Smart Probiotics: แบคทีเรียดีที่ถูกสร้างมาเพื่อทำลายล้างเชื้อโรคผู้รุกราน

ตอนนี้ไม่ว่าหันไปมองทางไหนก็มีแต่ Probiotics : ทั้งโยเกิร์ต ไอศครีม นมเปรี้ยว อาหารเสริมแบบผง แบบน้ำ แบบเม็ด รวมไปถึงกิมจิในแซนวิชและสกินแคร์ทาผิวด้วยอีกต่างหาก อย่างที่บอก…มันอยู่ทุกที่เพราะมันกำลังเป็นเทรนด์เกี่ยวกับสุขภาพที่กำลังมาแรงในเวลานี้ นักชีวเคมี (biochemist) กำลังให้ความสนใจกับเรื่องนี้เป็นอย่างมาก เพราะไม่เหมือนกับเทรนด์เกี่ยวกับสุขภาพอื่นๆ ประโยชน์จาก Probiotics นั้นมีรายงานวิจัยมากมายที่คอยสนับสนุน เมื่อได้รับในปริมาณที่เหมาะสมมันสามารถปรับสมดุลย์ของร่างกายให้เข้าสู่สภาวะที่ดีขึ้นและลดการเสื่อมถอยของสุขภาพ แต่ถึงรู้แบบนี้ก็ตาม จากสถิติของบริษัท Mintel แล้วดูเหมือนว่าคนทั่วไปยังไม่ได้ให้ความสำคัญมากเท่าที่ควร

แล้วมันคืออะไร?

ถ้าอธิบายแบบง่ายๆ Probiotics (โพรไบโอติก) นั้นเป็นแบคทีเรียกับยีสต์ที่มีชีวิตที่พบได้ตามธรรมชาติในลำไส้หรือจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในลำไส้ มักเป็นที่รู้จักกันว่าเป็น “แบคทีเรียดี” เพราะเมื่อได้รับในปริมาณที่พอเพียงมันจะมีประโยชน์กับสุขภาพ ทำให้ลำไส้ของเรานั้นแข็งแรง กระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันในร่างกาย เป็นตัวปรับสมดุลย์ระบบทางเดินอาหารให้ทุกอย่างทำงานอย่างราบรื่น และโดยรวมทำให้สุขภาพของเรานั้นแข็งแรงขึ้น

แล้วถ้าเกิดว่าเรานำเจ้าแบคทีเรียเหล่านี้มาปรับแต่งใหม่ในห้องแลปให้มันฉลาดขึ้น รู้วิธีการค้นหาศัตรูและเข้าจู่โจมเลยโดยไม่ต้องรอให้ร่างกายถูกทำร้ายก่อน เป็นเหมือนจรวดนำวิถีที่พุ่งตรงเข้าทำลายล้างสิ่งแปลกปลอมทุกอย่างที่ขวางหน้า เป็นทหารหน่วยหน้าที่เข้าต่อสู้และเฝ้าระวังอันตราย มันคงทำให้เราลืมโพรไบโอติกแบบเก่าในโยเกิร์ตถ้วยไปได้เลย และนั้นคือส่ิงที่ Matthew Wook Chang นักชีวเคมีที่ the National University of Singapore กำลังมุ่งหน้าพัฒนา เขาต้องการสร้างหน่วยลอบสังหารนี้ โดยการปรับแต่งยีนของแบคทีเรียที่อยู่ในลำไส้ที่เรียกว่า Escherichia coli (หรือที่เรารู้จักกันในว่า E.Coli) ให้กลายนักฆ่าที่สามารถค้นหาตำแหน่งที่ตั้ง ไล่ติดตามและทำลายเชื้อโรคที่ทำให้เราไม่สบาย

