นักวิจัยกำลังใช้เทคโนโลยีการแก้ไขยีน CRISPR เพื่อส่งเสริมการเพาะกายของปลาทะเลแดงที่เป็นเจ้าข้าวเจ้าของของญี่ปุ่น แต่คนจะยอมรับหรือไม่?
เมื่อ Kisenosato Yutaka กลายเป็นนักมวยปล้ำซูโม่ที่เกิดในญี่ปุ่นคนแรกในรอบสองทศวรรษเพื่อคว้าแชมป์รายการใหญ่ เขาภูมิใจนำเสนอให้ช่างภาพในงานแถลงข่าว เช่นเดียวกับนักกีฬาที่คว้าถ้วยรางวัล นักมวยปล้ำหน้าแดงก่ำที่มีน้ำหนัก 178 กิโลกรัมใช้เวลาครู่หนึ่งเพื่อชูสัญลักษณ์อันทรงคุณค่าของสถานะที่เขาได้รับมาอย่างยากลำบาก ซึ่งเป็นปลาสีแดงขนาดใหญ่
ในญี่ปุ่น ปลากระพงแดงมีสถานะเป็นคนดัง ความสำคัญส่วนหนึ่งมาจากชื่อของมันmadaiซึ่งฟังดูคล้ายกับคำศัพท์ภาษาญี่ปุ่นomedetaiซึ่งแปลว่า “แสดงความยินดี” หรือ “เป็นมงคล” เมอร์รี ไวท์ นักมานุษยวิทยาจากมหาวิทยาลัยบอสตัน ผู้ศึกษาอาหารและวัฒนธรรมญี่ปุ่นกล่าว สีสันเฉพาะของปลายังเกี่ยวข้องกับโชคในวัฒนธรรมญี่ปุ่นและเอเชียอื่นๆ นั่นช่วยอธิบายได้ว่าทำไมปลาถึงยังคงปรากฏอยู่ในกำมือของนักมวยปล้ำซูโม่ผู้ชนะเลิศและนักการเมืองญี่ปุ่นเป็นครั้งคราว
เมื่อเร็ว ๆ นี้ ปลาอันล้ำค่านั้นได้รับประโยชน์จากการส่งเสริมการเพาะกายที่เหมาะสมกับสมาคมซูโม่ ในปี 2018 นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นได้ตีพิมพ์งานวิจัยที่แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีการแก้ไขจีโนมสามารถสร้างปลาทะเลแดงที่มีกล้ามเนื้อหลากหลายมากขึ้นได้อย่างไร การพัฒนานี้เป็นหนึ่งในตัวอย่างล่าสุดที่แสดงให้เห็นว่าการแก้ไขจีโนมกำลังเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำอย่างไร
มาซาโตะ คิโนชิตะ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาศาสตร์ประยุกต์ที่มหาวิทยาลัยเกียวโตในญี่ปุ่นและหัวหน้าโครงการปลาทะเลแดง กล่าวว่า “ในบ้านของฉัน เรากินปลาชนิดนี้ในวันปีใหม่ทุกปี “เราหวังว่าปลาของเราจะเป็นที่นิยมสำหรับหลาย ๆ คนสำหรับอาหารประจำวัน” เขากล่าวเสริม
คิโนชิตะเป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยเกียวโตซึ่งร่วมมือกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคินไดในโอซาก้า พวกเขาช่วยกันดัดแปลงจีโนมของปลากระพงแดงเพื่อให้เป็นปลาที่มีเนื้อมากขึ้น โดยตัวหนึ่งจะมีเนื้อมากขึ้นถึง 16 เปอร์เซ็นต์ โครงการนี้ใช้เวลาเพียงสองปี—เร็วกว่าสิ่งที่จะทำได้จากการเพาะพันธุ์แบบเดิมๆ
