซึ่งวิธีการตรวจวัดแบบดั้งเดิมนั้นมีราคาแพงและใช้เวลานาน สองทีมได้พัฒนาเซนเซอร์ตรวจจับสารหนูด้วยแนวทางที่คล้ายคลึงกันแต่น่าสนใจ

• ทีม 10PMlab (มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์) ออกแบบโปรตีนลูกผสม ArsRCP โดยการเชื่อมต่อ AmilCP (โปรตีนสีน้ำเงินม่วง) เข้ากับ afArsR (โปรตีนที่จับกับสารหนู) แนวคิดคือ เมื่อสารหนู (As³⁺) เข้ามาจับกับส่วน afArsR มันจะเหนี่ยวนำให้โปรตีนทั้งก้อนเปลี่ยนรูปร่าง ส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมของ AmilCP ทำให้สีน้ำเงินจางลงหรือเปลี่ยนไป ซึ่งสามารถพัฒนาเป็นแถบทดสอบบนกระดาษคล้ายกระดาษลิตมัสได้

   

• ทีม AMB (Newton Sixth Form) ใช้หลักการเดียวกันแต่เลือกใช้เครื่องมือต่างกัน พวกเขาเชื่อม miniGFP (โปรตีนเรืองแสงสีเขียวขนาดเล็ก) เข้ากับ ArsR ระบบนี้ทำงานแบบ FRET (การถ่ายเทพลังงาน) เมื่อ ArsR จับกับสารหนู มันจะเปลี่ยนรูปร่างและส่งผลต่อคุณสมบัติการเรืองแสงของ miniGFP ทำให้สามารถวัดค่าการปนเปื้อนได้จากความเปลี่ยนแปลงของแสงฟลูออเรสเซนส์

วิดีโอแนะนำทีม 10PMlab | มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

เซนเซอร์เพื่อสุขภาพและอาหาร: ทีม MeatU และ Katoeykii

นอกจากสิ่งแวดล้อมแล้ว โปรตีนยังถูกออกแบบมาเพื่อตรวจจับสัญญาณจากร่างกายและอาหาร

• ทีม MeatU (มหาวิทยาลัยมหิดล) พัฒนาเซนเซอร์ตรวจวัดความสดของเนื้อสัตว์ เพื่อแก้ปัญหาการเน่าเสีย พวกเขาออกแบบ E. coli ให้มียีน AmilCP (สีน้ำเงินม่วง) ที่ควบคุมโดยโปรโมเตอร์ PsboA ซึ่งโปรโมเตอร์นี้จะ “เปิด” ก็ต่อเมื่อได้รับ สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ที่ปล่อยออกมาจากเนื้อที่เริ่มเน่าเสีย ผลคือแบคทีเรียจะผลิตสีน้ำเงินม่วงออกมาเป็นสัญญาณเตือน โดยทีมจะบรรจุแบคทีเรียนี้ในไฮโดรเจลใสเพื่อทำเป็น “สติกเกอร์” ติดบนบรรจุภัณฑ์เนื้อสัตว์

   

• ทีม Katoeykii (โรงเรียนกำเนิดวิทย์) สร้างนวัตกรรม “พลาสเตอร์ปิดแผลอัจฉริยะ” สำหรับแผลเรื้อรัง ซึ่งมักมีเอนไซม์ MMP-2 และ MMP-9 ในระดับสูง พวกเขาออกแบบระบบ “OFF-ON” โดยใช้ AmilCP ในสภาวะปกติ (OFF) โปรตีนจะถูกออกแบบให้เป็นสายเดี่ยวที่บิดเบี้ยว ทำให้ไม่สามารถรวมตัวกันเป็นสีได้ แต่เมื่อเอนไซม์ MMPs ในแผลมาตัด “สายเชื่อม” ที่ออกแบบไว้ โปรตีน AmilCP จะเป็นอิสระและกลับมาจับคู่กัน (Dimerize) กลายเป็นสภาวะ (ON) และปรากฏ “สีน้ำเงิน” ขึ้นบนพลาสเตอร์ เพื่อแจ้งเตือนการอักเสบหรือติดเชื้อ

   

วิดีโอแนะนำทีม MeatU | มหาวิทยาลัยมหิดล

วิดีโอแนะนำทีม Katoeykii | โรงเรียนกำเนิดวิทย์

เม็ดสีชีวภาพ วิศวกรรมโปรตีนสีที่ยั่งยืน

กลุ่มนี้มุ่งเน้นการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมจากอุตสาหกรรมสีย้อมและเม็ดสีในปัจจุบัน ที่ส่วนใหญ่ใช้สารเคมีจากปิโตรเลียมและโลหะหนัก

• ทีม Powerpuff Ghouls (มหาวิทยาลัยพะเยา) ตั้งเป้าพัฒนาโปรตีนสีเพื่อทดแทน “สีย้อมคราม” (Indigo Dye) แบบดั้งเดิม ซึ่งต้องใช้ทรัพยากรที่ดินและการปลูกพืชจำนวนมาก พวกเขาเลือกโปรตีน mCardinal มาเป็นต้นแบบ และทำการวิเคราะห์ลำดับกรดอะมิโนที่ส่งผลต่อความเป็นสีน้ำเงินและความเข้มโดยจะดัดแปลงพันธุกรรมในตำแหน่งสำคัญ (เช่น 164 และ 64) ให้มีคุณสมบัติคล้ายกับ mMaroon ซึ่งเป็นสีน้ำเงินที่เข้มกว่า เพื่อสร้างสีย้อมที่ยั่งยืน

   

• ทีม Red Flag (จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย) ต้องการสร้างเม็ดสีที่ปลอดภัย ย่อยสลายได้ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับใช้ในสีในอุตสาหกรรม เช่น packaging โดยใช้ mCherry (โปรตีนเรืองแสงสีแดง) เป็นฐาน เนื่องจาก mCherry แบบเดิมมีจุดอ่อนคือสีซีดจางง่ายเมื่อโดนแสง พวกเขาจึงออกแบบ 3 ลำดับ DNA ใหม่ ให้เม็ดสีที่เข้มขึ้น (Darker) เรืองแสงสว่างขึ้น และเสถียรยิ่งขึ้น

วิดีโอแนะนำทีม Powerpuff Ghouls | มหาวิทยาลัยพะเยา

วิดีโอแนะนำทีม Red Flag | จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย 

วัสดุชีวภาพขั้นสูง

กลุ่มสุดท้ายคือทีมที่ผลักดันขอบเขตของโครโมโปรตีนไปสู่การใช้งานรูปแบบใหม่ ทั้งในเชิงสุขภาพและการสร้างพลังงาน

ทีม TU Chromatint (มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์) และ ทีม LigniTech (มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี) ทั้งสองทีมมุ่งเน้นไปที่โปรตีนชนิดเดียวกันคือ C-Phycocyanin (C-PC) ซึ่งเป็นโปรตีนสีน้ำเงินจากไซยาโนแบคทีเรีย แต่มีเป้าหมายต่างกัน

• TU Chromatint สนใจคุณสมบัติทางชีวภาพ (Bioactive) ของ C-PC ที่มีฤทธิ์ต้านมะเร็ง ต้านการอักเสบ และต้านอนุมูลอิสระ ความท้าทายของพวกเขาคือการออกแบบยีน C-PC ใหม่ 3 รูปแบบ ให้อยู่ในข้อจำกัด 1,000 คู่เบส โดยที่ยังคงคุณสมบัติทางยาและสร้างสีใหม่ๆ ได้ เช่น การตัดยีนให้สั้นลง การดัดแปลงตำแหน่งจับสารให้สี หรือการเชื่อมต่อกับโปรตีนสีม่วง (gfasCP)

• LigniTech มีแนวคิดสุดล้ำคือ “โคมไฟมีชีวิต” (Living Street Lamps) พวกเขาต้องการใช้คุณสมบัติการเรืองแสงของ C-PC เพื่อสร้างต้นไม้เรืองแสงสำหรับให้แสงสว่างในเมือง เพื่อลดการพึ่งพาไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดแบบเดิม

วิดีโอแนะนำทีม TU Chromatint | มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์

วิดีโอแนะนำทีม LigniTech | มหาวิทยาลัยพะเยา

ทีม Iris (มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ และ รร.สวนกุหลาบวิทยาลัย รังสิต) ฉีกแนวไปจากทีมอื่นโดยสิ้นเชิง พวกเขาสนใจโปรตีน Reflectin ที่พบในปลาหมึก โปรตีนชนิดนี้ไม่ได้ “สร้างสี” จากการดูดกลืนแสง (แบบเม็ดสี) แต่สร้าง “สีเชิงโครงสร้าง” (Structural Color) จากการสะท้อนแสง ซึ่งเป็นหลักการเดียวกับการเกิดรุ้งบนปีกผีเสื้อ ทีมจะทำการแสดงออกยีน Reflectin จากปลาหมึก 3 สปีชีส์ และทดสอบว่าสีของมันเปลี่ยนแปลงอย่างไรภายใต้ค่า pH และอุณหภูมิที่ต่างกัน ซึ่งอาจนำไปสู่การพัฒนาไบโอเซนเซอร์รูปแบบใหม่สำหรับการคัดกรองจุลินทรีย์

วิดีโอแนะนำทีม Iris | มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์และโรงเรียนสวนกุหลาบวิทยาลัย รังสิต

จากแนวคิดทั้ง 9 ทีม จะเห็นได้ว่าโครโมโปรตีนในมือของนักชีววิทยาสังเคราะห์รุ่นใหม่ ไม่ได้เป็นเพียง “สี” แต่เป็น “เครื่องมือ” ที่ซับซ้อน ตั้งแต่การตรวจจับสารพิษในน้ำ การเฝ้าระวังอาหาร การแจ้งเตือนการติดเชื้อในแผล การสร้างสีย้อมที่เป็นมิตรต่อโลก ไปจนถึงการสร้างแสงสว่างและการพัฒนายา ผลงานการออกแบบเหล่านี้ได้ถูกส่งไปยัง SIAT Biofoundry เพื่อทำการสังเคราะห์และทดสอบจริง ซึ่งจะเป็นก้าวสำคัญที่พิสูจน์ว่า ไอเดียของนักเรียนไทยจะเป็นจริงได้หรือไม่

มากกว่าการผลิตโปรตีน คือการผลิตนักนวัตกรรมรุ่นใหม่

เป้าหมายสูงสุดของ Thai SynBio Challenge 2025 ไม่ได้หยุดอยู่แค่การค้นพบโปรตีนสีชนิดใหม่ แต่คือการสร้างนักชีววิทยาสังเคราะห์รุ่นต่อไปของไทย การแข่งขันนี้มอบประสบการณ์ตรงที่หาได้ยาก ทั้งในด้านการออกแบบโปรตีน (Computational Protein Design) การทำความเข้าใจผลการทดลองจริง และการคิดเชิงผู้ประกอบการ (Bio-entrepreneurship)

การตัดสินจะเกิดขึ้นในวันที่ 11 พฤศจิกายน 2025 ในงาน SynBio Forum 2025 ซึ่งขณะนี้ ผลการทดลองจริงจาก SIAT Biofoundry ได้ถูกส่งกลับไปยังทุกทีมแล้ว โดยลำดับ DNA ที่ทุกทีมส่งไป ได้ผ่านการสังเคราะห์ โคลนเข้าสู่เวกเตอร์ และทดสอบการแสดงออกใน E. coli เรียบร้อยแล้ว

ในวันตัดสิน แต่ละทีมจะมีเวลา 3 นาทีในการนำเสนอโครงการ ต่อหน้าคณะกรรมการผู้ทรงคุณวุฒิจาก 3 องค์กรชั้นนำ ได้แก่ ตัวแทนจาก SIAT Imperial College London และ สภาอุตสาหกรรมแห่งประเทศไทย

สำหรับ 3 ทีมที่ทำคะแนนได้สูงสุด จะได้รับรางวัลใหญ่ คือการเป็นตัวแทนไปเข้าร่วมการแข่งขัน Synthetic Biological Manufacturing Innovation and Entrepreneurship Competition ณ เมืองเฉิงเต๋อ ประเทศจีน ในช่วงกลางเดือนมกราคม 2026 โดยจะได้รับการสนับสนุนค่าเดินทางและที่พักทั้งหมด นี่คือการสร้างสะพานเชื่อมจาก “ห้องเรียน” สู่ “เวทีระดับนานาชาติ” อย่างแท้จริง เป็นการเตรียมความพร้อมให้บุคลากรที่มีทักษะสูงเหล่านี้ ก้าวขึ้นมาเป็นกำลังสำคัญในการขับเคลื่อนเศรษฐกิจชีวภาพของประเทศต่อไปในอนาคต

The post Thai SynBio Challenge 2025 | เมื่อนักชีววิทยาสังเคราะห์รุ่นใหม่ออกแบบโปรตีนแห่งอนาคต first appeared on SynBio Consortium.

หลายท่านอาจจะเคยได้ยินคำว่า SynBio, Synthetic Biology, หรือ ชีววิทยาสังเคราะห์มาบ้าง โดยเฉพาะถ้ากดเข้ามาอ่านบทความนี้ได้ แต่สิ่งที่เราได้เห็นได้อ่านได้ฟังเกี่ยวกับ SynBio นั้นส่วนมากจะเป็นการตีความให้เข้าใจง่ายขึ้น เพื่อให้คนที่ไม่ได้อยู่ในวงการเข้าใจได้ในจากการอ่าน หรือฟังสั้นๆ แต่จะเป็นไปได้ไหมที่เราหยิบเอาบทสนทนาของคนในวงการมาเล่าในบริบทที่ไม่ทางการหรือวิชาการจนเกินไป ให้เหมือนกับการนั่งคุยกันบนโต๊ะอาหารในร้านเจ้าประจำหลังเลิกงานวันศุกร์ นี่เองที่อดีตทีมงาน “รวยด้วย SynBio” จากเพจ “Biology Beyond Nature: ชีววิทยาเหนือธรรมชาติ” ที่เคยจัดรายการ podcast ไว้ในช่วงปี 2021 – 2022 กว่า 26 episodes จึงอยากจะหยิบเอาหัวข้อบทสทนาที่เคยได้คุยกันมาปัดฝุ่นเล่าให้อีกครั้งในชื่อรายการ SynBio Forum | วงในชีววิทยาเหนือธรรมชาติ ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากหลายหน่วยงานในภาครัฐ นำโดยภาคีเครือข่ายชีววิทยาสังเคราะห์แห่งประเทศไทย หรือ Thailand SynBio Consortium สภาอุตสาหกรรมแห่งประเทศไทย (The Federation of Thai Industries – FTI) สำนักงานสภานโยบายการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรมแห่งชาติ (สอวช.) และ หน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของประเทศ (บพข.) เพื่อที่จะชวนนักวิจัย นักพัฒนาในด้าน SynBio มาแลกเปลี่ยนประสบการณ์และแนวคิดในประเด็นต่างๆ ให้กับผู้ฟังที่อาจจะไม่ได้ติดตามวงการอย่างใกล้ชิด

ชีววิทยาสังเคราะห์ก็ต้องเอาไว้ใช้สังเคราะห์

ใน EP นี้ เราขอชวนคุยในหัวข้อวัสดุชีวภาพและสารชีวเคมี “Biomaterials and Biochemicals” ซึ่งเป็นการประยุกต์ใช้ศาสตร์ชีววิทยาสังเคราะห์ (Synthetic Biology) ที่เรียกว่าจับต้องได้มากที่สุดในรูปของผลิตภัณฑ์ต่างๆ นับว่าเป็นสาขาวิชาที่ผสานความรู้ด้านพันธุวิศวกรรมเข้ากับวิทยาศาสตร์ชีวภาพและกายภาพ ไปจนถึงกลไกตลาดของการของห่วงโซ่อุปสงค์อุปทานไปพร้อมๆ กัน (Demand and Supply Chain) เพื่อเชื่อมโยงทั้งเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นในระดับสากลไปจนถึงกลไกตลาดของประเทศไทยเอง การเสวนานี้จึงได้เชิญนักวิจัยทำงานในด้าน Biochemicals และ Biomaterials ทั้งในไทยและต่างประเทศมาร่วมวงคุยไปด้วยกัน โดยมี อ. ควีน ผศ.ดร. พชร สัตยวรรธน์ นักวิศวกรรมเมตาบอลิคจากมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ และ พี่ณัฐ ณัฐวัฒน์ ลีฬหะกร นักวิจัยไฟแรงจากเดนมาร์คผู้เชี่ยวชาญด้านวัสดุใยแมงมุมสังเคราะห์  มาร่วมวงคุยกันโดยมี ไอซ์ ชลพิสิฐ เกียรติเสวี นักวิจัยหลังปริญญาเอกด้านชีววิทยาสังเคราะห์จาก MIT เป็นผู้ดำเนินรายการเช่นเดิม

ความแตกต่างระหว่างวัสดุชีวภาพและสารชีวเคมี

ก่อนอื่นเลยเราต้องมาอธิบายความแตกต่างของวัสดุชีวภาพและสารชีวเคมีกันเสียก่อน อ. ควีน อธิบายว่า วัสดุชีวภาพ (Biomaterials) มักหมายถึงวัสดุพื้นฐานที่สามารถนำไปขึ้นรูปใช้งานได้ในรูปแบบต่างๆ ได้ เช่น บรรจุภัณฑ์จากเส้นใยพืช หรือเส้นใยโปรตีนสำหรับสิ่งทอ ส่วนสารชีวเคมี (Biochemicals) เป็นสารเคมีที่มีขนาดเล็กกว่า เช่น Bioethanol หรือสารกลิ่นหอมจากธรรมชาติ โดยความแตกต่างที่สำคัยจากวัสดุ/สารเคมีทั่วไปอยู่ตรงที่การได้มาของมัน วัสดุชีวภาพและสารชีวเคมีมีต้นกำเนิดจากสิ่งมีชีวิตหรือการบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพ ต่างจากวัสดุทั่วไปที่อาจจะมีคุณสมบัติเหมือนกันเป๊ะๆ แต่ว่ามีจุดเริ่มต้นการผลิตผ่านกระบวนการปิโตรเคมี (Petrochemical)

ในช่วงนี้เอง พี่ณัฐได้ถือโอกาสเล่าประสบการณ์การผลิตใยแมงมุมสังเคราะห์ (Synthetic Spider Silk) ซึ่งได้รับรางวัลชนะเลิศโครงการ iGEM (International Genetically Engineered Machine) ในปี 2022 โดยเริ่มจากแนวคิดผลิตสิ่งทอด้วยเส้นใยธรรมชาติอย่างใยแมงมุม แต่มี pain point อยู่ตรงที่ใยแมงมุมทั่วไปนั้นไม่ทนน้ำ ทางทีมวิจัยจึงเลือกแก้ปัญหาโดยเริ่มต้นการวิศวกรรมเส้นใยโปรตีนจากใยแมงมุมน้ำที่น่าจะทนน้ำได้ แสดงให้เห็นว่า synthetic biology สามารถค้นคว้ากระบวนการพัฒนาวัสดุใหม่ๆ ที่มีสมบัติเฉพาะได้ ในกระบวนการนี้เอง ทางทีมก็ได้เลือกประเด็นปัญหาที่สำคัญระดับโลกคือการประมง (fishery) ที่นิยมใช้แห (net) ในกระบวนการ จนเป็นที่มาของชื่อทีมและชื่อผลิตภัณฑ์หลักของทีมอย่าง Netlantis นี้เอง หากสนใจอยากศึกษาเพิ่มเติมสามารถเข้าไปศึกษาได้ตามเวบไซต์ของทีม (Netlantis)

ประสบการณ์การวิจัยจากต่างประเทศสู่ประเทศไทย

ลองย้อนมามองที่ฐานการผลิตในประเทศไทยดูบ้าง อ. ควีนเล่าถึงงานวิจัยระดับปริญญาเอกที่ Imperial College London ที่เน้นการออกแบบ Metabolic Pathway ในสิ่งมีชีวิตเพื่อผลิตสารที่มีมูลค่า เช่น Octanol ซึ่งใช้เป็นเชื้อเพลิง หรือสารแต่งกลิ่น ด้วยการแทรกเอนไซม์เฉพาะลงใน E. coli หรือ cyanobacteria ปัจจุบันแม้กลับมาทำงานที่ประเทศไทย ก็ยังคงสานงานวิจัยร่วมกันกับทีมที่อังกฤษ และนำเอาเทคนิคเหล่านี้มาประยุกต์ใช้กับการผลิต antibody ด้วยจุลินทรีย์ ซึ่งมีความท้าทายอยู่ตรงที่ระบบ post-translational modification ที่จุลินทรีย์ต่างๆ มักจะมีคุณสมบัติที่ต่างออกไปจากกระบวนการผลิตในมนุษย์หรือสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ ในอีกมุมมองหนึ่ง พี่ณัฐได้และเปลี่ยนประสบการณ์ด้าน yeast-based biosensors ซึ่งพัฒนาเซลล์ยีสต์ให้สามารถรับกลิ่น แล้วเปล่งแสงหรือเปลี่ยนสีตามสารเคมีที่สามารถรับรู้ได้ การใช้ yeast นี้มีข้อดีตรงที่มันเป็น eukaryotic host (ใกล้กับคนมากกว่าแบคทีเรีย) ที่โตเร็วและปรับตัวได้ดีในการผลิตสารบางชนิดมากกว่า E. coli ยกตัวอย่างเช่นการผลิตเบียร์หรือขนมปังต่างๆ ก็ใช้ยีสต์เป็นส่วนสำคัญในการผลิตอาหารเหล่านี้เอง ทำให้การพัฒนาพันธุ์นั้นสามารถเข้าถึงง่ายไม่น้อยหน้าไปกว่าแบคทีเรีย

UCopenhagen Grand Prize Winning Team at iGem 2022
(https://blog.igem.org/blog/2024/6/25/decoding-a-successful-igem-competition-team-project)

ข้อท้าทายและศักยภาพของชีววิทยาสังเคราะห์

การนำยีนจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปใส่อีกสิ่งมีชีวิตหนึ่งไม่ใช่เรื่องง่าย เช่น ถ้ายีนแสดงออกได้ใน E. coli ไม่ได้แปลว่าจะให้ผลลัพธ์แบบเดียวกันใน Yeast จึงต้องมีการปรับเปลี่ยนวิธีการอ่านรหัสทางพันธุกรรม หรือที่เรียกกว่ากระบวนการ Codon Pptimization เพื่อให้การแสดงออกของยีนมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น เมื่อลองเจาะลึกไปถึงประเด็นที่ว่า วัสดุหรือสารชีวภาพใด ที่คงจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้เลยหากไม่มีชีววิทยาสังเคราะห์ ทั้งสองนักวิจัยก็ได้ยกตัวอย่างสารเคมีทางการแพทย์อย่าง Insulin โปรตีนที่ทำหน้าที่เป็นฮอร์โมนในการควบคุมน้ำตาลในเลือดที่จำเป็นอย่างในสำหรับผู้ที่เป็นโรคเบาหวาน (Diabetes) หรือภาวะที่ร่างกายไม่สามารถผลิตโปรตีนอินซูลินได้ตามที่ควร และเชื่อมโยงไปถึง วัคซีนโควิด ซึ่งเป็นผลผลิตจากการออกแบบระบบชีวภาพใหม่โดยตรงอย่าง mRNA vaccine ที่ใช้ RNA ที่ดัดแปลงโครงสร้างไปเพิ่มเพิ่มเสถียรภาพของโมเลกุล RNA ที่ส่งผลต่อการกระตุ้นภูมิคุ้มกันในคนได้เป็นอย่างดี

โอกาสของประเทศไทยในเวทีโลก

ในเมื่อวัสดุชีวภาพและสารชีวเคมีนั้นเป็นตลาดสำคัญของวงการชีววิทยาสังเคราะห์ ประเทศไทยจะสร้างความได้เปรียบในตลาดนี้ได้อย่างไรอย่าง นักวิจัยรับเชิญทั้งคู่เห็นตรงกันว่าประเทศไทยนั้นมีข้อได้เปรียบในด้านของความหลากหลายทางชีวภาพ (ฺBiodiversity) ซึ่งเห็นได้จากการเป็นแหล่งบ่มเพาะทางพันธุกรรมของของ แมลง พืช หรือจุลินทรีย์เฉพาะถิ่นมากมายที่ยังไม่ได้ถูกสำรวจอย่างเต็มที่ หากสามารถศึกษาชุดยีนที่ผลิตสารที่มีมูลค่าสูงได้ด้วยเทคโนโลยีภายในประเทศเอง แล้วนำเข้าสู่กระบวนการเพิ่มมูลค่าอย่างชีววิทยาสังเคราะห์ ก็จะช่วยให้การผลิตสารหรือวัสดุเหล่านั้นมีประสิทธิภาพสูง จนไม่ต้องพึ่งพาทรัพยากรธรรมชาติในปริมาณมากจนเกินไป อย่างไรก็ตาม งานวิจัยด้านนี้ยังเผชิญข้อจำกัดหลายประการ เช่น ค่าใช้จ่ายด้านวิเคราะห์สาร, โครงสร้างพื้นฐานด้านเครื่องมือ, และ กำลังคนที่เชี่ยวชาญเฉพาะทาง ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการสนับสนุนจากทั้งภาครัฐ เอกชน และนักลงทุน เพื่อให้วงการชีววิทยาสังเคราะห์สามารถเติบโตเทียบเท่าและแข่งกันในเวทีโลกได้

Thai Biodiversity via Dynamic Habitat Index (DHI) over the 10 years of observations derived from 2002-2012 MODIS data.
(https://silvis.forest.wisc.edu/research/the-dynamic-habitat-index-and-biodiversity-in-thailand/) 

หมุดหมายที่สำคัญของวงการชีววิทยาสังเคราะห์

ในช่วงนี้สุด ทางผู้ร่วมวงสนทนาได้นำหยิบเอาประเด็นเชิงนโยบายมาแลกเปลี่ยนกันในมุมมองของนักวิจัย โดยพี่ณัฐเห็นว่าระบบนิเวศด้านนโยบายยังต้องเปิดกว้างและสื่อสารกันมากขึ้น ขณะที่ อ.ควีนเน้นย้ำว่าทรัพยากรมนุษย์ก็มีความสำคัญไม่แพ้เครื่องมือ “หากไม่มีคนสานต่อ แม้จะมีความรู้ ก็ไปต่อไม่ได้” ดังน้น การสร้างเครือข่าย SynBio Consortium ของไทยจึงเป็นก้าวที่สำคัญ และส่งเสริมให้เกิดการต่อยอดงานวิจัยสู่ภาคธุรกิจได้ พี่ณัฐได้ยกตัวอย่างงานวิจัยที่เริ่มต้นจากในแลบอย่าง EvodiaBio ที่มีกระบวนการง่ายๆ ไม่ซับซ้อน สำหรับการผลิตกลิ่นหอมสกัดจากยีสต์ที่เริ่มต้นจากในแลบและต่อยอดเป็นบริษัท start-up ได้จริงๆ ในมหาวิทยาลัยที่พี่ณัฐทำงานอยู่ที่เดนมาร์ค ทั้งนี้ทั้งนั้น การจะเปลี่ยนองค์ความรู้ให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ได้ ต้องอาศัยการมีส่วนร่วมจากทุกภาคส่วน ไม่ว่าจะเป็นนักวิจัย นักลงทุน หน่วยงานภาครัฐ ไปจนถึงประชาชนที่ต้องเชื่อมั่นในความสามารถและผลิตภัณฑ์จากฝีมือนักประดิษฐ์คนไทยในประเทศ โดยทั้งผู้ร่วมเสวนาและทีมงานเบื้องหลังก็คาดหวังว่าผู้สนใจช่วยกันกระจายข่าว เพื่อจุดประกายให้วงการชีววิทยาสังเคราะห์ไทยเดินหน้าต่อไปอย่างเข้มแข็ง

Recap TL; DR

• ความแตกต่างของวัสดุชีวภาพ vs สารเคมีชีวภาพ
  • Biomaterials: ใช้ในการผลิต เช่น บรรจุภัณฑ์จากธรรมชาติ
  • Biochemicals: สารขนาดเล็ก เช่น bioethanol, สารกลิ่นหอม>
  • ความต่างจากสารทั่วไป: แหล่งที่มา (จากสิ่งมีชีวิตแทนการสังเคราะห์จากปิโตรเคมี)
  • ตัวอย่างงานวิจัย เช่น ใยแมงมุมน้ำ (Spider Silk) จากโครงการ iGEM Octanol / Octyl acetate  ผลิตจาก E. coli และ cyanobacteria เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงหรือกลิ่น Yeast-based biosensor ใช้รับกลิ่น

• เทคโนโลยีและความท้าทาย
  • Yeast โตเร็ว ทนต่อสารแปลกปลอมได้ดี เหมาะกับการผลิต
  • Cyanobacteria สังเคราะห์แสงได้ แต่โตช้า ต้องหา toolkit ใหม่
  • Codon optimization: สำคัญต่อการแสดงออกของยีนใน host ต่างชนิด
  • Platform chemicals / Protein therapeutics ต้องใช้ synbio ถึงผลิตได้ เช่น insulin, mRNA vaccine

• ศักยภาพของประเทศไทย
  • มี Biodiversity สูง → แหล่งยีนจากพืช สมุนไพร แมลง จุลินทรีย์
  • สามารถใช้จุลินทรีย์ผลิตสารสำคัญทดแทนการปลูกพืชเฉพาะถิ่น
  • สมุนไพรไทยยังขาดการศึกษา pathway เชิงลึก → เป็นโอกาสของ synbio
• ตัวอย่างการประยุกต์
  • Antibody จาก E. coli → ทางเลือกต้นทุนต่ำกว่าการใช้ mammalian cells
  • EvodiaBio: บริษัทผลิตกลิ่นหอมจาก yeast → โมเดลที่ไทยสามารถพัฒนาได้

• ข้อจำกัดที่ยังต้องพัฒนา
  • เครื่องมือและโครงสร้างพื้นฐาน: เช่น HPLC, GC-MS ยังเป็นคอขวดต่อการพัฒนา
  • ทรัพยากรมนุษย์: ขาดคนสานต่องานวิจัย
  • นโยบาย/การสนับสนุนจากรัฐ: ต้องสื่อสารให้ตรงจุดผู้กำหนดนโยบาย

• ข้อเสนอแนะและแรงบันดาลใจ
  • เปิดรับนักศึกษาและผู้สนใจเข้าสู่ SynBio Consortium
  • สร้าง Ecosystem ที่เชื่อมโยงนักวิจัย นักธุรกิจ และรัฐ
  • เปลี่ยนประเทศไทยจากผู้ใช้เป็น “ผู้ผลิต” ที่ใช้จุดแข็งด้านชีวภาพของเราให้เกิดมูลค่า

The post Biomaterials and Biochemicals | วัสดุชีวภาพและสารชีวเคมี first appeared on SynBio Consortium.