เป้าหมายหลักของเขาคือ Pseudomonas Aeruginosa เป็นกลุ่มของเชื้อแบคทีเรียที่จะหาโอกาสโจมตีร่างกายของทุกคนเมื่อระบบภูมิคุ้มกันนั้นอ่อนแอ มันสามารถสร้างความเดือดร้อนให้เป็นอย่างมากในโรงพยาบาล ในปอดของผู้ป่วย Cystic Fibrosis (CF) ที่เป็นโรคเรื้อรังที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมทำให้เกิดการสร้างเสมหะข้นในปอด เมือกในตับอ่อน และอวัยวะอื่นๆในร่างกาย ในระบบทางเดินอาหารของทารกคลอดก่อนกำหนด ในปี 2013 Chang ได้ทดสอบแบคทีเรียนักฆ่าของเขาในห้องแลป โดยป้อนเข้าไปในระบบลำไส้ของหนูทดลองโดยได้ผลลัพธ์ออกมาเป็นที่น่าพอใจ เขาบอกว่า

และตอนนี้เขาก็เริ่มเพิ่มเป้าหมายใหม่ของเหล่านักฆ่ามากขึ้นเรื่อยๆ

Chang เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่ให้ความสนใจเกี่ยวกับเรื่องการปรับแต่งไมโครไบโอม (microbiome) – กลุ่มของจุลินทรีย์ทั้งหมดที่อาศัยใน/บนร่างกายของเรา – เพื่อให้เรานั้นมีสุขภาพที่ดีขึ้น โดยอาศัยเครื่องมืออย่างชีววิทยาสังเคราะห์ (synthetic biology) ปรับแต่งระบบชีวภาพและชีวเคมีของแบคทีเรียด้วยการผสมยีนในสูตรต่างๆ จนแบคทีเรียเหล่านี้กลายเป็นจรวดจิ๋วค้นหาเป้าหมายและไปซ่อมแซมปัญหาที่วางไว้โดยเฉพาะ

แบคทีเรียบางตัวไม่ได้วิ่งวุ่นหาศัตรูร้ายไปเรื่อยเปื่อย แต่อยู่นิ่งๆเป็นทหารยามเฝ้าระวังไม่ให้เกิดเหตุอันตราย ยกตัวอย่างเช่นแบคทีเรียที่เฝ้าระวัง P. aeruginosa หรือ Vibrio cholerae ที่จะต่อกรกับศัตรูก็ต่อเมื่อเชื้อโรคเหล่านี้มันเข้ามาอยู่ในรัศมีทำลายล้าง แบคทีเรียบางตัวใช้เทคนิคเดียวกันเพื่อต่อสู้กับเซลล์มะเร็ง อีกชนิดหนึ่งก็ตรวจจับสัญญาณของอาการอักเสบและปล่อยสารเคมีที่ช่วยลดอาการเรื้อรังของโรคอย่างโรคโครห์น (เป็นความผิดปกติเรื้อรังของลำไส้ใหญ่ทำให้เกิดการระคายเคืองและทางเดินอาหารบวม ซึ่งโรคนี้จัดอยู่ในกลุ่มโรคลำไส้อักเสบเรื้อรัง) และความสามารถเหล่านี้ก็พัฒนาขึ้นเรื่อยๆและกำลังจะออกสู่โลกภายนอกห้องแลปในไม่ช้า

Start-Up อย่าง Synlogic ได้เริ่มต้นหาหนทางที่จะป้อนแบคทีเรียแสนฉลาดเหล่านี้ออกสู่ตลาด โดยได้รับเงินทุนกว่า $35 ล้านเหรียญจากมูลนิธิ Bill and Melinda Gates Foundation โดยได้เริ่มทำการทดลองในมนุษย์ไปเมื่อปีที่ผ่านมา โดยเป้าหมายของพวกเขาคือการดูแลรักษาเซลล์ที่อยู่ในร่างกายของเราแต่ไม่ใช่ส่วนหนึ่งของเรา เป็นสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในร่างกายเราให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น มันเป็นการเปิดประตูสู่ยุคของ “Smart Probiotics” ที่ถูกฝึกฝนให้กลายเป็นทหารแบคทีเรียในระบบทางเดินอาหาร ช่วยดูแลปกป้องและแก้ปัญหาเมื่อมีสิ่งแปลกปลอมเข้ามาป้วนเปี้ยน แล้วเทคโนโลยีชนิดนี้จะช่วยทำให้เรามีสุขภาพที่แข็งแรงขึ้นจริงๆรึเปล่า? หรือเราแค่กำลังตื่นเต้นกับบางอย่างที่เราไม่รู้เลยว่าปลายทางจะเป็นยังไง?

