"ชีววิทยาสังเคราะห์" คืออะไร และจะมาเปลี่ยนโลกสู่อนาคตได้อย่างไรมาดูกัน!

มาวันนี้ กรุงเทพธุรกิจ จะพาไปรู้จักกับ Synthetic Biology หรือ ชีววิทยาสังเคราะห์ ว่าคืออะไร และมีความสำคัญอย่างไร ทำไมหลายองค์กรจึงต่างให้ความสำคัญและร่วมมือกันผลักดันทางด้านนี้

Synthetic Biology (SynBio) หรือ ชีววิทยาสังเคราะห์ เป็นศาสตร์ขั้นสูงของพันธุวิศวกรรม (genetic engineering) โดยเป็นการบูรณาการความรู้หลากสาขา ทั้งด้านชีววิทยา วิศวกรรม พันธุกรรม เคมีและวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ ผ่านการออกแบบและการสร้าง ระบบทางชีวภาพ (Biological Systems) และองค์ประกอบทางชีวภาพ (Biological Components) โดยมีการปรับแต่งไปถึงระดับดีเอ็นเอ เพื่อให้เซลล์เกิดการทำงานในรูปแบบใหม่ หรือพัฒนาไปในทางที่ดีขึ้น

อย่างเช่น กระบวนการดัดแปลงโมเลกุลและหรือพันธุกรรม เพื่อให้โรคต่างๆ สามารถรักษาได้ง่ายขึ้น หรือแม้กระทั่งกระบวนการผลิตอาหารหรือการผลิตผลิตภัณฑ์ชีวภาพที่มาจากการดัดแปลงจุลินทรีย์เพื่อทำหน้าที่แปลงผักหญ้า หรือพืชพันธุ์ต่างๆ ตามความต้องการ ซึ่งล้วนแล้วแต่เป็นส่วนหนึ่งของศาสตร์นี้ 

ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้ก้าวหน้าอย่างมาก และกลายมาเป็นที่ต้องการของหลายภาคอุตสาหกรรม อย่างเช่นในต่างประเทศ บริษัท Pivot Bio ทำการสังเคราะห์ปุ๋ยขึ้นจากไนโตรเจนในอากาศที่มนุษย์ใช้หายใจ โดยมีอยู่ถึง 80% โดยที่ทาง Pivot สร้างจุลินทรีย์ให้ทำหน้าที่ตรึงไนโตรเจนในอากาศ มาตอบสนองความต้องการของพืช เพื่อช่วยลดปัญหาของสิ่งแวดล้อม

หรือแม้กระทั่ง ด้านอุตสาหกรรมอาหาร บริษัท Finlesfood ทำผลิตภัณฑ์เกี่ยวกับปลาที่ไม่มีก้าง ได้ใช้กระบวนการทางซินไบโอมาเป็นโปรแกรมเซลล์ต้นกำเนิดให้เป็นเนื้อเยื่อปลา

อีกทั้ง บริษัท Spiber ผู้ผลิตใยแมงมุมสังเคราะห์ชั้นนำของญี่ปุ่น ที่ได้เข้ามาลงทุนในประเทศไทย โดยอัดเงินลงทุนกว่า 5,000 ล้านเยน หรือประมาณ 44 ล้านเหรียญ สำหรับการสร้างระบบการผลิตใยแมงมุมสังเคราะห์ (Spider Silk protein) โดยการลงทุนนี้มีเป้าหมายสำคัญคือ การผลิตโปรตีนเส้นใยแมงมุมสังเคราะห์ให้มีความทนทานและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เพื่อนำไปผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆได้หลายประเภท ตั้งแต่ ยา สิ่งทอ รวมไปถึงชิ้นส่วนยานยนต์