อุตสาหกรรมสิ่งทอและเครื่องนุ่งห่ม ซึ่งมีมูลค่ากว่าล้านล้านดอลลาร์สหรัฐ กำลังเผชิญหน้ากับวิกฤตการณ์ด้านความยั่งยืนอย่างรุนแรง กระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม ตั้งแต่การเพาะปลูกเส้นใยธรรมชาติที่ใช้น้ำและสารเคมีมหาศาล (1) ไปจนถึงการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลในการผลิตเส้นใยสังเคราะห์ (2)  และกระบวนการฟอกย้อมที่ปล่อยสารพิษลงสู่แหล่งน้ำ ได้สร้างผลกระทบเชิงลบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างเป็นระบบ (3) และทวีความรุนแรงขึ้นจากวัฒนธรรม Fast Fashion ที่ส่งเสริมการบริโภคเกินพอดีและสร้างขยะสิ่งทอมหาศาล มีการประเมินว่าในแต่ละปีมีขยะสิ่งทอเกิดขึ้นถึง 92 ล้านตัน โดย 57% ถูกนำไปฝังกลบ และอีก 25% ถูกเผาทำลาย (4)

ท่ามกลางความท้าทายนี้ เทคโนโลยีชีววิทยาสังเคราะห์ (Synthetic Biology หรือ SynBio) ได้ก้าวขึ้นมาเป็นเทคโนโลยีเปลี่ยนเกม (Game-Changing Technology) ที่มีศักยภาพในการปฏิวัติอุตสาหกรรมสิ่งทอทั้งอุตสาหกรรม SynBio ซึ่งเป็นการประยุกต์ใช้หลักการทางวิศวกรรมเพื่อออกแบบและสร้างระบบชีวภาพขึ้นใหม่ ช่วยให้เราสามารถตั้งโปรแกรมให้จุลินทรีย์ เช่น ยีสต์ แบคทีเรีย หรือสาหร่าย กลายเป็น “โรงงานชีวภาพ” (Bio-factories) ที่สามารถผลิตวัสดุและสารเคมีที่ต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพและยั่งยืน โดยใช้กระบวนการหมักแม่นยำ

การประยุกต์ใช้ SynBio ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ

ศักยภาพของชีววิทยาสังเคราะห์ไม่ได้จำกัดอยู่แค่แนวคิด แต่ได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้จริงในทุกขั้นตอนของอุตสาหกรรมสิ่งทอ ตั้งแต่การสร้างสรรค์เส้นใยชนิดใหม่ การปฏิวัติกระบวนการย้อมสี ไปจนถึงการเพิ่มคุณสมบัติพิเศษที่ไม่เคยมีมาก่อนให้กับเนื้อผ้า นวัตกรรมเหล่านี้กำลังเปลี่ยนโฉมหน้าของสิ่งที่เราสวมใส่

การผลิตเส้นใยชีวภาพ (Bio-Fabrication)

SynBio กำลังสร้างนิยามใหม่ของคำว่า “เส้นใย” โดยเปลี่ยนจากการเก็บเกี่ยวจากพืชหรือสกัดจากปิโตรเลียม มาเป็นการ “เพาะเลี้ยง” วัสดุขึ้นมาในห้องปฏิบัติการ

• เส้นใยโปรตีน (Protein-Based Fibers) นวัตกรรมที่โดดเด่นที่สุดคือใยไหมแมงมุมสังเคราะห์ ซึ่งเป็นวัสดุในตำนานที่มีคุณสมบัติที่น่าสนใจ แข็งแกร่งและเหนียว (5) บริษัทผู้บุกเบิกอย่าง Bolt Threads (สหรัฐอเมริกา; ปัจจุที่หันไปทำธุรกิจอื่น) และ Spiber (ญี่ปุ่น) ได้ทำการดัดแปลงพันธุกรรมของยีสต์และแบคทีเรียให้สามารถผลิตโปรตีนใยแมงมุมผ่านกระบวนการหมัก (6) ในทำนองเดียวกัน Modern Meadow (สหรัฐอเมริกา) ได้พัฒนาการผลิต “หนังชีวภาพ” โดยใช้ยีสต์ที่ถูกดัดแปลงให้ผลิตคอลลาเจน ซึ่งเป็นโปรตีนองค์ประกอบหลักของหนังสัตว์ ทำให้ได้วัสดุที่มีลักษณะและคุณสมบัติเหมือนหนังแท้โดยไม่ต้องเลี้ยงหรือฆ่าสัตว์เลย (7) 

   

• วัสดุจากไมซีเลียม (Mycelium-Based Materials) ไมซีเลียม ซึ่งเป็นโครงสร้างร่างแหคล้ายรากของเห็ดรา เป็นอีกหนึ่งทางเลือกสำหรับการทำหนังเทียม บริษัทอย่าง MycoWorks และ Ecovative Design ได้พัฒนากระบวนการเพาะเลี้ยงไมซีเลียมให้เติบโตเป็นแผ่นวัสดุที่มีความทนทาน ยืดหยุ่น และสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (8) 

   

• โพลิเมอร์ชีวภาพและเส้นใยเซลลูโลสขั้นสูง (Advanced Bio-Polymers and Regenerated Fibers) นอกเหนือจากโปรตีนแล้ว SynBio ยังสามารถสร้างโพลิเมอร์ชีวภาพชนิดอื่นๆ ได้อีกด้วย Mango Materials (สหรัฐอเมริกา) ใช้แบคทีเรียที่สามารถเปลี่ยนก๊าซมีเทน (ก๊าซเรือนกระจก) ให้กลายเป็นโพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ในชื่อ PHA (Polyhydroxyalkanoates) ซึ่งสามารถนำมาผลิตเป็นเส้นใยโพลีเอสเตอร์ชีวภาพได้ (9) ขณะเดียวกัน Algiknit (สหรัฐอเมริกา) กำลังพัฒนาเส้นใยจากสาหร่ายทะเล ซึ่งสามารถเติบโตได้เร็วและไม่ต้องการที่ดินหรือน้ำจืดในการเพาะปลูก (9)  นอกจากนี้ นักวิจัยยังพยายามสร้างทางเลือกให้กับเส้นใยสังเคราะห์ที่สร้างปัญหาสิ่งแวดล้อม เช่น อีลาสเทน (หรือสแปนเด็กซ์) ซึ่งทำให้การรีไซเคิลผ้าเป็นไปได้ยาก โดยมีการพัฒนาอีลาสเทนชีวภาพจากแหล่งต่างๆ เพื่อแก้ปัญหานี้ (10) 

การย้อมสีชีวภาพ (Bio-Coloration)

กระบวนการย้อมสีเป็นหนึ่งในขั้นตอนที่สร้างมลพิษมากที่สุด แต่ SynBio กำลังนำเสนอทางออกที่ไม่สร้างมลพิษและยั่งยืนผ่านการใช้จุลินทรีย์

สีย้อมจากจุลินทรีย์ (Microbial Dyes) แทนที่จะสังเคราะห์สีย้อมจากสารเคมีปิโตรเลียม บริษัทอย่าง Colorifix (สหราชอาณาจักร), Tinctorium Bio (สหรัฐอเมริกา) และ Pili bio (ฝรั่งเศส) ใช้เทคนิคทางวิศวกรรมชีวภาพเพื่อดัดแปลงจุลินทรีย์ให้กลายเป็นโรงงานผลิตเม็ดสีขนาดจิ๋ว (5) จุลินทรีย์เหล่านี้สามารถผลิตและฝังเม็ดสีลงบนเส้นใยผ้าได้โดยตรงในถังหมัก (11) วิธีการนี้มีข้อดีเหนือกว่าการย้อมแบบดั้งเดิมอย่างมหาศาล จากข้อมูลของ Colorifix กระบวนการของพวกเขาสามารถลดการใช้น้ำได้ถึง 77%, ลดการใช้ไฟฟ้าได้ 53%, และลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ 31% (11) ที่สำคัญที่สุดคือ ไม่ต้องใช้สารเคมีอันตรายจำนวนมากที่ใช้ในกระบวนการย้อมแบบเดิมเกือบทั้งหมด (2) นอกจากนี้ กระบวนการยังสามารถใช้วัตถุดิบตั้งต้นจากของเสียทางการเกษตรได้ ซึ่งช่วยเพิ่มความยั่งยืนและลดต้นทุนไปพร้อมกัน (3)

สีย้อมผ้าจากแบคทีเรีย บริษัท Colorifix
(ภาพจาก Colorifix – Earthshot Prize Finalist 2023)

ในแง่ของประสิทธิภาพ สีย้อมจากจุลินทรีย์มีความคงทนของสี (Color Fastness) ที่ดี โดยเฉพาะเมื่อเทียบกับสีย้อมธรรมชาติหลายชนิด และมีศักยภาพในการยึดเกาะกับเส้นใยได้ดี (12) อย่างไรก็ตาม ปัญหาหลักยังคงอยู่ที่การผลิตสีที่หลากหลายและสม่ำเสมอในแต่ละรอบการผลิตให้เทียบเท่ากับสีย้อมสังเคราะห์ ซึ่งเป็นมาตรฐานที่อุตสาหกรรมแฟชั่นคาดหวัง (11) ปัจจุบันได้มีการวิจัยและพัฒนาในด้านการใช้สารช่วยย้อม (Mordant) ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม หรือการใช้ตัวทำละลายชนิดใหม่ๆ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพเหล่านี้  

การตกแต่งสำเร็จและผ้าคุณสมบัติพิเศษ (Bio-Finishing and Functional Fabrics)

การประยุกต์ใช้ SynBio ไม่ได้หยุดอยู่แค่การสร้างวัสดุพื้นฐาน แต่กำลังก้าวไปสู่การสร้างสรรค์ผ้าที่มี “คุณสมบัติพิเศษ” ซึ่งเป็นการเปลี่ยนผ้าธรรมดาๆให้กลายเป็นเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้

• สารเคลือบชีวภาพ (Sustainable Coatings) SynBio สามารถใช้ในการออกแบบจุลินทรีย์ เช่น สาหร่าย ให้ผลิตน้ำมันชีวภาพที่สามารถนำมาใช้เป็นสารเคลือบกันน้ำ (Hydrophobic) สำหรับเสื้อผ้ากีฬา แทนที่การใช้สารเคมีในกลุ่มฟลูออโรคาร์บอน (PFCs) ที่เป็นพิษและตกค้างในสิ่งแวดล้อมยาวนาน (2)

   

• ผ้าชีวภาพอัจฉริยะและผ้าซ่อมแซมตัวเอง (Bio-Functional & Self-Healing Textiles) ผ้าที่สามารถ ซ่อมแซมตัวเองจากรอยขาดหรือรูเล็กๆ กำลังกลายเป็นความจริง แนวทางแรกคือการฝังไมโครแคปซูลที่บรรจุสารเยียวยาไว้ในสารเคลือบ เมื่อผ้าเกิดความเสียหาย แคปซูลจะแตกออกและปล่อยสารออกมาเพื่อประสานรอยขาด (14) อีกแนวทางหนึ่งคือการใช้โพลิเมอร์ที่ออกแบบมาให้สามารถจัดเรียงตัวเองใหม่ได้เมื่อได้รับพลังงานกระตุ้น เช่น ความร้อนหรือแสง (14) นอกจากนี้ ยังมีแนวคิด “ผ้าชีวภาพอัจฉริยะ” ที่ฝังเอนไซม์หรือจุลินทรีย์ที่มีชีวิตไว้เพื่อทำหน้าที่บางอย่าง เช่น การย่อยสลายสารพิษที่สัมผัสกับเสื้อผ้า (15) หรือแม้กระทั่งการพัฒนาผ้าที่สามารถนำส่งยา วิตามิน หรือสารบำรุงผิวสู่ร่างกายได้อย่างต่อเนื่องและควบคุมได้ (16)

การพัฒนาเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ที่สำคัญ SynBio ไม่ได้เป็นเพียงเครื่องมือในการสร้าง “สิ่งทดแทน” ที่ยั่งยืนสำหรับวัสดุแบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่กำลังสร้าง “สสารที่ตั้งโปรแกรมได้” (Programmable Matter) รูปแบบใหม่ ที่มีคุณสมบัติและฟังก์ชันการทำงานที่เหนือกว่าสิ่งที่เคยมีมา การเปลี่ยนผ่านนี้ยกระดับคุณค่าของผลิตภัณฑ์จากแค่ความยั่งยืนไปสู่ประสิทธิภาพที่เหนือกว่า ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่จะขับเคลื่อนการยอมรับในตลาดและการลงทุนในระยะยาว

กรณีศึกษาบริษัทชั้นนำระดับโลก

บริษัทจำนวนมากกำลังแข่งขันกันเพื่อชิงความเป็นผู้นำในตลาดวัสดุชีวภาพแห่งอนาคต โดยแต่ละแห่งมีเทคโนโลยีและกลยุทธ์ที่แตกต่างกันไป

ผู้สร้างสรรค์เส้นใย (Fiber Innovators)

• Spiber (ญี่ปุ่น/ไทย) ผู้นำด้านการผลิตเส้นใยโปรตีนจากการหมักภายใต้แบรนด์ Brewed Protein™ ซึ่งมีคุณสมบัติหลากหลายและปรับแต่งได้ Spiber ได้ร่วมมือกับแบรนด์ดังอย่าง The North Face และที่สำคัญที่สุดคือการตัดสินใจลงทุนสร้างโรงงานผลิตเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ที่สุดในโลกที่จังหวัดระยอง ประเทศไทย ซึ่งถือเป็นหมุดหมายสำคัญของอุตสาหกรรม (7) ในปี 2025 Spiber ได้รับการยกย่องอย่างสำคัญจาก TIME Magazine ในฐานะหนึ่งใน ‘World’s Top GreenTech Companies of 2025’ อันดับที่ 22 ในหมวด Circular Economy (17) โรงงานในไทยยังได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 9001:2015 และ ISO 14001:2015 ในเดือนมีนาคม (18) นอกจากนี้ บริษัทยังขยายการร่วมมือไปยังตลาดยุโรป (20) ให้ความร่วมมือกับToyota สำหรับการตกแต่งภายในรถยนต์ (24)  และเข้าร่วม Expo 2025 Osaka (19) แสดงให้เห็นถึงการเติบโตอย่างต่อเนื่องและการนำนวัตกรรมสู่ตลาดโลก

ตัวอย่างเส้นใยจากบริษัท Spiber

(ภาพจาก Spiber รังสรรค์นวัตกรรมใหม่ ด้วยแรงบันดาลใจจากใยแมงมุม สู่เส้นใยโปรตีนสังเคราะห์ – mediator)

• MycoWorks (สหรัฐอเมริกา) มุ่งเน้นไปที่ตลาดหนังเทียมระดับหรูจากไมซีเลียมภายใต้แบรนด์ Reishi™ โดยใช้กระบวนการที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะเรียกว่า “Fine Mycelium” ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมคุณสมบัติของวัสดุได้อย่างแม่นยำ บริษัทประสบความสำเร็จในการระดมทุนรอบ Series C ได้สูงถึง 125 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2022 สะท้อนให้เห็นถึงความเชื่อมั่นของนักลงทุนอย่างมหาศาล (8) ปัจจุบันได้เปิดโรงงานเชิงพาณิชย์แห่งแรกของโลก สำหรับ Fine Mycelium ตั้งอยู่ใน Union, South Carolina ขนาด 136,000 ตารางฟุต (21)

   

• Modern Meadow (สหรัฐอเมริกา) เป็นผู้นำด้านหนังชีวภาพที่ผลิตจากคอลลาเจนที่แสดงออกโดยยีสต์ดัดแปลงพันธุกรรม บริษัทมุ่งเน้นการพัฒนาวัสดุที่สามารถแข่งขันด้านต้นทุนกับหนังแท้ได้ ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการเข้าถึงตลาดในวงกว้าง⁷ ปัจจุบันได้ประกาศความสามารถในการผลิต BIO-VERA® มากกว่า 500,000 ตารางเมตรต่อปี (22) และมีความร่วมมือกับ Mercedes-Benz สำหรับพัฒนาหนังทางเลือกในรถยนต์ (23)

   

ผู้ปฏิวัติการย้อมสี (Dyeing Revolutionaries)

• Colorifix (สหราชอาณาจักร) โดดเด่นในด้านการย้อมสีด้วยจุลินทรีย์ เทคโนโลยีของบริษัทแสดงให้เห็นถึงการลดการใช้น้ำ พลังงาน และสารเคมีได้อย่างมีนัยสำคัญ และถูกออกแบบมาให้เป็น การแก้ปัญหาแบบดรอปอิน (drop-in solution) ที่สามารถใช้งานกับเครื่องจักรย้อมผ้าที่มีอยู่เดิมได้ทันที ซึ่งช่วยลดอุปสรรคในการนำไปใช้สำหรับโรงงานสิ่งทอ (11)

   

• บริษัทนวัตกรรมอื่นๆ Tinctorium Bio (สหรัฐอเมริกา) กำลังพัฒนาการผลิตสีย้อมคราม (Indigo) จากแบคทีเรียเพื่ออุตสาหกรรมเดนิม (5) ขณะที่ Pili bio (ฝรั่งเศส) ใช้เอนไซม์ในการผลิตสีย้อมและเม็ดสี (5) และ Huue (สหรัฐอเมริกา) ก็เป็นอีกหนึ่งผู้เล่นที่น่าจับตามองในตลาดนี้

   

ตารางที่ 1: ภาพรวมบริษัทชีววิทยาสังเคราะห์ในอุตสาหกรรมสิ่งทอระดับโลก

ชีววิทยาสังเคราะห์ (SynBio) ได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าไม่ใช่เพียงกระแสทางวิทยาศาสตร์ชั่วครู่ แต่เป็นพลังขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ครั้งสำคัญ ที่มีศักยภาพในการแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมที่ฝังรากลึกในอุตสาหกรรมสิ่งทอ เทคโนโลยีนี้กำลังนำพาเราออกจากยุคของการผลิตที่พึ่งพาทรัพยากรที่ใช้แล้วหมดไปและสร้างมลพิษ ไปสู่อนาคตที่วัสดุสามารถถูก “เพาะเลี้ยง” ขึ้นมาได้อย่างยั่งยืน เป็นวงจร และมีคุณสมบัติที่เหนือกว่าเดิม ตั้งแต่เส้นใยที่แข็งแกร่งดุจเหล็กกล้าไปจนถึงสีย้อมที่ผลิตจากจุลินทรีย์ในถังหมัก SynBio กำลังถักทอความเป็นไปได้ใหม่ๆ ให้กับสิ่งที่เราสวมใส่ในทุกๆ วัน

อย่างไรก็ตาม การเดินทางสู่อนาคตนี้ยังคงเต็มไปด้วยความท้าทาย การจะนำนวัตกรรมเหล่านี้จากห้องปฏิบัติการไปสู่ตู้เสื้อผ้าของผู้บริโภคทั่วโลกได้นั้น จำเป็นต้องเอาชนะอุปสรรคสำคัญในด้านต้นทุนที่ยังสูง การขยายขนาดการผลิตในระดับอุตสาหกรรม และการสร้างห่วงโซ่อุปทานวัตถุดิบที่ยั่งยืนอย่างแท้จริง นอกจากนี้ ทุกภาคส่วนจำเป็นต้องมีความตระหนักและดำเนินการอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการ “ฟอกเขียว” (Greenwashing) และป้องกันไม่ให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมรูปแบบใหม่ขึ้นมาทดแทนปัญหาเดิม (15) ความสำเร็จต้องอาศัยมุมมองที่รอบด้าน การวิจัยที่โปร่งใส และการกำกับดูแลที่รัดกุม

สำหรับประเทศไทย นี่คือช่วงเวลาแห่งโอกาสครั้งสำคัญที่มาบรรจบกันอย่างพอดิบพอดี ประเทศไทยไม่ได้เริ่มต้นจากศูนย์ แต่มีสินทรัพย์เชิงยุทธศาสตร์ที่พร้อม ทั้งความอุดมสมบูรณ์ของทรัพยากรชีวภาพ ฐานอุตสาหกรรมสิ่งทอที่แข็งแกร่ง และกรอบนโยบาย BCG ที่ให้การสนับสนุนอย่างชัดเจน การวางยุทธศาสตร์ที่ชาญฉลาด โดยมุ่งเน้นการเป็น “ผู้ขับเคลื่อน” (Enabler) ของห่วงโซ่อุปทาน SynBio โลก ผ่านการเป็นศูนย์กลางการผลิตวัตถุดิบชีวภาพและการให้บริการการหมักระดับอุตสาหกรรม จะทำให้ประเทศไทยสามารถก้าวข้ามการเป็นเพียงผู้รับจ้างผลิตปลายน้ำ ไปสู่การเป็นผู้เล่นที่มีบทบาทสำคัญและขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมแห่งอนาคตนี้

ความสำเร็จไม่ได้ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีเพียงอย่างเดียว แต่ขึ้นอยู่กับการลงมือปฏิบัติ การลงทุนเชิงกลยุทธ์ และความร่วมมือระหว่างภาครัฐ ภาคอุตสาหกรรม ภาคการศึกษา และภาคการเงิน หากทุกภาคส่วนสามารถทำงานร่วมกันได้อย่างไร้รอยต่อ ประเทศไทยไม่เพียงแต่จะสามารถเข้าร่วมการปฏิวัติสิ่งทอชีวภาพครั้งนี้ได้ แต่ยังมีศักยภาพที่จะก้าวขึ้นเป็นศูนย์กลางที่สำคัญแห่งหนึ่งในการกำหนดทิศทางและสร้างอนาคตที่ยั่งยืนให้กับอุตสาหกรรมสิ่งทอของโลกได้อย่างแท้จริง

References

1. Chen J. Advances in bio-based fibers [Internet]. International Fiber Journal | Fibers, Filaments & Processing Solutions. International Fiber Journal; 2023 [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://www.fiberjournal.com/advancesin-bio-based-fibers/

2. Themillsfabrica.com. [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://www.themillsfabrica.com/wp-content/uploads/2021/07/Synthetic-Biology-Opportunities-in-Fashion-food-The-Mills-Fabrica-2021.pdf

3. Pulkkis N. Sustainable dyes with Synthetic biology [Internet]. CYSS. 2022 [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://www.cyss.fi/post/sustainable-dyes-with-synthetic-biology

4. November. Thread lightly: Biofabrication and the end of fast fashion – SynBioBeta [Internet]. Synbiobeta.com. [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://www.synbiobeta.com/read/thread-lightly-biofabrication-and-the-end-of-fast-fashion

5. Geneticliteracyproject.org. [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://geneticliteracyproject.org/2019/09/24/sustainable-dyes-and-fabrics-created-through-synthetic-biology-promise-to-revolutionize-fashion-industry/

6. Fibershed.org. [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://fibershed.org/wp-content/uploads/2018/09/ETC_SynbioFabricsReport_8Fsm.pdf

7. Cleantech.com. [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://www.cleantech.com/where-synthetic-biology-meets-textiles/

8. Exploring biofabricated textiles [Internet]. Deekontextile.com. [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://www.deekontextile.com/innovation/exploring-biofabricated-textiles.html

9. Top 5 Biofabric Startups that are Leading the Way towards Ethical Fashion in 2025 [Internet]. Scispot.com. [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://www.scispot.com/blog/5-biofabric-startups-that-are-leading-the-way-towards-ethical-fashion

10. Tackling microplastics: fashion brands explore bio-based alternatives to elastane [Internet]. Materiom.org. [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://www.materiom.org/resources/tackling-microplastics-fashion-brands-explore-bio-based-alternatives-to-elastane

11. Coloring outside the lines: Microbes meet modern fashion – SynBioBeta [Internet]. Synbiobeta.com. [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://www.synbiobeta.com/read/coloring-outside-the-lines-microbes-meet-modern-fashion

12. Vogue. Bacteria dye revolutionising the textile industry [Internet]. Vogue Institute. 2024 [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://www.voguefashioninstitute.com/bacteria-dye-revolutionising-the-textile-industry/

13. Mouro C, Gomes AP, Costa RV, Moghtader F, Gouveia IC. The sustainable bioactive dyeing of textiles: A novel strategy using bacterial pigments, natural antibacterial ingredients, and deep eutectic solvents. Gels [Internet]. 2023;9(10). Available from: http://dx.doi.org/10.3390/gels9100800

14. Self Repairing Textiles [Internet]. Fibre2fashion.com. Fibre2Fashion; 2014 [cited 2025 Jul 18]. Available from: https://www.fibre2fashion.com/industry-article/7447/self-repairing-textiles-mending-its-way-into-future

15. Heyse P, De Vilder I, Vanneste M. Smart durable and self-healing textile coatings. In: Active Coatings for Smart Textiles. Elsevier; 2016. p. 55–80.

16. Massella D, Argenziano M, Ferri A, Guan J, Giraud S, Cavalli R, et al. Bio-functional textiles: Combining pharmaceutical nanocarriers with fibrous materials for innovative dermatological therapies. Pharmaceutics [Internet]. 2019;11(8):403. Available from: http://dx.doi.org/10.3390/pharmaceutics11080403

17. World’s Top GreenTech Companies of 2025 [Internet]. TIME. Time; 2025 [cited 2025 Aug 20]. Available from: https://time.com/collection/worlds-top-greentech-companies-of-2025/

18. Spiber (Thailand) Ltd. achieves ISO 9001:2015 and ISO 14001:2015 certification [Internet]. Spiber.inc. 2015 [cited 2025 Aug 20]. Available from: https://spiber.inc/en/news/spiber-thailand-ltd-achieves-iso-90012015-and-iso-140012015-certification

19. T-shirts and sweatshirts made with Brewed Protein^TM fiber by five Wakayama-based manufacturers to be showcased at Expo 2025 Osaka, Kansai, Japan [Internet]. Spiber.inc. 2025 [cited 2025 Aug 20]. Available from: https://spiber.inc/en/news/special-items-made-with-brewed-protein-fiber-to-be-showcased-at-expo-2025-osaka

20. Spiber Inc. Spiber Inc. and Iris van Herpen Unite for a Visionary Collaboration at Paris Haute Couture Fashion Week AW2025 [Internet]. Prnewswire.com. 2025 [cited 2025 Aug 20]. Available from: https://www.prnewswire.com/apac/news-releases/spiber-inc-and-iris-van-herpen-unite-for-a-visionary-collaboration-at-paris-haute-couture-fashion-week-aw2025-302499879.html

21. Ewen L. MycoWorks releases details on new commercial-scale plant [Internet]. Retail Dive. 2023 [cited 2025 Aug 20]. Available from: https://www.retaildive.com/news/MycoWorks-new-facility-south-carolina/690439/

22. The Materials: Why Modern Meadow’s Bio-Vera can become a next-gen leather [Internet]. the-spin-off.com. 2025 [cited 2025 Aug 20]. Available from: https://www.the-spin-off.com/news/stories/The-Materials-Why-Modern-Meadows-Bio-Vera-is-an-alternative-to-leather-18840

23. Modern Meadow Enters Development Partnership with Mercedes-Benz: Leather Alternative for CONCEPT AMG GT XX Technology Program [Internet]. Prnewswire.com. Cision PR Newswire; 2025. Available from: https://www.prnewswire.com/news-releases/modern-meadow-enters-development-partnership-with-mercedes-benz-leather-alternative-for-concept-amg-gt-xx-technology-program-302490256.html

24. A Land Cruiser Prado featuring Spiber’s Brewed Protein^TM fibers in its interior to be displayed at Japan Mobility Show 2023. [Internet]. Spiber.inc. 2023 [cited 2025 Aug 20]. Available from: https://spiber.inc/en/news/cordeby_tnf_spiber

The post Textile Industry | พัฒนาอุตสาหกรรมสิ่งทอด้วยชีววิทยาสังเคราะห์ first appeared on SynBio Consortium.

หลายท่านอาจจะเคยได้ยินคำว่า SynBio, Synthetic Biology, หรือ ชีววิทยาสังเคราะห์มาบ้าง โดยเฉพาะถ้ากดเข้ามาอ่านบทความนี้ได้ แต่สิ่งที่เราได้เห็นได้อ่านได้ฟังเกี่ยวกับ SynBio นั้นส่วนมากจะเป็นการตีความให้เข้าใจง่ายขึ้น เพื่อให้คนที่ไม่ได้อยู่ในวงการเข้าใจได้ในจากการอ่าน หรือฟังสั้นๆ แต่จะเป็นไปได้ไหมที่เราหยิบเอาบทสนทนาของคนในวงการมาเล่าในบริบทที่ไม่ทางการหรือวิชาการจนเกินไป ให้เหมือนกับการนั่งคุยกันบนโต๊ะอาหารในร้านเจ้าประจำหลังเลิกงานวันศุกร์ นี่เองที่อดีตทีมงาน “รวยด้วย SynBio” จากเพจ “Biology Beyond Nature: ชีววิทยาเหนือธรรมชาติ” ที่เคยจัดรายการ Podcast ไว้ในช่วงปี 2021 – 2022 กว่า 26 episodes จึงอยากจะหยิบเอาหัวข้อบทสทนาที่เคยได้คุยกันมาปัดฝุ่นเล่าให้อีกครั้งในชื่อรายการ SynBio Forum | วงในชีววิทยาเหนือธรรมชาติ ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากหลายหน่วยงานในภาครัฐ นำโดยภาคีเครือข่ายชีววิทยาสังเคราะห์แห่งประเทศไทย หรือ Thailand SynBio Consortium สภาอุตสาหกรรมแห่งประเทศไทย (The Federation of Thai Industries – FTI) สำนักงานสภานโยบายการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรมแห่งชาติ (สอวช.) และ หน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของประเทศ (บพข.) เพื่อที่จะชวนนักวิจัย นักพัฒนาในด้าน SynBio มาแลกเปลี่ยนประสบการณ์และแนวคิดในประเด็นต่างๆ ให้กับผู้ฟังที่อาจจะไม่ได้ติดตามวงการอย่างใกล้ชิด

ชีววิทยาสังเคราะห์ในเศรษฐกิจแบบวน loop

ในตอนที่ 2 นี้ เราจะมาพูดคุยกันในหัวข้อ Bioenergy and Circular Economy หรือ พลังงานชีวภาพและเศรษฐกิจหมุนเวียน ซึ่งสืบเนื่องมาจากที่เทคโนโลยีด้าน Synthetic Biology เน้นสร้างนวัตกรรมต่างๆ จากการวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตและกระบวนการทางชีววิทยา หนึ่งในแรงบันดาลใจสำคัญของการใช้เทคโนโลยีชีวภาพเข้ามาแก้ไขปัญหาต่างๆ คือการสร้างเศรษฐกิจและสังคมที่ยั่งยืน งานวิจัยและเทคโนโลยีทางด้านพลังงานชีวภาพ (Bioenergy) และเศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular Economy) จึงเป็นหนึ่งในหมุดหมายสำคัญในสร้างเทคนิคใหม่ๆ เพื่อนำมาปรับใช้ในระดับอุตสาหกรรมไปจนถึงชีวิตประจำวัน การพูดคุยในครั้งนี้จึงมุ่งเน้นไปที่เทคโนโลยีและงานวิจัยในหัวข้อดังกล่าว โดยมีผู้ร่วมสนทนาเป็นนักวิจัยที่มีความเชี่ยวชาญ มีผลงานวิจัยทั้งในด้านงานพื้นฐานและงานประยุกต์ที่นำไปใช้งานจริงในประเทศไทย โดยมี อ. ติ๊ดตี่ ธัญญพร วงศ์เนตร จากสถาบันวิทยสิริเมธี หรือ VISTEC ที่ทำงานวิจัยด้านเอนไซม์และการสร้างแก๊สชีวภาพ ทั้งในห้องทดลองและนำไปใช้จริงในชุมชน และ อ. เต๋า ชยสิทธิ์ อุตมาภินันท์ จาก VISTEC เช่นกัน ที่มีความเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีวิศวกรรมชีวการแพทย์ ไปจนถึงการย่อยพลาสติกด้วยกระบวนการทางชีวภาพ และดำเนินรายการโดย ไอซ์ ชลพิสิฐ เกียรติเสวี นักวิจัยหลังปริญญาเอกด้านชีววิทยาสังเคราะห์จาก MIT 

เปลี่ยนขยะให้เป็นพลังงาน

ในด้านของพลังงานชีวภาพนั้น เราได้ อ. ติ๊ดตี่ ที่เป็นผู้เชี่ยวชาญในประเทศไทยเข้ามาแลกเปลี่ยนประสบการณ์กับภาคของเรา อ. ติ๊ดตี่มีความสนใจในวิจัยทางด้านชีวเคมีเกี่ยวกับการค้นหาเอนไซม์ที่ผลิตมีเทน การเปลี่ยนน้ำตาลไปเป็นน้ำตาลมูลค่าสูง และได้เห็นปัญหาเรื่องขยะเมื่อกลับมาทำงานที่ประเทศไทย (ราว 7 ปีก่อน) จึงหันมาทำเรื่องการจัดการขยะโดยเฉพาะการเปลี่ยนขยะอาหาร (Food Waste) ไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงขึ้น โดยเน้นการผลิต Biochemicals และ Bioenergy ในปัจจุบันกลุ่มวิจัยของ อ.ติ๊ดตี่ เน้นประยุกต์งานวิจัยเข้ากับการกำจัดขยะทางการเกษตรและขยะอินทรีย์ด้วย โดยใช้แพลตฟอร์มเทคโนโลยีชีวภาพทั้ง Enzyme, Native Cells และ Cocktail Cells (เอาจุลินทรีย์หลายๆ ชนิดมาผสมกัน) ซึ่งทั้งหมดนี้ใช้เทคโนโลยีทางชีววิทยาสังเคราะห์ (Synthetic Biology) มาประยุกต์ใช้ทั้งสิ้น

งานวิจัยในชุมชน

นอกจากจะสร้างระบบการผลิตพลังงานชีวภาพในห้องทำลองแล้วว อ.ติ๊ดตี่ได้นำเทคโนโลยีเข้าไปประยุกต์ใช้ในชุมชนด้วยเช่นกัน โดยใช้กลุ่มเชื้อ Supermicrobes ที่ทางกลุ่มวิจัยได้ศึกษาค้นคว้ามาเปลี่ยนขยะเศษอาหารเป็นก๊าซชีวภาพที่มีมีเทน (1) เกือบ 80% และผลิตปุ๋ยชีวภาพที่มีสารอาหารและฮอร์โมนพืชพร้อมสำหรับนำไปใช้ในการเกษตร โครงการนี้ได้ดำเนินการในกว่า 50 สถานีใน 17 จังหวัดทั่วประเทศไทย เริ่มตั้งแต่ปี 2019 โดย อ.ติ๊ดตี่พบว่าการออกแบบสิ่งประดิษฐ์เพื่อประต้องคำนึงถึงการยอมรับของชุมชนเป็นอย่างมาก เช่น เมื่อทำถังเป็นสแตนเลสสตีล ชุมชนไม่กล้าใช้เพราะดูเหมือนถังผลิตสารเคมีที่ดูแล้วอาจจะอันตราย แต่เมื่อทำเป็นถังพลาสติกคล้ายถังเลี้ยงปลาที่ชุมชนคุ้นเคยกลับได้รับการตอบรับที่ดีกว่า นอกจากนี้ การสื่อสารก็ต้องปรับให้เข้าใจง่าย ไม่เน้นรายละเอียดทางเทคนิคมากเกินไป เพื่อให้ผู้ใช้สามารถเข้าใจกับระบบการทำงานทางชีวภาพนี้ได้ และสามารถทำงานร่วมกับทีมวิจัยได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เข้าใจจริงหรือเข้าใจผิด

คำถามหนึ่งที่ถูกแทรกเข้าไประหว่างการเสวนาคือการให้อาจารย์ทั้งสองท่านได้ยกตัวอย่าง “ความเข้าใจผิด” (Misconceptions) เกี่ยวกับงานวิจัยในแวดวงนี้ อ. ติ๊ดตี่ ได้ยกตัวอย่างที่ชัดเจนมากๆ เกี่ยวกับการผลิด biochemicals และ bioenergy ที่คนมักเข้าใจผิดว่าจะไปแย่งเอาอาหารคนหรือสัตว์มาใช้ในการผลิตเหล่านี้ ทั้งที่จริงแล้วงานวิจัยนี้เน้นการเพิ่มมูลค่า (Value-added) หรือเปลี่ยนขยะให้เป็นสิ่งที่มีมูลค่า (Waste Valorization) ซึ่งส่งเสริมเศรษฐกิจหมุนเวียนอย่างเป็นรูปธรรม ในส่วน อ. เต๋าอธิบายถึงคำจำกัดความของ Bioplastic ว่ามันมีอยู่หลายรูปแบบด้วยกัน คนทั่วไปอาจจะเข้าใจว่า Bioplastic ต้องเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเสมอมากกว่า Plastic ทั่วไปเสมอ แต่ความจริงแล้ว คำจำกัดความของ Bioplastic นั้นอยู่ที่วัตถุดิบที่นำมาใช้อย่าง Biologically-derived Materials หรือวัสดุจากธรรมชาติ ซึ่งในบางกรณีแม้วัตถุดิบหรือสารตั้งต้นจะมาจากธรรมชาติ แต่ทว่าองค์ประกอบทางเคมีก็เหมือนกับของพลาสติกที่มาจากกระบวนการปิโตรเคมี (Petrochemicals) ในแง่การย่อยสลายหรือความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมอาจไม่ต่างกันมากนัก แม้แต่พลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (Biodegradable Plastic) บางเกรดก็ไม่สามารถย่อยในธรรมชาติได้จริง ต้องใช้จุลินทรีย์ที่ผ่านกระบวนวิศวกรรม หรือเพิ่มขั้นตอนในการย่อยสลายอื่นๆ เข้าไปด้วย ดังนั้นการย่อยต้องทำในสภาพแวดล้อมที่ควบคุม ไม่สามารถทิ้งให้ย่อยสลายตามธรรมชาติได้ ซึ่งเป็นอีกหนึ่งความเข้าใจผิดเกี่ยวกับ Biodegradable Plastic นี้เอง

ย่อยสลายพลาสติกด้วยเอนไซม์

ในส่วนของเศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular Economy) เราได้ อ.เต๋า ที่มีความเชี่ยวชาญทางด้านการดัดแปลงเอนไซม์เพื่อย่อยพลาสติกแล้วนำกลับมาใช้ใหม่ โดยดั้งเดิมแล้ว อ.เต๋า ทำวิจัยในด้าน Chemical Biology และ Synthetic Biology มาก่อน โดยเน้นทำ Enzyme Engineering มาก่อน แต่เน้นไปที่ Constructive Enzyme ใช้สร้างพันธะเชื่อมโมเลกุลต่างๆ เข้ากับโปรตีนที่สนใจ พอขยับเข้าไปทำงานระดับ Post-doc ก็ได้ทำงานเกี่ยวกับการปรับปรุงไรโบโซมที่ใช้สังเคราะห์โปรตีนให้สามารถสังเคราะห์พอลิเมอร์แบบอื่นที่ไม่ใช่โปรตีนได้ด้วยด้วย เมื่อกลับมาประเทศไทยจึงเริ่มสนใจเอนไซม์ที่ใช้ย่อยพอลิเมอร์แทนการผลิตของมัน โดยในช่วง 5 ปีที่ผ่านมาได้มุ่งเป้าไปที่การค้นหาเอนไซม์ใหม่ๆ ที่ใช้ย่อย PET (Polyethylene Terephthalate) พลาสติกที่ใช้การผลิตวัสดุมากมาย ยกตัวอย่างที่ใกล้ชีวิตประจำวันที่สุดก็คงเป็นขวดน้ำพลาสติกที่เราใช้กัน รวมไปถึงการดัดแปลงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการย่อยของเอนไซม์เหล่านี้ หลังจากการย่อยพลาสติกเหล่านี้เราจะได้สารเคมีที่เหมือนกับสารตั้งต้นที่ใช้ผลิตพลาสติกออกมาที่เรียกว่าโมโนเมอร์ (Monomer) โดยสารจำพวกโมโนเมอร์นี้สามารถนำเอาไปใช้สร้างพลาสติกระรอกใหม่หรือนำไปใช้ในกระบวนอื่นๆ ได้ จัดกว่าเป็นการนำเอาทรัพยากรหมุนเวียนเข้าไปในระบบด้วยกระบวนการทางชีวภาพนี่เอง

