ภายในเซลล์เล็ก ๆ ของมนุษย์ทุกคน มีรหัสชีวิตซ่อนอยู่ในรูปของ DNA ซึ่งเป็นโมเลกุลสายยาว บรรจุข้อมูลทุกอย่างเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต DNA ประกอบขึ้นจากหน่วยย่อยเพียงสี่ชนิด ได้แก่ Adenine, Thymine, Cytosine และ Guanine ย่อได้เป็น A, T, C และ G ซึ่งเรียกกันในวงการวิทยาศาสตร์ว่า “นิวคลีโอไทด์ (Nucleotide)”

ในมนุษย์มีลำดับการเรียงต่อกันของ Nucleotides ทั้งสี่ชนิดนี้ยาวกว่า 3,000 ล้านตำแหน่ง กว่า 99.9% ของการเรียงของ DNA ในมนุษย์แต่ละคนนั้นเหมือนกัน มีเพียง 0.01% ที่แตกต่าง ซึ่งเล็กน้อยมากในเชิงปริมาณ แต่เป็นเหตุให้มนุษย์แต่ละคนมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวที่แตกต่างกัน ไม่ว่าจะเป็นใบหน้า รูปร่าง ความสูง หรือแม้แต่ความเสี่ยงของโรคที่แตกต่างกัน

การอ่าน DNA มีหลากหลายวิธี ซึ่งมีประสิทธิภาพในการอ่านที่แตกต่างกัน เช่น ใช้เวลาต่างกัน ความยาวในการอ่านต่างกัน

เมื่อ 70 ปีก่อน วงการวิทยาศาสตร์เพิ่งเข้าใจว่า DNA มีโครงสร้างเป็นเกลียวคู่ (Double Helix) แต่ในเวลานั้น มนุษย์ยังไม่เข้าใจว่ารหัสพันธุกรรมจริง ๆ ของตัวเองหน้าตาเป็นอย่างไร จนกระทั่งเข้าสู่ยุคของการหาลำดับพันธุกรรม หรือ “Gene Sequencing” ซึ่งเปลี่ยนความเข้าใจทางชีววิทยาไปตลอดกาล

เทคโนโลยีการหาลำดับพันธุกรรมคือกระบวนการอ่านตัวอักษร A, T, G และ C ที่เรียงอยู่ใน DNA ทีละตัวอย่างละเอียด เครื่องมือสามารถบันทึกลำดับของนิวคลีโอไทด์เหล่านี้ออกมาในรูปแบบข้อมูลดิจิทัล เพื่อให้นักชีววิทยาสามารถวิเคราะห์ได้ว่าการเรียงแต่ละแบบมีจุดประสงค์อะไร มียีนใดอยู่บ้าง และยีนเหล่านั้นน่าจะมีหน้าที่อะไร

Human Genome Project ได้รวบรวมและจัดเรียงรหัสพันธุกรรมของมนุษย์ได้แถบจะครบถ้วนทั้งชุดในปี 2003 ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์นับไม่ถ้วนใช้ข้อมูลที่ได้จากโครงการนี้ในการศึกษากลไกทางพันธุกรรมของมนุษย์

ในปี 2003 โครงการ Human Genome Project ประกาศความสำเร็จในการอ่านรหัสพันธุกรรมของมนุษย์ครบทั้งชุดเป็นครั้งแรก ใช้เวลายาวนานกว่า 13 ปี และมีค่าใช้จ่ายเกือบ 100,000 ล้านบาท แต่ผลลัพธ์ได้วางรากฐานให้กับการแพทย์ยุคใหม่ทั้งหมด จากวันนั้นถึงวันนี้ เทคโนโลยีได้ก้าวกระโดดอย่างมหาศาล ด้วยเทคนิคที่เรียกว่า Next-Generation Sequencing ทำให้การอ่านลำดับพันธุกรรมของคนหนึ่งคนที่เคยใช้เวลาหลายปี สามารถทำได้ในเวลาเพียงไม่กี่วัน และมีค่าใช้จ่ายลดลงเหลือเพียงไม่กี่ร้อยดอลลาร์สหรัฐ

นอกจากนี้ งานวิจัยนับไม่ถ้วนได้ศึกษาหลักการทำงานของรหัสพันธุกรรมของมนุษย์อย่างละเอียดในหลาย ๆ ยีน ทำให้เราพอเข้าใจหลักการทำงานของยีนแต่ละชุด อย่างไรก็ตาม ยังมีอีกหลายยีนที่เรายังไม่ได้ศึกษาอย่างละเอียด ทั้งนี้ ความเข้าใจรหัสพันธุกรรมของมนุษย์ในปัจจุบันเปิดทางให้เราสามารถตรวจจับโรคทางพันธุกรรมในมนุษย์ได้หลากหลายโรค

การอ่าน DNA ให้ได้เร็วขึ้นนั้นอาศัยการอ่านลำดับสั้น ๆ หรือที่เรียกว่า _Short Read_ หลาย ๆ ชิ้นพร้อมกัน ก่อนจะนำมาประกอบกลับเป็นข้อมูลการอ่านครั้งเดียว