สรุปง่ายๆก็คือ ชีววิทยาสังเคราะห์คือ การนำนวัตกรรมมาสร้างสิ่งมีชีวิต ด้วยฝีมือของมนุษย์ พร้อมกับบูรณาการนำความรู้ทางด้านชีววิทยา เทคโนโลยี และวิศวกรรมเข้าด้วยกัน เพื่อแก้ปัญหาด้านทรัพยากรให้กับโลก และยังเป็นการพัฒนาสิ่งใหม่ๆ ที่เป็นประโยชน์และยั่งยืนจากสิ่งที่มีอยู่ในธรรมชาติ

ซึ่งประเทศไทยเป็นหนึ่งในประเทศที่มีการผลักดันเรื่องนี้มาโดยตลอด และเมื่อไม่นานมานี้ 17 องค์กรไทย นำโดย สอวช. บางจาก สวทช. ฯลฯ ผนึกความร่วมมือดัน "อุตสาหกรรมชีววิทยาสังเคราะห์" พร้อมกับเปิดตัว "SynBio Consortium" พร้อมจัดทำแผนที่นำทาง มุ่งเป้าปั้นบริษัทเทคโนโลยีขั้นสูงและสร้างกลุ่มอุตสาหกรรมใหม่

ซึ่งภายในงาน Keynote Speaker ผู้นำและผู้เชี่ยวชาญได้มีการร่วมแลกเปลี่ยนให้ความรู้ด้านเทคโนโลยีชีววิทยาศาสตร์กันอย่างเนืองแน่น หนึ่งในนั้นคือ Dr.Kostas Vavitsas ผู้จัดการสมาคม SINERGY, สมาคมชีววิทยาสังเคราะห์ประเทศสิงคโปร์ ได้เปิดประเด็นในหัวข้อ “Supporting Synthetic Biology innovation in Singapore towards a Global Bioeconomy Hub” หรือ “การสนับสนุนนวัตกรรมชีววิทยาสังเคราะห์ในสิงคโปร์สู่ศูนย์รวมเศรษฐกิจชีวภาพระดับโลก”

Dr.Kostas เล่าว่า ตัวเขาอยู่ในโลกแห่งชีววิทยามาหลายปี โดยทำงานในยุโรปและออสเตรเลีย และปัจจุบันอยู่ที่ประเทศสิงคโปร์ โดยเขาเริ่มทำงานเกี่ยวกับศาสตร์ชีววิทยาตั้งแต่ยังเด็ก ซึ่ง Sinergy ได้รับทุนจากรัฐบาลแห่งชาติ บทบาทหลักคือทำความเข้าใจความต้องการ พูดคุยกับผู้มีส่วนได้ส่วนเสียในอุตสาหกรรมและวิชาการ ส่งเสริมชีววิทยาสังเคราะห์ และอำนวยความสะดวกในการทำงานร่วมกัน

"ส่วนคำจำกัดความชีววิทยาสังเคราะห์ในมุมมองของเขาคือ วินัยในการใช้ชีววิทยาเป็นองค์ประกอบที่มีชีวิต หรือใช้หลักการทางวิศวกรรมกับระบบทางชีววิทยา เปรียบเทียบกับเทคโนโลยีชีวภาพแบบดั้งเดิม คือการที่คุณค้นหาสิ่งมีชีวิตที่จะทำในสิ่งที่คุณต้องการที่จะทำ ส่วนชีววิทยาสังเคราะห์หมายถึงคุณสร้างสิ่งมีชีวิต ซึ่งทั้งหมดนี้องค์ประกอบทางวิศวกรรมมีความสำคัญ และได้มีการลงทุนอย่างมากใน Biofoundry ของเราในสิงคโปร์"

โดยแนวทางการทำงานของ Sinergy คือการออกแบบ สร้าง ทดสอบ และเรียนรู้ แนวคิดก็คือเมื่อสร้างสิ่งมีชีวิตแล้ว ก็สามารถสร้างและทดสอบ เพื่อช่วยให้เรียนรู้ว่าสิ่งมีชีวิตนั้นทำงานได้ดีหรือไม่ การมี Biofoundry ทำให้สามารถทำซ้ำวงจรนี้ได้อย่างรวดเร็ว