Microbial-based PET degradation and upcycling workflow

(ภาพจาก Enzymes, auxiliaries, and cells for the recycling and upcycling of polyethylene terephthalate – ScienceDirect)

งานวิจัยบูรณาการในโรงงานขยะ

หากพูดถึงการบูรณาการพลังงานชีวภาพและการรีไซเคิลด้วยกระบวนการทางชีวภาพในเศรษฐกิจหมุนเวียนเข้าด้วยกัน อ. เต๋าอธิบายว่าปัจจุบันมีวิธีการจัดการขยะพลาสติกอยู่ 2 วิธีหลักคือการรีไซเคิลเชิงกล (Mechanical Recycling) และการรีไซเคิลเชิงเคมี (Chemical Recycling) โดย Mechanical Recycling เป็นการนำพลาสติกชนิดเดิมนั้นมาขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ ข้อดีของการไรไซเคิลแบบนี้คือใช้พลังงาน สารเคมี ไปจนถึงความดันและความร้อนไม่มาก แต่ทุกครั้งที่ทำการรีไซเคิลก็มักจะได้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีคุณภาพลดลง ในขณะที่ Chemical Recycling จะเป็นการเปลี่ยนพอลิเมอร์พลาสติกเหล่านั้นให้เป็นโมโนเมอร์ที่สามารถนำไปสร้างพลาสติกใหม่ได้ การบวนการนี้ใช้พลังงานมาก อาจมีการปล่อยก๊าซและสารพิษในกระบวนการ ในปัจจุบันประเทศไทยเน้น Mechanical Recycling เพราะ Chemical Recycling นั้นมีความซับซ้อน ต้องใช้โรงงานขนาดใหญ่จึงจะคุ้มทุน และอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและชุมชนได้ ดังนั้น Biocatalytic Recycling ที่ใช้เอนไซม์ย่อยพลาสติกเป็นโมโนเมอร์จึงอาจเป็นทางเลือกที่ดี เพราะไม่ต้องใช้สารพิษหรืออุณหภูมิสูงเหมือน Chemical Recycling แบบดั้งเดิม และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่า

หากเจาะลึกไปที่การย่อยพลาสติกทางชีวภาพ อ. เต๋าอธิบายว่าไม่ว่าชุมชนไหนก็ต้องเริ่มจากการแยกพลาสติกให้ถูกประเภทเสียก่อนก่อนจึงจะรีไซเคิลได้ดี ซึ่งพลาสติกเองก็มีอยู่หลายชนิดและบางชนิดก็แยกได้ง่ายกว่าชนิดและย่อยสลายทางชีวภาพได้ง่ายกว่าชนิดอื่นๆ เช่น ขวดน้ำ PET สามารถแยกออกจากขยะอื่นได้ค่อนข้างง่าย และหากใช้เอนไซม์ที่จำเพาะกับพลาสติกชนิดนี้ก็จะย่อยส่วนของพลาสติกได้ง่ายแม้ว่าจะมีสารปนเปื้อนมาบ้าง นอกจากนี้ พลาสติกแบบเดียวกันที่มีการขึ้นรูปต่างกันยังมีคุณสมบัติที่ต่างกันไปอีกด้วย ประเด็นที่มีการวิจัยอยู่มากคือเรื่องของเป็นผลึกของพลาสติกเหล่านี้ ซึ่งหากความเป็นผลึกค่อนข้างสูง จะต้องมีการทำให้ลดความเป็นผลึกเสียก่อนจึงจะย่อยได้ง่ายขึ้น (2)

การดำเนินโครงการ SUZDEE (Sustainable Zero Waste Digestant for well-being)

(ภาพจาก Technology Showcase: SUZDEE | VISTEC: Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology)

การพัฒนาเทคโนโลยีต้องพึ่งพามากกว่านักวิจัย

บทสนทนาในช่วงสุดท้ายเรายกประเด็นที่ว่าหากประเทศไทยจะนำเอาหลักคิดแบบเศรษฐกิจหมุนเวียนมาใช้ในประเทศ จะต้องคำนึงถึงปัจจัยไหนบ้าง อ. ติ๊ดตี่มองว่าประเทศไทยมีแต้มต่อเพราะมีความหลากหลายทางชีวภาพสูง ทำให้มีโอกาสในการค้นหาจุลินทรีย์ใหม่ๆ เพื่อใช้ในชีววิทยาสังเคราะห์ที่สนับสนุนงานเศรษฐกิจหมุนเวียน อีกทั้งประเทศไทยมีเกษตรกรรมเป็นหลักและเป็นผู้นำในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ทำให้มีเศษวัสดุเหลือทิ้งจำนวนมากที่ต้องจัดการ ทั้งรัฐบาลและหน่วยงานให้ทุนสนับสนุนงานด้าน Synbio, Circular Economy และ Carbon Neutrality ภาคเอกชนก็ให้การสนับสนุนเช่นกันเพราะเป็นอนาคตของทุกกลุ่มอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม ทิศทางนโยบายของภาครัฐยังไม่ชัดเจนเท่าที่ควร

อ. เต๋าเสริมว่าแม้ทุกคนจะทราบว่าประเทศในเขตร้อนมีความหลากหลายทางชีวภาพและมีความเชี่ยวชาญในท้องถิ่น มีการระบบการเก็บรักษาเชื้อจุลินทรีย์ที่ค่อนข้างดีที่ หลายหน่วยงานไปจนถึงภาคอุตสาหกรรมก็ใช้จุลินทรีย์และเอนไซม์จากภูมิภาคเขตร้อนนี้ในการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพใหม่ๆ แต่เป็นที่น่าเสียดายที่รัฐบาลไทยไม่ได้ผลักดันหน่วยวิจัยในประเทศให้พัฒนาต่อยอดเท่าที่ควร ซึ่งกรณีนี้เป็นการวางแผนนโยบายที่ควรมองในระยะยาวมากขึ้น

อาจารย์สองท่านทิ้งท้ายว่า งานชีววิทยาสังเคราะห์เป็นงานที่ใช้เงินลงทุนสูงและไม่ได้เห็นผลเร็ว ผลิตภัณฑ์อาจจะยังไม่เป็นไปได้ในวันนี้ แต่เป็นงานแห่งอนาคต วันหนึ่งน้ำมันดิบอาจหมดไป และเราไม่สามารถพึ่งพาวิธีการทางเคมีได้อย่างเดียว ในประเด็นนี้จึงอยากให้เปิดใจให้กับชีววิทยาสังเคราะห์ นอกจากนี้ การสร้างโครงสร้างพื้นฐานด้านชีววิทยาสังเคราะห์ที่นักวิจัยหลายกลุ่มสามารถใช้ร่วมกันได้จะเป็นประโยชน์กับอุตสาหกรรมหลายด้านในประเทศไทย หากได้รับการสนับสนุนจากรัฐบาลเท่าที่ควรก็จะเกิดผลตอบแทนในระยะยาวที่คุ้มค่าในกางลงทุนแน่นอน ทั้งนี้ ทางรัฐบาลไทยได้มีการจัดสรรนโยบายทางด้าน Bio-Circular-Green (BCG) Economy Model (3) ที่ได้รับการยอมรับจากภาคีระดับนานาชาติอย่าง APEC หากว่าอยากศึกษาเรื่องนโยบายระดับนานาชาติเพิ่มเติมสามารถเข้าไปฟังหรืออ่านสรุปบทความใน SynBio Forum EP.1 (อ่านได้ที่นี่)

Recap TL; DR

• งานวิจัยของอาจารย์ติ๊ดตี่ศึกษาการเปลี่ยนขยะอาหารเป็น Biochemicals และ Bioenergy ส่วนอาจารย์เต๋าทำงานด้าน Enzyme Engineering และการย่อยพลาสติกด้วยเอนไซม์

• อาจารย์ติ๊ดตี่ ใช้เทคโนโลยีชีวภาพ เช่น เอนไซม์และเซลล์ชีวภาพ เพื่อผลิตพลังงานชีวภาพ พัฒนาแพลตฟอร์มการจัดการขยะอินทรีย์และการเปลี่ยนขยะเกษตรเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่า

• อาจารย์เต๋า ค้นหาและพัฒนาเอนไซม์ย่อยพลาสติก PET เพื่อให้สามารถรีไซเคิลเป็นโมโนเมอร์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้

• Biochemicals และ Bioenergy ไม่ได้แย่งทรัพยากรอาหาร แต่เป็นการนำขยะมาใช้ให้เกิดมูลค่า Bioplastic ไม่ได้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเสมอไป เพราะองค์ประกอบเคมีคล้ายพลาสติกทั่วไป

• ใช้ Supermicrobes นำเทคโนโลยีสู่ชุมชน เปลี่ยนขยะอาหารเป็นก๊าซชีวภาพและปุ๋ยชีวภาพและปรับการออกแบบอุปกรณ์ให้เหมาะสมกับชุมชนเพื่อเพิ่มการยอมรับ

• วิธีการรีไซเคิลพลาสติก

  1. Mechanical recycling: ใช้พลังงานต่ำแต่คุณภาพพลาสติกลดลง

  2. Chemical recycling: ได้วัตถุดิบใหม่แต่ใช้พลังงานสูงและอาจก่อมลพิษ

  3. Biocatalytic recycling: ใช้เอนไซม์ช่วยย่อย ลดสารพิษและพลังงานที่ใช้

• พลาสติกบางชนิดรีไซเคิลง่าย เช่น PET ในการย่อยพลาสติกทางชีวภาพ พลาสติกมีโครงสร้างผลึกสูงต้องลดความเป็นผลึกก่อนเพื่อให้เอนไซม์ทำงานได้ดี

• ประเทศไทยมีโอกาสในเศรษฐกิจหมุนเวียน มีความหลากหลายทางชีวภาพที่ช่วยให้ค้นหาจุลินทรีย์ใหม่ ๆ ได้ ภาคเอกชนสนับสนุน แต่ภาครัฐยังมีนโยบายที่ไม่ชัดเจน

• ข้อจำกัดของการพัฒนาเทคโนโลยีในประเทศไทย

  1. ประเทศไทยมีศักยภาพด้านจุลินทรีย์และเอนไซม์ แต่ขาดการผลักดันจากภาครัฐ

  2. ควรมองนโยบายด้านเศรษฐกิจหมุนเวียนในระยะยาว

• ชีววิทยาสังเคราะห์เป็นเทคโนโลยีแห่งอนาคต ต้องใช้เงินลงทุนสูงและใช้เวลานานกว่าจะเห็นผลหากได้รับการสนับสนุน จะช่วยให้ประเทศไทยลดการพึ่งพาปิโตรเคมีและพัฒนาอุตสาหกรรมใหม่ ๆ

สามารถฟังเวอร์ชันเต็มแบบต้นฉบับได้ที่

ติดตาม podcast:

Facebook: https://www.facebook.com/ThaiSynbio/videos/1963066451165229 

YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=44DBQQ3CwBE

References

(1) Tirapanampai, C.; Woraruthai, T.; Jiemanukunkij, T.; Chairob, T.; Thakhiew, P.; Sawatraksa, S.; Witdyawudthikul, P.; Rungjaroenchaiwat, S.; Supawatkon, C.; Senthong, P.; Wittayawuttikul, R.; Chaiyen, P.; Wongnate, T. Unlocking the Potential of Anaerobic Digestion for Tropical Communities: The SUZDEE System’s Approach to Biogas and Biofertilizer Production. Environ. Chall. 2025, 19, 101136. https://doi.org/10.1016/j.envc.2025.101136.

(2) Wongsatit, T.; Srimora, T.; Kiattisewee, C.; Uttamapinant, C. Enzymes, Auxiliaries, and Cells for the Recycling and Upcycling of Polyethylene Terephthalate. Curr. Opin. Syst. Biol. 2024, 38, 100515. https://doi.org/10.1016/j.coisb.2024.100515.

(3) APEC. Bangkok Goals on Bio-Circular-Green (BCG) Economy; 2022. https://bangkokgoals.apec.org/.

The post Bioenergy and Circular Economy | พลังงานชีวภาพและเศรษฐกิจหมุนเวียน first appeared on SynBio Consortium.

โลกของเรากำลังเผชิญกับความท้าทาย\หลายด้าน ไม่ว่าจะเป็นการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่ส่งผลกระทบต่อผลผลิตทางการเกษตรอย่างรุนแรง และความต้องการอาหารที่ดีต่อสุขภาพ ปลอดภัย และผลิตขึ้นอย่างยั่งยืนที่เพิ่มมากขึ้น ระบบการผลิตอาหารแบบดั้งเดิมเริ่มจะไม่สามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้อย่างเต็มที่ และบ่อยครั้งก็สร้างผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก ชีววิทยาสังเคราะห์ (Synthetic Biology, SynBio) จึงก้าวเข้ามาเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่จะช่วยเสนอทางออกให้กับปัญหาเหล่านี้ ในบทความนี้ จะยกตัวอย่างอาหารและสารปรุงแต่งที่ผลิตด้วยวิธีทาง SynBio

อาหารจาก SynBio

สารให้ความหวานจาก SynBio ที่ทั้งหวานและดีต่อสุขภาพ

เทคโนโลยี “การหมักอย่างแม่นยำ” (Precision Fermentation) คือเบื้องหลังการผลิตสารให้ความหวานยุคใหม่ โดยเป็นการใช้จุลินทรีย์ เช่น ยีสต์ เป็นโรงงานผลิตสารความหวานที่ต้องการ มีขั้นตอนหลักคือ ค้นหาสารให้ความหวานจากธรรมชาติ เช่น โปรตีนรสหวานจากผลไม้หายาก หรือสารในหญ้าหวาน ถอดรหัสและใส่ยีนที่ควบคุมการสร้างสารนั้นเข้าไปในจุลินทรีย์ นำไปหมักในถังชีวภาพเพื่อให้จุลินทรีย์ผลิตสารให้ความหวานออกมาจำนวนมาก จากนั้นจึงนำไปสกัดและทำให้บริสุทธิ์เพื่อนำไปใช้งาน

• โปรตีนรสหวาน (Sweet Proteins) เช่น บราซซีอิน (Brazzein) ที่สกัดได้จากพืชในแอฟริกา (Pentadiplandra brazzeana) ซึ่งหวานกว่าน้ำตาลหลายร้อยถึงหลายพันเท่า แต่การสกัดโดยตรงจากพืชนั้นให้ผลผลิตน้อยและมีกระบวนการที่ยุ่งยาก¹ SynBio ทำให้เราสามารถผลิตบราซซีอินในปริมาณมากผ่านยีสต์ และยังสามารถปรับปรุงคุณสมบัติของโปรตีนให้ทนต่อความร้อนหรือค่า pH ที่หลากหลายได้ดีขึ้นอีกด้วย (1) บริษัท Oobli ในต่างประเทศก็นำบราซซีอินมาใช้ในผลิตภัณฑ์ของตนแล้ว (2) นอกจากนี้ยังมี โมเนลลิน (Monellin) และ ทอมาทิน (Thaumatin) ซึ่งก็เป็นโปรตีนรสหวานจัดที่กำลังได้รับความสนใจ (3)

   

• อัลลูโลส (Allulose) เป็นน้ำตาลชนิดหนึ่งที่พบได้ในธรรมชาติในปริมาณน้อยมาก (เช่น ในลูกเกด มะเดื่อ) แต่มีแคลอรี่น้อยกว่าน้ำตาลทรายทั่วไปถึง 70-90% ในขณะที่ยังคงให้ความหวานได้ใกล้เคียงกัน เทคโนโลยีการหมักอย่างแม่นยำช่วยให้สามารถผลิตอัลลูโลสในปริมาณมากพอสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ได้ (4)

   

• น้ำตาลแอลกอฮอล์ (Sugar Alcohols) เช่น ไซลิทอล (Xylitol) และ อิริทริทอล (Erythritol) ซึ่งผลิตผ่านกระบวนการทางจุลินทรีย์ (4) สารกลุ่มนี้ให้แคลอรี่ต่ำกว่าน้ำตาล ไม่ทำให้ฟันผุ และไม่ทำให้ระดับน้ำตาลในเลือดสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว (5) โดยเฉพาะไซลิทอล การผลิตด้วยวิธีชีวภาพผ่านจุลินทรีย์นั้นถือว่าปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าการผลิตด้วยวิธีทางเคมีแบบดั้งเดิมที่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นโลหะหนัก (4)

   

• ทากาโทส (Tagatose) เป็นน้ำตาลแคลอรี่ต่ำอีกชนิดหนึ่งที่สามารถผลิตได้โดยใช้แบคทีเรียกรดแลคติก (lactic acid bacteria) (4)

ความก้าวหน้าของ SynBio ไม่ได้หยุดอยู่แค่การผลิตสารให้ความหวานที่มีแคลอรี่ต่ำเท่านั้น แต่ยังมุ่งเน้นไปที่การสร้างความหวานที่ไม่เพียงดีต่อสุขภาพ แต่ยังให้รสชาติที่เป็นธรรมชาติ และผลิตขึ้นมาได้อย่างยั่งยืน ซึ่งตอบโจทย์ความต้องการของผู้บริโภคยุคใหม่ที่ใส่ใจทั้งสุขภาพและสิ่งแวดล้อม (12)

นอกจากนีั SynBio ช่วยให้เราสามารถเข้าถึงสารให้ความหวานจากธรรมชาติที่หายากเหล่านี้ได้ โดยไม่ต้องกังวลเรื่องข้อจำกัดด้านการเกษตรหรือปริมาณการผลิตอีกต่อไป ทำให้จุลินทรีย์กลายเป็น “โรงงานผลิตความหวาน” ที่ทรงประสิทธิภาพและยั่งยืน

โปรตีนทางเลือก

โปรตีนเป็นสารอาหารสำคัญที่ร่างกายขาดไม่ได้ แต่การผลิตเนื้อสัตว์ซึ่งเป็นแหล่งโปรตีนหลักของใครหลายคนในปัจจุบัน กำลังสร้างแรงกดดันมหาศาลต่อโลกของเรา การทำฟาร์มปศุสัตว์แบบดั้งเดิมต้องใช้ทรัพยากรจำนวนมาก ทั้งที่ดินผืนใหญ่สำหรับเลี้ยงสัตว์และปลูกพืชอาหารสัตว์ ปริมาณน้ำมหาศาล และยังปล่อยก๊าซเรือนกระจก (โดยเฉพาะก๊าซมีเทนจากวัว) ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญของภาวะโลกร้อน (6) ในขณะเดียวกัน ความต้องการโปรตีนทั่วโลกก็มีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้นตามจำนวนประชากร (7) “โปรตีนทางเลือก” (Alternative Proteins) จึงกลายเป็นคำตอบสำคัญที่นักวิทยาศาสตร์และผู้ประกอบการทั่วโลกกำลังให้ความสนใจอย่างมาก และ SynBio ก็คือเทคโนโลยีเบื้องหลังที่ทำให้โปรตีนทางเลือกเหล่านี้มีความเป็นไปได้จริงและน่าตื่นเต้นยิ่งขึ้น (7)

โปรตีนทางเลือกที่พัฒนาด้วย SynBio สามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มใหญ่ๆ ได้ดังนี้

• โปรตีนจากพืชฉบับเพิ่มประสิทธิภาพ (Upgraded Plant-Based Proteins) โปรตีนจากพืช เช่น ถั่วเหลือง ถั่วลันเตา หรือธัญพืชต่างๆ ไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่ SynBio เข้ามาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ (Upgrade) ให้โปรตีนเหล่านี้มีคุณสมบัติที่น่าสนใจยิ่งขึ้น (8) นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้เทคนิคการตัดต่อยีนเพื่อปรับปรุงรสชาติ เนื้อสัมผัส และคุณค่าทางโภชนาการของโปรตีนจากพืชให้ใกล้เคียงกับเนื้อสัตว์มากขึ้น (7) ตัวอย่างที่รู้จักกันโดยทั่วไปคือ บริษัท Impossible Foods ที่ใช้ SynBio ในการผลิต “ฮีม” (Heme) ซึ่งเป็นโมเลกุลที่พบในเลือดสัตว์และทำให้เนื้อมีรสชาติและสีที่เป็นเอกลักษณ์ โดย Impossible Foods ผลิตฮีมจากยีสต์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรม ทำให้เบอร์เกอร์จากพืชของพวกเขามีรสชาติ กลิ่น และสีสันที่ชวนให้นึกถึงเนื้อจริงๆ (9) บริษัท Motif FoodWorks ก็เป็นอีกหนึ่งตัวอย่างที่พัฒนาส่วนผสมต่างๆ จาก SynBio เพื่อปรับปรุงเนื้อสัมผัสและรสชาติของอาหารจากพืชให้ดียิ่งขึ้น (10)

   

• เนื้อสัตว์เพาะเลี้ยง หรือ เนื้อสัตว์จากห้องแล็บ (Cell-Cultured Meat / Lab-Grown Meat) นี่คือการสร้าง “เนื้อสัตว์จริงๆ” ขึ้นมาจากการเพาะเลี้ยงเซลล์สัตว์ในห้องปฏิบัติการ โดยไม่จำเป็นต้องเลี้ยงและฆ่าสัตว์ทั้งตัว (7) กระบวนการนี้เริ่มต้นจากการเก็บตัวอย่างเซลล์ต้นกำเนิด (Stem Cells) หรือเซลล์กล้ามเนื้อจำนวนเล็กน้อยจากสัตว์ (เช่น วัว หมู ไก่ หรือปลา) จากนั้นนำเซลล์เหล่านี้ไปเลี้ยงในถังเพาะเลี้ยงเซลล์ (Bioreactor) ที่มีสารอาหารและปัจจัยการเจริญเติบโต (Growth Factors) ที่เหมาะสม เซลล์จะแบ่งตัวเพิ่มจำนวนและพัฒนาไปเป็นเส้นใยกล้ามเนื้อ จนกลายเป็นชิ้นเนื้อที่พร้อมนำไปปรุงอาหารได้ (11) บริษัท UPSIDE Foods และ GOOD Meat (ซึ่งเป็นบริษัทลูกของ Eat Just) เป็นผู้บุกเบิกในวงการนี้ และเป็นสองบริษัทแรกที่ได้รับอนุญาตให้จำหน่ายเนื้อไก่เพาะเลี้ยงแก่ผู้บริโภคในสหรัฐอเมริกา (11) ก่อนหน้านั้น สิงคโปร์ถือเป็นประเทศแรกในโลกที่อนุมัติการขายเนื้อไก่เพาะเลี้ยงจาก Eat Just (12)

   

• โปรตีนจากการหมัก (Fermentation-Derived Proteins) เทคโนโลยีการหมักถูกนำมาใช้เพื่อผลิตโปรตีนในสองรูปแบบหลักๆ ได้แก่ การหมักอย่างแม่นยำ (Precision Fermentation) คล้ายกับการผลิตสารให้ความหวาน คือการใช้จุลินทรีย์ (เช่น ยีสต์ เชื้อรา หรือแบคทีเรีย) ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมให้ผลิตโปรตีนจำเพาะชนิดใดชนิดหนึ่งออกมา (13) ตัวอย่างเช่น บริษัท Perfect Day ที่ใช้การหมักอย่างแม่นยำในการผลิตโปรตีนนม (เช่น เคซีนและเวย์) ที่เหมือนกับโปรตีนในนมวัว แต่ไม่ต้องใช้วัวแม้แต่ตัวเดียว โปรตีนเหล่านี้สามารถนำไปทำไอศกรีม ชีส โยเกิร์ต และผลิตภัณฑ์นมอื่นๆ ได้ (13) นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาการผลิตโปรตีนไข่โดยไม่ต้องพึ่งแม่ไก่อีกด้วย (14)

   

• การหมักชีวมวล (Biomass Fermentation) วิธีนี้เน้นการใช้จุลินทรีย์ที่มีโปรตีนสูงและเจริญเติบโตได้รวดเร็ว มาเป็นส่วนผสมหลักของอาหารโดยตรง (15)  ตัวอย่างคือ Quorn ซึ่งใช้ไมโคโปรตีน (Mycoprotein) ที่ได้จากการหมักเชื้อราชนิดหนึ่ง (15)  อีกบริษัทที่น่าสนใจคือ Nature’s Fynd ที่ค้นพบเชื้อรา Fusarium strain flavolapis จากน้ำพุร้อนในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตน สหรัฐอเมริกา และนำมาผลิตเป็นโปรตีนที่เรียกว่า “Fy protein” ซึ่งมีคุณค่าทางโภชนาการสูงและสามารถนำไปทำผลิตภัณฑ์ได้หลากหลาย เช่น ครีมชีส หรือนักเก็ตจากพืช (16)

การเกิดขึ้นของโปรตีนทางเลือกเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงการแทนที่เนื้อสัตว์แบบเดิมๆ แต่เป็นการกระจายแหล่งโปรตีน (Protein Diversification) ให้มีความหลากหลายมากขึ้น SynBio ไม่เพียงแต่ช่วยให้เราสร้างโปรตีนที่เลียนแบบของเดิมได้ แต่ยังเปิดโอกาสให้เราค้นพบและพัฒนาแหล่งโปรตีนใหม่ๆ ที่มีคุณลักษณะเฉพาะตัวและมีประโยชน์แตกต่างกันไป เช่น โปรตีน Fy ของ Nature’s Fynd ที่มาจากสิ่งมีชีวิตทนความร้อนสูง (extremophiles) (16) หรือการปรับปรุงโปรตีนจากพืชให้มีคุณค่าทางโภชนาการมากขึ้น มีองค์ประกอบกรดอะมิโนที่ครบถ้วนสมบูรณ์และย่อยง่ายขึ้น (8)

โปรตีนทางเลือกทั้งสามกลุ่มนี้ไม่ได้แยกออกจากกันโดยสิ้นเชิง แต่มีความสัมพันธ์และส่งเสริมซึ่งกันและกัน (6) ส่วนผสมที่ได้จากการหมักอย่างแม่นยำ เช่น รสชาติ ไขมัน หรือโปรตีนจำเพาะอย่างฮีม สามารถนำไปใช้เพิ่มคุณภาพให้กับผลิตภัณฑ์จากพืชหรือเป็นส่วนประกอบสำคัญในอาหารเลี้ยงเซลล์สำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงได้ (17) โปรตีนที่ได้จากการหมักชีวมวลก็สามารถนำไปผสมกับโปรตีนจากพืชเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ ที่มีเนื้อสัมผัสและคุณค่าทางโภชนาการที่ดีขึ้น (6) ความเชื่อมโยงเหล่านี้จะยิ่งผลักดันนวัตกรรมในวงการโปรตีนทางเลือกให้ก้าวหน้าไปอีกขั้น

วิตามิน

ความจริงแล้ว จุลินทรีย์หลายชนิด เช่น แบคทีเรีย ยีสต์ และเชื้อรา มีความสามารถในการสังเคราะห์วิตามินบางชนิดได้เองตามธรรมชาติอยู่แล้ว (18)  นักวิจัย SynBio จึงได้นำความสามารถนี้มาต่อยอด โดยใช้เทคนิคทางวิศวกรรมเมแทบอลิซึม (Metabolic Engineering) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ SynBio เพื่อออกแบบ จุลินทรีย์เหล่านี้ให้กลายเป็น “โรงงานผลิตวิตามิน” ที่มีประสิทธิภาพสูงยิ่งขึ้น เมื่อได้จุลินทรีย์ที่ผ่านการปรับปรุงแล้ว ก็นำไปเลี้ยงในถังหมักขนาดใหญ่ภายใต้สภาวะที่ควบคุมอย่างเหมาะสม ทั้งอุณหภูมิ ค่า pH ปริมาณออกซิเจน และชนิดของสารอาหาร เพื่อให้จุลินทรีย์เหล่านี้สามารถผลิตวิตามินออกมาได้ในปริมาณสูงสุด (5)(6) กระบวนการนี้ไม่เพียงแต่ทำให้ได้วิตามินที่มีความบริสุทธิ์สูง แต่ยังช่วยลดต้นทุนและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเมื่อเทียบกับวิธีการผลิตแบบเดิมๆ SynBio สามารถนำมาใช้ผลิตวิตามินได้หลากหลายชนิด ทั้งวิตามินที่ละลายในน้ำและวิตามินที่ละลายในไขมัน ตัวอย่างเช่น

• วิตามิน B2 (Riboflavin) เป็นวิตามินที่ผลิตในเชิงอุตสาหกรรมโดยใช้จุลินทรีย์อย่าง Ashbya gossypii หรือ Bacillus subtilis มาเป็นเวลานานแล้ว (19) Riboflavin มักถูกใช้เป็นอาหารเสริมและเป็นวัตถุเจือปนอาหารเพื่อเพิ่มคุณค่าทางโภชนาการและให้สีเหลืองตามธรรมชาติแก่อาหาร เช่น ผลิตภัณฑ์นม ซอส อาหารเด็ก และเครื่องดื่มชูกำลัง (20)

   

• วิตามิน B12 (Cobalamin) ผลิตโดยใช้แบคทีเรีย เช่น Pseudomonas denitrificans หรือ Propionibacterium shermanii (21) วิตามิน B12 มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานของระบบประสาทและการสร้างเม็ดเลือดแดง

   

• วิตามิน C (Ascorbic Acid) สามารถผลิตได้ผ่านกระบวนการหมักแบบสองขั้นตอน (two-step fermentation) หรือหนึ่งขั้นตอน (one-step fermentation) โดยใช้จุลินทรีย์ เช่น Ketogulonicigenium vulgare ร่วมกับ Bacillus megaterium หรือการใช้ Erwinia sp. ที่ผ่านการดัดแปลงพันธุกรรม (22)(23)

   

• วิตามิน K2 การผลิตวิตามิน K2 ในระดับอุตสาหกรรมผ่านกระบวนการหมักก็ประสบความสำเร็จแล้วเช่นกัน (24)

   

• วิตามิน B อื่นๆ รวมถึงวิตามิน B1 (Thiamine), B3 (Niacin), B5 (Pantothenic acid), B6 (Pyridoxine), B7 (Biotin), และ B9 (Folate) ก็มีการวิจัยและพัฒนาการผลิตผ่านจุลินทรีย์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมอย่างต่อเนื่อง (25)

การผลิตวิตามินบี 12 ด้วยกระบวนการหมักโดยใช้ Pseudomonas denitrificans
หรือ Propionibacterium shermanii

(ภาพจาก Fermentative production of vitamin B12 by Propionibacterium shermanii and Pseudomonas denitrificans and its promising health benefits: A review – Tripathi – 2024 – Food Science & Nutrition – Wiley Online Library)

นอกจากการผลิตวิตามินในรูปแบบบริสุทธิ์เพื่อใช้เป็นอาหารเสริมหรือส่วนผสมแล้ว SynBio ยังมีบทบาทในการเพิ่มปริมาณวิตามินในอาหารโดยตรงผ่านกระบวนการหมัก เช่น การใช้วิศวกรรมจุลินทรีย์ที่ใช้ในการหมักโยเกิร์ตหรือชีส ให้สามารถผลิตวิตามินบางชนิดได้มากขึ้นในระหว่างกระบวนการหมักนั้นเอง (26) ทำให้ผลิตภัณฑ์อาหารหมักเหล่านั้นมีคุณค่าทางโภชนาการสูงขึ้นโดยธรรมชาติ นี่คือการเปลี่ยนจากการเติมวิตามินจากภายนอก มาเป็นการสร้างวิตามินจากภายในตัวอาหารเอง ซึ่งเป็นแนวทางที่บูรณาการและอาจเป็นที่ยอมรับของผู้บริโภคได้ง่ายกว่า

เนรมิตรสชาติ สีสัน และยืดอายุอาหารด้วยจุลินทรีย์ 

การผลิตสารปรุงแต่งอาหารแบบดั้งเดิมมักอาศัยการสังเคราะห์ทางเคมี (27) หรือการสกัดจากพืชและสัตว์ (28) ซึ่งอาจมีข้อจำกัดหลายประการ เช่น ต้นทุนสูง ความไม่แน่นอนของวัตถุดิบ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม หรือความกังวลของผู้บริโภคเกี่ยวกับสารเคมีตกค้าง (27) SynBio โดยเฉพาะการหมักอย่างแม่นยำได้เสนอทางเลือกใหม่ในการผลิตสารปรุงแต่งเหล่านี้จากจุลินทรีย์ ซึ่งถือเป็นกระบวนการที่เป็นธรรมชาติและยั่งยืนกว่า (7)

• การผลิตสารให้กลิ่นรส (Flavor Production) จุลินทรีย์หลากหลายชนิด ทั้งยีสต์ เชื้อรา และแบคทีเรีย สามารถถูก “ออกแบบ” ให้ผลิตสารประกอบที่ให้กลิ่นรสต่างๆ ได้อย่างน่าทึ่ง เช่น กลิ่นผลไม้ (ส้ม สตรอว์เบอร์รี) กลิ่นดอกไม้ กลิ่นคาราเมล หรือแม้กระทั่งกลิ่นวานิลลา (27)  ที่น่าสนใจคือ กระบวนการหมักนี้สามารถใช้วัตถุดิบราคาถูกหรือของเหลือทิ้งจากการเกษตร เช่น กากผักผลไม้ หรือรำข้าว มาเป็นอาหารให้จุลินทรีย์ได้อีกด้วย (27)  ตัวอย่างเช่น วานิลลิน (Vanillin) ซึ่งเป็นสารให้กลิ่นวานิลลาที่สำคัญในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม สามารถผลิตได้จากยีสต์ที่ผ่านการดัดแปลงพันธุกรรม บริษัท Evolva และ Conagen เป็นตัวอย่างของบริษัทที่ใช้เทคโนโลยีนี้ในการผลิตวานิลลินและสารให้กลิ่นรสอื่นๆ อีกหลายชนิด (29)(30) อีกตัวอย่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดก็คือ ฮีม (Heme) ที่เริ่มมีการนำมาใช้เพื่อสร้างกลิ่นรสของเนื้อให้กับโปรตีนทางเลือก (17)

   

• การผลิตสีผสมอาหาร (Colorant Production) แทนที่จะใช้สีสังเคราะห์ที่อาจมีข้อกังวลด้านความปลอดภัย หรือสีจากธรรมชาติที่อาจสกัดได้ยากและมีราคาแพง SynBio ช่วยให้เราสามารถผลิตสีผสมอาหารจากจุลินทรีย์ได้ จุลินทรีย์หลายชนิดมีความสามารถในการผลิตเม็ดสี (Pigments) ตามธรรมชาติอยู่แล้ว เช่น สีแดง ส้ม เหลือง หรือแม้กระทั่งสีน้ำเงิน ตัวอย่างเช่น สีแดงจากเชื้อรา Monascus purpureus, เบต้าแคโรทีน (ให้สีส้มแดง) จากเชื้อรา Blakeslea trispora หรือสาหร่าย Dunaliella salina, และ Pyocyanin ให้สีน้ำเงิน จาก Pseudomonas aeruginosa (31) การผลิตด้วยการหมักอย่างแม่นยำช่วยให้ได้สีที่มีความสม่ำเสมอ ปริมาณมาก เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และอาจปลอดภัยกว่าสีสังเคราะห์บางชนิด (3)

   

• การผลิตสารกันเสียจากธรรมชาติ (Biopreservation) SynBio ยังสามารถนำมาใช้ในการผลิตสารกันเสียจากธรรมชาติ หรือที่เรียกว่า “การถนอมอาหารด้วยวิธีชีวภาพ” โดยการใช้จุลินทรีย์ที่มีประโยชน์ หรือสารที่จุลินทรีย์เหล่านั้นผลิตขึ้น เช่น แบคเทอริโอซิน (Bacteriocins) ซึ่งเป็นโปรตีนขนาดเล็กที่มีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่ทำให้อาหารเน่าเสียหรือก่อโรค มาช่วยยืดอายุการเก็บรักษาอาหารและเพิ่มความปลอดภัยให้กับผู้บริโภค (32)