การหาลำดับพันธุกรรมเริ่มต้นจากการเก็บตัวอย่างเซลล์จากเลือด น้ำลาย หรือชิ้นเนื้อเล็ก ๆ ซึ่งมี DNA อยู่ในนิวเคลียสของเซลล์นั้น จากนั้นนักวิทยาศาสตร์จะสกัด DNA ออกมาให้บริสุทธิ์และตัดให้เป็นชิ้นเล็ก ๆ เพื่อเตรียมเข้าสู่กระบวนการอ่าน (Fragmenting) เครื่องมืออ่านลำดับพันธุกรรมสมัยใหม่สามารถอ่านชิ้น DNA ขนาดเล็ก ๆ หลายล้านชิ้นพร้อมกันในคราวเดียวได้ ทำให้การอ่านนั้นใช้เวลาเร็วมาก

ข้อมูลที่ได้จากการอ่านเรียกว่า “Short Reads” เปรียบเสมือนเศษจิ๊กซอว์ซึ่งจะถูกนำมาประกอบเป็นชุดรหัสพันธุกรรมของผู้ป่วยอ้างอิงจากข้อมูลจีโนมอ้างอิง (Reference Genome) เมื่อได้ลำดับเต็มแล้ว นักวิทยาศาสตร์สามารถเปรียบเทียบกับจีโนมอ้างอิงเพื่อระบุการกลายพันธุ์ในยีนของผู้ป่วยด้วย เช่น การกลายพันธุ์เบสเดียว (Single Nucleotide Variant) การเพิ่มหรือลดบางส่วนของยีน Insertion/Deletion หรือการมียีนซ้ำกัน (Copy Number Variation) ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถบ่งบอกถึงการกลายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับโรคพันธุกรรมและความเสี่ยงมะเร็งได้

เมื่อเราสามารถอ่านจีโนมของแต่ละบุคคลได้อย่างละเอียด นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจพบการกลายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับโรคต่าง ๆ ได้ เช่น

- การกลายพันธุ์ของยีน BRCA1 และ BRCA2 เพิ่มความเสี่ยงมะเร็งเต้านมและรังไข่
- TP53 ซึ่งควบคุมการซ่อมแซม DNA หากเสียหายจะเพิ่มโอกาสเกิดมะเร็งหลายชนิด
- CFTR ซึ่งทำให้เกิดโรคปอดเรื้อรัง Cystic Fibrosis
- HBB ที่ก่อให้เกิดโรคธาลัสซีเมีย

ต้นทุนในการอ่านรหัสพันธุกรรมหรือการทำ DNA Sequencing นั้นถูกลงทุกปี จากที่ใช้เงินมหาศาล ในปัจจุบันเทคโนโลยีการอ่าน DNA เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่เข้าถึงได้โดยทั่วไปแล้ว

การเกิดการกลายพันธุ์ซึ่งเกี่ยวข้องกับโรค (Associated Mutation) ไม่ใช่ตัวบ่งชี้หรือยืนยันว่าผู้ป่วยจะเป็นโรคนั้น ๆ แต่เป็นตัวบ่งชี้ว่าผู้ป่วยมีความเสี่ยงในการเกิดโรคมากขึ้น โดยท้ายที่สุดแล้ว ผู้ป่วยอาจจะเป็นโรคหรือไม่เป็นโรคก็ได้ การทราบว่ามีการกลายพันธุ์ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงในการเกิดโรคช่วยให้แพทย์และผู้ป่วยสามารถร่วมกันวางแผนการเฝ้าระวัง การคัดกรอง หรือแม้แต่การป้องกันโรคได้ล่วงหน้า เช่น ผู้ป่วยที่พบว่าตัวเองมีการกลายพันธุ์ของยีน BRCA1 ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงมะเร็งเต้านม สามารถเฝ้าระวังด้วยการเข้ารับการตรวจคัดกรองมะเร็งเต้านมบ่อยขึ้นได้ ทำให้สามารถตรวจเจอความผิดปกติได้เร็วขึ้น และรักษาได้อย่างทันท่วงทีหากเกิดมะเร็งในระยะแรก ๆ

นอกจากนี้ แพทย์สามารถใช้ข้อมูลพันธุกรรมในการวางแผนการรักษาเฉพาะบุคคล เช่น การตรวจยีนผู้ป่วยมะเร็งเพื่อหาว่ามียีนกลายพันธุ์ชนิดใด และเลือกใช้ยาที่เจาะจงต่อการกลายพันธุ์นั้นโดยตรงได้

โชติทิวัตถ์ จิตต์ประสงค์
ภาควิชาศัลยศาสตร์ออร์โธปิดิกส์และการบาดเจ็บ
คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัย The Chinese University of Hong Kong

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

DNA Sequencing เทคโนโลยีอ่านรหัสพันธุกรรม เผยความเสี่ยงมะเร็งล่วงหน้า