Welcome to the age of smart probiotics

การศึกษาเกี่ยวกับไมโครไบโอมเป็นแขนงหนึ่งของภาควิชาชีววิทยาที่กำลังได้รับความนิยมเป็นอย่างมากในเวลานี่ โดยเจ้าสิ่งมีชีวิตเล็กๆเหล่านี้จะเข้ามาปรับระบบภูมิคุ้มกันของเราให้แข็งแรงขึ้น ช่วยในการพัฒนาการของร่างกายและปกป้องเราจากโรคต่างๆ และแน่นอนว่าช่วยย่อยอาหารระหว่างนั้นด้วย ไมโครไบโอมเป็นส่ิงที่จำเป็นสำหรับร่างกายของเรา และเป็นสิ่งที่เปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา ไม่เหมือนกับจีโนมที่ส่วนมากแล้วก็จะอยู่เฉยๆนิ่งๆไม่ได้พัฒนาไปทางไหน นักทดลองหลายคนคาดว่าการปรับเปลี่ยนสิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะช่วยแก้ปัญหาโรคติดเชื้อและอาการเรื้อรังอย่างโรคอ้วน โรคเบาหวานและอื่นๆอีกมากมาย

การเล่นแร่แปรสภาพไมโครไบโอมที่จริงแล้วก็ไม่ใช่เรื่องใหม่ โยเกิร์ตที่มีโพรไบโอติกก็สามารถเพิ่มจุลินทรีย์ที่มีประโยชน์เข้าไปในร่างกายของเรา แต่ในเมื่อมันเป็นจุลินทรีย์สายพันธ์ุที่ไม่ได้อาศัยอยู่ในตัวเราตามธรรมชาติ มันจึงอยู่ได้ไม่นานแล้วก็หายไป เพราะฉะนั้นโพรไบโอติกที่ถูกโหมโฆษณาที่จริงแล้วก็สร้างประโยชน์ไม่ได้มากอย่างที่หลายคนคาดหวัง แล้วนอกจากนั้นก็มีอีกวิธีหนึ่งที่เรียกว่า faecal transplants หรือการปลูกถ่ายอุจจาระ ซึ่งเป็นกระบวนการทางการแพทย์ที่นำอุจจาระของผู้บริจาคมาผสมกับน้ำเกลือหรือสารละลายอื่นแล้วโอนถ่ายไปยังผู้ป่วยทางทวารหนักโดย colonoscopy ซึ่งวิธีการนี้ถูกใช้มานานแล้วมากกว่าพันปี เป็นวิธีปลูกถ่ายแบคทีเรียดีให้กับผู้ป่วยที่แบคที่เรียในร่างกายน้อยเนื่องจากใช้ยาปฏิชีวนะติดต่อกันนานเกินไปจนแบคทีเรียดีในร่างกายตายหมด การเปลี่ยนถ่ายอุจจาระแบบนี้ทำงานได้เป็นอย่างดีแต่ก็ต้องดูคุณภาพของอุจจาระจากผู้บริจาคอีกครั้งด้วยว่าจะไม่นำเชื้อโรคอื่นๆไปสู่ผู้ป่วย แถมไม่พอเวลาพูดถึงการปลูกถ่ายอุจจาระก็จะทำให้คนที่ฟังรู้สึก “ewww” นิดหนึ่งด้วย

ทางออกใหม่? บริษัทอย่าง Seres Therapeutics ที่เมือง Cambridge รัฐ Massachusetts และ Vedanta Biosciences ใน Boston กำลังพยายามหาสูตรผสมของจุลินทรีย์ที่มีประโยชน์ที่อยู่ในร่างกายของเราและสามารถเอามาทำการทดลองให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นในห้องแลป อีกด้านหนึ่งอย่างบริษัท ActoGeniX ในประเทศเบลเยียม สร้างจุลินทรีย์ขึ้นมาใหม่เพื่องานอย่างใดอย่างหนึ่งโดยเฉพาะและไม่สนใจแบคทีเรียที่มีอยู่ตามธรรมชาติเลย ยกตัวอย่างเช่นการปรับแต่งแบคทีเรียแล็กโทค็อกคัส (Lactococcus) เพื่อลดอาการอักเสบในช่องท้อง เจ้าแบคทีเรียปรุงแต่งตัวนี้ทำงานได้เป็นอย่างดีในหนูทดลอง แต่ในมนุษย์มันกลับไม่ได้สร้างผลกระทบอะไรเลย