องค์ประกอบทางเคมีของแบคเทอริโอซิน (Bacteriocins)

(ภาพจาก Bacteriocin – Wikipedia)

ชีววิทยาสังเคราะห์ หรือ SynBio กำลังเปิดศักราชใหม่ให้กับอุตสาหกรรมอาหารและโภชนาการอย่างแท้จริง ด้วยศักยภาพในการสร้างสรรค์ส่วนผสมอาหารที่หลากหลาย ตั้งแต่สารให้ความหวานที่ดีต่อสุขภาพ โปรตีนทางเลือกที่ยั่งยืน วิตามินที่ผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ ไปจนถึงสารปรุงแต่งรสชาติและสีสันจากธรรมชาติที่ปลอดภัยและน่าดึงดูดใจ  เทคโนโลยีนี้ไม่ได้เป็นเพียงความฝันของนักวิทยาศาสตร์อีกต่อไป แต่กำลังกลายเป็นความจริงที่จับต้องได้มากขึ้นเรื่อยๆ และมีแนวโน้มที่จะส่งผลกระทบต่อวิธีที่เราผลิต บริโภค และคิดเกี่ยวกับอาหารในอนาคตอย่างลึกซึ้ง

อย่างไรก็ตาม การเดินทางของ SynBio ในอุตสาหกรรมอาหารยังคงต้องเผชิญกับความท้าทายอีกหลายด้าน ทั้งการสร้างความมั่นใจในความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ การพัฒนากฎหมายและข้อบังคับที่เหมาะสมและทันต่อการเปลี่ยนแปลง การสร้างความเข้าใจและการยอมรับจากผู้บริโภค รวมถึงการจัดการกับประเด็นทางจริยธรรม ต้นทุน และการเข้าถึงเทคโนโลยีและผลิตภัณฑ์อย่างเป็นธรรม การก้าวข้ามอุปสรรคเหล่านี้จำเป็นต้องอาศัยความร่วมมือจากทุกภาคส่วน ทั้งนักวิจัย ผู้ประกอบการ ภาครัฐ และที่สำคัญที่สุดคือผู้บริโภคเอง

SynBio ไม่ได้เป็นเพียง “อาหารแห่งอนาคต” ที่เราตั้งตารอคอย แต่เป็นความหวังในการเผชิญหน้ากับความท้าทายด้านอาหารและโภชนาการที่โลกกำลังเผชิญอยู่ หากเราสามารถนำศักยภาพของ SynBio มาใช้ได้อย่างชาญฉลาดและมีความรับผิดชอบ เทคโนโลยีนี้ก็อาจจะเป็นหนึ่งในกุญแจสำคัญที่นำไปสู่ระบบอาหารที่ยั่งยืน ปลอดภัย และเพียงพอสำหรับทุกคนบนโลกใบนี้ได้อย่างแท้จริง

References

1. Protein-based sweeteners as sugar substitutes [Internet]. Fraunhofer-Gesellschaft. 2024 [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2024/december-2024/protein-based-sweeteners-as-sugar-substitutes.html
2. Morell C. How are sweet proteins made? The process of precision fermentation explained [Internet]. Oobli. 2023 [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://oobli.com/blogs/news/how-are-sweet-proteins-made
3. Hinds T. What’s new on our Periodic Table of Precision Fermentation? [Internet]. Rethinkx.com. RethinkX; 2025 [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://www.rethinkx.com/blog/whats-new-on-the-periodic-table-april-2025
4. Awofe AH, Monioluwa LA, Wuraola AB, Oluyemisi OF. Microbial production of sweeteners and their industrial applications: Current status and future prospects. Sci World J [Internet]. 2025;20(1):186–96. Available from: https://www.ajol.info/index.php/swj/article/view/295344/277883
5. Powell J. Low-calorie sweeteners [Internet]. The Nutrition Source. 2013 [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://nutritionsource.hsph.harvard.edu/healthy-drinks/artificial-sweeteners/
6. Environmental impacts of alternative proteins [Internet]. The Good Food Institute. [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://gfi.org/resource/environmental-impacts-of-alternative-proteins/
7. Uppal R. Global synthetic biology in agriculture and food market: Revolutionizing the future of food production [Internet]. International Defense Security & Technology. [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://idstch.com/technology/biosciences/global-synthetic-biology-in-agriculture-and-food-market-revolutionizing-the-future-of-food-production/
8. Zhang D, Xu F, Wang F, Le L, Pu L. Synthetic biology and artificial intelligence in crop improvement. Plant Commun [Internet]. 2025;6(2):101220. Available from: http://dx.doi.org/1016/j.xplc.2024.101220
9. Impossiblefoods.com. [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://faq.impossiblefoods.com/hc/en-us/articles/360034767354-How-do-you-make-heme
10. Madewithmotif.com. [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://madewithmotif.com/ingredientwerks/
11. Congress.gov. [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://www.congress.gov/crs-product/R47697
12. BBC News. Singapore approves lab-grown “chicken” meat. BBC [Internet]. 2020 Dec 2 [cited 2025 Jun 20]; Available from: https://www.bbc.com/news/business-55155741
13. Synthetic biology: The future of food or a Pandora’s box [Internet]. Digicomply.com. SGS Société Générale de Surveillance SA; 2025 [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://www.digicomply.com/blog/synthetic-biology-the-future-of-food-or-a-pandoras-box
14. CSIRO. Reimagining food using fermentation. [cited 2025 Jun 20]; Available from: https://www.csiro.au/en/about/challenges-missions/Future-protein-mission/Novel-protein-production-systems/Precision-fermentation
15. Mount H. What is fermentation for alternative proteins? [Internet]. The Good Food Institute. 2021 [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://gfi.org/fermentation/
16. Fynd N. Frequently asked questions [Internet]. Nature’s Fynd. #creator; 2020 [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://www.naturesfynd.com/faq
17. Impossiblefoods.com. [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://impossiblefoods.com/blog/innovation-for-the-sake-of-the-planet
18. Fermentation for vitamin biosynthesis – BOC sciences [Internet]. Bocsci.com. 2025 [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://bio-fermen.bocsci.com/services/fermentation-for-vitamins.html
19. Averianova LA, Balabanova LA, Son OM, Podvolotskaya AB, Tekutyeva LA. Production of vitamin B2 (riboflavin) by microorganisms: An overview. Front Bioeng Biotechnol [Internet]. 2020;8:570828. Available from: http://dx.doi.org/10.3389/fbioe.2020.570828
20. Rana B, Bhattacharyya M, Patni B, Arya M, Joshi GK. The realm of microbial pigments in the food color market. Front Sustain Food Syst [Internet]. 2021;5. Available from: http://dx.doi.org/10.3389/fsufs.2021.603892
21. Tripathi A, Pandey VK, Panesar PS, Taufeeq A, Mishra H, Rustagi S, et al. Fermentative production of vitamin B12 by Propionibacterium shermanii and Pseudomonas denitrificans and its promising health benefits: A review. Food Sci Nutr [Internet]. 2024;12(11):8675–91. Available from: http://dx.doi.org/10.1002/fsn3.4428
22. Zhang Q, Lyu S. Microbial interactions in a vitamin C industrial fermentation system: Novel insights and perspectives. Appl Environ Microbiol [Internet]. 2022;88(18):e0121222. Available from: http://dx.doi.org/10.1128/aem.01212-22
23. Hardy K, Van De Pol H, Grindley J, Payton MA. Production of a vitamin c precursor using genetically modified organisms. World Patent. 1987000863:A1, 1987.
24. Frontiers [Internet]. Frontiersin.org. [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://www.frontiersin.org/research-topics/24105/synthetic-biology-for-future-food-challenges
25. Wang Y, Liu L, Jin Z, Zhang D. Microbial cell factories for green production of vitamins. Front Bioeng Biotechnol [Internet]. 2021;9:661562. Available from: http://dx.doi.org/10.3389/fbioe.2021.661562
26. Genscript.com. [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://www.genscript.com/applications-of-synthetic-biology-in-food-industry-and-agriculture.html
27. Melini F, Melini V. Role of microbial fermentation in the bio-production of food aroma compounds from vegetable waste. Fermentation [Internet]. 2024;10(3):132. Available from: http://dx.doi.org/10.3390/fermentation10030132
28. Silva MM, Reboredo FH, Lidon FC. Food colour additives: A synoptical overview on their chemical properties, applications in food products, and health side effects. Foods [Internet]. 2022;11(3):379. Available from: http://dx.doi.org/10.3390/foods11030379
29. Goldsmith N, Hansen EH, Meyer J-P, Brianza F. Process for producing vanillin. World Patent. 2015121379:A3, 2015.
30. Conagen. Conagen is fermenting vanilla: Sustainable. Commercial. Accessible. Natural [Internet]. Conagen, Inc. 2019 [cited 2025 Jun 20]. Available from: https://conagen.com/conagen-is-fermenting-vanilla-to-make-accessible-natural-sustainable-commercial-vanillin-solutions-to-brands-and-manufacturers-for-use-in-global-products/
31. Yangilar F, Yildiz PO. Microbial pigments and the important for food industry. Erzincan Üniv fen bilim enst derg [Internet]. 2016;9(2). Available from: http://dx.doi.org/10.18185/eufbed.55880
32. Bhattacharya D, Nanda PK, Pateiro M, Lorenzo JM, Dhar P, Das AK. Lactic acid bacteria and bacteriocins: Novel biotechnological approach for biopreservation of meat and meat products. Microorganisms [Internet]. 2022;10(10):2058. Available from: http://dx.doi.org/10.3390/microorganisms10102058

The post Food Industry | อาหารแห่งอนาคตด้วยชีววิทยาสังเคราะห์ first appeared on SynBio Consortium.

หลายท่านอาจจะเคยได้ยินคำว่า SynBio, Synthetic Biology, หรือ ชีววิทยาสังเคราะห์มาบ้าง โดยเฉพาะถ้ากดเข้ามาอ่านบทความนี้ได้ แต่สิ่งที่เราได้เห็นได้อ่านได้ฟังเกี่ยวกับ SynBio นั้นส่วนมากจะเป็นการตีความให้เข้าใจง่ายขึ้น เพื่อให้คนที่ไม่ได้อยู่ในวงการเข้าใจได้ในจากการอ่าน หรือฟังสั้นๆ แต่จะเป็นไปได้ไหมที่เราหยิบเอาบทสนทนาของคนในวงการมาเล่าในบริบทที่ไม่ทางการหรือวิชาการจนเกินไป ให้เหมือนกับการนั่งคุยกันบนโต๊ะอาหารในร้านเจ้าประจำหลังเลิกงานวันศุกร์ นี่เองที่อดีตทีมงาน “รวยด้วย SynBio” (1) จากเพจ “Biology Beyond Nature: ชีววิทยาเหนือธรรมชาติ” ที่เคยจัดรายการ podcast ไว้ในช่วงปี 2021 – 2022 กว่า 26 episodes จึงอยากจะหยิบเอาหัวข้อบทสทนาที่เคยได้คุยกันมาปัดฝุ่นเล่าให้อีกครั้งในชื่อรายการ SynBio Forum | วงในชีววิทยาเหนือธรรมชาติ ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากหลายหน่วยงานในภาครัฐ นำโดยภาคีเครือข่ายชีววิทยาสังเคราะห์แห่งประเทศไทย หรือ Thailand SynBio Consortium สภาอุตสาหกรรมแห่งประเทศไทย (The Federation of Thai Industries – FTI) สำนักงานสภานโยบายการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรมแห่งชาติ (สอวช.) และ หน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของประเทศ (บพข.) เพื่อที่จะชวนนักวิจัย นักพัฒนาในด้าน SynBio มาแลกเปลี่ยนประสบการณ์และแนวคิดในประเด็นต่างๆ ให้กับผู้ฟังที่อาจจะไม่ได้ติดตามวงการอย่างใกล้ชิด

นโยบายความร่วมมือระหว่างประเทศ? เกี่ยวกับ SynBio ยังไง?

ในการเสวนาบทแรกนี้ เราจะมาพูดคุยกันในหัวข้อ International Policy and Collaboration หรือ นโยบายและความร่วมมือระหว่างประเทศ ซึ่งสืบเนื่องมาจากหลักคิดทาง Synthetic Biology ที่เกิดจากการประยุกต์ใช้องค์ความรู้ในหลายแขนงเข้าด้วยกัน ความร่วมมือทั้งในเชิงวิชาการและเชิงนโยบาย ทั้งจากภาครัฐ ภาคเอกชน ระดับชาติ ไปจนถึงระดับนานาชาติ จึงส่งผลต่องานวิจัยและพัฒนาของวงการชีววิทยาสังเคราะห์มากๆ การเสวนาในวันนี้จึงจะเน้นไปที่นโยบาย โครงการ และการจัดการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในแต่ละภูมิภาคโดยมีผู้ร่วมสนทนาที่มีประสบการณ์การทำวิจัยในหลากหลายประเทศทั้งในประเทศไทยโดยมี อ. ต้น ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร ที่ทำงานวิจัยด้านชีววิทยาสังเคราะห์ในประเทศไทยเป็นตัวแทน อ. ต้น เป็นผู้ก่อตั้งเพจ Biology Beyond Nature และทำงานในด้านการสื่อสารวิทยาศาสตร์ในหลาย platform เราได้ชวน ย้งยี้ โศภิดา วงศ์วาสน์ ดร. ป้ายแดงที่ทำวิจัยในโซนยุโรป ณ มหาวิทยาลัยวอริค (Universtiy of Warwick) โดนเน้นทำงานวิจัยด้านการผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางจากเทคโนโลยีชีวภาพ และผู้ดำเนินรายการ ไอซ์ ชลพิสิฐ เกียรติเสวี ที่เรียนปริญญาเอกสหรัฐอเมริกา ณ มหาวิทยาลัยวอชิงตัน (University of Washington) และปัจจุบันทำงานวิจัยด้านชีววิทยาสังเคราะห์อยู่ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (Massachusetts Institute of Technology) หรือที่มักเรียกกันสั้นๆ ว่า MIT 

วิทยาศาสตร์ไร้พรมแดน วิศวกรรมข้ามสายพันธุ์

วงเสวนาบนโต๊ะอาหารของเราเริ่มด้วยคำถามง่ายๆ อย่างการแชร์ประสบการณ์ในเรื่องของความร่วมมือทางวิชาการ วลีเด็ดจาก อ. ต้น ที่ว่า “ความพิเศษของวงการวิทยาศาสตร์อย่างหนึ่งก็คือมันไม่ค่อยมีพรมแดน มันผสมข้ามสายพันธุ์กันมั่วไปหมด” สื่อความหมายว่าวงการวิจัย โดยเฉพาะในแวดวงการศึกษาเนี่ย มันมีการพูดคุยติดต่อกันข้ามประเทศ ข้ามวงการอยู่สม่ำเสมอ ทำให้เรามีโอกาสได้ติดต่อกันอยู่เสมอๆ ในทุกๆ มุมโลก และยังมีภาษาในการสื่อสารที่ค่อนข้างจำเพาะจนคุยกันรู้เรื่องแค่ในวงการ เป็นภาษาที่จำเพาะจนถึงขนาดที่ว่าคนที่ใช้ภาษาอังกฤษเป็นภาษาตั้งแต่เกิดก็อาจจะไม่ได้เข้าใจบนสนทนาตรงนี้ชัดเจนเท่ากับคนต่างชาติที่ทำงานวิจัยอยู่ในวงการ โดยประสบการณ์ของ อ. ต้น เองก็มีความร่วมมือกับต่างประเทศอยู่สม่ำเสมอทั้งโซนที่เรียนจบมาและที่ได้ไปทำวิจัยหลังปริญญาเอก ปัจจุบันก็มีทั้งทุนที่เป็นความร่วมมือระหว่างประเทศไทยและเยอรมันโดยเฉพาะ มีการขอทุนร่วมกับทีมวิจัยในไทยและต่างประเทศร่วมกัน ไปจนถึงการไปขอทุนจากประเทศสหรัฐอเมริกาโดยตรง ซึ่งในกรณีนี้ก็ขึ้นอยู่กับจุดมุ่งหมายของผู้ให้ทุนว่าผลที่ได้จากการทำงานวิจัยเหล่านี้จะออกมาเป็นอย่างไร ผลที่เรียบง่ายที่สุดก็คือการเผยแพร่ความรู้หรือกระบวนการที่สอดคล้องกับหัวข้อที่กำหนดขึ้นมาในหน่วยทุนนั้นๆ การสร้างความร่วมมือระหว่างภาคีชีววิทยาสังเคราะห์ก็เป็นโอกาสหนึ่งที่จะช่วยให้ความร่วมมือทางวิชาการในประเทศไทยเป็นไปได้ง่ายขึ้น

การกระจายตัวทางภูมิศาสตร์ของผู้มีส่วนได้ส่วนเสียที่เข้าร่วมการประชุมเชิงปฏิบัติการระดับภูมิภาคทั้งสามครั้ง
ซึ่งเป็นตัวแทนจากภาคการศึกษา ภาครัฐ และภาคอุตสาหกรรม 

(ภาพจาก Engineering Biology Metrics and Technical Standards for the Global Bioeconomy | EBRC)

ประชุมวิชาการ สานต่องานวิจัยระหว่างประเทศ

ในมุมมองของนักเรียนปริญญาเอกที่ไม่ได้เป็นคนขอทุนวิจัยเองหลักๆ ย้งยี้เล่าประสบการณ์การสร้างความร่วมมือจากการไปงานประชุมวิชาการ ที่ได้พูดคุยแลกเปลี่ยนประสบการณ์ที่ได้จากการทำงานวิจัยของแต่ละคน จนพัฒนาเป็นความร่วมมือระหว่างกลุ่มวิจัยในอังกฤษและเดนมาร์ค ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความร่วมมือนี้สามารถเริ่มต้นจากการพูดคุยกันของนักเรียนที่อาจจะไม่ได้ทางการเสมอไป เริ่มต้นจากการทำความรู้จักกันเบื้องต้น จนสานต่อเป็นเพื่อนร่วมงานได้ในอนาคต นอกจากนี้ยังมีโอกาสที่สามารถเพิ่มความร่วมมือระหว่างกลุ่มวิจัยในมหาลัยและภาคเอกชนได้เช่นกัน ยกตัวอย่างการทำงานร่วมกันข้ามประเทศ ข้ามหน่วยงาน อย่างกลุ่มวิจัยของย้งยี้ที่ร่วมมือกันระหว่างมหาวิทยาลัยในอังกฤษและบริษัทเครื่องสำอางค์ในฝรั่งเศสที่ขึ้นชื่อในด้านผลิตภัณฑ์กลุ่มนี้ นอกจากนี้การทำงานวิจัยในมหาวิทยาลัยหรือศูนย์วิจัยของรัฐก็สามารถเกิดขึ้นได้เช่นกัน ไอซ์ได้เล่าประสบการณ์คร่าวๆ เกี่ยวกับการทำงานในมหาวิทยาลัยในฐานะนักเรียนระดับปริญญาเอกกับศูนย์วิจัยระดับประเทศ (National Laboratory) ของอเมริกา ที่นอกจากจะใช้ทักษะในด้านการทำงานวิจัยแล้วยังต้องฝึกฝนและนำเอาทักษะในการสื่อสารและจัดการโครงการมาใช้เมื่อมีทีมงานที่ใหญ่ขึ้น ไปจนถึงการกระจายงานระหว่างทีมวิจัยเพื่อให้งานชีววิทยาสังเคราะห์ที่ต้องการบูรณาการระหว่างสาขาสามารถดำเนินไปได้อย่างสะดวก

สรุปวิสัยทัศน์แห่งชาติสำหรับวิศวกรรมชีวภาพของสหราชอาณาจักร

 (ภาพจาก Government publishes £2 billion vision for engineering biology to revolutionise medicine,
food and environmental protection – GOV.UK)

Engineering Biology ขยายอาณาเขตเหนือชีววิทยาสังเคราะห์

ในด้านนโยบายนั้น ทางอังกฤษ (UK) ได้ดำเนินการสร้างวิสัยทัศน์ของประเทศหรือ National Vision for Engineering Biology (2) ในปี 2023 ร่วมกับด้านอื่นๆ คือ Artificial Intelligence (AI), Future Telecommunication, Quantum Technology, และ Semiconductor โดยในส่วนเฉพาะของ Engineering Biology ได้ลงทุนกว่า 2000 ล้านปอนด์เพื่อเร่งการเข้ามาเป็นผู้นำในด้านนี้ในช่วงสิบปีข้างหน้า โดยมีแนวทางคร่าวๆ คือการสร้าง Steering Group สร้าง Infrastructure ของ UK เอง เช่น Bioreactor เพิ่มการลงทุนทั้งระดับปริญญาเอกและหลังปริญญาเอก ไปจนถึงการเพิ่มขอบขีดความสามารถในการแปรรูปเทคโนโลยีออกสู่ตลาด และสร้างงาน Showcase เพื่อสร้างแนวร่วมระหว่างผู้สร้างสเทคโนโลยีและนักลงทุนต่างๆ เพื่อให้เทคโนโลยีด้าน Engineering Biology สามารถตอบโจทย์กับปัจจัยทั้ง 4 และมีมาตรฐานทัดเทียมหรือเหนือกว่าเทคโนโลยีจากภูมิภาคอื่น ซึ่งแนวคิดเหล่านี้สอดคล้องกับการที่ UK ออกจาก The European Union (EU) จึงจำเป็นต้องสร้างแนวทางของตัวเองไม่ใช่แค่จะตามหลังนโยบายของ EU ต่อไปเรื่อยๆ โดยทาง UK เองก็คาดหวังไว้ว่าการลงทุนระดับพันล้านนี้ (Billion) ควรจะให้ผลตอบแทนออกมาในระดับล้านล้าน (Trillion) ภายในราวๆ 20 ปี ข้างหน้า 

ในประเด็นนี้เอง ไอซ์ก็ได้เสริมในประเด็นของ Engineering Biology ที่แตกต่างออกไปจาก Synthetic Biology พอสมควร ซึ่งในบริบทนี้ขอแปลภาษาไทยของคำว่า Engineering Biology ว่า “ชีววิศวกรรม” ซึ่งต่างจาก “Biological Engineering” และ “Biomedical Engineering” ที่มันจะใช้คำแปลไทยว่า “วิศวกรรมชีวภาพ” และ “วิศวกรรมชีวการแพทย์” ในขณะที่ “Synthetic Biology” แปลว่า “ชีววิทยาสังเคราะห์” ซึ่งความแตกต่างของคำทั้งสองนี้ชัดเจนขึ้นมาจากหน่วยงานที่ชื่อว่า Engineering Biology Research Consortium (EBRC) ในสหรัฐอเมริกา ซึ่งพัฒนามาจากหน่วยงานเดิมคือ SynBERC (Synthetic Biology Research Center) (3) ที่ดำเนินการสนับสนุนงานวิจัยด้านชีววิทยาสังเคราะห์มากว่า 10 ปี (2006-2016) ในการเปลี่ยนแปลงนี้เน้นการนำเอาหลักการทางวิศวกรรมมาปรับใช้ในกระบวนการทางชีววิทยาที่อาจจะไม่จำเป็นต้องสร้างขึ้นจากศูนย์เสมอไป เพื่อเปิดรับเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่จะรับเข้ามาปรับใช้ในวงการ ตัวอย่างง่ายๆ คือการที่เรานำเอาเทคโนโลยีการคัดเลือกพันธุ์ (Genetic Screening) ที่ใช้กันมากในกระบวนการกำบับวิวัฒนาการ (Directed Evolution) เข้ามาประยุกต์ใช้เพื่อค้นหาจุลินทรีย์พันธุ์ใหม่ๆ ที่อาจจะนำเอามาใช้ในอุตสาหกรรมได้เร็วขึ้นได้ไม่จำเป็นต้องผ่านการดัดแปลงทางพันธุกรรม และสามารถนำเอาไปใช้ได้เร็วขึ้นในเชิงกฎหมายและการควบคุมโดยเฉพาะในด้านการเกษตร อย่างไรก็ตาม วงการชีววิศวกรรมก็ยังคงมีความเกี่ยวเนื่องกับชีววิทยาสังเคราะห์อยู่อย่างมาก โดยล่าสุดทาง EBRC เองก็มีการสร้างมาตรฐานสากล (International Standard) (4) ขึ้นมาร่วมกับสถาบันต่างๆ ทั้งใน US, UK และทีมอื่นๆ เช่น Singapore เป็นต้น

นโยบายแบบ Generic เพื่อเสริม Specific 

จากประสบการณ์ของ อ.ต้น เอง ได้ยกประเด็นของนโยบายทางด้านวิทยาศาสตร์ที่อาจจะมีเป้าหมายแตกต่างกันไป โดยยกตัวเองนโยบายออกเป็นสองกลุ่มง่ายๆ คือ Specific Policy (นโยบายจำเพาะ) กับ Generic Policy (นโยบายทั่วไป) ซึ่งคำอธิบายง่ายๆ ก็คือการนโยบายอะไรที่มันใช้ได้ในวงกว้าง เช่นในสายวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมทางชีวภาพทั่วไป หรือใช้ได้ทั่วโลก ก็ถือว่าเป็นนโยบายทั่วไป (Generic) แต่หากว่าเราเจาะจงไปที่งานทางด้านชีววิทยาสังเคราะห์เท่านั้น หรือใช้ได้ในบริบทประเทศไทยเท่านั้น มันก็จะมีความจำเพาะมากขึ้น (Specific) สิ่งที่ยกมาพูดคุยได้ง่ายที่สุดก็คงเป็นเรื่องของ ทรัพยากร (Resource) ที่อาจจะแบ่งไปอยู่ในกลุ่มของ Big Science (โครงการใหญ่) หรือ Small Science (โครงการเล็ก) โดย อ. ต้นให้คำอธิบายง่ายๆ ไว้ว่า Small Science มักจะเป็นโครงการวิจัยแบบ Hypothesis Driven (ใช้สมมติฐานนำ) ในขณะที่ Big Science มักจะเป็นโครงการต้องการ Infrastructure ที่ใหญ่มาก และมีแนวทางที่ Data Driven (ใช้ข้อมูลนำ) ยกตัวอย่างเช่น งานวิจัยเครื่องเร่งอนุภาคในฝั่งของฟิสิกส์ หรือใน Human Genome Project ในด้านของชีววิทยา

อย่างไรก็ตามในอดีตก็มีการวิพากย์วิจารณ์อยู่ไม่น้อยว่าจะมันจะมีผลประโยชน์ทับซ้อน (Conflict of Interest) กับงานวิจัยด้านอื่นเช่น Genetics ไหม แต่สุดท้ายก็ได้รับการผลักดันจนมีเทคโนโลยีใหม่ๆ อย่าง DNA Sequencing ที่เข้ามาเปลี่ยนแปลงวงการจนเกิดสาขาวิชาใหม่ๆ ในด้าน Omics เป็นต้น ในกรณีของ SynBio ก็มักจะเน้นไปที่ BioFoundry และ Automation ที่ช่วยให้ทำงานออกมาได้เร็วขึ้น หรือในด้านของการสร้างมาตรฐานระหว่างกลุ่มวิจัย (Standards) เพื่อให้การทำซ้ำหรือการต่อยอดเป็นไปได้ง่ายขึ้นกว่าเดิน ซึ่งประเด็นนี้เป็นประเด็นที่สำคัญของวงการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีชีวภาพมายาวนาน ถึงขนาดที่หลายๆ คนก็คิดว่าการสร้างมาตรฐานนี้แหละคือการวิวัฒนาการของ Genetic Engineering ในยุคก่อนมาเป็น Synthetic Biology คือการทำให้มันมีมาตรฐานและใช้งานได้ถึงขนาดที่เด็ก ม. ปลายก็สามารถลงมือทำได้ อย่างไรก็ตาม อ. ต้นก็ยังคิดว่าหลักการทาง SynBio ก็ยังไม่ได้ก้าวข้ามความเป็น Small Science สู่ Big Science อย่างแท้จริงในช่วงหลายสิบปีที่ผ่านมา เรียกได้ว่ายังเป็นกระบวนการที่ดำเนินอยู่แต่ยังขาดการสนับสนุนอยู่อีกระดับหนึ่งเพื่อจะเทียบกับโครงการ Big Science อย่าง Human Genome Project หากว่าประเทศไทยสามารถสร้าง Infrastructure ที่เราสามารถมาแลกเปลี่ยนทรัพยากรและข้อมูลกันได้ภายในประเทศ ก็จะช่วยให้วงการ SynBio ในไทยขยับเขยื้อนให้ทันต่างประเทศได้อยู่บ้าง

แล้วประเทศไทยควรทำอะไรดีตอนนี้

ไอซ์เริ่มชวนคุยโดยยกตัวอย่างการสร้าง Engineering Biology Roadmap ของ EBRC ขึ้นมาเพื่อเป็นแนวทางการลงทุนในงานวิจัยด้านชีววิศวกรรม โดยหากแปลไทยก็อาจจะใกล้เคียงกับสิ่งที่เรียกว่า “ยุทธศาสตร์ชาติ” ซึ่งการที่หน่วยงานไม่ประสงค์กำไร (Non-profit Organization) เข้ามาจัดสรรค์นโยบายในด้านนี้อเมริกาได้ส่วนหนึ่งก็เพราะขนาดของวงการวิจัยในอเมริกาที่ใหญ่มากๆ และหน่วยงานรัฐเองที่มีเงินทุนวิจัยอยู่ในมือก็สามารถยกข้อมูลหรือข้อเสนอแนะจากหน่วยงานเหล่านี้เพื่อนำมาปรับใช้ในการกระจายทุนวิจัยเข้าไปในโครงการต่างๆ ได้ โดยยุทธศาสตร์เหล่านี้ก็สร้างขึ้นจากนักวิทยาศาสตร์ทั้งรุ่นเก่ารุ่นใหม่เพื่อสร้างความน่าเชื่อถือ และนำเอาไปเสนอให้กับหน่วยให้ทุนต่างๆ เช่น NSF, DOE, NIH ของอเมริกา หากว่าทางกลุ่มวิจัยในไทยสามารถสร้างโมเดลที่สอดคล้องกับการพัฒนาของไทยออกมาได้ก็จะช่วยให้หน่วยงานรัฐบาลและเอกชนมีความเชื่อมั่นในการโอนถ่ายทุนวิจัยเข้ามาในวงการนี้ได้มากขึ้น

ประเด็นที่ย้งยี้คิดว่าสำคัญกับการพัฒนาของวงการในประเทศไทยเองก็คือการสร้างเครือข่ายให้หนาแน่นขึ้น ไม่ใช่แค่ระหว่างมหาวิทยาลัยแต่รวมไปถึงภาคเอกชนอย่างที่ SynBio Consortium กำลังทำอยู่ ไปจนถึงการสร้างเครือข่ายของ Infrastructure ไม่ว่าจะเป็นการเข้าถึงเครื่องมือหรือการร่วมมือทางการวิจัย ที่หากได้รับการสนับสนุนจากรัฐหรือภาคีเพื่อให้การเข้าถึงทรัพยากรเหล่านี้เป็นไปได้ง่ายขึ้นก็น่าจะช่วยให้วงการสามารถพัฒนาไปได้รวดเร็วยิ่งขึ้นเช่นกัน ในเรื่องของการสร้างเครือข่ายเหล่านี้จำเป็นอย่างมากสำหรับนักวิจัยรุ่นใหม่ในไทยหรือนักวิจัยที่อยากจะสร้างความร่วมมือกับกลุ่มวิจัยในไทยเอง โดยเฉพาะข้อมูลต่างๆ ที่เกิดขึ้นในการประชุมวิชาการเองไม่ว่าจะเป็น Abstract ของงานวิจัย หรือรายชื่อผู้นำเสนอ หากสร้างฐานข้อมูลให้ค้นได้ในเวบไซต์ก็จะสามารถเพิ่มการเข้าถึงให้กับงานวิจัยในด้านนี้ได้มากขึ้น

สุดท้าย อ. ต้น ได้ให้คำอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตั้งชื่อและสร้างคำนิยามของวงการเหล่านี้ เพราะในเชิงนโยบายแล้วการให้คำนิยามใหม่นี้เองจะมีความเกี่ยวพันกับการเข้าทรัพยากรและการลงทุนเป็นอย่างมาก เพราะหากว่าเราให้คำนิยามของชีววิทยาสังเคราะห์ไว้เหมือนๆ กับชีวเคมี หรือเทคโนโลยีชีวภาพ การลงทุนในด้านนี้ก็จะไปทับซ้อนกับแนวทางการลงทุนเดิม ซึ่งหากเป็นหัวข้องานวิจัยใหม่ๆ ก็มักจะไม่ได้รับความสนใจเท่าที่ควรหากถูกจับกลุ่มรวมกับสาขาเดิมๆ ที่มีงานวิจัยหลากหลายที่ตรงกับคำนิยามของวงการนั้นมาแต่เดิม รวมไปถึงการควบคุมหรือผลักดันงานวิจัยเหล่านี้ก็จะไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลงอะไร ตัวอย่างหนึ่งที่ อ. ต้น ยกมาเล่าให้ฟังก็คือการปรับตัวของ Genetics ไปเป็น Genomics หากว่าเราสร้างคำนิยามของ Genomics ว่ามันก็เป็นเพียงแค่ Genetics ที่พัฒนาขึ้นมา ก็คงไม่ได้มีการลงทุนเพิ่มเติมมากมาย แต่การสร้างหมุดหมายในระดับ Big Science อย่างการทำให้ Human Genome Sequence ทั้งหมดสามารถเข้าถึงได้สำหรับทุกคนนั้น มันก็ได้ยกระดับให้ Genomics แตกต่างออกไปจาก Classical Genetics ที่เน้นศึกษายีนหรือกลุ่มยีนที่มีประมาณไม่มากนัก โดยในกรณีของ SynBio เองก็ติดอยู่กับยึดโยงเข้ากับเทคโนโลยีปลายทางที่มีจุดยืนของตัวเองอยู่แล้ว

หากว่าเราสามารถยกประเด็นที่เป็น First Principle เช่นการทำให้เทคโนโลยีการสังเคราะห์หรือการอ่าน DNA ถูกลง 10 เท่า หรือทำให้ระยะเวลาที่ต้องใช้ในการค้นพบยีนใหม่ในการค้นพบแบคทีเรียกย่อยพลาสติกได้เร็วขึ้น 10 เท่า จะต้องมีการลงทุนด้านใดบ้าง ประเด็นหนึ่งที่ไอซ์ยกออกมาเป็นตัวอย่างอีกแนวทางหนึ่งคือการสร้างเทคโนโลยีของตัวเอง เช่น รถยนต์ที่มีการใช้งานและมีการประกอบอยู่มากมายในประเทศไทย แต่อาจจะขาดกระบวนการออกแบบและสร้างชิ้นส่วนทั้งหมดภายในประเทศเอง ซึ่งมองในมุมของ SynBio เอง การที่เรายังต้องพึ่งเทคโนโลยีหรือ Supply Chain ของ DNA synthesis & sequencing จากต่างประเทศ ก็เป็นประเด็นง่ายๆ ทำให้ประเทศไทยยังตามหลังภูมิภาคอื่นอยู่อย่างน้อยก็ในเรื่องของการส่งของไปมาระหว่างประเทศ