ทั้งนี้ Biofoundry ของเราเป็นหนึ่งในโรงงานที่เก่าแก่ที่สุดในภูมิภาค เป็นส่วนหนึ่งของพันธมิตร Biofoundry ดังนั้นเราจึงแลกเปลี่ยนความรู้ทั่วโลก
พร้อมทั้งยังมีเครื่องมือมากมาย อาทิ การจัดการของเหลว

ส่วนกระบวนการทางธุรกิจที่สอง ที่ Sinergy ทำโดยอัตโนมัติคือกระบวนการออกแบบโปรตีนในสิงคโปร์ โดยมีจุดแข็งในการออกแบบเอนไซม์โปรตีน สิ่งนี้ช่วยผลิตโซลูชันสำหรับปัญหาทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมได้ อีกทั้งขั้นตอนการทำงานอัตโนมัติที่สามคือการจัดการจุลินทรีย์ และการเลือกจุลินทรีย์ที่จะขับเคลื่อนผ่านเครื่องจักร ซึ่งจะแม่นยำกว่าการโต้ตอบของมนุษย์

ทั้งนี้เขาเล่าต่อไปว่า เครื่องมือที่ใช้งานหนักและสำคัญที่สุดคือ เครื่อง RapidFire เป็นการบ่งชี้ว่าสายพันธุ์ที่ผลิตนั้นมีคุณภาพสูงและจะให้ผลผลิตตามที่ต้องการ ช่วยให้การดำเนินงานของรวดเร็วขึ้น ส่วนเวิร์กโฟลว์ที่สี่คือการหมักชีวภาพ ช่วยเร่งความเร็วในการพัฒนาและทดสอบพารามิเตอร์ที่เหมาะสมเพื่อขยายขนาดกระบวนการ การหมัก

ซึ่ง Biofoundary ของเราได้ดำเนินการคัดกรองเอนไซม์มากกว่า 10 ล้านครั้ง ทุกๆวันเครื่องอัตโนมัติของเราผลิตโคโลนี (colony) คือ จุลินทรีย์ หลายพันตัวต่อวัน ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์กลุ่มใหญ่ได้ใช้เวลามากขึ้นในการออกแบบการทดลองและวิเคราะห์ข้อมูลมากกว่าการแก้ปัญหาในห้องปฏิบัติการ

"พันธมิตร Biofoundry ชีวภาพ มีสมาชิก 27 แห่ง ได้แก่ จีน ญี่ปุ่น อังกฤษ สหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย ฯลฯ เราสนับสนุนสิ่งนี้เพราะช่วยให้ทุกคนได้ใช้ทรัพยากรระบบอัตโนมัติทั่วโลก นี่เป็นวิธีที่ดีในการส่งเสริมชีววิทยาสังเคราะห์และนวัตกรรม สิ่งเหล่านี้มักจะได้รับการสนับสนุนจากรัฐบาล และให้บริการทั้งกลุ่มวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม"

โดยปกติโครงการที่พบบ่อยที่สุดคือการผลิตทางชีวภาพ นั่นคือสายพันธุ์หรือเอ็นไซม์ที่เราออกแบบ เราใช้เครื่องมือที่มีปริมาณงานสูงและการสังเคราะห์ DNA เพื่อสร้างสายพันธุ์ รวมทั้งเรากำลังเริ่มจะทำเครื่องมือการแก้ไขสภาพแวดล้อม แหล่งข้อมูล DNA และกลุ่มโปรตีนทางเลือก