การเลี้ยงปลาที่มีเนื้อติดกระดูกมากขึ้นอาจช่วยส่งเสริมการทำฟาร์มเชิงพาณิชย์สำหรับปลากระพงแดง ซึ่งต้องเผชิญกับอัตรากำไรที่แคบ เนื่องจากต้นทุนในการจัดหาอาหารสัตว์และการเติมน้ำให้กับลูกปลาอ่อนมีต้นทุนสูง ในญี่ปุ่น ปลาทะเลแดงเพียงอย่างเดียวมีสัดส่วนประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ของอุตสาหกรรมการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำของประเทศ
การแก้ไขจีโนมในวงกว้างนั้นมีความเป็นไปได้มากมายในการเพิ่มประสิทธิภาพของการทำฟาร์มเลี้ยงปลา ซึ่งมีมูลค่ามากกว่า 176 พันล้านดอลลาร์ในปี 2560 ซึ่งปัจจุบันจัดหาปลามากกว่าครึ่งที่บริโภคทั่วโลก
ทว่าความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ของปลาทะเลขนาดใหญ่ของคิโนชิตะหรือปลาดัดแปลงพันธุกรรมอื่นๆ ขึ้นอยู่กับการยอมรับของสาธารณชน หากปลาดัดแปลงไม่สามารถทำให้ต่อมรับรสของผู้คนพอใจได้ แผนธุรกิจใดๆ จะต้องจมน้ำตาย แต่ปลากะพงแดงซึ่งมีตำแหน่งที่สูงส่งในวัฒนธรรมญี่ปุ่นสามารถพิสูจน์ได้ว่าเป็นกรณีเปรียบเทียบ: หากผู้บริโภคชาวญี่ปุ่นยอมรับปลาดัดแปลงนี้ อาหารทะเลดัดแปลงพันธุกรรมมากขึ้นอาจหาทางเข้าสู่จานอาหารค่ำ
การทดลองปลาทะเลแดงของ Kinoshita เป็นส่วนหนึ่งของกระแสการศึกษาโดยใช้เครื่องมือแก้ไขจีโนมยอดนิยมที่เรียกว่า CRISPR-Cas9 เพื่อเลือกปรับเปลี่ยนยีนของสัตว์โดยการตัดหรือเพิ่ม DNA กลุ่มใหม่
การค้นพบ CRISPR ครั้งแรกเกิดขึ้นจากผลงานของนักวิจัยชาวญี่ปุ่นที่ดำเนินการที่มหาวิทยาลัยโอซาก้าเมื่อกว่า 30 ปีที่แล้ว ในปีพ.ศ. 2530 ทีมงานดังกล่าวได้ค้นพบกลุ่มที่น่าสงสัยของการทำซ้ำลำดับพันธุกรรมขณะตรวจสอบจีโนมของแบคทีเรียEscherichia coli ในขณะนั้นพวกเขาไม่สามารถเข้าใจถึงความสำคัญของลวดลายได้ ในที่สุดนักวิจัยคนอื่น ๆ ก็พบลำดับการทำซ้ำที่เหมือนกันในจุลินทรีย์หลายชนิด
หลายปีต่อมา ในปี 2545 นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ขนานนามลำดับยีน CRISPR ที่ทำซ้ำ พวกเขายังระบุ ยีน cas ใกล้เคียง (คำย่อสำหรับ “ที่เกี่ยวข้องกับ CRISPR”) ซึ่งมีหน้าที่ในการผลิตโปรตีน Cas9 Cas9 ทำหน้าที่เหมือนกรรไกรระดับโมเลกุล ซึ่งแบคทีเรียใช้ในการแยก DNA ของไวรัสที่บุกรุก
จุดประสงค์ตามธรรมชาติของ CRISPR คือการจัดเก็บข้อมูลตัวอย่าง DNA ที่จับได้จากการบุกรุกของไวรัส และเพื่อช่วยให้แบคทีเรียระบุไวรัสได้หากพวกมันโจมตีอีกครั้ง ในมือของนักวิทยาศาสตร์ CRISPR และกรรไกร Cas9 ที่เกี่ยวข้องทำหน้าที่เป็นเครื่องมือแก้ไขจีโนมตามธรรมชาติ นักวิจัยได้ใช้พลังของ CRISPR-Cas9 ในการตัดจีโนมของสิ่งมีชีวิตจำนวนมาก ณ จุดเฉพาะ ควบคุมกลไกการซ่อมแซม DNA ของเซลล์เพื่อเพิ่มหรือลบลำดับ DNA ที่เจาะจง หรือแม้แต่สลับส่วนเฉพาะเพื่อแลกกับลำดับ DNA ที่ทำเอง .