บทสนทนาแบบมีเวลาและสภาพคล่อง

ท้ายที่สุดสิ่งที่อยากจะฝากไว้จากผู้ร่วมเสวนาก็คือการเพิ่มพื้นที่ให้กับการสร้างสื่อแบบที่เรามาคุยกันแบบนี้ให้มากขึ้น การพูดคุยที่ลงลึกไปในระดับเทคนิคจากนักวิจัยที่คนทั่วไปสามารถฟังตามทันได้ยังขาดอยู่มากในวงการของไทย การประชุมใหญ่ๆ ที่มีผู้ร่วมประชุมหลายสิบคนมักจะขาดสภาพคล่องในบทสนทนา เพราะไม่รู้ว่าเมื่อไรจะถึงคิวตัวเองต้องพูดเสียที หากว่ามีพื้นที่ให้นักวิจัยรุ่นใหม่ได้ออกมาเล่าเรื่องงานวิจัยหรือมุมมองการทำงานวิจัยของตัวเองในรูปแบบที่หลากหลายยิ่งขึ้นก็จะสามารถยกระดับการยอมรับจากคนทั่วไปได้ รายการ “วงในชีววิทยาเหนือธรรมชาติ” ถือว่าเป็นจุดเริ่มต้นในการเสวนาแบบคล่องตัว (Agile Conversation) ในวงการชีววิทยาสังเคราะห์ของไทย ซึ่งถึงแม้ว่าการคุยกันสองสามคนแบบนี้จะไม่สามารถเก็บประเด็นทั้งหมดที่เกิดขึ้นในวงการได้ แต่ก็น่าจะช่วยเป็นจุดประเด็นการสนทนาของคนในวงการไปจนถึงบุคคลทั่วไปที่เข้ามาฟังได้ไม่มากก็น้อย โดยนอกจากหัวข้อ International Policy and Collaboration นี้ก็ยังมีประเด็นอื่นๆ ไม่ว่าจะเป็นด้าน Biochemicals, Biomaterials, Bionergy, และ Circular Economy ที่เราจะหยิบมาคุยกันเพิ่มเติมอีกในตอนต่อๆ ไป 

Recap TL; DR

• ผู้ร่วมสนทนา อาจารย์ต้น ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร นักวิจัยด้านชีววิทยาสังเคราะห์ในไทย, ผู้ก่อตั้งเพจ Biology Beyond Nature ย้งยี้ โศภิดา วงศ์วาสน์ นักวิจัยจาก University of Warwick ที่ทำงานวิจัยด้านการผลิตเครื่องสำอางจากเทคโนโลยีชีวภาพ และ ไอซ์ ชลพิสิฐ เกียรติเสวี (ผู้ดำเนินรายการ) นักวิจัยจาก MIT ที่เรียนปริญญาเอกจาก University of Washington

• วงการวิจัยมีการติดต่อข้ามประเทศและข้ามสาขาอยู่เสมอ มีภาษาเฉพาะที่บางครั้งแม้แต่เจ้าของภาษาก็อาจไม่เข้าใจเท่าผู้ที่อยู่ในวงการเดียวกัน

• อาจารย์ต้นเล่าถึงทุนวิจัยร่วมไทย-เยอรมัน, การขอทุนร่วมกับทีมวิจัยในไทยและต่างประเทศ, การขอทุนโดยตรงจาก US

• ย้งยี้แบ่งปันประสบการณ์การสร้างความร่วมมือจากการพูดคุยไม่เป็นทางการที่งานประชุมวิชาการ จนพัฒนาเป็นความร่วมมือระหว่างกลุ่มวิจัยในอังกฤษและเดนมาร์ค

• ความร่วมมือข้ามหน่วยงานสามารถเกิดขึ้นได้ ตัวอย่างเช่น ระหว่างมหาวิทยาลัยในอังกฤษกับบริษัทเครื่องสำอางในฝรั่งเศส หรือระหว่างมหาวิทยาลัยกับศูนย์วิจัยระดับประเทศ

• สหราชอาณาจักรสร้างวิสัยทัศน์ระดับชาติด้าน Engineering Biology (2023) โดยลงทุนกว่า 2,000 ล้านปอนด์ เพื่อก้าวขึ้นเป็นผู้นำในอีก 10 ปีข้างหน้า

• Engineering Biology vs. Synthetic Biology ชีววิศวกรรม (Engineering Biology) เน้นการนำหลักการวิศวกรรมมาปรับใช้กับกระบวนการทางชีวภาพที่มีอยู่แล้ว

• นโยบายของประเทศไทย อาจารย์ต้นอธิบายว่า Small Science เน้นการวิจัยแบบใช้สมมติฐานนำ ขณะที่ Big Science ต้องการโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ เน้นแนวทางใช้ข้อมูลนำ SynBioในไทย ในปัจจุบัน ยังไม่ได้ก้าวข้ามจาก Small Science ไปสู่ Big Science อย่างแท้จริง ต้องการการสนับสนุนอีกระดับ

   

แนวทางการพัฒนาสำหรับประเทศไทย

1. การสร้างยุทธศาสตร์ชาติ สร้างโมเดลที่สอดคล้องกับบริบทประเทศไทย เพื่อสร้างความเชื่อมั่นให้หน่วยงานรัฐและเอกชน

2. การสร้างเครือข่าย เชื่อมโยงเครือข่ายระหว่างมหาวิทยาลัยและภาคเอกชน รวมถึงการสร้างเครือข่ายโครงสร้างพื้นฐาน (Infrastructure) เพื่อให้เข้าถึงเครื่องมือและความร่วมมือทางการวิจัยได้ง่ายขึ้น

3. การสร้างฐานข้อมูล เพิ่มการเข้าถึงข้อมูลงานวิจัย และรายชื่อผู้วิจัย

4. การนิยามศาสตร์ใหม่ เพื่อเพิ่มโอกาสในการเข้าถึงทรัพยากรและการลงทุน

5. การตั้งเป้าหมายด้าน First Principle เช่น การทำให้เทคโนโลยีการสังเคราะห์หรือการอ่าน DNA ถูกลง 10 เท่า จะช่วยลดต้นทุนหรือเวลาในกระบวนการสำคัญ

6. การพึ่งพาตนเองทางเทคโนโลยี ลดการพึ่งพา supply chain จากต่างประเทศ

สามารถฟังเวอร์ชันเต็มแบบต้นฉบับได้ที่

ติดตาม podcast:

Facebook: https://www.facebook.com/share/v/15R33vHbpi/

YouTube: https://youtu.be/W7mPxTlcZcs

References

(1) รวยด้วย SynBio Podcast. https://www.youtube.com/playlist?list=PLj2XTFiEzMIMMuj0cYCIFZloeAXrnPOuy.

(2) UK National Vision for Engineering Biology. https://www.gov.uk/government/publications/national-vision-for-engineering-biology/national-vision-for-engineering-biology.

(3) SynBERC (Synthetic Biology Research Center) Archive by EBRC. https://ebrc.org/synberc/.

(4) Engineering Biology Research Consortium. Engineering Biology Metrics and Technical Standards for the Global Bioeconomy. https://ebrc.org/publications-metrics-and-standards/.

The post International Policy and Collaboration in SynBio | นโยบายระหว่างประเทศและความร่วมมือในชีววิทยาสังเคราะห์ first appeared on SynBio Consortium.

เคยสงสัยไหมว่าส่วนผสมในเครื่องสำอางมาจากไหน หรือกลิ่นหอมในน้ำหอมโปรดของคุณถูกสร้างขึ้นมาได้อย่างไร ปัจจุบัน “ชีววิทยาสังเคราะห์” หรือ Synthetic Biology (SynBio) กำลังเข้ามามีบทบาทสำคัญในการปฏิวัติอุตสาหกรรมนี้ บทความนี้จะพาไปสำรวจโลกของ SynBio กับการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง ที่ซึ่งนวัตกรรมนี้ไม่เพียงสร้างสรรค์ผลิตภัณฑ์ที่ทรงประสิทธิภาพ แต่ยังเป็นมิตรต่อโลกและยั่งยืนยิ่งขึ้น

SynBio เข้ามาเสริมศักยภาพอุตสาหกรรมเครื่องสำอางใน 3 มิติสำคัญ
1. ผลิตส่วนผสมหายากจากธรรมชาติให้มีใช้อย่างยั่งยืน
2. เพิ่มประสิทธิภาพและคุณภาพการผลิต
3. สร้างสรรค์สารใหม่เพื่อผลลัพธ์ที่ดีกว่าเดิม

ผลิตส่วนผสมหายากจากธรรมชาติให้มีใช้อย่างยั่งยืน

ในโลกที่ทรัพยากรธรรมชาติจำนวนมากกำลังลดจำนวนลง สารสกัดหลายชนิดที่เราเคยหาได้จากพืชหรือสัตว์ได้กลายเป็นสิ่งที่หายากและมีราคาสูงขึ้น หลายครั้งกว่าที่จะได้ส่วนผสมบางอย่างออกมาจากพืชบางชนิด จำเป็นต้องใช้เวลาปลูกนาน พืชบางชนิดก็เติบโตยาก ใช้พื้นที่มาก หรือจำเป็นต้องใช้สภาพแวดล้อมที่จำเพาะ จึงมักให้ผลผลิตไม่เพียงพอต่อความต้องการของอุตสาหกรรมความงามหรือยา อีกทั้ง บางครั้ง การได้มาซึ่งส่วนผสมจากธรรมชาติ ยังก่อให้เกิดประเด็นทางจริยธรรม เช่น การฆ่าสัตว์เพื่อเอาน้ำมันตับปลาฉลามมาทำสควาเลนหรือการบุกรุกถิ่นที่อยู่ของพืชใกล้สูญพันธุ์

แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา SynBio ได้ถือกำเนิดขึ้นมาเป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อกข้อจำกัดเหล่านี้ ยกตัวอย่าง เช่น “สควาเลน” (Squalane) เป็นส่วนประกอบสำคัญในผลิตภัณฑ์บำรุงผิวที่ให้ความชุ่มชื้น และช่วยปกป้องผิวหน้าจากการสูญเสียน้ำ แต่เดิมนั้นเราได้สารนี้จากน้ำมันตับปลาฉลาม ในปี 2012 มีรายงานว่าปลาฉลามถึง 2.7 ล้านตัวต่อปี ต้องตายเพียงเพื่อให้เพียงพอต่อความต้องการของตลาดเครื่องสำอาง (13)

แม้ว่าในพืชอย่างมะกอกก็มีสควาเลนด้วยเช่นกัน แต่การสกัดจากมะกอกก็ได้ผลผลิตน้อย ต้นทุนสูง และไม่ยั่งยืน ดังนั้นบริษัท Amyris จึงได้นำเอาหลักการ SynBio มาปรับใช้ พวกเขาสามารถสร้าง “ยีสต์” ที่ผ่านการดัดแปลงพันธุกรรมให้สามารถเปลี่ยนน้ำตาลอ้อยให้เป็นสควาเลนบริสุทธิ์สูงในชื่อ Neossance® Squalane ซึ่งมีคุณภาพเทียบเท่าสควาเลนที่ได้จากปลาฉลาม วิธีนี้ไม่เพียงลดการทำลายสิ่งแวดล้อม แต่ยังทำให้อุตสาหกรรมสามารถวางแผนการผลิตได้สม่ำเสมอ ควบคุมต้นทุนได้ และยังลดการทำร้ายสัตว์อีกด้วย (1)(2)

สควาเลน (Squalane) บริสุทธิ์สูงผ่านการดัดแปลงพันธุกรรมจากน้ำตาลอ้อย

(ภาพจาก Neossance™ Squalane, the third generation squalane | Safic-Alcan : Specialty Chemicals Distributor | Innovative Formulations)

อีกตัวอย่างหนึ่งคือน้ำมันหอมระเหย “มานูล” (Manool) ซึ่งมีกลิ่นอบอุ่นแบบไม้โทนกลิ่นอำพัน (Amber Notes) ที่แต่เดิมต้องสกัดมาจากต้นสนมานออาว (Manoao Pine) ต้นสนใกล้สูญพันธุ์ในนิวซีแลนด์ เพื่อผลิตมานูลโดยไม่ต้องอาศัยต้นสนมานออาว Amyris ได้พัฒนาเทคโนโลยีการหมักยีสต์ดัดแปลงพันธุกรรมให้สร้างมานูล ผลลัพธ์ที่ได้คือมานูลคุณภาพดี (มีความบริสุทธิ์สูงกว่า 80%) มีความสม่ำเสมอ และมีประสิทธิภาพเมื่อนำไปใช้งานต่อ ต้นทุนการผลิตควบคุมต้นทุนได้พี่ได้ง่าย และไม่รบกวนทรัพยากรทางธรรมชาติของนิวซีแลนด์ (3)

นอกจากกลิ่นของมานูล กลิ่นหอมของดอกไม้หลายชนิดก็ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมน้ำหอม แม้ว่าดอกไม้บางชนิดอาจสูญพันธุ์ไปแล้ว แต่ SynBio ก็สามารถ “ชุบชีวิต” กลิ่นดอกไม้เหล่านั้นกลับมาได้อีกครั้ง Future Society ร่วมมือกับ Ginkgo Bioworks ผสานความรู้ด้านพันธุศาสตร์กับความเชี่ยวชาญของนักปรุงน้ำหอมและนักพฤกษศาสตร์ เพื่อสังเคราะห์โมเลกุลกลิ่นที่เลียนแบบดอกไม้สูญพันธุ์ ตั้งแต่กลิ่นหอมของดอกถั่วสเกอร์ฟแห่งน้ำตกโอไฮโอ (Orbexilum stipulatum) ที่เอามาสร้างเป็นกลิ่น Grassland Opera) ไปจนถึงกลิ่น Reclaimed Flame ตามแบบดอกลิวคาเดนดรอนดอกใหญ่ (Leucadendron grandiflorum) และกลิ่นสดชื่นของดอกชบาภูเขาเมาอิ (Hibiscadelphus wilderianus) (สร้างเป็นกลิ่น Solar Canopy) ซึ่งโครงการนี้สะท้อนให้เห็นว่า แม้ธรรมชาติบางส่วนจะสูญหายไป แต่เทคโนโลยี SynBio จะช่วยให้เราย้อนไปชื่นชมและเรียนรู้กลิ่นเหล่านั้นได้อีกครั้ง (4)

สารต้านอนุมูลอิสระอย่าง “เออร์โกไธโอนีน” (Ergothioneine) และ “เอคโตอิน” (Ectoin) ก็ล้วนแต่เป็นตัวอย่างของวัตถุดิบที่เคยพบในเห็ด บางชนิดหรือสกัดจากจุลินทรีย์ซึ่งเติบโตในสภาพแวดล้อมสุดขั้ว ซึ่งอาจมีปริมาณเพียงเล็กน้อย และกระบวนการสกัดก็ซับซ้อน แต่ในปัจจุบัน SynBio ทำให้เราผลิตสารเหล่านี้ได้ง่ายขึ้น ในรูปแบบอุตสาหกรรมที่ควบคุมได้ คุณภาพสูง แม้จะผลิตปริมาณมาก (5)

เพิ่มประสิทธิภาพและคุณภาพการผลิต

แม้ว่าสารบางชนิดที่ใช้กันทั่วไปในวงการเครื่องสำอาง เช่น สารประกอบที่ให้กลิ่นกุหลาบ คอลลาเจน หรือกรดไฮยาลูรอนิก อาจจะไม่ได้เป็นส่วนผสมที่หายาก แต่เทคโนโลยีชีววิทยาสังเคราะห์ก็สามารถเข้ามามีบทบาทในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตให้เหนือกว่าวิธีการสกัดแบบดั้งเดิม หรือแม้กระทั่งใช้เพื่อผลิตสารที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่าการสกัดจากแหล่งธรรมชาติได้

“สารประกอบกลิ่นกุหลาบ” หรือ 2-Phenylethanol (2-PE) กลิ่นหอมหวานที่คุ้นเคยในน้ำหอมและผลิตภัณฑ์ใช้ในบ้าน แม้ว่ามนุษย์เคยสกัด 2-PE ได้จากกลีบกุหลาบสดและดอกไม้สายพันธุ์ต่างๆ แต่จะต้องแลกมาด้วยพื้นที่เกษตรและพลังงานในการปลูกดอกไม้เป็นจำนวนมาก เมื่อความต้องการเพิ่มสูงขึ้น กระบวนการดังกล่าวจึงมีต้นทุนทั้งด้านแรงงาน พลังงาน และเวลาที่ไม่อาจขยายตัวได้อีกต่อไป อย่างไรก็ตาม นักวิจัยจึงหันมาใช้ “แบคทีเรีย” หรือ “ยีสต์” ที่ออกแบบมาให้เปลี่ยนน้ำตาลจากกากอ้อยหรือของเสียทางการเกษตรเป็น 2-PE คุณภาพสูง วิธีการนี้ไม่จำเป็นต้องปลูกดอกไม้บนผืนดิน ไม่ต้องใช้น้ำมากมาย แถมยังลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างชัดเจน เมื่อเปรียบเทียบกับการสกัดแบบดั้งเดิม แนวทาง SynBio ช่วยลดขั้นตอนการผลิต ลดปริมาณพลังงานที่ใช้ และใช้วัตถุดิบเหลือทิ้งทางการเกษตรเป็นจุดเริ่มต้น จึงเป็นมิตรต่อเกษตรกรและสิ่งแวดล้อมโดยรวม (6)(7)

เส้นทางการสังเคราะห์สำหรับการผลิต 2-ฟีนิลเอทานอล (2-PE) ได้แก่ ปฏิกิริยา Grignard, ปฏิกิริยา Friedel–Crafts และการเติมไฮโดรเจนของสไตรีนออกไซด์

(ภาพจาก Biotechnological 2-Phenylethanol Production: Recent Developments)

ในขณะเดียวกัน “คอลลาเจน” (Collagen) ซึ่งเป็นโปรตีนหลักที่ให้ความยืดหยุ่นแก่ผิวและโครงสร้างเนื้อเยื่อ ไม่ได้ถูกจำกัดอยู่แค่การสกัดจากสัตว์อีกต่อไป จากเดิมที่การนำคอลลาเจนจากสัตว์มาใช้ในเครื่องสำอางอาจพบปัญหาด้านความปลอดภัยและคุณภาพ เช่น มีโอกาสติดเชื้อหรือเกิดอาการแพ้ แต่ด้วยเทคนิค “การหมักแม่นยำ (Precision Fermentation)” นักวิทยาศาสตร์สามารถออกแบบยีสต์หรือแบคทีเรียให้สังเคราะห์คอลลาเจนชนิด Type III ได้โดยตรง ผลลัพธ์ที่ได้คือคอลลาเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงปราศจากสิ่งปนเปื้อนที่มาจากสัตว์สามารถนำมาทดแทนคอลลาเจนจากสัตว์ได้ โดยในเวลานี้ บางผลิตภัณฑ์จากแบรนด์ชั้นนำ เช่น L’Oréal จึงเลือกใช้คอลลาเจนที่ได้จากการหมักนี้ ไม่เพียงเพราะปลอดภัย แต่ยังคงคุณสมบัติทางชีวภาพคล้ายคลึงกับคอลลาเจนในผิวมนุษย์ และยิ่งไปกว่านั้น ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมก็น้อยกว่าการใช้วัตถุดิบจากสัตว์ ปัจจุบันมีผู้ผลิตคอลลาเจนสำหรับผลิตภัณฑ์ดูแลผิวหลายราย ทั้งบริษัทไบโอเทคจากสหรัฐฯ อย่าง Geltor, Modern Meadow และ Jellatech รวมถึง Trautec จากจีน และ Liven Proteins จากแคนาดา เป็นต้น (8)

ส่วน “กรดไฮยาลูรอนิก” (Hyaluronic Acid: HA) ที่มีบทบาทสำคัญทั้งในผลิตภัณฑ์บำรุงผิว และการแพทย์ ก็เคยเผชิญปัญหาจากการสกัดเชิงพาณิชย์ โดยเฉพาะความท้าทายด้านต้นทุนและความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ เมื่อก่อนเรามักได้ HA จากเนื้อเยื่อสัตว์หรือกระบวนการหมักแบบดั้งเดิม ซึ่งอาจต้องใช้เวลาและทรัพยากรจำนวนมาก แต่นวัตกรรม “การผลิตโดยใช้เอนไซม์แบบไร้เซลล์ (Cell-free Enzymatic Production)” ได้กลายเป็นทางออกใหม่ นักวิจัยจากบริษัท Enzymit ได้พัฒนาเอนไซม์เฉพาะตัวที่ทำหน้าที่กรุยทางให้จุลินทรีย์ผลิต HA ได้อย่างตรงจุด ผลิตกรดไฮยาลูรอนิกที่มีน้ำหนักโมเลกุลหลากหลาย ความบริสุทธิ์สูง และที่สำคัญคือผลิตได้ในปริมาณมากโดยไม่ต้องพึ่งพาเนื้อเยื่อสัตว์อีกต่อไป เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีเก่า กระบวนการนี้ยังมีแนวโน้มจะช่วยลดต้นทุนลงได้ในอนาคต อีกทั้งยังตอบโจทย์ความปลอดภัยและความยั่งยืนในระยะยาว (9)

สร้างสรรค์สารใหม่เพื่อผลลัพธ์ที่ดีกว่าเดิม

เคราติน (Keratin) ซึ่งเป็นโปรตีนองค์ประกอบหลักที่เสริมสร้างโครงสร้างและความแข็งแรงให้กับเส้นผม ได้เป็นต้นแบบสำคัญในการพัฒนา K18PEPTIDE™ (sh-Oligopeptide-78) จากแบรนด์ K18 Hair ผ่านเทคโนโลยีชีววิทยาสังเคราะห์ ถูกออกแบบมาให้มีคุณสมบัติคล้ายเคราตินตามธรรมชาติ ด้วยขนาดโมเลกุลที่เล็กพอ เปปไทด์นี้จึงสามารถแทรกซึมลึกเข้าไปถึงชั้นเนื้อผมหรือคอร์เทกซ์ (Cortex) ซึ่งเป็นแกนกลางที่สายเคราตินหลักรวมตัวกันอยู่ กลไกการทำงานของ K18PEPTIDE™ ตามที่แบรนด์ K18 Hair อธิบายไว้ คือการเข้าไปซ่อมแซมและเชื่อมต่อสายเคราตินที่แตกหักเสียหาย (10) พร้อมกันนั้นยังช่วยฟื้นฟูพันธะไดซัลไฟด์ (Disulfide Bonds) ที่ถูกทำลายจากผลกระทบของสารเคมีและความร้อน (14)

แต่ SynBio ยังไม่หยุดเพียงแค่ซ่อมแซมโครงสร้างของร่างกายภายนอกเมื่อพูดถึงผิวพรรณและการปกป้องจากความเครียดทั้ง ภายในและ ภายนอก Zenakine™ เป็นตัวอย่างของนวัตกรรมเชิงชีวภาพที่พัฒนาขึ้นเพื่อจัดการกับปัญหาผิวอันเนื่องมาจากฮอร์โมนคอร์ติซอล(Cortisol) ฮอร์โมนความเครียด ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดอาการผิวแพ้ง่าย แห้งกร้าน และเกิดริ้วรอยก่อนวัย (11) บริษัท Croda Beauty ใช้กระบวนการหมักด้วยจุลินทรีย์ (Microbial Fermentation) ในการผลิต โดย Zenakine™ ระบุว่ามีส่วนประกอบคือ Lactobacillus Ferment Lysate ซึ่งถูกนำมาใช้เพื่อลดสัญญาณความเครียดของผิว พร้อมทั้งช่วยส่งเสริมการผลิตเมลาโทนิน อันจะช่วยปรับปรุงคุณภาพการนอนหลับให้ดียิ่งขึ้น (15)

และสิ่งใหม่อีกอย่างที่ SynBio ช่วยสร้างได้คือ “กลิ่น” ในโลกที่เคยต้องอาศัยดอกไม้หรือวัตถุดิบธรรมชาติสร้างกลิ่น มนุษย์ก้าวล้ำไปอีกขั้น เมื่อ SynBio ช่วยให้เกิด “โมเลกุลกลิ่นใหม่” ที่ไม่เคยมีมาก่อน ในอดีตผู้ผลิตน้ำหอมต้องพึ่งพาการเพาะปลูกดอกไม้นับล้านดอก การสกัดด้วยวิธีเคมี หรือการใช้สารสังเคราะห์ แต่ทีมวิจัยจากบริษัทอย่าง BGene ซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยี Synthetic Biology ได้ร่วมมือกับ TechnicoFlor ผู้ผลิตน้ำหอมชื่อดังจากฝรั่งเศส เพื่อสร้างกลิ่นในระดับโมเลกุล กระบวนการนี้ไม่เพียงแต่ลดการทำลายทรัพยากรธรรมชาติ แต่ยังทำให้ผู้ปรุงน้ำหอมมีเสรีภาพในการคิดค้นกลิ่นใหม่ ๆ อย่างไม่มีขีดจำกัด (12)

SynBio กำลังพลิกโฉมอุตสาหกรรมความงามด้วยกระบวนการผลิตแบบหมักแบบแม่นยำ หรือการใช้เอนไซม์แบบ cell-free ที่ใช้ทรัพยากรน้อยกว่า ลดการปลูกพืชและการสกัดจากสัตว์ ช่วยประหยัดที่ดิน น้ำ และพลังงานได้มาก การนำเศษวัสดุทางการเกษตรมาใช้ในการหมักช่วยให้เกิดระบบเศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular Economy) นำขยะทางการเกษตรมาใช้ประโยชน์สร้างวัตถุดิบคุณภาพสูง อีกทั้งยังได้ผลิตภัณฑ์ที่ย่อยสลายได้ ช่วยลดสารเคมีตกค้างในสิ่งแวดล้อม และตอบโจทย์ตลาดวีแกนในเรื่องการไม่เบียดเบียนสัตว์ (Cruelty-Free) และการไม่ใช้ผลิตภัณฑ์จากสัตว์ (Animal-Free) ตลอดจนช่วยรักษาความหลากหลายทางชีวภาพของโลกหัวใจสำคัญของ การใช้ SynBio ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง คือการสร้างสาร Bio-identical ที่มีโครงสร้างและประสิทธิภาพเทียบเท่าหรือดีกว่าในธรรมชาติ แต่ผลิตด้วยวิธีที่ยั่งยืนและมีจริยธรรมยิ่งกว่า สรุปได้ว่า SynBio ไม่ใช่เพียงเทรนด์ชั่วคราว แต่เป็นก้าวสำคัญสู่อนาคตที่ผสานความงาม ความยั่งยืน และนวัตกรรมเข้าด้วยกันอย่างแท้จริง

References

(1)     White L. A deep dive on squalane [Internet]. Amyris. 2022 [cited 2025 May 30]. Available from: https://amyris.com/2139/a-deep-dive-on-squalane

(2)     Tusher C. High performance without compromise [Internet]. biossance-us. 2022 [cited 2025 May 30]. Available from: https://www.biossance.com/blog/international-squalane-day/?srsltid=AfmBOooqoO-GWC9pTJedeISxgZUq3SpqAVmrTFUORPNB62LnpbMbgiDN

(3)     A fermentation-derived, natural molecule used to make woody and amber notes in fragrance [Internet]. Amyris. 2021 [cited 2025 May 30]. Available from: https://amyris.com/ingredient/manool

(4)     Mowbray N. This fragrance company is trying to recreate the scent of extinct blooms. CNN [Internet]. 2025 May 30 [cited 2025 May 30]; Available from: https://www.cnn.com/2025/05/30/style/future-society-fragrance-extinct-flowers

(5)     Chen E. How synthetic biology is revolutionizing traditional raw materials: Analyzing ergothioneine and ectoin in OEM [Internet]. Amarrie Cosmetics. 2025 [cited 2025 May 30]. Available from: https://www.amarrie.com/blogs/b2b-skincare-insights/how-synthetic-biology-is-revolutionizing-traditional-raw-materials-analyzing-ergothioneine-and-ectoin-in-oem

(6)     Bernardino ARS, Torres CAV, Crespo JG, Reis MAM. Biotechnological 2-Phenylethanol production: Recent developments. Molecules [Internet]. 2024;29(23). Available from: http://dx.doi.org/10.3390/molecules29235761

(7)     Nature’s laboratory: Biotechnology’s role in crafting sustainable perfumes [Internet]. Petite Histoire. [cited 2025 May 30]. Available from: https://nyc.ph/blogs/perfume/natures-laboratory-biotechnologys-role-in-crafting-sustainable-perfumes

(8)     April. Synthetic biology in everyday life: From lab to the beauty counter – SynBioBeta [Internet]. Synbiobeta.com. [cited 2025 May 30]. Available from: https://www.synbiobeta.com/read/synthetic-biology-in-everyday-life-from-lab-to-the-beauty-counter

(9)     SynBio Startup enzymit announces breakthrough in cell-free hyaluronic acid production [Internet]. BioSpace. 2023 [cited 2025 May 30]. Available from: https://www.biospace.com/synbio-startup-enzymit-announces-breakthrough-in-cell-free-hyaluronic-acid-production

(10)     Morales Y. How synthetic biology works better for hair repair + the environment [Internet]. K18Hair PRO. 2023 [cited 2025 May 30]. Available from: https://www.k18hairpro.com/blogs/professional/how-synthetic-biology-works-better-for-hair-repair-the-environment

(11)     Product details [Internet]. In-cosmetics.com. [cited 2025 May 30]. Available from: https://www.in-cosmetics.com/global/en-gb/exhibitor-directory/product-directory/product-details.exh-b41db3d4-6ddb-4f11-84e0-e7144a67c972.zenakine.pro-42c2bc67-4c4a-4c46-a0fa-51531606ae5c.html#/

(12)     Chandor A. Partnership between BGene and TechnicoFlor [Internet]. BGene. [cited 2025 May 30]. Available from: https://www.bgene.fr/en/press-release-bgene-and-technicoflor-partner-to-develop-and-commercialize-sustainable-fragrance-ingredients-through-synthetic-biology/

(13)     Bloom association » THE HIDEOUS PRICE OF BEAUTY: COSMETICS INDUSTRY DRIVES DEEP-SEA SHARK EXTINCTIONS [Internet]. Bloomassociation.org. [cited 2025 Jun 5]. Available from: https://www.bloomassociation.org/en/the-hideous-price-of-beauty/

(14)     The Hair Repair and biommimetic science behind K18 [Internet]. K18Hair. [cited 2025 Jun 5]. Available from: https://www.k18hair.com/pages/the-hair-repair-and-biommimetic-science-behind-k18?srsltid=AfmBOopNKRRBKsLgJDOQINVYzTd-vMoiGlDwTLqQo1iNvEfP2Nbn398P

(15)     ZenakineTM [Internet]. Crodabeauty.com. [cited 2025 Jun 5]. Available from: https://www.crodabeauty.com/en-gb/products/product/5852-zenakine

The post Cosmetic Industry | พลิกโฉมอุตสาหกรรมเครื่องสำอางด้วยชีววิทยาสังเคราะห์ first appeared on SynBio Consortium.

ตลอดหลายปีที่ผ่านมา หลายคนคงเคยได้ยินเกี่ยวกับ “พืชดัดแปลงพันธุกรรม” (GMOs) ไม่มากก็น้อย (ถ้าไม่เคยก็ต้องตามอ่านงานของพวกเราบ่อย ๆ ละ) ตั้งแต่ความพยายามทำให้ผลผลิตทางการเกษตรมีเนื้อเยอะขึ้น ไปจนถึงต้นข้าวที่ทนร้อน ทนหนาว ทนเค็มได้ดีขึ้น แต่ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด กระบวนการดัดแปลงพันธุกรรมที่ผ่านมา ส่วนใหญ่แล้วล้วนเป็นการ “คัดลอก” สิ่งที่เราต้องการจากสายพันธุ์ที่ใกล้เคียง หรือสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ นำมาใส่ลงไปในสิ่งมีชีวิตเป้าหมาย เหมือนกับการยืมกิ่งไม้ชนิดอื่นมาปักชำลงในต้นที่เราต้องการ ตัวอย่างที่เกิดขึ้นจริง ๆ แล้วก็เช่นการสร้างต้นมะเขือเทศที่สามารถทนต่อแมลงได้ (1) นักพัฒนาพันธุ์พืชก็ได้ไปตามหายีนส์ของแบคทีเรียที่สามารถสร้างสารที่แมลงไม่ชอบมาได้ จากนั้นก็นำไปผ่านกรรมวิธีต่าง ๆ เพื่อให้ต้นไม้นี้สามารถเก็บเอายีนส์แบคทีเรียนี้ไว้ และสามารถสร้างสารที่แมลงไม่ชอบได้ในที่สุด

แต่แน่นอนว่าวิธีการที่กล่าวมาไม่ใช่เรื่องง่ายเลย ส่วนใหญ่ต้องลองผิดลองถูกหลายต่อหลายครั้ง การตัดต่อพันธุกรรมแต่ละครั้งก็ใช้เวลาค่อนข้างนาน ซึ่งบางทีเราก็พบข้อจำกัดมากมายในธรรมชาติ ไม่ว่าจะเป็นการตัดต่อที่ไม่สมบูรณ์ (เช่น ดัดแปลงไม่ครบทุกโครโมโซม ลองดูตัวอย่างที่ EP. 2 ได้ครับ) หรือแม้ว่าการตัดต่อจะเป็นไปด้วยดี แต่ผลลัพท์ที่ออกมาก็อาจจะไม่ได้มีประสิทธิภาพเท่ากับที่คาดหวังไว้ หรือแม้กระทั่งในบางกรณี การนำเอายีนใหม่ ๆ เข้าไปในสิ่งมีชีวิตนั้นก็อาจจะกระบวนการอื่น ๆ ที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิต จนกระทั่งสิ่งมีชีวิตดัดแปลงนั้น ๆ ไม่สามารถเจริญเติบโตหรือทำงานดั้งเดิมได้ดี ปรากฎการณ์นี้เราเรียกกันว่า metabolic burden (2) ที่มากจนเกินทน

เมื่อปี 2018 นักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบล Frances Arnold ได้อธิบายว่า “ทุกวันนี้ ในทางปฏิบัติ เราสามารถอ่าน เขียน และแก้ไขลำดับดีเอ็นเอได้แทบทุกอย่าง แต่เรายังไม่สามารถ ‘ประพันธ์’ (Compose) มันได้” Frances Arnold ได้รับรางวัลโนเบลจากการนำเสนอไอเดียที่มีชื่อว่า “การกำกับวิวัฒนาการ (Directed Evolution)” (3) ซึ่งปัจจุบันเป็นกระบวนการที่ถูกใช้อย่างแพร่หลายในวงการชีววิทยาสังเคราะห์ในปัจจุบัน ไอเดียหลักของ Directed Evolution คือการสร้างต้นแบบที่มีการกลายพันธ์ูจากเป้าหมายเริ่มต้น แล้วคัดเลือกการกลายพันธุ์ที่ต้องการ คล้ายกับการบีบให้วิวัฒนาการนั้นเกิดขึ้นตามการกำกับของนักวิทยาศาสตร์อย่างพวกเรา ยกตัวอย่างเช่น หากเรามีข้อมูลว่าโปรตีนชนิดหนึ่งมีผลต่อการทนความร้อนของพืช เราก็สามารถสร้างโปรตีนจำนวนมากที่เกิดจากการตั้งใจทำให้โปรตีนนั้นกลายพันธ์ในหลาย ๆ รูปแบบ แล้วจึงเลือกตัวที่ทนความร้อนได้มากขึ้นมาเก็บไว้เพื่อทำซ้ำเป็นลำดับถัดไป การทดลองแนวนี้อาศัยการลองผิดลองถูกเยอะมาก ๆ โดยที่ในระดับโปรตีนแล้วอาศัยการเปลี่ยนแปลงเพียงรอบละไม่กี่ตำแหน่งเท่านั้น หากจะสร้างโปรตีนพันธุ์ใหม่ที่แตกต่างไปสัก 10 จุดอาจจะใช้เวลานับปีกว่าจะได้โปรตีนพันธุ์ใหม่นี้ออกมา บทความนี้จะยกกระบวนการใหม่ที่พยายามแก้ปัญหาตรงนี้ด้วยเทคโนโลยีเปลี่ยนโลกอย่าง Generative AI

โลกที่เปลี่ยนไปเมื่อปี 2022 (Advent of ChatGPT)

ไอเดียของ AI อาจจะอยู่คู่กับคนเรามาตั้งแต่ปี 1927 ที่ถูกพูดถึงในหนังเรื่อง Metropolis (นานมากขนาดที่แม่ของผู้เขียนก็ยังเกิดไม่ทันเลย แต่ไม่มีใครเก่งสู้แม่ผมได้แน่นอน :P) ซึ่งจากนั้นคนเราก็อยู่กับจินตนาการต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็น AI ที่อยู่ในหนัง Sci-fi หรือหนังสยองขวัญที่พูดถึงเรื่อง AI จะครองโลกก็ตาม จนเมื่อไม่นานมานี้มนุษยชาติก็เพิ่งที่จะเข้าใจพลังของสิ่งที่เรียกว่า Generative AI เมื่อตอนปี 2022 จากการที่บริษัท OpenAI ได้เปิดตัว ChatGPT หรือโมเดลภาษาขนาดใหญ่ที่สามารถโต้ตอบบทสนทนาได้ใกล้เคียงกับมนุษย์ และมีพัฒนาการอย่างต่อเนื่องผ่านมาหลากหลายเวอร์ชั่นทั้งในแง่ความฉลาดและความคิดสร้างสรรค์เรื่อยมา ไม่ว่าจะเป็นการแต่งนิยาย แต่งกลอน หรือแม้กระทั่งสูตรอาหาร (ถึงแม้จะไม่การันตีในระดับของความอร่อย แต่สูตรทั่วอินเตอร์เน็ตก็เป็นเช่นนั้นอยู่แล้ว เอาจริง ๆ  protocol ในงานวิจัยวิทยาศาสตร์ก็ประมาณนี้แหละ!!!)