แบคทีเรียรุ่นต่อมาอย่างของ Chang ก็มีความสามารถมากขึ้นเรื่อยๆ มันสามารถถูกโปรแกรมให้ทำงานตามความต้องการของผู้ป่วยแต่ละคน โดยการ “fine-tune” หรือปรับแต่งจุลินทรีย์เหล่านี้ อย่างแรกที่ต้องมีเลยคือรู้ว่าเรากำลังเผชิญหน้ากับอะไรอยู่ ยกตัวอย่าง Jeff Tabor ที่มหาวิทยาลัย Rice University เมือง Houston กำลังพยายามใช้เอนไซม์ histidine kinase ที่อาศัยอยู่บนพื้นผิวของแบคทีเรียเพื่อตรวจจับสัญญาณบางอย่างในร่างกายของคนป่วย เพราะเจ้าเอนไซม์เหล่านี้เป็นเหมือนเครื่องมือสื่อสารระหว่างแบคทีเรียกับโลกภายนอก (มีจำนวนมากกว่า 12,000 ชนิดในไมโครไบโอมของมนุษย์ แม้ว่าในเวลานี้จะเข้าใจการทำงานเพียง 50 ชนิดก็ตาม) มันจับตัวกับโมเลกุลที่แตกต่างกันออกไป ซึ่งพอมาตรวจให้ละเอียดอีกทีจะพบว่ามีบางชนิดที่เหมือนกันในท้องของผู้ป่วยที่เป็นโรคอ้วน โดยเขาเชื่อว่าเจ้าเซนเซอร์เหล่านี้รับรู้ถึงสารเคมีบางอย่างที่อยู่ในตัวของผู้ป่วยเหล่านั้น ถ้าเราสามารถนำเอาเซนเซอร์เหล่านี้มารวมกันในจุลินทรีย์ตัวเดียว เขาหวังว่ามันจะช่วยบ่งบอกถึงความเสี่ยงของอาการของผู้ป่วยโรคอ้วนก่อนที่มันจะเกิดขึ้นได้

ซึ่งขั้นตอนต่อมาก็คือการสร้างระบบรับรู้เพื่อการตอบสนองในแบคทีเรีย ยกตัวอย่าง E.Coli ของ Chang ที่เฝ้าตรวจสอบดูโมเลกุลที่เซลล์ของ P. aeruginosa ใช้สื่อสารระหว่างกัน ถ้าพูดเป็นหนังสายลับคือ E.Coli ของ Chang กำลังคอยดักฟังคลื่นการสื่อสารของฝ่ายศัตรูและถ้ามีสัญญาณเมื่อไหร่ E.Coli ที่ถูกฝึกมาแล้วก็ว่ายไปปล่อยระเบิดเอนไซม์สองโมเลกุลเพื่อทำลายฐานทัพใหญ่ของ P. aeruginosa ให้เล็กลงและปล่อยยาปฏิชีวนะเพื่อจัดการซากที่เหลือให้หมด – ดักฟัง ตามล่า และทำลาย นั้นคือหน้าที่ของแบคทีเรียที่สร้างขึ้นเพื่องานนี้โดยเฉพาะ

E.Coli ของ Chang เป็นเพียงตัวอย่างเล็กๆ ยังมีนักชีวเคมีอีกหลายคนที่กำลังพัฒนาแบคทีเรียนักฆ่าแบบเดียวกันในเวลานี้ มันเป็นสิ่งที่ดีเพราะมันจะลดการรับยาปฏิชีวนะแบบพร่ำเพรื่อในคนไข้ ส่วนตัวของแบคทีเรียดีเหล่านี้เมื่อถูกสร้างมาให้คอยเฝ้าระวังก็เก็บแรงไว้เมื่อจำเป็น พอมีเหตุการณ์ที่จำเป็นก็พร้อมจะเผชิญหน้ากับศัตรูได้ทันที