เนื่องจากแนวคิดก็คือเทคโนโลยีชีวภาพและเทคโนโลยีสังเคราะห์เป็นส่วนสำคัญของเศรษฐศาสตร์ชีวภาพ หมายความว่าเพื่อให้มีเศรษฐกิจชีวภาพแบบหมุนเวียน ต้องใช้ทุกทรัพยากรที่เป็นไปได้และใช้ซ้ำ ธรรมชาติทำเช่นนี้มาเป็นเวลาหลายพันล้านปี การจะทำเช่นนี้ได้นั้นจะต้องอาศัยการเรียนรู้จากธรรมชาติ ตัวอย่างที่ชัดเจนอย่างหนึ่งคือ การแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม เช่นโครงการขยะอิเล็กทรอนิกส์ การติดตามและการนำวัสดุเหล่านี้กลับมาใช้ใหม่เป็นสิ่งสำคัญ และแบคทีเรียที่เหมาะสมสามารถช่วยเปลี่ยนการลดลงเหล่านี้ไปสู่การใช้งานอื่นๆ สำหรับอุตสาหกรรมได้

"ไมโครไบโอม (Microbiome) เป็นอีกประเด็นหนึ่งที่เราให้ความสำคัญ เราสามารถโต้ตอบกับสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนได้โดยใช้จุลินทรีย์ เรารู้ว่าจุลินทรีย์จำนวนมากในร่างกายของเราต้องรับผิดชอบต่อสภาวะต่างๆ มากมาย แนวคิดก็คือ จุลินทรีย์สามารถเปลี่ยนเป็นยาที่มีชีวิตได้ เช่น โรคเบาหวาน และในอนาคตโรคที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น มะเร็ง อาจได้รับประโยชน์จากการสำรวจยาที่มีชีวิต"

อีกตัวอย่างหนึ่งคือโครงการจีโนมสังเคราะห์ แนวคิดคือโครงการยีสต์ 2.0 จะแทนที่โครโมโซมของยีสต์ที่มีอยู่ทั้งหมด แนวคิดคือการแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะแสดง DNA ที่สร้างขึ้น โดยการประดิษฐ์และสร้างโครโมโซมที่ทำงานได้

ดังนั้น Sinergy จะช่วยสร้างปฏิสัมพันธ์กับผู้มีส่วนได้ส่วนเสียโดยการอำนวยความสะดวกในการทำงานร่วมกัน เรามีความเชื่อมโยงในระดับสากลและกำลังพูดคุยกับผู้คนทั่วโลกที่มีความสนใจในแขนงนี้ และเรามักใช้รูปแบบหุ้นส่วนระหว่างภาครัฐและเอกชน เราส่งเสริมสิ่งนี้เพื่อสร้างความร่วมมือ โดยปกติแล้วจะมีการพิสูจน์แนวคิด จากนั้นพันธมิตรทางอุตสาหกรรมก็สามารถพัฒนาผลิตภัณฑ์และนำแนวคิดดังกล่าวไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้

ส่วนข้อเสนอแนะหรือคำแนะนำสำหรับประเทศไทย เขามองว่า สิ่งแรก คือ ควรระบุความต้องการและบอกเล่าเรื่องราวที่ดีต่อรัฐบาลและบริษัทต่างๆ 
ซึ่งจะต้องมีความต้องการเฉพาะ เพราะประเทศไทยมีอุตสาหกรรมหนัก (Heavy industry) และการผลิตทางการเกษตร มีโรงงานชีวเคมีที่สำคัญ ดังนั้นหากสามารถเชิญพวกเขาทั้งหมดมาร่วมกันเพื่อพูดคุยเกี่ยวกับชีววิทยาสังเคราะห์ จะช่วยระบุบุคคลเฉพาะที่สามารถสนับสนุนโซลูชันใหม่เหล่านี้ รวมไปถึง เด็กรุ่นใหม่ๆ นักศึกษา กล่าวโดยสรุปคือ ประเทศไทยควรมีการระบุความต้องการ ค้นหาเรื่องราวความสำเร็จทางด้านนี้ และรับความช่วยเหลือจากผู้เชี่ยวชาญภายนอก เพื่อนำไปสู่เป้าหมายด้าน "ชีววิทยาสังเคราะห์" ที่วางไว้