ก่อนจะกลับมาที่เรื่องราวของการประพันธ์จีโนม เราอยากจะยกเบื้องหลังความสำเร็จของ ChatGPT อย่างองค์ความรู้พื้นฐานที่ประกอบกันเป็นโมเดล AI ที่คุยกันอยู่ข้างหลังจอที่เราเห็นโดยเฉพาะกลุ่มที่เราเรียกว่า Transformer (4) (ไม่ใช่รถต่างดาว) ถ้าจะให้อธิบายอย่างง่ายก็คือเป็นโมเดลที่ถูกสร้างมาให้เหมาะกับการใช้งานกับข้อมูลที่เป็นลำดับ เช่น ข้อมูลทางภาษาที่มีลักษณะจากการอ่านจากทางซ้ายไปทางขวานั่นเอง (ขวาไปซ้ายก็ได้นะ แต่ต้องปรับจูนนิดหน่อย) แต่แน่นอนว่าภาษาคนไม่ใช่สิ่งเดียวที่มนุษย์อยากลอกเลียนแบบ จริง ๆ แล้วข้อมูลที่เป็นลำดับนั้นยังอยู่ในรูปแบบอื่น ๆ อีกมาก ไม่ว่าจะเป็นข้อมูลของลำดับกรดอะมิโนในโปรตีน หรือข้อมูลกลุ่มคลื่นสัญญาณอย่างคลื่นไฟฟ้าสมองและคลื่นไฟฟ้าหัวใจ และข้อมูลที่เราจะพูดถึงกันในวันนี้ก็คือข้อมูลทางพันธุกรรม หรือข้อมูลจีโนมอย่างลำดับของดีเอ็นเอนั่นเอง

จากการดัดแปลงและลอกเลียนแบบสู่การออกแบบและสร้างสรรค์

ถ้าหากเราพิจารณาที่ข้อมูลของจีโนม ชุดข้อมูลที่ใกล้เคียงที่สุดก็คงหนีไม่พ้นข้อมูลลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนที่หากได้ติดตามวงการวิทยาศาสตร์อยู่เรื่อยก็น่าจะเคยได้ยินชื่อของงานวิจัยเปลี่ยนโลกอย่างโมเดล AlphaFold (5) ของทีม Google Deepmind (ทีมเดียวกันกับที่สร้าง Alpha Go มาล้มแชมป์โลกหมากล้อม) ที่ออกมาสู่สาธารณะเมื่อปี 2021 โมเดล AlphaFold นี้เรียนรู้การพับของลำดับโปรตีนให้เป็นโครงสร้างต่าง ๆ ที่สามารถนำเอามาประยุกต์ใช้ในเชิงการแพทย์หรือการหาโครงสร้างของเอนไซม์ต่าง ๆ เพื่อออกแบบยาใหม่ ๆ ที่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพหรือยับยั้งได้นั่นเอง ก่อนที่ AlphaFold จะออกมาให้ใช้งาน ในอดีตการหาโครงสร้างของโปรตีนนั้นต้องพึ่งการตกผลึกโปรตีนซึ่งนอกจากจะใช้ต้นทุนสูงแล้ว ยังมีความไม่แน่นอนในการตกผลึกโปรตีนติดพันมาด้วย นักชีววิทยาโครงสร้างอาจจะใช้เวลาหลายปีกว่าจะได้โครงสร้างของโปรตีนชิ้นหนึ่งออกมา ในขณะที่ AlphaFold ช่วยทำนายได้ภายในพริบตาพร้อมกับความแม่นยำที่ใกล้ความจริงไปเสียทุกที งานวิจัยด้านการพับโปรตีนนี้ทำให้ทีมของ Google Deepmind (John Jumper และ Demis Hassabis) ได้รับรางวัลโนเบลในปีที่ผ่านมา (2024) ร่วมกับงานออกแบบโปรตีนด้วยคอมพิวเตอร์จากทีมของ David Baker จาก University of Washington

หลังจากการประสบความสำเร็จอย่างเหนือชั้นของ AI เพื่อทำนายและออกแบบโปรตีน หลายทีมวิจัยก็มีความพยายามที่ในการที่จะสร้างโมเดลเพื่อศึกษาข้อมูลของจีโนม ไม่ว่าจะเป็น Nucleotide Transformer โดยสตาร์ทอัพของทางอังกฤษ (6) หรือ GenSLMs ของทางทีมมหาวิทยาลัยชิคาโก (7) แต่ทั้งสองโมเดลที่ถูกพูดถึงครั้งแรกเมื่อปี 2023 ยังไม่ได้รับการถูกทดสอบในห้องปฏิบัติการมากนัก จนกระทั่งทีมจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด นำโดย Brian Hie ผู้ซึ่งเคยอยู่ในทีมของ Meta AI ของ Facebook มาก่อน ได้ทำการเปิดตัวโมเดล Evo ที่ได้เรียนรู้ในจีโนมของกลุ่ม Prokaryote จำนวนมาก (8) ซึ่งสาเหตุของการเริ่มด้วย Prokaryote นั้นก็หนีไม่พ้นความสะดวกในการทดลองในห้องแล็บจริง เนื่องด้วยการกระบวนการวิศวกรรมง่ายอยู่ (ที่แปลว่าไม่ง่ายเท่าไร) ขนาดที่เล็กกว่า และกระบวนการทดสอบใช้เวลาน้อยกว่า ทำให้ทางทีมสามารถนำโมเดลที่สร้างขึ้นไปลองทดสอบได้จริงในเวลาไม่นานนัก

ในส่วนของโมเดลนั้น AI ได้เรียนรู้ผ่านข้อมูลลำดับเบสของ Prokaryote จำนวน 3 แสนล้านลำดับในเวอร์ชั่นแรก และ 4.5 แสนล้านลำดับในเวอร์ชั่น 1.5 ซึ่งเป็นการเรียนรู้ในรูปแบบเดียวกันกับโมเดลในเชิงภาษา (9) ซึ่งโดยส่วนมากเรียนรู้ด้วยการทำสิ่งที่เรียกว่าการทำนายคำถัดไป (Next Token Prediction) หรือการฝึกให้โมเดลเติมคำในช่องว่าง (Masked Language Modeling) แต่ครั้งนี้เปลี่ยนจากการเรียนภาษาเป็นคำๆเป็นการเรียนภาษาของ DNA เพียงเท่านั้นเอง ซึ่งก็ประกอบไปด้วยการเติม A T C G ให้ถูกต้อง สิ่งทางทีมวิจัยก็ได้ทำการประเมินผลลัพธ์ในคอมพิวเตอร์ในโจทย์ต่าง ๆ ดังนี้

สร้างพิษและยาต้านพิษ (Generation of Toxin-AntiToxin Systems)

โดยเรื่องหนึ่งที่ได้ถูกนำมาทดลองก่อนก็คือการให้โมเดลสังเคราะห์ลำดับเบสสำหรับการสร้างระบบพิษ-ยาต้านพิษ (Toxin-AntiToxin) ในแบคทีเรีย ระบบพิษต้านพิษที่ว่านี้ก็มีไว้สำหรับการป้องกันตัวจากไวรัสในแบคทีเรีย หรือ Bacteriophage (เรียกสั้น ๆ ว่า Phage) โดยหลักการทำงานระบบนี้คือ การแสดงออกของยีนสองชุดที่อยู่ติด ๆ กัน (ประเด็นนี้สำคัญมากในระบบการทดสอบ AIT ที่จะมาเติมคำในช่องว่าง หรือช่องข้าง ๆ) โดยยีนส์แรก (Toxin DNA) จะแสดงออกเพื่อการผลิตโปรตีนยาพิษ (Toxin protein) ส่วนอีกยีนหนึ่ง (AntiToxin DNA) จะสร้างออกมาเป็นโปรตีนยาต้านพิษ (AntiToxin protein) โดยคุณสมบัติพิเศษคือยาพิษเหล่านี้จะมีอายุขัยในเซลล์ที่ยืนยาวคงทน ในขณะที่ยาต้านพิษนั้นจะมีคงอยู่ไม่นาน หากว่าวันใดวันหนึ่งยีนส์ที่สร้างยาต้านพิษ (หรือทั้งสองยีน) หายไป หรือทำงานแย่ลอง แบคทีเรียกก็จะกลายเป็นตำนานที่ไร้ชีวิตไปโดยปริยาย เพราะเจ้าโปรตีนยาพิษมันไม่หายไปไหนง่าย ๆ บางกลุ่มของระบบพิษต้านพิษนี้ก็เชื่อว่าเกิดการทำงานขึ้นเมื่อ Phage นั้นทำให้การแปลรหัสพันธุกรรมอ่อนแอลง ก็จะส่งผลให้ตัวยาต้านพิษที่มีอายุขัยต่ำก็จะสลายไปและปล่อยให้พิษฆ่าแบคทีเรียตัวที่ถูก Phage โจมตีเพื่อป้องกันไม่ให้ Phage สามารถแพร่กระจายไปยังตัวอื่นได้นั่นเอง (อธิบายเพิ่มเติมเล็กน้อย Phage หรือไวรัสอย่าง SARS-CoV-2 นั้นจะเพิ่มปริมาณได้ก็ต่อเมื่อมันเข้าไปอยู่ในพาหะหรือเจ้าบ้าน และใช้ทรัพยากรของเจ้าบ้านในการเติบโตและเพิ่มปริมาณ ดังนั้นหากเจ้าบ้านชิงฆ่าตัวตายซะก่อน ก็จะไม่กลายเป็นตัวแพร่เชื้อให้เพื่อนในฝูงตายกันหมด)

ระบบพิษต้านพิษนี้ถูกนำมาปรับใช้ในวงการเทคโนโลยีชีวภาพและชีววิทยาสังเคราะห์ในรูปแบบของพลาสมิดโดยนักวิจัยการมีอยู่ของชุดพิษต้านพิษนี้ทำให้ประชากรของแบคทีเรียต้องพึ่งพาพลาสมิดในการมีชีวิตรอด เดิมทีแล้วเมื่อเราอยากให้แบคทีเรียผลิตสารบางอย่างจากยีนที่เราใส่เข้าไป นักวิจัยมักจะคัดเลือกแบคทีเรียที่มีพลาสมิดด้วยการใช้การดื้อยาปฏิชีวนะ (Antibiotic Resistance) ซึ่งในทางปฏิบัติแล้วมีต้นทุนที่สูงและมีความเป็นไปได้ที่แบคทีเรียรุ่นลูกจากการแบ่งตัวอาจจะทำพลาสมิดสูญหายระหว่างทาง (ไอ้พี่ชายมันเอาไปหมด) โดยเฉพาะถ้าเป็นการผลิตที่ไม่ได้ช่วยให้แบคทีเรียมีชีวิตที่ดีขึ้นด้วยละก็ แบคทีเรียที่ไม่มีพลาสมิดก็มักจะโตเร็วกว่าตัวที่ต้องแบกยีนชุดนั้นเอาไว้ด้วยและท้ายที่สุดก็จะก้าวขึ้นมาเป็นประชากรส่วนใหญ่ในที่สุดแล้วปรับเปลี่ยนโครงสร้างประชากรในที่สุด การมีระบบพิษต้านพิษทำให้แบคทีเรียที่สูญเสียพลาสมิดตายลงไปในที่สุด เหลือแต่พวกที่ทำงานหนักเผื่อผลิตพิษมาต้านพิษอย่างสม่ำเสมอเท่านั้นจึงจะอยู่รอด

ไอเดียของทางทีมวิจัยจาก Arc Institute ในการให้โมเดลสร้างจีโนมใหม่ก็คล้าย ๆ กับ ChatGPT นั่นแหละ แต่แทนที่จะตั้งคำถามด้วยภาษาเขียนแบบทีเราแชทคุยกับบอท ก็เปลี่ยนเป็นการให้ข้อมูลของยาต้านพิษไปเหมือนเป็นคำถาม แล้วให้โมเดลเติมข้อมูลของพิษตัวใหม่ขึ้นมาได้ (เนื่องจากสองยีนนี้อยู่ใกล้กันในธรรมชาติ การให้ข้อมูลส่วนหนึ่งจะสามารถชี้นำไปสู่การสร้างคู่ของมันขึ้นมาได้) และเช่นกัน ถ้าให้ข้อมูลของยาพิษไปเป็นคำถาม โมเดลก็น่าจะสามารถสร้างยาต้านพิษตัวใหม่ที่เหมาะสมสำหรับยาพิษตัวนั้น ๆ ได้ ความน่าสนใจของโมเดลนี้คือการที่มันสามารถผลิตทั้งพิษและยาต้านพิษตัวใหม่ขึ้นมาได้ โดยทางทีมเริ่มจากการสังเคราะห์พิษตัวใหม่ขึ้นมาก่อนจากการให้ยาต้านพิษที่มีในธรรมชาติ ซึ่งจากการทดสอบในห้องแลปพบว่าพิษตัวใหม่นี้สามารถฆ่าแบคทีเรียได้ราว ๆ 80% และมีโครงสร้างที่แตกต่างจากยาพิษคู่หูตัวเดิมของยาต้านพิษที่ป้อนเข้าไป หลังจากนั้นเมื่อนำยาพิษชนิดใหม่นี้มาป้อนเป็นคำถาม โมเดล Evo นี้ก็สามารถออกแบบยาต้านพิษชนิดใหม่ที่มีความจำเพาะกับยาพิษตัวใหม่นี้ได้เช่นกัน ท้ายที่สุดก็สามารถสร้างคู่พิษต้านพิษระบบใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อนในธรรมชาติออกมาได้!!! (อย่างกับพิษประจิม นับถือ นับถือ)

สร้าง CRISPR-Cas และ Anti-CRISPRs

หลังจากที่เรียนตำราพิษต้านพิษสำเร็จแล้ว เคล็ดวิชาถัดไปที่จะให้เจ้า Evo ได้ฝึกฝนดูก็หนีไม่พ้นการจำลองการสร้างระบบซึ่งจำเป็นต้องใช้ทั้งรหัสของ RNA และโปรตีนในการทำงานอย่าง CRISPR-Cas ที่มาจากระบบภูมิคุ้มกันของแบคทีเรียในการป้องกันตัวจาก Phage (ไวรัสของแบคทีเรีย) โดยไวรัสเหล่านี้มักจะแพร่กระจายจากการแทรกชิ้นส่วน DNA ของตัวเองให้เข้าไปยังแบคทีเรีย แล้วทำให้แบคทีเรียอ่าน DNA ดังกล่าวแล้วผลิตชิ้นส่วนของไวรัสขึ้นมา กระบวนการที่ระบบ CRISPR-Cas ใช้ก็คือจดจำชิ้นส่วน DNA ของไวรัสแล้วจ้องที่จะตัดชิ้นส่วน DNA แปลกปลอมเหล่านั้นของไวรัสที่เข้ามาจู่โจม ความพิเศษของมันอยู่ที่มันอาศัยการจับ DNA แปลกปลอมผ่านการสร้าง RNA นักวิทยาศาสตร์หลากหลายทีมจึงได้นำเอาชิ้นส่วน RNA เหล่านี้มาดัดแปลงพร้อมกับโปรตีน Cas ทั้งหลายมาใช้ประยุกต์ในการตัดต่อยีนที่สนใจนั่นเอง ยกตัวอย่างง่าย ๆ ก็คือเอาไปใส่ในเซลล์มนุษย์ให้มันตัดต่อยีนของคนซะเลย แม้ว่าปกติมันจะทำงานได้ดีในเซลล์ของแบคทีเรียแต่นักวิจัยทั่วโลกก็ได้ลงมือดัดแปลงให้มันใช้งานในเซลล์มนุษย์จนได้ นำไปสู่รางวัลโนเบลในปี 2020 ให้กับ Emmanuelle Charpentier  และ Jennifer Doudna หากอยากอ่านเรื่องนี้เพิ่มลองไปดูใน RRR EP02 ได้เลยครับ สำหรับในบทความนี้ ความน่าสนใจอยู่ที่ Guide RNA (gRNA) ที่ใช้บ่งชี้ DNA ที่ตัวโปรตีน Cas ต้องไปตัดที่มีความหลากหลายอยู่มาก ในระบบ CRISPR-Cas ที่มีอยู่มากกว่า 6 กลุ่มใหญ่เข้าไปแล้ว (10) ก็มีโครงสร้างของ gRNA แต่มีลักษณะแตกต่างกัน นอกจากนี้ยังมีระบบคล้าย ๆ กันอย่าง Argonaut หรือ TIGR-Tas ที่เพิ่งจะออกมาเปรียบเทียบกันอีก ในประเด็นของการตามหา CRISPR-Cas ใหม่ ๆ นั้นจึงมีความสำคัญมากในการสร้างระบบการตัดต่อยีนที่จำเพาะ (และโดยเฉพาะในเชิงพาณิชย์) ยกตัวอย่างเช่นหากเราต้องการจะนำ CRISPR-Cas ไปใช้ในการรักษาโรคอย่างการให้มันตัดต่อยีนจำเพาะในร่างกายของมนุษย์ เราก็คงอยากให้มันมีการตัดที่มีความแม่นยำสูงมาก ๆ และตัดเฉพาะส่วนที่ต้องการให้มีการตัดต่อเท่านั้น ไม่ไปตัดที่อื่นมั่วซั่วจนเซลล์มนุษย์กลายพันธุ์เป็นเอเลี่ยน ในจุดนี้แม้ว่าจะมีการประยุกต์ใช้เพื่อรักษาโรคทางพันธุกรรมอยู่ในหลายกรณี (11) แต่การตัดต่อเซลล์ต้นกำเนิดหรือ Germline ก็ยังเป็นที่ถกเถียงกันเป็นอย่างมาก การตัดต่อ embryo ของคนครั้งแรกนั้นได้รับวิจารณ์ในแง่ลบเป็นอย่างมากว่ามันเกิดขึ้นเร็วเกินไปกว่าที่เทคโนโลยีและวงการจะพร้อมรับมือกับผลที่ตามมา (12) — เริ่มออกนอกเรื่อง แค่นี้พอละกัน

กลับมาที่การนำโมเดล Evo มาใช้สร้างระบบ CRISPR-Cas ทางทีมได้ทำการทำสิ่งที่เรียกว่าการปรับแต่งโมเดล (Finetuning) โดยการนำข้อมูลจาก CRISPR-Cas ชนิดต่าง ๆ มาให้โมเดลได้ทำการเรียนรู้โดยเฉพาะเจาะจงมากขึ้น โดยการอาศัยให้โมเดลเรียนรู้จากข้อมูล CRISPR-Cas ในรูปแบบต่าง ๆ เพื่อให้รู้มากขึ้นว่ายีน CRISPR-Cas นั้นควรจะมีหน้าตาอย่างไร และควรเขียนออกมาแบบไหน แล้วจากนั้นนำโมเดลที่มีการปรับแต่งนี้ไปใช้ในการสร้าง CRISPR-Cas ตัวใหม่ โดยทำการสร้างขึ้นมากว่า 2 ล้านรูปแบบ แต่เนื่องจากจะมีการนำไปทำผลลัพท์ต่อ จึงต้องมีเกณฑ์การเลือกตัวที่น่าจะสามารถไปสร้างได้จริงและมีความแตกต่างจากตัวที่พบในธรรมชาติพอสมควร และอีกหนึ่งเกณฑ์ที่ถูกนำมาใช้ในการคัดเลือกก็คือคะแนนที่มาจากความมั่นใจในโครงสร้างของ Alphafold3 (pLDDT) นั่นเอง โดยจากทั้งหมดแล้วมี CRISPR-Cas ที่ถูกนำไปทดลองในห้องแลปจริง ๆ อยู่ทั้งหมด 11 ตัว และหนึ่งในนั้นก็มีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับตัว CRISPR-Cas9 ที่พบในธรรมชาติได้เลย แม้ว่าหลายคนอาจจะมองว่าเป็นตัวเลขที่ไม่เยอะเท่าไหร่นัก แต่ในแง่การศึกษาในจากสร้างยีนชนิดใหม่แล้วนั้น การที่เลือกตัวสังเคราะห์มา 11 ตัวแล้วมีตัวที่สำเร็จ 1 ตัวนั้นก็นับเป็นอัตราความสำเร็จที่ค่อนข้างสูงเลยทีเดียว

อย่างไรก็ตาม CRISPR-Cas ที่ถูกสร้างขึ้นมาใหม่ด้วย Evo นี้มีลักษณะคล้ายกับ CRISPR-Cas ที่ถูกนำไปปรับแต่งโมเดลอยู่ที่ราว 80% ซึ่งถือว่าค่อนข้างสูงอยู่สำหรับการสร้างยีนใหม่ (เอ๊ะ มันใหม่จริงปะนะ) ซึ่งในปัจจุบันการทดลองการสร้างโปรตีนใหม่นั้นจะมีส่วนที่ยากคือการค้นหายีนหรือโปรตีนตัวใหม่ ๆ ที่มีความเหมือนกับข้อมูลที่พบในธรรมชาติไม่ถึง 30% ดังนั้น หนึ่งในเป้าหมายของการทดลองที่ถูกเลือกมาเพื่อทดโมเดล Evo จึงมุ่งไปที่การสร้างยีนที่แตกต่างจากในธรรมชาติในระดับนี้ ทีมวิจัยจาก Arc Institute เลือกสร้างยีนกลุ่ม Anti-CRISPRs (Acr) ซึ่งเป็นยีนในไวรัสที่มีหน้าที่ในการต่อต้านระบบ CRISPR-Cas ของแบคทีเรียเพื่อให้มันสามารถบุกโจมตีแบคทีเรียเหล่านี้ได้เช่นเดิม โปรตีนในกลุ่ม Acr นี้มีความหลากหลายที่ค่อนข้างสูง และมีจำนวนที่ถูกค้นพบแล้วก็ไม่เยอะเทียบกับ CRISPR-Cas สาเหตุหนึ่งก็เพราะว่ามันค้นพบยากกว่า (ยีนมันอยู่ในไวรัส) ทางทีม Arc Institute จึงได้ลองนำข้อมูลบางส่วนของยีน Acr ไปให้โมเดล Evo สร้างต่อจำนวนทั้งหมด 3180 ลำดับ แล้วผ่านการคัดกรองด้วยวิธีการทางคอมพิวเตอร์จนเหลือ 84 ตัว เมื่อทำไปทดสอบในห้องแลปพบว่ามีทั้งหมด 14 ตัวที่มีความสามารถในการยับยั้ง CRISPR-Cas9 ได้ และที่น่าสนใจไปกว่านั้นคือมี 3 ตัวในนี้ที่มีความเหมือนกับโปรตีนในธรรมชาติไม่ถึง 30% นอกจากนี้ 2 ตัวในกลุ่มนี้ยังไม่พบโปรตีที่คล้ายคลึงในธรรมชาติได้เลย (นี่มันชีววิทยาสังเคราะห์ชัด ๆ) ส่วนอีกหนึ่งตัวพบความคล้ายมากที่สุดก็มีลำดับโปรตีนคล้ายกับตัวในธรรมชาติไม่เกิน 25% เท่านั้น นับว่าเป็นโปรตีนที่ใหม่หลุดโลกมาก ๆ ระดับจักรวาลเลยทีเดียว

แล้วโมเดลในสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ละ มีอะไรน่าสนใจตามมาอีกมั้ย

จริง ๆ แล้วในวงการนั้นมีความพยายามจากหลากกลุ่มในการสร้างโมเดลสำหรับการเรียนรู้ข้อมูลจีโนมของสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ โดยเฉพาะมนุษย์ เพื่อให้เราเข้าใจโรคต่าง ๆ มากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นโรคหายากทางกรรมพันธุ์ หรือโรคมะเร็ง (ที่แท้จริงแล้วก็เกิดจากเซลล์ในร่างกายของเราเกิดการกลายพันธุ์ที่ทำให้หยุดแบ่งตัวไม่ได้จนเกิดเป็นก้อนเนื้อ) ซึ่งสาเหตุที่จีโนมของมนุษย์นั้นมีความยากมากกว่าจีโนมของแบคทีเรียก็หนีไม่พ้น 3 ประเด็นหลัก ๆ (13) ได้แก่

1. มันใหญ่มาก: มนุษย์นั้นมีจำนวนยีนมากกว่าแบคทีเรียอยู่ที่ประมาณ 25 เท่า แต่ที่ยิ่งไปกว่านั้น เรามีจำนวนเบสของ DNA มากกว่าแบคทีเรียอยู่มากกว่า 650 เท่าเลยทีเดียว

2. มันซับซ้อน: มนุษย์มีระบบของการควบคุมการแสดงออกของยีนที่ซับซ้อนกว่าแบคทีเรียมาก ๆ ในระบบของแบคทีเรียอย่าง E. coli นั้น จีโนมกว่า 90% ถูกนำไปแปลเป็นโปรตีน และอีก 10% นั้นมีหน้าที่ในการควบคุมการแสดงออกของยีนอีกที แต่ในมนุษย์นั้นจีโนมที่ถูกนำไปแปลเป็นโปรตีนนั้นมีแค่ประมาณ 3% เท่านั้น กว่า 97% นั้นมีหน้าที่ในการควบคุมการแสดงออก

3. มันซ้ำ ๆ: มนุษย์นั้นมีจีโนมที่มีรูปแบบซ้ำซ้อนกันสูงมาก โดยที่บางส่วนของ DNA ของคนเรานั้นสามารถซ้ำกันได้สูงสุดราวหลักแสนครั้งเลยที่เดียว

ซึ่งหลังจากทีมงานได้นำงาน Evo 1 และ Evo 1.5 มาพูดคุยกันใน Journal Club ได้เพียงสามวัน… ทีม Arc Institute ก็ออกโมเดล Evo 2.0 ซึ่งเรียนรู้จากสิ่งมีชีวิตทุกประเภทออกมา (14) (แล้วทำให้ทีมงานคิดไม่ตกว่าจะเขียนอธิบายต่อยังไงดี)

แต่ในการปล่อยงานนี้ยังอยู่ในระดับการทำโจทย์ที่เป็นการทำเชิงคอมพิวเตอร์อยู่ และเปิดโอกาสให้ทีมอื่น ๆ นำเอาโมเดลไปประยุกต์ใช้ในการออกแบบการทดลองได้ทันที ยกตัวอย่างเช่นการดูว่า Evo 2.0 นั้นสามารถบอกการกลายพันธุ์ที่น่าจะก่อให้เกิดโรคในคนได้หรือไม่ คำถามที่ว่าจะเป็นในด้านการทดสอบว่ายีนที่สร้างจาก Evo 2.0 นั้นจะเป็นยังไง และยีนใหม่ ๆ นั้นจะมีประสิทธิภาพและการนำไปใช้งานแบบใดได้บ้างคงต้องรองานในอนาคตมาอธิลายเป็นลำดับถัดไป

สิ่งหนึ่งที่น่าสนใจคือการที่ทางทีมมี Arc Institute ตั้งใจตัดสิ่งมีชีวิตกลุ่มหนึ่งออกไปจากการเรียนรู้ของโมเดล Evo 2.0 นั้นคือสิ่งมีชีวิตกลุ่มไวรัสที่มีการแพร่พันธุ์ในสิ่งมีชีวิตนอกเหนือจากแบคทีเรีย เช่นไวรัสในมนุษย์หรือสัตว์ ประเด็นนี้เป็นประเด็นสำคัญของเรื่องความปลอดภัยทางชีวภาพ (biosecurity) และทางทีมก็ได้ทดลองด้วยการให้โมเดลลองเติมข้อมูลของไวรัสและพบว่าความสามารถของโมเดลนั้นไม่ต่างจากการเดาสุ่ม ทั้งนี้ก็เพื่อให้มั่นใจว่าโมเดลจะไม่มีการถูกนำไปใช้ในการสร้างไวรัสตัวใหม่ ๆ ที่มีโอกาสจะติดมนุษย์ได้นั้นเอง ส่วนตัวทีมงานชีววิทยาเหนือธรรมชาติก็ได้ไปพบกับ Brian Hie ที่เป็นนักวิจัยหลักของการสร้างโมเดล Evo จาก Arc Institute ในการประชุม Spirit of Asilomar (15) ที่เน้นการเสวนาเกี่ยวกับเทคโนโลยีชีวภาพในโลกอนาคต การจัดการความปลอดภัยของกระบวนการและข้อมูลต่าง ๆ ไปจนถึงผลกระทบที่อาจจะเกิดขึ้นจากการงานวิจัยแนวหน้าอย่าง Generative Genomic Model เหล่านี้ โดยมี AI in Biotechnology เป็นหนึ่งในห้าประเด็นหลักของการเสวนาครั้งนี้เลยทีเดียว การเผยแพร่ของ Evo เพียงไม่กี่สัปดาห์ก่อนการประชุมก็ทำให้เกิดแรงกระเพื่อมในการสนทนาไม่แพ้หัวข้ออื่น ๆ อย่างเซลล์เงาสะท้อนสังเคราะห์ (synthetic mirrored cell) เทคโนโลยีชีวภาพแบบเหนือการควบคุม (beyond biocontainment biotechnology) เชื้อก่อโรคและอาวุธชีวภาพ (pathongens and bioweapons) และการตีกรอบเทคโนลียีชีวภาพโลกอนาคต (framing future biotechnology) ซึ่งเป็นที่แน่นอนว่าวงการเทคโนโลยีชีวภาพและชีววิทยาสังเคราะห์คงต้องมีการเปลี่ยนแปลงอย่างก้าวกระโดดในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าด้วยการสร้างข้อมูลใหม่ในสเกลนับล้านล้านเบสด้วยโมเดลอย่าง Evo แน่นอน

References

(1)    Cho, H.-J.; Kim, S.-J.; Rhim, S.-L.; Kim, B.-D. Transgenic Tomato Plants Expressing Insecticidal Activity against Coleopteran Larvae. Mol. Cells 1992, 2 (3), 329–334. https://doi.org/10.1016/S1016-8478(23)13949-5.

(2)    Wu, G.; Yan, Q.; Jones, J. A.; Tang, Y. J.; Fong, S. S.; Koffas, M. A. G. Metabolic Burden: Cornerstones in Synthetic Biology and Metabolic Engineering Applications. Trends Biotechnol. 2016, 34 (8), 652–664. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2016.02.010.

(3)    Arnold, F. H. Directed Evolution: Bringing New Chemistry to Life. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57 (16), 4143–4148. https://doi.org/10.1002/anie.201708408.

(4)    Vaswani, A.; Shazeer, N.; Parmar, N.; Uszkoreit, J.; Jones, L.; Gomez, A. N.; Kaiser, Ł. ukasz; Polosukhin, I. Attention Is All You Need. In Advances in Neural Information Processing Systems; Guyon, I., Luxburg, U. V., Bengio, S., Wallach, H., Fergus, R., Vishwanathan, S., Garnett, R., Eds.; Curran Associates, Inc., 2017; Vol. 30.

(5)    Jumper, J.; Evans, R.; Pritzel, A.; Green, T.; Figurnov, M.; Ronneberger, O.; Tunyasuvunakool, K.; Bates, R.; Žídek, A.; Potapenko, A.; Bridgland, A.; Meyer, C.; Kohl, S. A. A.; Ballard, A. J.; Cowie, A.; Romera-Paredes, B.; Nikolov, S.; Jain, R.; Adler, J.; Back, T.; Petersen, S.; Reiman, D.; Clancy, E.; Zielinski, M.; Steinegger, M.; Pacholska, M.; Berghammer, T.; Bodenstein, S.; Silver, D.; Vinyals, O.; Senior, A. W.; Kavukcuoglu, K.; Kohli, P.; Hassabis, D. Highly Accurate Protein Structure Prediction with AlphaFold. Nature 2021, 596 (7873), 583–589. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03819-2.

(6)    Dalla-Torre, H.; Gonzalez, L.; Mendoza-Revilla, J.; Lopez Carranza, N.; Grzywaczewski, A. H.; Oteri, F.; Dallago, C.; Trop, E.; de Almeida, B. P.; Sirelkhatim, H.; Richard, G.; Skwark, M.; Beguir, K.; Lopez, M.; Pierrot, T. Nucleotide Transformer: Building and Evaluating Robust Foundation Models for Human Genomics. Nat. Methods 2025, 22 (2), 287–297. https://doi.org/10.1038/s41592-024-02523-z.

(7)    Chow, E.; Zvyagin, M.; Brace, A.; Hippe, K.; Deng, Y.; Zhang, B.; Bohorquez, C. O.; Clyde, A.; Kale, B.; Perez-Rivera, D.; Ma, H.; Mann, C. M.; Irvin, M.; Ozgulbas, D. G.; Vassilieva, N.; Pauloski, J. G.; Ward, L.; Hayot-Sasson, V.; Emani, M.; Foreman, S.; Xie, Z.; Lin, D.; Shukla, M.; Nie, W.; Romero, J.; Dallago, C.; Vahdat, A.; Xiao, C.; Gibbs, T.; Foster, I.; Davis, J. J.; Papka, M. E.; Brettin, T.; Stevens, R.; Anandkumar, A.; Vishwanath, V.; Ramanathan, A. GenSLMs: Genome-Scale Language Models Reveal SARS-CoV-2 Evolutionary Dynamics. Int. J. High Perform. Comput. Appl., 2023, 37, 683–705.