ประโยชน์และก้าวต่อไปของ probiotics

แต่การที่จะทำให้กระบวนการเหล่านี้ทำงานอย่างเต็มที่ เราต้องรับจุนลินทรีย์เข้าไปในร่างกายของเราก่อนที่จะป่วย เหมือนกับการสร้างภูมิคุ้มกันเอาไว้ให้ร่างกายของเราก่อน สมมุติถึงเหตุการณ์แพร่กระจายของเชื้อโรคห่าใน Haiti ช่วงปี 2010 ที่มีคนป่วยถึง 6% ของประชากรทั้งหมด ถ้าเราให้แบคทีเรียที่มีความสามารถในการฆ่าเชื้อโรคห่าแก่กลุ่มประชากรที่มีความเสี่ยงในการติดเชื้อตั้งแต่การเริ่มระบาด การแพร่กระจายของเชื้อโรคก็จะถูกควบคุมและจำกัดเพียงในวงแคบๆ การรักษาแก้ไขก็จะทำได้ง่ายขึ้น อีกตัวอย่างหนึ่งที่มีประโยชน์ สมมุติว่าต้องเดินทางไปยังต่างประเทศที่มีความเสี่ยงในการติดเชื้อลำไส้อักเสบท้องร่วง ถ้าจับเจ้าแบคทีเรียที่ต่อสู้กับเชื้อโรคเหล่านี้ไปไว้ในท้องเราก่อนก็สามารถอุ่นใจได้ในระดับหนึ่งว่าไม่ต้องไปเสียเวลาวันหยุดเพื่อไปหาหมอทานยารักษา ถ้าเกิดไปทานอาหารที่ไม่สะอาดเข้า

การพัฒนา smart probiotics ยังคงมีขึ้นอย่างต่อเนื่อง Chang เองก็กำลังศึกษาเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการใช้แบคทีเรียดีเหล่านี้ให้ปรับแต่งสารในร่างกายให้กลายเป็นสารต้านมะเร็ง Michael Fischbach ที่มหาวิทยาลัย University of California, San Francisco กำลังเพิ่มประสิทธิภาพให้กับไมโครไบโอมให้สามารถปรับเปลี่ยนอารมณ์และพฤติกรรมของมนุษย์ได้ แน่นอนว่าเรื่องเหล่านี้เป็นสิ่งที่น่าตื่นเต้น แต่อย่าลืมว่าเรากำลังก้ามข้ามเส้นความสามารถทางธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตเล็กๆเหล่านี้ และที่จริงแล้วเรายังไม่รู้ด้วยซ้ำว่าต่อจากนั้นจะเป็นยังไง

ไม่ใช่ทุกคนหรอกที่รู้สึกตื่นตาตื่นใจกับการปรับแต่งสิ่งมีชีวิตให้ทำงานอย่างที่เราต้องการ ยิ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงบางอย่างที่จะไปอยู่ในร่างกายของเราด้วยยิ่งไปกันใหญ่ อย่างแรกต้องเข้าใจว่าสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับไมโครไบโอมนั้นยังไม่ได้ละเอียดมาก เราจะรู้ได้ยังไงว่ากลุ่มไหนเป็นแบคทีเรียดี กลุ่มไหนกำลังทำร้ายเราอยู่ เจ้าสิ่งมีชีวิตเล็กๆเหล่านี้สื่อสารกันยังไง มากแค่ไหน แล้วถ้าเกิดต่อต้านขึ้นมาจะทำยังไง? สิ่งเหล่านี้เป็นคำถามที่ล้วนยังต้องการคำตอบที่ชัดเจน เพราะฉะนั้นมันอาจจะเป็นการดีที่ไม่ปรับแต่งมากจนเกินไปและเพียงระยะสั้นๆ สามารถจะมี “kill-switch” หรือยาบางอย่างเพื่อเข้าไปฆ่าแบคทีเรียเหล่านี้ในท้องถ้าเกิดความผิดพลาดขึ้นมา อย่างน้อยๆก็จำกัดอายุของแบคทีเรียให้ตายไปเองเมื่อเกินระยะเวลาที่กำหนด

ต่อไปในอนาคตเราคงได้เห็น probiotics มากขึ้นกว่าเดิม แบคทีเรียดีเหล่านี้คงไม่หายไปไหน เพียงแต่จะอยู่ในรูปแบบใดและมีความสามารถมากแค่ไหนเท่านั้น