ถ้าจีโนมของสิ่งมีชีวิตถูกดัดแปลงได้สำเร็จในช่วงแรกของการพัฒนา เซลล์ทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตจะมีจีโนมที่ถูกดัดแปลง สิ่งมีชีวิตที่ดัดแปลงด้วยวิธีนี้สามารถส่งต่อการเปลี่ยนแปลงไปยังลูกหลานได้
นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ CRISPR-Cas9 เพื่อทำให้ปลาที่เลี้ยงในฟาร์มและสัตว์ทะเลอื่นๆ ต้านทานต่อโรคได้ดีขึ้น พวกเขายังใช้เทคนิคนี้ในการทำให้ปลาดัดแปลงเป็นหมัน ลดความเสี่ยงที่แมวหนีจะปะปนกับพี่น้องป่าของพวกมัน การศึกษาในอดีตของจีนและอเมริกาเกี่ยวกับปลาดุกเหลือง ปลาคาร์พ และปลาดุกช่อง ได้กำจัดหรือปิดการใช้งานยีน myostatin ซึ่งมีหน้าที่ควบคุมการพัฒนาของกล้ามเนื้อ เพื่อปลดล็อกการเติบโตของกล้ามเนื้ออย่างไม่จำกัด (แนวการวิจัยนี้อาจจะไม่น่าแปลกใจเลยที่ประเด็นการพูดคุยที่เป็นที่นิยมในหมู่นักเพาะกายของมนุษย์)
Kinoshita และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ปฏิบัติตามแนวทางเดียวกันในการผลิตปลากะพงแดงขนาดใหญ่ โดยใช้ CRISPR-Cas9 เพื่อทำลายยีน myostatin ในยุคของปลาทะเลแดง พวกเขาทำเช่นนี้โดยจัดการไข่ปลาที่ปฏิสนธิซึ่งอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาเซลล์เดียว เช่นเดียวกับการทดลอง CRISPR-Cas9 หลายๆ ครั้ง ทีมงานพบภาวะแทรกซ้อนทั่วไป: เซลล์ไข่ทดลองบางส่วนเริ่มแบ่งตัวก่อนที่พวกเขาจะรวมการเปลี่ยนแปลงการแก้ไขยีนอย่างสมบูรณ์ ซึ่งนำไปสู่ปลารุ่นแรกที่เกิดมาพร้อมกับเซลล์ผสมและเซลล์ที่แก้ไขแล้วและไม่ได้ตัดต่อด้วยโมเสคผสมกันในร่างกายของพวกมัน
เพื่อเอาชนะความซับซ้อนนั้น ทีมญี่ปุ่นได้ผสมพันธุ์ปลาของพวกเขาเข้าด้วยกันเพื่อสร้างปลา “น็อคเอาท์บริสุทธิ์” รุ่นที่สองที่มีเพียงเซลล์ที่แก้ไขเท่านั้น ขั้นตอนนี้ช่วยให้ Kinoshita และเพื่อนร่วมงานของเขาสามารถเพาะพันธุ์ปลากะพงแดงดัดแปลงได้ต่อไป โดยผลิตปลาที่ดัดแปลงมากขึ้นเรื่อยๆ โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการดัดแปลงพันธุกรรมของปลาแต่ละตัว
Ximing Guo ศาสตราจารย์ด้านพันธุศาสตร์มอลลัสกาและการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำที่ Rutgers University ในนิวบรันสวิก รัฐนิวเจอร์ซีย์ กล่าวว่า “การศึกษาครั้งนี้ได้เพิ่มตัวอย่างที่ชัดเจนอีกตัวอย่างหนึ่งที่ชัดเจนว่า CRISPR-Cas9 มีประสิทธิภาพและมีแนวโน้มว่าจะเปลี่ยนแปลงการปรับปรุงทางพันธุกรรมของสายพันธุ์สัตว์น้ำ” ผลงานของทีมญี่ปุ่น ทีมงานของ Guo กำลังกำหนดเป้าหมายยีน myostatin ในหอยมอลลัสกา เช่น หอยนางรมและหอย
เพื่อป้องกันไม่ให้ปลาที่แก้ไขแล้วหนีเข้าไปในป่า ทีมญี่ปุ่นจึงเก็บปลากระพงแดงสายพันธุ์ใหม่ไว้ในแท็งก์บนบก และใช้อวนเป็นชั้นๆ จับปลาหรือไข่ที่อาจไหลลงมาตามน้ำที่ระบายออกจากถัง พวกเขายังใช้การฉายรังสีอัลตราไวโอเลตเพื่อฆ่าเชื้อสเปิร์มของพวกเขา
อย่างไรก็ตาม มีผลข้างเคียงต่อการปรับแต่งทางพันธุกรรมของนักวิทยาศาสตร์ นอกจากกล้ามเนื้อที่เพิ่มเข้ามาแล้ว ปลาทรายแดงตัวใหม่ยังแสดงการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในโครงสร้างกระดูก เช่น กระดูกสันหลังที่สั้นลงและความยาวลำตัวโดยรวมที่สั้นลง คิโนชิตะอาจไวต่อสภาวะแวดล้อมบางอย่างมากขึ้น เช่น อุณหภูมิของน้ำต่ำ ขั้นตอนการวิจัยต่อไปเกี่ยวข้องกับการศึกษาปัญหาเหล่านั้นและดูว่าปลาที่มีกล้ามแปลงอาหารเป็นเนื้อได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการพิจารณาว่าปลาสามารถพิสูจน์ได้ว่าสามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้หรือไม่