(8)    Nguyen, E.; Poli, M.; Durrant, M. G.; Kang, B.; Katrekar, D.; Li, D. B.; Bartie, L. J.; Thomas, A. W.; King, S. H.; Brixi, G.; Sullivan, J.; Ng, M. Y.; Lewis, A.; Lou, A.; Ermon, S.; Baccus, S. A.; Hernandez-Boussard, T.; Ré, C.; Hsu, P. D.; Hie, B. L. Sequence Modeling and Design from Molecular to Genome Scale with Evo. Science 386 (6723), eado9336. https://doi.org/10.1126/science.ado9336.

(9)    Merchant, A. T.; King, S. H.; Nguyen, E.; Hie, B. L. Semantic Mining of Functional <em>de Novo</Em> Genes from a Genomic Language Model. bioRxiv, 2024, 2024.12.17.628962.

(10)  Burbano, D. A.; Kiattisewee, C.; Karanjia, A. V.; Cardiff, R. A. L.; Faulkner, I. D.; Sugianto, W.; Carothers, J. M. CRISPR Tools for Engineering Prokaryotic Systems: Recent Advances and New Applications. Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering, 2024, 15, 389–430. https://doi.org/10.1146/annurev-chembioeng-100522-114706.

(11)  US FDA. FDA Approves First Gene Therapies to Treat Patients with Sickle Cell Disease. December 8, 2023. https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-first-gene-therapies-treat-patients-sickle-cell-disease.

(12)  Greely, H. T. CRISPR’d Babies: Human Germline Genome Editing in the ‘He Jiankui Affair’*. J. Law Biosci. 2019, 6 (1), 111–183. https://doi.org/10.1093/jlb/lsz010.

(13)  Cooper, G. M. The Cell: A Molecular Approach. 2nd Edition; Sinauer Associates 2000, 2000.

(14)  Brixi, G.; Durrant, M. G.; Ku, J.; Poli, M.; Brockman, G.; Chang, D.; Gonzalez, G. A.; King, S. H.; Li, D. B.; Merchant, A. T.; Naghipourfar, M.; Nguyen, E.; Ricci-Tam, C.; Romero, D. W.; Sun, G.; Taghibakshi, A.; Vorontsov, A.; Yang, B.; Deng, M.; Gorton, L.; Nguyen, N.; Wang, N. K.; Adams, E.; Baccus, S. A.; Dillmann, S.; Ermon, S.; Guo, D.; Ilango, R.; Janik, K.; Lu, A. X.; Mehta, R.; Mofrad, M. R. K.; Ng, M. Y.; Pannu, J.; Ré, C.; Schmok, J. C.; John, J. S.; Sullivan, J.; Zhu, K.; Zynda, G.; Balsam, D.; Collison, P.; Costa, A. B.; Hernandez-Boussard, T.; Ho, E.; Liu, M.-Y.; McGrath, T.; Powell, K.; Burke, D. P.; Goodarzi, H.; Hsu, P. D.; Hie, B. L. Genome Modeling and Design across All Domains of Life with Evo 2. bioRxiv, 2025, 2025.02.18.638918.

(15)  Campos, L. A. Invoking Asilomar. Science 2025, 387 (6733), 480–481. https://doi.org/10.1126/science.adv7574.

The post Generative Genomics | ประพันธ์ภาษาจีโนม first appeared on SynBio Consortium.

*ภาพปกเป็นภาพเปรียบเทียบ E. coli เซลล์จุลินทรีย์ป่าที่ยังยุ่งเหยิง ไม่ได้รับการจัดการให้สวยงาม Syn3A แบคทีเรียมินิมัลที่มีแค่ฟังก์ชั่นเพื่อการดำรงชีวิต และ Sc2.0 ยีสต์เวอร์ชั่นใหม่ที่มีจีโนมถูกจัดเรียงอย่างเป็นระบบระเบียบโดยฝีมือมนุษย์ (ภาพ AI สร้างโดย ผศ. ดร.​ป๋วย อุ่นใจ)

20 มกราคม 2025 คือวันที่ประวัติศาสตร์หน้าใหม่ถูกจารึกเอาไว้ นี่คือปัจฉิมบทของการออกแบบจีโนมใหม่ของยีสต์ และคือจุดเริ่มต้นของยุคแห่งการเขียนจีโนมของสิ่งมีชีวิตขึ้นมาเองโดยมนุษย์

เปเปอร์ Construction and iterative redesign of synXVI a 903 kb synthetic Saccharomyces cerevisiae chromosome จากทีมพันธมิตรนำโดยฮิวจ์ กูลด์ (Hugh Goold) เอียน พอลเซน (Ian Paulsen) และไอแซค พรีโทเรียส (Isak Pretorius) จากมหาวิทยาลัยแมคแควรี (Macquarie University) ที่เผยแพร่ออกมาในวารสาร Nature Communications ในวันนั้นตีพิมพ์รายงานความสำเร็จของการออกแบบและปรับแก้โครโมโซม XVI ซึ่งเป็นโครโมโซมสังคราะห์เส้นสุดท้ายในโครงการออกแบบจีโนมใหม่ให้ยีสต์หรือ Sc2.0 และนี่คือครั้งแรกที่มนุษยชาติสามารถเขียนจีโนมของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตขึ้นมาใหม่ได้ทั้งหมดแบบจริง ๆ จัง ๆ

และนี่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตที่มีจีโนมแบบมินิมัล (minimal genome) อย่าง Synthia ของจอห์น กลาส (John Glass) เครก เวนเทอร์ (Craig Ventor) และทีมจาก JCVI (J Craig Ventor Institute) ที่ตอนนี้ พัฒนาไปถึงเวอร์ชั่น 3A (synthetic Mycoplasma mycoides JCVI-syn3A) จนเหลือจีโนมเพียงแค่ 5 แสน 5 หมื่นเบส และยีนแค่ราว ๆ 500 ยีน (ซึ่งเล็กกว่าจีโนมของแบคทีเรีย Escherichia coli ที่เราใช้กันอยู่ทั่วไปในแลบถึงเกือบ 10 เท่า ) แต่เป็นจีโนมของยีสต์ เซลล์ยูคาริโอตที่มีความซับซ้อนอย่างที่สุด ขนาดจีโนมใหญ่โตมโหฬารถึง 12 ล้านคู่เบส ราว ๆ 6000 ยีน แบ่งกระจายออกไปเป็น 16 โครโมโซม แม้ว่าจุดมุ่งหมายจะคล้ายกันคือให้เข้าใจหลักการดีไซน์จีโนม (design principle) อย่างถ่องแท้ แต่ในรายละเอียด Syn3A และ Sc2.0 นั้นต่างกันแบบหน้ามือเป็นหลังมือ

Syn3A ผ้าใบผืนว่างกับการสรรสร้างค์สิ่งมีชีวิตฝีมือมนุษย์

“อะไรที่ผมสร้างขึ้นมาไม่ได้ ผมยังไม่เข้าใจ“ ริชาร์ด ไฟน์แมน (Richard Feynman) นักฟิสิกส์นามกระเดื่องเคยกล่าวไว้ และถ้าอยากเข้าใจชีวิต เราจะต้องออกแบบชีวิตได้ ในกรณีของ Syn3A หากอยากเข้าใจจริง ๆ ต้องสามารถออกแบบจีโนมทั้งหมดของมันขึ้นมาใหม่ได้จากศูนย์ แต่ถ้าทำไม่ได้ อย่างน้อยก็ต้องรู้ให้ได้ว่ามียีนอะไรบ้างที่สำคัญต่อชีวิต Syn3A จึงถูกออกแบบมาให้เป็นจุลินทรีย์ที่มินิมัลที่สุด คือมีสารพันธุกรรมเท่าที่จำเป็นแค่สามารถแบ่งเซลล์อยู่รอดได้และไม่เพี้ยนแค่นั้น

พวกเขาเปรียบ Syn3A เป็นเหมือนผ้าใบผืนว่าง ที่พร้อมจะรับทุกการปรับแต่ง ปฏิกิริยาในกระบวนการเมทาโบลิซึมก็มีแค่เพียงเท่าที่จำเป็นต่อการดำรงชีพและสืบต่อเผ่าพันธุ์ เอนไซม์ทุกตัวที่สร้างได้ และปฏิกิริยาส่วนใหญ่ก็ถูกศึกษามาแล้วอย่างทะลุปรุโปร่งแทบทั้งหมด ทั้งใน ด้านจลนพลศาสตร์ กลไกทางชีวเคมี การควบคุม หรือแม้แต่อัตราการเร่งปฏิกิริยา และด้วยความร่วมมือกับทีมวิจัยของอลิซาเบธ วิลลา (Elizabeth Villa) นักชีววิทยาเชิงโครงสร้างจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก (University of California San Diego) พวกเขาใช้เทคนิคการประกอบภาพความละเอียดสูงจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่เรียกว่า cryogenic electron tomography (cryoET) และสามารถทำแอตลาส (atlas) แสดงตำแหน่งของดีเอ็นเอทุกเส้นและเอนไซม์หลัก ๆ เกือบทุกตัวของเซลล์ Synthia ขึ้นมาใหม่ได้อย่างละเอียดเป็นสามมิติ

เมื่อรู้โครงสร้างของเซลล์ รู้ตำแหน่งของเอนไซม์ อีกทั้งยังรู้คุณสมบัติและกลไกในการทำงานของเอนไซม์ทั้งหมด พวกเขาก็สามารถสร้างแบบจำลองลูกบอลที่มีหน้าตาละม้ายคลายคลึงกับโมเดลจากเกม mine craft หรือที่หลายคนมักเรียกว่าแบบจำลองของเล่น (toy model) ที่ใช้ลูกบอลขนาดต่าง ๆ แทนเอนไซม์แต่ละชนิดขึ้นมา และกำหนดให้บอลแต่ละลูกมีคุณสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละเอนไซม์เพื่อจำลองแบบพฤติกรรมเอนไซม์ภายในเซลล์ทั้งหมดในคอมพิวเตอร์ ที่น่าอัศจรรย์คือแบบจำลองของเล่นของพวกเขาช่วยให้นักวิทย์เห็นภาพกลไกการควบคุมการเกิดปฏิกิริยาชีวเคมีต่าง ๆ ในเมตาโบลิซึมภายในเซลล์ที่มีความมินิมัลอย่างที่สุด อีกทั้งยังสามารถทำนายการเปลี่ยนแปลงพลวัตของการแบ่งเซลล์และพฤติกรรมของเซลล์ที่ถูกปรับแต่งหรือกลายพันธุ์ไปได้อีกด้วย

ภาพแบบจำลองของเล่นจากห้องทดลองของไซดา ลูเธย์ ชูลเทน (Zaida Luthey-Schulten) จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยด์ เออร์บานา แชมเปญ (Courtesy of University of Illinois Urbana Champaign)

นี่คืออนาคตแห่งเทคโนโลยีชีวภาพที่จะเปลี่ยนโฉมหน้าของเทคโนโลยีไปแบบพุ่งทะยานจนยากจะทำนายได้ เพราะถ้าเปรียบเซลล์มินิมัลนี้เป็นผ้าใบผืนว่างที่พร้อมรอจิตรกรมาแต่งเติมเพื่อสร้างนวัตกรรมพลิกโลก และเราสามารถจำลองแบบและทำนายได้ได้อย่างแม่นยำก่อนว่าผลงานชิ้นเอกที่จะสร้างสรรค์ขึ้นมานั้นจะมีลักษณะเป็นเช่นไร จะมีคุณสมบัติเป็นไปดังที่คาดไว้หรือไม่ในคอมพิวเตอร์ โดยไม่ต้องสร้างพวกมันขึ้นมาจริง ๆ ได้ ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีออกแบบชีวิตก็จะพัฒนาไปได้รวดเร็วขึ้นอย่างมหาศาล และถ้าเอาเอไอมาบูรณาการด้วยแล้ว อนาคตแห่งเทคโนโลยีชีวภาพคงเป็นอะไรที่เหนือจินตนาการ

“ยีสต์” จากปริศนาแห่งอดีตถึงเทคโนโลยีปัจจุบัน

สำหรับโครงการยีสต์ Sc2.0 หรือยีสต์เวอร์ชั่น 2.0 นั้นกลับมีจุดมุ่งหมายที่แตกต่างไป จาก Syn3A อยู่มากโข มนุษย์รู้จักใช้ยีสต์มานับหมื่นปีตั้งแต่ก่อนที่จะรู้จักว่ายีสต์คืออะไรเสียอีก ทั้งการหมักเบียร์ kas ในอาณาจักรเมโสโปเตเมีย การหมักไวน์ข้าวในจีน ไปจนถึงการหมักขนมปังฟู (leavened bread) ในอียิปต์ ในยุคนั้นกลไกแห่งกระบวนการหมักยังคงเป็นที่ถกเถียงว่าแท้จริงเป็นแค่การเน่าเปื่อยแปรสภาพทางเคมี หรือมีจุลินทรีย์มาเกี่ยวข้อง การมีอยู่ของยีสต์เริ่มชัดเจนขึ้นเมื่อ แอนโทนี แวน ลิวเวนฮุค (Antonie van Leeuwenhoek) ส่องเห็นเซลล์ ยีสต์ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ และเมื่อศึกษาโครงสร้างลักษณะของยีสต์อย่างละเอียด ในเวลาต่อมา ทีโอดอร์ ชวานน์ (Theodor Schwann) ก็สังเกตเห็นการแตกหน่อของเซลล์ยีสต์ เขาตีความว่ายีสต์นั้นเป็นสิ่งมีชีวิตและน่าจะเป็นจุลินทรีย์จำพวกเชื้อรา

แต่ทุกอย่างยังคงไม่มีข้อยุติ จวบจนกระทั่ง หลุยส์ ปาสเตอร์ (Louis Pasteur) พิสูจน์ว่ายีสต์คือพระเอกตัวจริงเบื้องหลังกระบวนการหมักแอลกอฮอล์ในไวน์ เบียร์และอาหารหมักอื่น ๆ  มนุษย์ถึงได้รู้ว่ายีสต์ คืออะไร แต่นั่นก็หลังจากที่ได้ใช้ยีสต์และผลิตภัณฑ์ของยีสต์มายาวนานนับสหัสวรรษ และในปี 1883 อีมิล คริสเตียน แฮนเซน (Emil Christian Hansen) จากห้องทดลองคาร์ลส์เบิร์ก (Carlsberg laboratory) ก็สามารถแยกเชื้อยีสต์ออกมาให้บริสุทธิ์ได้สำเร็จซึ่งช่วยผลักดันความก้าวหน้าของวงการอาหารหมัก (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเบียร์) ไปอย่างรวดเร็ว และเนื่องจากมีการกินการใช้มายาวนาน ยีสต์จึงได้รับการตีตราว่า GRAS (generally recognized as safe) หรือก็คือ “ปลอดภัย” ในการนำมาใช้อุปโภคและบริโภค และด้วยเหตุนี้ ยีสต์จึงถูกใช้อย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในวงการอาหาร และเชื้อเพลิง ส่วนในวงการวิจัย ยีสต์ก็เป็นหนึ่งในจุลินทรีย์ที่ได้รับความสนใจมากที่สุด และมีการศึกษามากที่สุดในเกือบทุกแง่มุม

ภาพแสดงนักวิทยาศาสตร์ หลุยส์ ปาสเตอร์ และอีมิล คริสเตียน แฮนเซน (ภาพ AI สร้างโดย ผศ. ดร.​ป๋วย อุ่นใจ)

เมื่อมนุษย์จะเขียนจีโนมยีสต์เสียใหม่

ในปี 2006 วิศวกรชีวภาพ เจฟ โบเก (Jeff Boeke) จากมหาวิทยาลัยจอห์นส์ฮอปกินส์ (Johns Hopkins University) เสนอไอเดียว่าอยากจะลองหาวิธีเขียนจีโนมของยีสต์ขึ้นมาใหม่ตั้งแต่ต้น เพราะยีสต์อยู่คู่กันมากับเผ่าพันธุ์มนุษย์มานับหมื่นปี เราใช้งานยีสต์มาอย่างสมบุกสมบัน แต่ความรู้จริง ๆ เกี่ยวกับจีโนมยีสต์นั้น เรายังไม่เข้าใจกันอย่างถ่องแท้ เจฟมองต่างมุมกับเครก เวนเทอร์และจอห์น กลาส เขาไม่ได้อยากได้ผ้าใบผืนว่าง จะได้แต่งเติมทุกอย่างจากศูนย์ เขาไม่ต้องการสิ่งมีชีวิตมินิมัล แต่เขาต้องการเขียนจีโนมของสิ่งมีชีวิตขึ้นมาใหม่จากศูนย์โดยใช้ยีสต์เป็นต้นแบบ เขาต้องการสร้างยีสต์เวอร์ชั่นใหม่ที่เขาเข้าใจหลักการการออกแบบ (design principle) ทุกอย่าง เป็นยีสต์เวอร์ชั่น 2.0 ที่หากเขาอยากดัดแปลงหรือแต่งเติมฟังก์ชั่นอะไรสักอย่างเข้าไป เขาจะสามารถทำได้เป๊ะตามที่เขาปรารถนา แม่นยำ รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ถ้าเปรียบ ทีม JCVI อยากได้ภาพสเก็ตที่มินิมัล ในขณะที่เจฟและทีม Sc2.0 ต้องการเข้าใจภาพทั้งภาพเพื่อที่จะได้เลือกเติม เลือกแต่งได้อย่างสัมฤทธิ์ผลสมประสงค์ แต่การจะเริ่มออกแบบและเขียนจีโนมของ “ยีสต์” ที่เป็นเซลล์ยูคาริโอตที่มีโครงสร้างที่ใหญ่ ยากและซับซ้อนขึ้นมาใหม่ตั้งแต่ต้นนั้นถือเป็นเรื่องที่มีแต่ในความฝัน ถ้าจะเป็นไปได้ ก็ต้องเป็นโครงการเมกะโปรเจ็คต์ขนาดใหญ่โตมโหฬารที่ต้องใช้ทุนรอนมากมายมหาศาล ไม่แพ้โครงการในตำนานอย่างโครงการถอดรหัสพันธุกรรมมนุษย์ (human genome project)

ก้าวแรกของเจฟ ถือเป็นความท้าทายยิ่งใหญ่ที่เขาจะต้องก้าวข้ามไปให้ได้ เพราะแค่เริ่ม รายจ่ายก็เบ่งบาน นักวิจัยเชี่ยวชาญที่จะมาช่วยก็ไม่มี ต้องยอมรับว่าแผนการที่เจฟวางไว้ช่างแยบยล แทนที่จะเริ่มด้วยการหาทางจ้างนักวิจัย (ที่จะทำงานได้มั้ย ไม่รู้) เจฟเลือกที่จะสร้างเเพลตฟอร์ม แล้วเปิดคลาสเรียนสร้างจีโนมขึ้นมาที่จอห์นส์ ฮอปกินส์ ในปี 2007 คลาสนี้มีชื่อว่า Build-a-Genome หรือ B-A-G คลาสเรียนนี้เริ่มต้นโดยมีหลักคิดว่าถ้าเราจะออกแบบจีโนมยีสต์เสียใหม่ “จะทำให้มันเรียบง่ายและควบคุมได้ดีกว่านี้ได้อย่างไร” การจัดการเรียนการสอนของคลาส B-A-G เป็นมากกว่าแค่สอนและให้ทำแบบฝึกหัดหรือแบบทดสอบในห้องเรียน แต่คือการสร้างแนวคิดสำหรับวิศวกรชีวภาพรุ่นใหม่

ภาพจำลองห้องเรียน B-A-G (ภาพ AI สร้างโดย ผศ. ดร.​ป๋วย อุ่นใจ)

เพื่อให้ Sc2.0 ดำเนินไปอย่างเป็นระบบ เจฟได้นำเอาหลักการทางวิศวกรรม Design – Build – Test- Learn มาประยุกต์ใช้ในชั้นเรียนอย่างเคร่งครัด โดยเขาจะสอนให้นักศึกษาของเขาเริ่ม ออกแบบ (Design) ซึ่งจะเริ่มจากการวิเคราะห์ยีน ลบลำดับที่ไม่จำเป็น และเพิ่มจุดตัดต่อเพื่อการปรับแต่งในอนาคต และพอได้ลำดับดีเอ็นเอใหม่แล้ว พวกเขาก็จะ สร้าง (Build) ลำดับ DNA ที่ออกแบบนั้นขึ้นมาโดยการสังเคราะห์ทางเคมี และนำมาต่อเข้าด้วยกันเป็นสายยาว ต่อมา พวกเขาก็จะทดสอบ (Test) จีโนมใหม่นั้นในยีสต์ และประเมินว่าจีโนมที่ออกแบบมานั้นสามารถทำงานได้จริงในยีสต์หรือไม่ ท้ายที่สุด พวกเขาก็จะวิเคราะห์สรุปและประมวลผลการทดลองทั้งหมดที่ได้มาและเรียนรู้ (Learn) เพื่อนำไปปรับใช้ในการออกแบบลำดับดีเอ็นเอท่อนต่อ ๆ ไป ซึ่งรูบริกหรือเกณฑ์ประเมินก็ถูกปรับให้สะท้อนการคิดเชิงออกแบบ ความแม่นยำทางชีวสารสนเทศ และความร่วมมือในทีม ไม่ใช่แค่คะแนนสอบข้อเขียน

การจัดประสบการณ์การเรียนรู้ของเจฟน่าสนใจ การที่เขาเปิดโอกาสให้นักศึกษาร่วมเป็นผู้ออกแบบและสร้างโครโมโซมยีสต์เวอร์ชั่นใหม่ขึ้นมาจริง ๆ ได้ช่วยส่งเสริม ทักษะการคิดเชิงออกแบบและทำงานร่วมกันในทีมวิจัย อีกทั้งยังช่วยสร้างแรงบันดาลใจให้นักศึกษาหลายคนของเขาเกิดแรงฮึดและเติบโต จนเป็นแรงขับเคลื่อนสำคัญของวงการชีววิทยาสังเคราะห์ในปัจจุบัน

การจัดคอร์ส B-A-G ของเจฟกลายเป็นที่โจษขาน สำหรับกลุ่มลูกศิษย์และเพื่อนรวมงานของเจฟ  Sc2.0 เป็นมากกว่าแค่คอร์สเรียนหรือโครงการวิจัย แต่มันเป็นฝันที่พวกเขามีร่วมกัน หลายปีผ่านไป คอร์ส B-A-G เริ่มกระจายไปในหลายมหาวิทยาลัย ในหลายประเทศมีนักเรียน นักศึกษาที่เคยผ่านคอร์สนี้มานับร้อย และท้ายที่สุด พวกเขาก็เริ่มก่อตั้งเป็น “ประชาคมวิจัย (research community)” เพื่อการเขียนจีโนมขึ้นมาใหม่ แต่โครงการนี้ก็ใช่จะราบรื่น มีหลายครั้งที่ การทดลองพวกเขาต้องหยุดชะงักด้วยปัจจัยหลายประการ เช่นการย้ายมหาวิทยาลัยของเจฟในปี 2013 และมีบางช่วงที่พวกเขาขาดเงินทุนวิจัย แต่ไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้น ก็ยังมีนักวิจัยแกนนำในประชาคมที่ยังพร้อมที่จะช่วยสนับสนุนและขับเคลื่อนโครงการนี้ต่อ

15 ปีกับความร่วมมือของประชาคมวิจัยทั่วโลกหลายร้อยชีวิต ในที่สุด ในปี 2025 จีโนมยีสต์ที่ถูกเขียนใหม่โดยมนุษย์ทั้งชุดก็เสร็จสมบูรณ์ เมื่อทีมวิจัยนำโดยมหาวิทยาลัยแมคแควรี (Macquarie University) ในประเทศออสเตรเลียได้รายงานความสำเร็จของการสังเคราะห์โครโมโซมสุดท้าย synXVI ในวารสาร Nature Communications และได้กลายเป็นอีกหนึ่งหมุดหมายที่สำคัญในระลอกคลื่นแห่งการพัฒนาเทคโนโลยีชีววิทยาสังเคราะห์ของมวลมนุษยชาติ ที่จะเปลี่ยนโฉมหน้าของชีววิทยาไปแบบกู่ไม่กลับ

นี่คือบทพิสูจน์ที่ชี้ชัดแล้วว่าถ้าเรามีศรัทธาและความรู้ “จีโนมของชีวิต” ก็ถูกลิขิตได้ด้วยมือน้ำมือมนุษย์ คำถามที่ต้องตอบให้ได้ เวลานี้ ก็คือเมื่อมนุษย์อหังการ์ถึงขนาดเขียนจีโนมของสิ่งมีชีวิตขึ้นมาได้แล้ว ในอนาคตข้างหน้า สังคมมนุษย์จะหาวิธีจัดการกับความเปลี่ยนแปลงและความเสี่ยงจากเทคโนโลยีพลิกโลกนี้ได้อย่างไร และเราจะเอาเทคโนโลยีสุดอลังการเหล่านี้มาใช้แก้ปัญหาอะไรกันบ้างเพื่อความกินดีอยู่ดีของมวลมนุษยชาติ

ตารางแสดงรายละเอียดของการมีส่วนร่วมในการเขียนโครโมโซมยีสต์ Sc2.0

References

ประวัติศาสตร์การใช้ยีสต์และการค้นพบในยุคก่อนชีวโมเลกุล

Michel, R. H., McGovern, P. E., & Badler, V. R. (1992). Chemical evidence for ancient beer. Nature, 360(6406), 24. https://doi.org/10.1038/360024a0

Samuel, D. (1996). Investigation of ancient Egyptian baking and brewing methods by correlative microscopy. Science, 273(5274), 488–490. https://doi.org/10.1126/science.273.5274.488

McGovern, P. E., Zhang, J., Tang, J., Zhang, Z., Hall, G. R., Moreau, R. A., … & Wang, C. (2004). Fermented beverages of pre-and proto-historic China. PNAS, 101(51), 17593–17598. https://doi.org/10.1073/pnas.0407921102

Schwann, T. (1837). Preliminary communication on the yeast plant and fermentation. Archiv für Anatomie, Physiologie und wissenschaftliche Medicin, 1837, 1–16.

Pasteur, L. (1876). Études sur la bière. Paris: Gauthier-Villars.

Barnett, J. A. (2000). A history of research on yeasts 1: Work by chemists and biologists 1789–1850. Yeast, 16(8), 755–771. https://doi.org/10.1002/1097-0061(20000630)16:8<755::AID-YEA605>3.0.CO;2-4

Synthetic Biology & Syn3.0 / Syn3A

Gibson, D. G., Glass, J. I., Lartigue, C., Noskov, V. N., Chuang, R. Y., Algire, M. A., … & Venter, J. C. (2010). Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science, 329(5987), 52–56. https://doi.org/10.1126/science.1190719

Hutchison, C. A., Chuang, R. Y., Noskov, V. N., Assad-Garcia, N., Deerinck, T. J., Ellisman, M. H., … & Venter, J. C. (2016). Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Science, 351(6280), aad6253. https://doi.org/10.1126/science.aad6253

Breuer, M., Earnest, T. M., Merryman, C., Wise, K. S., Sun, L., Lynott, M. R., … & Karr, J. R. (2019). Essential metabolism for a minimal cell. eLife, 8, e36842. https://doi.org/10.7554/eLife.36842

Rees-Garbutt, J., Chalkley, O., Landon, S., Purcell, O., & Grierson, C. (2020). Designing minimal genomes using whole-cell models. Nature Communications, 11(1), 836. https://doi.org/10.1038/s41467-020-14698-1

Sc2.0: Synthetic Yeast Genome Project

Annaluru, N., et al. (2014). Total synthesis of a functional designer eukaryotic chromosome. Science, 344(6179), 55–58. https://doi.org/10.1126/science.1249252 (synIII)

Shen, Y., et al. (2017). Deep functional analysis of synII, a 770-kilobase synthetic yeast chromosome. Science, 355(6329), eaaf4791. https://doi.org/10.1126/science.aaf4791 (synII)

Xie, Z. X., et al. (2017). “Perfect” designer chromosome V and behavior of a ring derivative. Science, 355(6329), eaaf4704. https://doi.org/10.1126/science.aaf4704 (synI, synV, synIXR)

Mitchell, L. A., et al. (2017). Synthesis, debugging, and effects of synthetic chromosome consolidation: synVI and beyond. Science, 355(6329), eaaf4831. https://doi.org/10.1126/science.aaf4831 (synVI)

Wu, Y., et al. (2017). Bug mapping and fitness testing of chemically synthesized chromosome X. Science, 355(6329), eaaf4706. https://doi.org/10.1126/science.aaf4706 (synX, synXIV)

Wang, Y., et al. (2018). Synthesis of chromosome XII with design flexibility enabled by SCRaMbLE. Nature, 560(7716), 331–336. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0370-z (synXII)

Zhou, Y., et al. (2024). Rapid synthesis of six synthetic chromosomes reveals multi-scale design principles for eukaryotic cells. Nature Communications, 15, Article 2416. https://doi.org/10.1038/s41467-024-54130-3 (synVII, synVIII, synXI, synXIII, synXV)

Zhang, W., et al. (2023). Manipulating the 3D organization of the largest synthetic yeast chromosome. Molecular Cell, 83(22), 3770–3784.e8. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2023.10.005 (synIV)

Goold, H. D., et al. (2025). Construction and iterative redesign of synXVI, a 903 kb synthetic Saccharomyces cerevisiae chromosome. Nature Communications, 16, Article 841. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55318-3 (synXVI)

Kutyna, D. R., et al. (2022). Construction of a synthetic Saccharomyces cerevisiae pan-genome neo-chromosome. Nature Communications, 13, 3628. https://doi.org/10.1038/s41467-022-31305-4 (neoChr)

The post ยีสต์เวอร์ชั่น 2.0 … ออกแบบโดยมนุษย์ first appeared on SynBio Consortium.

ในตึกขนาดใหญ่สไตล์ลอฟท์ที่ออกแบบมาอย่างโมเดิร์น บนเนินเขาในซานดิเอโก นักวิจัยกำลังออกแบบสิ่งมีชีวิตสายพันธุ์ใหม่ที่มีจีโนมแบบมินิมัล ในปี 2010 ทุกสื่อพาดหัวตัวใหญ่ หรือว่านักวิจัยจะเล่นบทพระเจ้า เมื่อทีมวิจัยจากสถาบันวิจัยเจ เครก เวนเทอร์ (J Craig Ventor Institute) ได้เปิดตัวแบคทีเรีย Mycoplasma สายพันธุ์ใหม่ ที่มีจีโนมที่ออกแบบโดยมนุษย์!! แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะสามารถตัดแต่งพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตจนได้สิ่งมีชีวิตสายพันธุ์ใหม่ ๆ อย่างเช่น แบคทีเรียผลิตอินซูลิน ข้าวสีทอง (ข้าวที่อุดมไปด้วยเบต้าแคโรทีน) ฝ้ายบีที (ฝ้ายที่ผลิตโปรตีนสารพิษฆ่าแมลงจากแบคทีเรียทำให้ทนต่อโรคแมลง) ไปจนถึงสไปเดอร์แพะ (Spider Goat) ที่ผลิตโปรตีนใยแมงมุมออกมาได้ในน้ำนม

กระแสแห่งพันธุวิศวกรรมทำให้นักวิทยาศาสตร์มากมายเริ่มเปลี่ยนมุมมองที่มีต่อระบบของสิ่งมีชีวิต บางทีชีวิตอาจจะถูกโปรแกรมได้ ถ้าเราเข้าใจซอฟแวร์และอัลกอริทึมแห่งชีวิตได้ดีพอ

สำหรับเครก เวนเทอร์ เซลล์ของสิ่งมีชีวิตก็ไม่ต่างอะไรไปจากจักรกลชีวภาพที่เกลื่อนกล่นไปด้วยโปรตีนที่ทำหน้าที่เหมือนหุ่นยนต์คอยควบคุมกลไกต่าง ๆ อยู่ข้างในและถ้าเราควบคุมโปรตีนได้ เราก็จะสามารถกำหนดปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นภายในเซลล์และบงการสิ่งมีชีวิตได้ตามประสงค์ “ดีเอ็นเอเป็นเหมือนซอฟแวร์ที่บรรจุรหัสดิจิตัลที่ใช้ในการสร้างโปรตีน” เครกเปรียบ “และถ้าเราปรับแต่งและรีบู๊ตรหัสในโครโมโซมเสียใหม่ สร้างเป็นโครโมโซมสังเคราะห์ บางทีเราอาจจะสร้างสิ่งมีชีวิตชนิดใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อนขึ้นมาได้ก็ได้” ไม่จำเป็นต้องเอายีนมามิกซ์แอนแมตช์ (Mix and Match) แล้วลุ้นเอาเหมือนในอดีต

ไอเดียของเครก ถูกพิสูจน์ชัดในปี 2002 โดยทีมวิจัยนำโดยนักชีววิทยาสังเคราะห์ เจโรนิโม เซลโล (Jeronimo Cello) อะนิโก พอล (Aniko V. Paul) เอคคาร์ด วิมเมอร์ (Eckard Wimmer) จากมหาวิทยาลัยรัฐนิวยอร์กที่สโตนี่บรู๊ก (State University of New York at Stony Brook) ที่ประสบความสำเร็จในการสร้างอนุภาคไวรัสโปลิโอที่สามารถติดเชื้อได้จากการสังเคราะห์สายดีเอ็นเอของไวรัสขึ้นมาด้วยวิธีทางเคมีตามรหัสพันธุกรรมที่ดาวน์โหลดออกมาจากฐานข้อมูลสาธารณะ

ในตอนนั้นเปเปอร์ Chemical Synthesis of Poliovirus cDNA: Generation of Infectious Virus in the Absence of Natural Template ที่ตีพิมพ์ลงในวารสาร Science นั้นเป็นที่โจษขานและวิพากษ์วิจารณ์กันอย่างกว้างขวางเพราะแค่มีข้อมูลซอฟแวร์ (รหัสพันธุกรรม) แค่นั้นก็เพียงพอแล้วที่จะสังเคราะห์ไวรัสที่ติดเชื้อได้ออกมาให้ผู้คนประหวั่นพรั่นพรึงได้

“ชีวิตคือระบบซอฟแวร์ดีเอ็นเอ” เครกกล่าว ถ้าเราดัดแปลงและสร้างซอฟแวร์ได้อย่างเหมาะสม เราก็จะสามารถกำหนดพฤติกรรมและชะตาชีวิตของเซลล์ได้ แค่ตัดต่อเอายีนอินซูลินใส่พลาสมิดใส่เข้าไปในแบคทีเรียก็ทำให้แบคทีเรียผลิตอินซูลินได้แล้ว แค่สร้างโปรตีน ไม่ได้มีอะไรยากเย็น เทคโนโลยีมีพร้อม แค่โคลนเอายีนเป้าหมายเข้าไปก็จบ อยากจะสร้างโปรตีนอะไรในสิ่งมีชีวิตไหนก็ทำได้เลย (แต่ทำงานได้ไม่ได้อีกเรื่อง) ผลิตโปรตีนก็น่าสนใจ แต่พอมองในแง่อุตสาหกรรม สารออกฤทธิ์จากพืชหรือสัตว์หลายชนิด อย่างเช่น แคนาบิไดอัล (Cannabidiol หรือ CBD) จากกัญชา ก็มีความต้องการที่ชัดเจนไม่แพ้กัน และเมื่อมีอุปสงค์ ก็ต้องมีอุปทาน มีดีมานด์ ก็ต้องมีคนสนใจซัพพลาย …

นักวิจัยหลายคนเริ่มที่จะมองหาลู่ทางในการใช้เซลล์แบคทีเรีย ยีสต์ รา หรือสาหร่ายที่เลี้ยงง่าย โตไว สเกลง่าย ใช้ต้นทุนต่ำเพื่อเป็นโฮสต์ หรือที่หลายคนเรียกว่า “โรงงานเซลล์จุลินทรีย์ (Microbial Cell Factory) ในการผลิตสารออกฤทธิ์สำคัญจากพืชและสัตว์เหล่านี้ และเพื่อผลิตสารออกฤทธิ์ให้ได้ดังใจหวัง ถ้าจะผลิตสารจากพืช เริ่มแรกพวกเขาจะต้องเปรียบเทียบก่อนว่าวิถีทางชีวเคมีที่เรียกว่าวิถีเมตาโบลิซึมในจุลินทรีย์ที่เลือกมาเป็นโฮสต์นั้นมีอะไรบ้าง ต่างจากพืชอย่างไรบ้าง ขาดเอนไซม์เร่งปฏิกิริยาไหนเพื่อให้ได้สารออกฤทธิ์ที่ต้องการ ก่อนที่จะเริ่มออกแบบวิถีเมตาโบลิซึมแบบใหม่ค่อย ๆ โคลนยีนทีละตัวใส่เข้าไป เพื่อเติมเต็มเอนไซม์ที่ขาด และปรับแต่งสภาวะการเลี้ยง จนกระทั่งเชื้อจุลินทรีย์สามารถผลิตสารได้ตามที่คาดหวัง (หรืออย่างน้อยก็ได้ดีพอที่จะทำออกมาขายได้คุ้มทุน)

และเพื่อให้การผลิตเป็นไปได้อย่างมีประสิทธิภาพและได้ผลผลิตมากที่สุด เอนไซม์ที่พวกนักวิจัยและวิศวกรเลือกมาเติมมักจะเป็นเอนไซม์ที่ทำงานได้ดีและสอดคล้องกับวิถีของจุลินทรีย์ที่ปรับแต่งมามากที่สุด ซึ่งอาจจะมาจากพืชเจ้าของสารเป้าหมายหรือจากแหล่งอื่นก็ได้ อย่างเช่น อยากสร้างสารออกฤทธิ์จากกัญชา อาจจะต้องโคลนยีนผลิตเอนไซม์ใส่ลงไปในยีสต์ 5 ยีน สามยีนแรกเจอในคะน้าด้วย และอาจจะมีคุณสมบัติที่ดีกว่า สอดคล้องกว่า บางทีนักวิจัยก็อาจจะเลือกเอายีนคะน้ามาใช้แทนก็เป็นได้ และเมื่อมีการออกแบบวิถีทางเมตาโบลิซึมแบบใหม่ นักวิจัยส่วนใหญ่ในวงการนี้จึงอาจถือได้ว่าเป็น วิศวกรเมตาโบลิซึม (Metabolic Engineer) ผู้ออกแบบชีวิต

ปัจจุบัน วิศวกรเมตาโบลิซึมสามารถออกแบบยีสต์และแบคทีเรียเพื่อผลิตสารออกฤทธิ์และสารมูลค่าสูงทางการแพทย์และอุตสาหกรรมออกมามากมาย ทั้งยาต้านมาลาเรีย “อาร์ทีมิซินิน (Artemisinin)” หรือ ชิงเห่าซู (Qinghao su) ที่เดิมต้องสกัดออกมาจากต้นชิงเห่า (Qinghao) หรือที่ในไทยมักเรียกกันว่าโกฐจุฬาลัมพาเท่านั้น แคนาบินอยด์และอนุพันธ์ต่าง ๆ ที่เดิมต้องสกัดมาจากกัญชา ยาเคมีบำบัด “วินบลาสทีน (Vinblastine) และวินคริสทีน (Vincristine) จากต้นแพงพวยฝรั่งที่ใช้ในการรักษาโรคมะเร็ง ไปจนถึงซาโปนิน QS21 จากต้นกีไย (Quillay) หรือต้นสบู่ (Soap Bark) สารกระตุ้นภูมิ (Adjuvant) วัคซีนราคาแพงระยับที่หลายบริษัทวัคซีนให้ความสนใจ

การออกแบบวิถีเมตาโบลิซึมแบบนี้ทำให้เซลล์ของสิ่งมีชีวิตนั้นผลิตสารเคมีออกมาได้ไม่ต่างจากโรงงานเพื่อผลิตสารเคมีราคาแพง นั่นคือสาเหตุที่หลายคนเรียกจุลินทรีย์พวกนี้ว่าโรงงานเซลล์จุลินทรีย์ และด้วยจุลินทรีย์พวกนี้ถูกออกแบบมาเป็นอย่างดีเพื่อการผลิตสารออกฤทธิ์ที่สนใจ อีกทั้งยังผ่านกระบวนการปรับปรุงปรับแต่งมาแล้วอย่างเข้มข้น โดยมากวิศวกรและนักวิจัยที่พัฒนาสายพันธุ์จึงมักจะรู้จักธรรมชาติของพวกมันเป็นอย่างดี ทำให้การนำไปอัพสเกลขยายขนาดในถังหมักขนาดใหญ่ (Fermenter) เพื่อการผลิตในระดับอุตสาหกรรมนั้นสามารถทำได้ง่ายและกำหนดพารามิเตอร์ต่าง ๆ ในการเพาะเลี้ยงและการจัดการได้อย่างแม่นยำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเทียบกับการหมักด้วยเชื้อสายพันธุ์ที่ได้มาจากธรรมชาติ ทำให้หลายคนเรียกกระบวนการผลิตด้วยโรงงานจุลินทรีย์แบบนี้ว่า “การหมักแม่นยำ” หรือ Precision Fermentation

แม้ว่าโรงงานเซลล์จุลินทรีย์ และ การหมักแม่นยำ จะเริ่มที่จะมีบทบาทและคุณูปการณ์ต่อมวลมนุษยชาติบ้างแล้ว อย่างเช่นการอัพสเกลการผลิตยาอาร์ทีมิซินินในยีสต์เพื่อต้านมาลาเรียเพื่อการรักษาในประเทศขาดแคลน แต่สำหรับพ่อมดแห่งวงการจีโนมอย่างเครก วิศวกรรมเมตาโบลิซึมแบบนี้กลับเป็นแค่น้ำจิ้ม แม้จะน่าสนใจ แต่ยังไม่ใช่เทคโนโลยีแห่งการออกแบบชีวิตอย่างแท้จริง เครกมองว่าถ้าเราจะวิศวกรรมสิ่งมีชีวิตขึ้นมาใหม่ เราต้องเริ่มจากศูนย์ หรืออย่างน้อยก็ควรจะใช้สิ่งมีชีวิตที่มีจีโนมที่มินิมัลที่สุด ไม่ใช่ยีสต์หรือแบคทีเรียที่มียีนที่ไม่เกี่ยวข้องอยู่มากมายกระจัดกระจายเต็มจีโนม

ไอเดียของเครกบ้าระห่ำแบบหลุดโลก การออกแบบสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ขึ้นมาจากศูนย์นั้นไม่ต่างอะไรไปจากการเล่นบทพระเจ้า และนั่นทำให้เขาโดนค่อนขอดจากสื่อหลายแหล่ง รวมถึงถูกมองว่านอกรีต ทว่าแม้ว่าจะโดนปรามาส แต่เครกติดสินใจเดินหน้าเต็มกำลัง เพื่อทำฝันให้เป็นจริง เครกทุ่มเงินก้อนโตราวสี่สิบล้านเหรียญสหรัฐ เพื่อลงขันสร้างจุลินทรีย์ที่มีจีโนมที่มินิมัลที่สุด เริ่มตั้งแต่การถอดรหัสจีโนมที่เล็กจิ๋วสุดมินิมัลของแบคทีเรีย Mycoplasma genitalium ที่มีขนาดเพียงแค่ราว ๆ หกแสนคู่เบส (เล็กกว่าแบคทีเรีย อี โคไล (E. coli) ราว ๆ เกือบสิบเท่า) และมียีนอยู่เพียงแค่ 485 ยีน ที่น่าสนใจคือ จาก 485 ยีน ทีมของเขาตีความว่าราว ๆ ร้อยยีนน่าจะไม่ใช่ยีนที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของแบคทีเรีย ซึ่งหมายความว่าจีโนมที่มินิมัลที่สุดของแบคทีเรียนั้นน่าจะเล็กลงไปกว่านั้นได้อีกค่อนข้างเยอะ

และในปี 2003 หลังการทดลองสังเคราะห์ไวรัสโปลิโอของทีมสโตนี่บรู๊คเพียงแค่ปีเดียว ทีมของเครกก็สังเคราะห์จีโนมของไวรัสที่ทำลายแบคทีเรียขนาดราว ๆ ห้าพันสี่ร้อยคู่เบสที่ชื่อแบคเทริโอเฟจ ϕX174 (bacteriophage ϕX174) ได้สำเร็จด้วยวิธีทางเคมีที่มีแรงบันดาลใจมาจากการสังเคราะห์ไวรัสโปลิโอของสโตนี่บรู๊ค

แบคเทริโอเฟจ ϕX174 (ภาพจากวิกิพีเดีย)

และในอีกห้าปีต่อมา ทางทีมก็สามารถสังเคราะห์โครโมโซมทั้งเส้นของแบคทีเรียได้สำเร็จ แม้จะไม่ได้มีขนาดใหญ่โตอะไรแต่ก็ครบทั้งเส้น เครกเผยว่าการทดลองของเขาไม่ได้เกิดขึ้นมาได้อย่างง่ายดาย แต่ผ่านกระบวนการทางวิศวกรรม ซึ่งรวมถึงดีไซน์ (Design) สร้าง (Build) ทดสอบ (Test) และเรียนรู้ (Learn) หรือ DBTL มาอย่างโชกโชน และแล้วในปี 2010 เครกก็ประสบความสำเร็จ แบคทีเรียตัวแรกที่มีสารพันธุกรรมทั้งหมดเป็นจีโนมสังเคราะห์ที่ทีมของเขาได้ออกแบบมา ก็ได้ถือกำเนิดขึ้นมาบนโลก พวกเขาตั้งชื่อชีวิตแรกที่มาจากฝีมือมนุษย์นี้ว่า Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 หรือ Synthia เวอร์ชั่น 1.0

ภาพเซลล์ของ Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 หรือ Synthia เวอร์ชั่น 1.0 (ภาพจาก JCVI)

โคโลนีของ Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 หรือ Synthia เวอร์ชั่น 1.0 (ภาพจาก JCVI)

ทันทีที่ข่าวถูกประกาศออกไป เรื่องราวของเซลล์แบคทีเรียสังเคราะห์ Synthia ก็กลายเป็นประเด็นถกเถียงที่เผ็ดร้อนในทันที…

“มนุษย์สุดอหังการ์หาญกล้าจะเล่นบทพระเจ้า” หลายสื่อเอาไปพาดหัว เกิดเป็นกระแสไวรัลทั้งในเชิงจริยธรรม และในทางสังคม ประเด็นนี้ร้อนระอุจนทำให้นักร่างนโยบายในหลายประเทศรีบปรับและเรียกร้องให้มีการระงับการทดลองทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับชีววิทยาสังเคราะห์ชั่วคราว อย่างน้อยก็จนกว่าจะมีงานวิจัยที่สามารถแสดงถึงผลกระทบของเทคโนโลยีนี้ในเชิงสังคม สุขภาพ และสิ่งแวดล้อมออกมาได้อย่างชัดเจน อย่างไรก็ตาม หลายคนกลับเห็นต่าง และมองว่าเทคโนโลยีนี้คือโอกาสครั้งยิ่งใหญ่ของมวลมนุษยชาติ ที่จะสร้างและสังเคราะห์จุลินทรีย์ขึ้นมาแก้ปัญหาที่ยังคงค้างคาของโลก

แน่นอนว่าอนาคตจะเป็นเช่นไรคงไม่มีใครจะบอกได้…. แต่สิ่งหนี่งที่ชัดเจนก็คือมนุษย์ได้ก้าวข้ามเส้นแบ่งทางธรรมชาติขึ้นมาอีกขั้นแล้ว ด้วยการเนรมิตชีวิตชนิดใหม่ขึ้นมาด้วยชีววิทยาสังเคราะห์!

References

Cello J, Paul AV, Wimmer E. Chemical synthesis of poliovirus cDNA: generation of infectious virus in the absence of natural template. Science 297 (5583):1016-8. (2002)  https://doi.org/10.1126/science.1072266

Ro, DK., Paradise, E., Ouellet, M. et al. Production of the antimalarial drug precursor artemisinic acid in engineered yeast. Nature 440, 940–943 (2006). https://doi.org/10.1038/nature04640

Luo, X., Reiter, M.A., d’Espaux, L. et al. Complete biosynthesis of cannabinoids and their unnatural analogues in yeast. Nature 567, 123–126 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-0978-9

Liu, Y., Zhao, X., Gan, F. et al. Complete biosynthesis of QS-21 in engineered yeast. Nature 629, 937–944 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07345-9

Zhang, J., Hansen, L.G., Gudich, O. et al. A microbial supply chain for production of the anti-cancer drug vinblastine. Nature 609, 341–347 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05157-3

Sleator RD. The story of Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0: the forty million dollar microbe. Bioeng Bugs. 1(4):229-30. (2010) https://doi.org/10.4161/bbug.1.4.12465

Smith HO, Hutchison CA 3rd, Pfannkoch C, Venter JC. Generating a synthetic genome by whole genome assembly: phiX174 bacteriophage from synthetic oligonucleotides. Proc Natl Acad Sci U S A. 23;100(26):15440-5. (2003) https://doi.org/10.1073/pnas.2237126100

Gibson DG, Glass JI, Lartigue C, Noskov VN, Chuang RY, Algire MA, et al. Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science. 329:52–56. (2010). https://doi.org/10.1126/science.1190719

Fraser CM, Gocayne JD, White O, Adams MD, Clayton RA, Fleischmann RD, et al. The minimal gene complement of Mycoplasma genitalium. Science. 270:397–403. (1995) https://doi.org/10.1126/science.270.5235.397

Gibson DG, Benders GA, Andrews-Pfannkoch C, Denisova EA, Baden-Tillson H, Zaveri J, et al. Complete chemical synthesis, assembly, and cloning of a mycoplasma genitalium genome. Science. 319:1215–1220. (2008) https://doi.org/10.1126/science.1151721

The post เมื่อมนุษย์เล่นบทพระเจ้า (ด้วยชีววิทยาสังเคราะห์) first appeared on SynBio Consortium.

ปรับเฉดสีดอกเบญจมาศด้วย CRISPR Epigenome Editing

ใกล้ถึงวันวาเลนไทน์แล้ว ซื้อดอกไม้ให้ตัวเองหรือยังครับ~~~ อ้างอิงจากกรมวิชาการเกษตร ไม้ดอกไม้ประดับมีมูลค่าทางการตลาดในประเทศไทยอยู่มหาศาล โดยเฉพาะกล้วยไม้ ดาวเรือง และเบญจมาศ [1] แต่ถึงแม้ว่าประเทศไทยจะมีพันธุ์ไม้ดอกมากมายให้เลือกปลูกเลือกซื้อ แต่ก็ใช่ว่าเราจะสามารถเสกสีสรรค์ให้ดอกไม้มีสีได้ตามใจไปเสียทุกแบบ ลองจินตนาการดูว่า ตลาดไม้ดอกไม้ประดับจะเป็นอย่างไรถ้าเราสามารถออกแบบดอกไม้ให้มีรูปแบบและสีสันตามต้องการได้? ไม่กี่เดือนก่อนนี้ ทีมนักวิทยาศาสตร์จากประเทศจีนได้ใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยเพื่อเปลี่ยนสีของดอกเบญจมาศโดยการแก้ไขในระดับ epigenetics จากสีเหลืองให้เป็นสีชมพูแทน [2] แต่มันต่างไปจากการคัดเลือกพันธุ์ตามธรรมชาติหรือการตัดต่อพันธุกรรมที่เคยทำกันมาอย่างไร บทความนี้จะมาชวนคุยเทคโนโลยีนี้ในบริบทของชีววิทยาสังเคราะห์ (SynBio) กันครับ

เก๊กฮวย ดอกไม้สีทองแห่งเอเชียตะวันออก

ดอกเบญจมาศหนู (Chrysanthemum morifolium) หรือดอกเก๊กฮวย มีประวัติศาสตร์ที่น่าสนใจมานับพันปี ดอกไม้ชนิดนี้มีต้นกำเนิดในประเทศจีนจากการผสมข้ามพันธุ์ของดอกไม้ป่าหลายชนิดในสกุล Chrysanthumum โดยชื่อของมันมาจากภาษากรีก khrusanthemon ซึ่งหมายถึง “ดอกไม้สีทอง” (ไม่ได้มีความเกี่ยวข้องกับคำวิวาทที่นิยมใช้ในวรรณคดีไทย) ในเวลาต่อมา ดอกเบญจมาศถูกนำเข้าจากจีนไปในประเทศญี่ปุ่นระหว่างศตวรรษที่ 6 ถึง 8 และได้กลายเป็นตราสัญลักษณ์ของราชวงศ์ญี่ปุ่นในรัชสมัยของจักรพรรดิโกะ-โทบะ (Go-Toba tennō) [3] ปัจจุบันดอกเบญจมาศยังปรากฏอยู่บนเหรียญ 50 เยนและหนังสือเดินทางของญี่ปุ่นอีกด้วย (ดูภาพประกอบ)

แม้ว่าดอกเบญจมาศจะเป็นดอกไม้ตัดยอดนิยมอันดับสองของโลก (รองจากกุหลาบ) การพัฒนาสายพันธุ์ของดอกเบญจมาศหนูนั้นมีความท้าทายเป็นอย่างมากเนื่องจากโครงสร้างทางพันธุกรรมที่ซับซ้อน ดอกเบญจมาศหนูที่ปลูกในปัจจุบันมักมีชุดโครโมโซมมากถึงหกชุด (hexaploid) อีกทั้งยังผสมตัวเองไม่ติด (self-incompatible) อีกด้วย [4] ก็คือต้องให้คนหรือแมลงช่วยผสมเกสรข้ามต้นไป นอกจากนี้ การศึกษาและวิเคราะห์ลำดับดีเอ็นเอยังทำได้ยากเนื่องจากขนาดจีโนมที่ใหญ่และลำดับดีเอ็นเอที่ซ้ำซ้อนเป็นจำนวนมาก โดยกว่า 80% ของยีนนั้นอาจจะไปซ้ำกันกับยีนอีกชุดหนึ่งที่อยู่ในโครโมโซม 54 ชิ้นของมัน โดยถ้าเทียบกับมนุษย์แล้ว จีโนมของมนุษญ์มีความซ้ำซ้อนอยู่แค่ราวๆ 50% และมีขนาดของจีโนมเล็กกว่าเบญจมาศหนูกว่าครึ่งหนึ่งเสียอีก

การคัดเฉดสีดั้งเดิมแบบเมนเดล

ย้อนกลับไปอีกหน่อย ไปถึงสมัยที่ลุง Gregor Johann Mendel ยังผสมถั่วลันเตาเล่นอยู่หลังโบสถ์ในจักรวรรดิออสเตรีย การคัดเลือกพันธุ์ให้ได้ดอกไม้สีทองเปล่งประกายเจิดจรัสสดใหม่ยังไปไม่ถึงขั้นลำดับ DNA เลย หลักการของลุงเมนเดลคือการเอาถั่วมายำผสมกันแบบเป็นระบบระเบียบแล้วจดบันทึกเป็นอย่างดี หากเล่าในมุมของดอกเก๊กฮวยก็คงเหมือนกับเอาดอกที่มีสีเหลืองทองมาผสมกันเรื่อย ๆ ให้สีทองมันชัดขึ้นจากการที่ชุดยีนที่แสดงออกสีเหลืองเยอะ ๆ มันมีปริมาณมากขึ้น โดยเฉพาะในพืชที่โครโมโซมหลายชุด (polyploidy) [5] การเพิ่มความถี่ของยีนจึงเป็นไปได้ง่ายกว่าในคนที่มีโครโมโซมสองชุด หรือในแบคทีเรียมีอยู่ชุดเดียว โดยที่อาจจะไม่ต้องเกิดการกลายพันธุ์ที่ลำดับเบสมากมายจนสีเหลืองแรงขึ้น อธิบายด้วยภาษาดอกไม้ก็คงเหมือนกับว่าการเลือกดอกไม้ให้กับคู่ชีวิตของเราในวันพิเศษ หากเราตั้งใจจะมอบดอกไม้แค่ดอกเดียว เราก็คงต้องพยายามคุ้ยหาดอกที่สวยที่สุด (ทองที่สุด) เอามาให้ได้ อาจจะต้องใช้เวลาในการหาการกลายพันธุ์ที่ดีสักระยะมันถึงจะออกมาสีทองสวยต้องตาได้ แต่หากเราเลือกที่จะให้เป็นช่อสักหกดอก เราอาจจะไม่จำเป็นต้องให้ทุกดอกสีทองที่สุด เพียงแค่ให้มันมีประกายสีทองอย่างพอเหมาะมากประกอบรวมกันแต่ดูรวม ๆ แล้วมีเสน่ห์พอประมาณ เมื่อเวลาผ่านไปเราเลือกเจอดอกไม้ที่สีทองกว่าดอกที่ขาวที่สุดเราก็เอามาแทนที่ หากทำแบบนี้ไปเรื่อย ๆ เจ้าชุดโครโมโซมเหล่านี้ก็จะมีสีทองโดยรวมที่มากขึ้นแบบไม่ฝืนธรรมชาติจนเกินไป นี่เป็นสาเหตุหนึ่งที่ว่าทำไมการเปลี่ยนสีในดอกไม้ถึงได้มีเฉดออยู่มากมายโดยเฉพาะกลุ่มที่เป็น polypoid ที่เล่ามานี้อาจจะมุ่งประเด็นสีทองมากเกินไปจนลืมไปว่าสีที่เราอยากได้ในวันหวาน ๆ มันสีชมพูต่างหากละเห้ย!!! แล้วเราจะเปลี่ยนสีทองเป็นสีชมพูยังไงดีในขณะที่ดอกเก๊กฮวยทั้งตลาดก็มีแต่สีขาวไปจนสีเหลืองทอง ในเวลานี้เองจึงเป็นจังหวะให้เทคโนโลยีชีววิทยาสังเคราะห์ปรับแต่งสิ่งมีชีวิตได้ราวกับเวทมนต์

CRISPR แบบไม่ตัด แต่เน้นเติมสี

งานวิจัยล่าสุดนี้ได้มีการใช้เทคโนโลยี CRISPR-Cas9 เข้ามาปรับการแสดงออกของยีน CmMYB6 ซึ่งควบคุมการผลิตแอนโทไซยานิน—เม็ดสีที่ทำให้เกิดโทนสีชมพู/ม่วงในดอกไม้ชนิดนี้ และพืชชนิดอื่น ๆ รวมไปถึงองุ่นม่วงที่ส่งให้ไวน์มีสีแดงเข้มเช่นกัน ในธรรมชาติของดอกเบญจมาศ การแสดงออกของ CmMYB6 ในระดับสูงจะทำให้ดอกเบญจมาศมีสีชมพู ในขณะที่การแสดงออกในระดับต่ำจะทำให้ได้สีที่อ่อนลง เช่น สีขาวหรือสีเหลือง (ขึ้นกับว่าในสายพันธุ์นั้นมีสารแคโรทีนอยด์ที่มีสีเหลืองอยู่หรือไม่) คำถามที่สำคัญของงานนี้ก็คือ ทีมวิจัยนี้ปรับการทำงานหรือการแสดงออกของยีน CmMYB6 ได้อย่างไร? จะใส่ชิ้นส่วนยีน CmMYB6 เข้าไปเพิ่มดี หรือว่าจะลองตัดชิ้นยีน CmMYB6 ให้ไม่สามารถทำงานได้ในจีโนมของดอกเบญจมาศหนูโดยตรง ทั้งสองเทคนิคนี้อาจจะมีความยุ่งยากจากความซับซ้อนของจีโนมดอกไม้สีทองนี้ ดังนั้นทีมวิจัยนี้จึงได้เลือกควบคุมในระดับ epigenetics แทน โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงที่ตัวลำดับดีเอ็นเอทีมีความซับซ้อนนี้ แต่ใช้เทคนิคที่เหมือนการป้ายสี DNA ให้สีเข้มขึ้นหรืออ่อนลงคล้าย ๆ กับดอกไม้ของเรานี่เอง 

บทบาทของ epigenetics  ในบริบทนี้ (“epi-” แปลว่า “on top of”) เป็นการใช้เทคโนโลยีชีวภาพที่ไม่ได้ปรับลักษณะทางพันธุกรรมจากธรรมชาติมากจนเกินไป ถ้าเปรียบเทียบเป็นพัดลมในห้องร้อน ๆ การใส่หรือตัดชิ้นส่วนยีน (genetic engineering) ก็เหมือนกับการนำพัดลมอันใหม่มาวางในห้องหรือทุบทำลายพัดลมที่มีอยู่ ในขณะที่การเปลี่ยน epigenetics จะเหมือนกับการกดเปลี่ยนเบอร์ของพัดลมให้แรงขึ้นหรือเบาลง (ย้อนไปอ่าน SynBio Column RRR Ep. 01 สำหรับคำอธิบายอีกรูปแบบหนึ่งได้ครับ [6]) ความพิเศษเพิ่มเติมของการปรับความแรงพัดลมดอกเบญจมาศก็คือการที่มันมีพัดลมอยู่ในห้องหลายตัวมาก ๆ แล้วพัดลมแต่ละตัวก็รับสัญญาณรีโมทอันเดียวกันได้ การปรับความแรงลมนี้จึงส่งผลกับพัมลมหลาย ๆ ตัว หรือยีน CmMYB6 ที่กระจายตัวอยู่บนโครโมโซมต่าง ๆ ได้พร้อมกัน

ปรับแต่งจีโนมแบบไม่เปลี่ยนรหัส เปลี่ยนที่วิธีอ่าน

ในเมื่องานนี้ไม่ได้มุ่งเป้าไปที่การตัดแก้ไขลำดับดีเอ็นเอ รูปแบบของตัวโปรตีน CRISPR-Cas9 ที่มักถูกเปรียบเทียบว่าเป็นกรรไกรระดับโมเลกุลจึงไม่ได้ถูกนำมาใช้ แต่ใช้เทคโนโลยีเวอร์ชันปรับปรุงที่เรียกว่า CRISPR-dCas9 (deactivated Cas9) ที่ถูกดัดแปลงให้กรรไกรทื่อจนไม่อาจตัด DNA ได้อีกต่อไป [7] แต่คงความสามารถในการจับกับ DNA ในตำแหน่งจำเพาะด้วย guide RNA sequence ตามแบบเดิม ในงานวิจัยดอกเบญจมาศนี้ ทีมนักวิจัยได้เชื่อมเอนไซม์ DNA methyltransferases เข้ากับ dCas9 โดยเอนไซม์นี้สามารถเพิ่มหมู่เมทิล (methyl group) เข้าไปที่เบส cytosine (C) ใน DNA และส่งผลให้การอ่านข้อมูลระดับ DNA นี้เปลี่ยนแปลงไป ในกรณีนี้คือเพิ่มการแสดงออกของยีนที่ทำให้เกิดสีชมพูในดอกเบญจมาศหนูนี้เอง

หากเราลองเจาะลึกไปที่การทดลองของทีมนี้ จะพบว่าทางทีมได้มุ่งเป้าไปที่บริเวณ promoter ที่อยู่ด้านหน้าของยีน CmMYB6 หากจะเปรียบเทียบง่าย ๆ ก็คล้ายกับรอยต่อถนนว่าสามารถรองรับการผ่านทางของยานพาหนะได้มากน้อยแค่ไหน การเติมหมู่เมทิลในบริเวณนี้จะมีผลต่อการแสดงออกของยีน ที่น่าสนใจคือ เอนไซม์ DNA methyltransferases แต่ละตัวแสดงพฤติกรรมที่แตกต่างกัน เมื่อใช้เอนไซม์ CmDRM2a ดอกไม้ที่ได้จะมีสีขาวซึ่งเป็นผลจากการสร้างโปรตีน CmMYB6 ที่เกิดขึ้นน้อยลง ในทางกลับกัน การใช้เอนไซม์ CmDRM2b หรือ CmCMT2 จะทำให้ดอกไม้มีสีชมพูที่เข้มขึ้น ซึ่งเป็นผลจากการสร้างโปรตีน CmMYB6 ที่เกิดมากขึ้น ความแตกต่างนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่เอนไซม์เลือกเติมหมู่เมทิลใน promoter โดย CmDRM2a ไม่ได้เติมหมู่เมทิลในตำแหน่งที่สำคัญ ในขณะที่ CmDRM2b และ CmCMT2 เติมหมู่เมทิลในบริเวณนั้นอย่างสมบูรณ์ ผลการทดลองนี้ชี้ให้เห็นว่าการเติมหมู่เมทิลในตำแหน่งเฉพาะอาจช่วยปลดล็อกการแสดงออกทางพันธุกรรมของ CmMYB6 และเพิ่มการผลิตเม็ดสี anthocyanin ในดอกเบญจมาศนี้จนทำให้มันมีสีชมพู และอาจจะนำไปปรับใช้ในไม้ดอกไม้ประดับชนิดอื่น ๆ ได้เช่นกัน

วิศวกรรมพันธุ์พืชแบบปลอกเปลือกเซลล์

ในวงการเทคโนโลยีชีวภาพและชีววิทยาสังเคราะห์นั้น การปรับปรุงสายพันธุ์พืชขึ้นชื่อว่าเป็นกระบวนการที่ทำได้ช้าเมื่อเทียบกับสิ่งมีชีวิตอื่น ซึ่งในงานนี้ ทีมวิจัยได้ก็พยายามพัฒนาวิธีการใหม่ๆ เพื่อร่นระยะเวลาการทำงานในเร็วขึ้น เช่นตอนที่ดูผลการเติมหมู่เมทิลของเอนไซม์ DNA methyltransferases แต่ละตัว ก็มีการทดสอบในระดับเซลล์ protoplast ก่อนโดยไม่ต้องรอต้นไม้โต ซึ่งวิธีการได้มาก็ถือว่าน่าสนใจมากทีเดียว ทางทีมวิจัยใช้เทปกาวลอกเซลล์ผิวใบออก แล้วใส่เอนไซม์ย่อยผนังเซลล์พืชเข้าไป จนได้ protoplast ที่ไม่มีผนังเซลล์ออกมา จากนั้นก็นำเอา protoplast นี้มาใช้ในการทดลองดูว่ามีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อมีการเปลี่ยน methylation pattern ในรูปแบบต่าง ๆ กระบวนการนี้ทำให้สามารถย่นระยะเวลาการทำงานจากหลักหลายเดือนเป็นระดับสัปดาห์เท่านั้นเอง หากย้อนกลับมามองที่อุตสาหกรรมไม้ดอกไม้ประดับในประเทศไทยแล้ว การประยุกต์ใช้ epigenetics ในการปรับปรุงพันธุ์นับว่าเป็นแนวทางที่น่าสนใจไม่แพ้การดัดแปลงลำดับดีเอ็นเออย่างแน่นอนและอาจจะนำไปปรับใช้กับพืชเศรษฐกิจพันธุ์อื่น ๆ อย่างกล้วยไม้และดาวเรืองได้เช่นกันหากเราลงทุนในด้านนี้อย่างจริงจังและเป็นระบบ

ในประเทศญี่ปุ่น ดอกเบญจมาศเป็นสัญลักษณ์ของความปรารถนาดีและชีวิตที่ยืนยาว  ขณะที่ในบางส่วนของยุโรปมันได้กลายเป็นตัวแทนของการไว้อาลัยต่อผู้วายชนม์ ในงานวิจัยชิ้นนี้การเปลี่ยนแปลงของสีดอกเบญจมาศได้เป็นเครื่องพิสูจน์ถึงความคิดสร้างสรรค์ของมนุษย์และนวัตกรรมทางวิทยาศาสตร์ ที่กำลังเบ่งบานในฐานะสัญลักษณ์แห่งความเป็นไปได้ใหม่ ๆ ในอนาคตเราคงได้เห็นการปรับแต่งลักษณะที่ซับซ้อนมากขึ้น และในสายพันธุ์พืชที่หลากหลายมากขึ้น จากที่เคยปรับได้แค่สีดอก สีใบ อาจจะสามารถปรับปรุงได้ทั้งขนาด รูปแบบแต้มสี หรือกลิ่นใหม่ๆ ที่ธรรมชาติไม่เคยลองใช้มาก่อนก็เป็นได้

References

(1) เสาวลักษณ์ กิตติธนวัตร. สถานการณ์และทิศทางไม้ดอกไม้ประดับของประเทศไทยในปี 2563; กรมวิชาการเกษตร. https://www.doa.go.th/hort/wp-content/uploads/2020/03/สถานการณ์และทิศทางไม้ดอกไม้ประดับของประเทศไทยในปี-2563.pdf.

(2) Li, X.; Bu, F.; Zhang, M.; Li, Z.; Zhang, Y.; Chen, H.; Xue, W.; Guo, R.; Qi, J.; Kim, C.; Kawabata, S.; Wang, Y.; Zhang, Q.; Li, Y.; Zhang, Y. Enhancing Nature’s Palette through the Epigenetic Breeding of Flower Color in Chrysanthemum. New Phytol. 2024. https://doi.org/10.1111/nph.20347.

(3) Kogei Art, K. The Chrysanthemum and Japan: A Timeless Connection in the Days Leading to Choyo no Sekku. https://kogeiart.kyoto.jp/articles/post-2754/ (accessed 2024-09-06).

(4) Song, A.; Su, J.; Wang, H.; Zhang, Z.; Zhang, X.; Van de Peer, Y.; Chen, F.; Fang, W.; Guan, Z.; Zhang, F.; Wang, Z.; Wang, L.; Ding, B.; Zhao, S.; Ding, L.; Liu, Y.; Zhou, L.; He, J.; Jia, D.; Zhang, J.; Chen, C.; Yu, Z.; Sun, D.; Jiang, J.; Chen, S.; Chen, F. Analyses of a Chromosome-Scale Genome Assembly Reveal the Origin and Evolution of Cultivated Chrysanthemum. Nat. Commun. 2023, 14 (1), 2021. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37730-3.

(5) McCarthy, E. W.; Arnold, S. E. J.; Chittka, L.; Le Comber, S. C.; Verity, R.; Dodsworth, S.; Knapp, S.; Kelly, L. J.; Chase, M. W.; Baldwin, I. T.; Kovařík, A.; Mhiri, C.; Taylor, L.; Leitch, A. R. The Effect of Polyploidy and Hybridization on the Evolution of Floral Colour in Nicotiana (Solanaceae). Ann. Bot. 2015, 115 (7), 1117–1131. https://doi.org/10.1093/aob/mcv048.

(6) Kiattisewee, C. DNA Letter | จดหมายดีเอ็นเอ. Thailand SynBio Consortium. https://www.th-synbioconsortium.com/บทความ/dna-letter/ (accessed 2025-02-03).

(7) Hochstraasser, M.; Ford, T.; Henderson, H.; Doxzen, K.; Tolpa, T.; Cheung, B.; Ramit, G.; Murdock, A.; Wilson, R. CRISPRpedia | CRISPR Technology; Innovative Genomics Institute, University of California, Berkeley, 2022.

The post Painting Plants | เฉดสีเบญจมาศ first appeared on SynBio Consortium.