Original Title: Chapter - 22 Gene Editing
Source: doi.org/10.22271/ed.book.2031
Document Type: Textbook / Educational Material
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original material for complete content.

ជំពូកទី ២២ - ការកែសម្រួលហ្សែន

ចំណងជើងដើម៖ Chapter - 22 Gene Editing

អ្នកនិពន្ធ៖ Vikas Singh (SVPUA & T, Meerut, Uttar Pradesh, India), Vishwajeet Yadav (SVPUA & T, Meerut, Uttar Pradesh, India), Ravi Kumar (SVPUA & T, Meerut, Uttar Pradesh, India), Ankit Kumar Sharma (SVPUA & T, Meerut, Uttar Pradesh, India), Vyankatesh Dhanraj Bagul (SVPUA & T, Meerut, Uttar Pradesh, India)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2022, AkiNik Publications

វិស័យសិក្សា៖ Agricultural Biotechnology

១. សេចក្តីសង្ខេប (Overview)

ប្រធានបទ (Topic)៖ ឯកសារនេះដោះស្រាយអំពីតម្រូវការនៃបច្ចេកវិទ្យាកែប្រែហ្សែន (Gene editing) ដែលមានភាពជាក់លាក់ខ្ពស់ ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាប្រឈមក្នុងផលិតភាពកសិកម្ម ភាពធន់នឹងជំងឺ និងការព្យាបាលជំងឺតំណពូជ។

រចនាសម្ព័ន្ធ (Structure)៖ ជំពូកនេះធ្វើការពិនិត្យឡើងវិញយ៉ាងប្រៀបធៀប អំពីយន្តការ និងប្រសិទ្ធភាពនៃឧបករណ៍កែសម្រួលហ្សែន (Gene editing tools) សំខាន់ៗចំនួនបួនប្រភេទ។

ការប្រើប្រាស់អង់ស៊ីមកាត់ (Restriction enzymes)
ការប្រើប្រាស់នុយក្លេអេសម្រាមដៃស័ង្កសី (Zinc finger nucleases - ZFNs)
ការប្រើប្រាស់នុយក្លេអេសប្រភេទ TALENs (Transcription activator-like effector nucleases)
ប្រព័ន្ធបន្សាំភាពស៊ាំរបស់បាក់តេរី (CRISPR/Cas9 System)
បច្ចេកទេសបញ្ចូលចម្រៀក DNA ខ្នាតធំ (PASTE technique)

ចំណុចសំខាន់ៗ (Key Takeaways)៖

ប្រព័ន្ធ CRISPR/Cas9 ផ្តល់នូវវិធីសាស្ត្រកែសម្រួលហ្សែនដែលមានភាពងាយស្រួល លឿន ចំណាយតិច និងមានភាពជាក់លាក់ខ្ពស់ (គោលដៅ 16-23 bp) បើប្រៀបធៀបទៅនឹងបច្ចេកទេស ZFNs និថ TALENs។
បច្ចេកវិទ្យាកែសម្រួលហ្សែនមានសក្តានុពលខ្ពស់ក្នុងការបង្កើតពូជដំណាំថ្មីៗដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិល្អប្រសើរ ទិន្នផលខ្ពស់ និងធន់នឹងសត្វល្អិតដោយមិនប្រើប្រាស់សារធាតុគីមី។
បច្ចេកវិទ្យានេះមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ការស្រាវជ្រាវមូលដ្ឋាន ការរកឃើញថ្នាំថ្មីៗ និងការព្យាបាលជំងឺកោសិកា វីរុស និងមហារីកនៅក្នុងសត្វ និងមនុស្ស។

២. គោលបំណងសិក្សា (Learning Objectives)

បន្ទាប់ពីអានឯកសារនេះ អ្នកគួរអាច៖

យល់ដឹងពីគោលគំនិត និងនិយមន័យនៃបច្ចេកវិទ្យាកែសម្រួលហ្សែន (Gene Editing) នៅក្នុងប្រព័ន្ធជីវសាស្ត្រ
ប្រៀបធៀបយន្តការ គុណសម្បត្តិ និងគុណវិបត្តិនៃឧបករណ៍កែសម្រួលហ្សែនផ្សេងៗគ្នាដូចជា ZFNs, TALENs និងប្រព័ន្ធ CRISPR/Cas9
សិក្សាពីការអនុវត្តបច្ចេកវិទ្យាកែសម្រួលហ្សែនក្នុងការស្រាវជ្រាវមូលដ្ឋាន វេជ្ជសាស្ត្រ (Animal therapeutic) និងការកែលម្អពូជដំណាំកសិកម្ម (Agricultural Biotechnology)
ស្វែងយល់ពីបច្ចេកទេសថ្មីៗដូចជា PASTE សម្រាប់ការបញ្ចូលកូដ DNA ខ្នាតធំដោយសុវត្ថិភាពដោយមិនប្រើវិធីកាត់ផ្តាច់ខ្សែ DNA ទ្វេ (DSBs)

ជំពូកនេះផ្តោតលើការបង្ហាញពីការវិវឌ្ឍនៃឧបករណ៍កែសម្រួលហ្សែន (Gene editing tools) ដូចជា ការប្រើប្រាស់អង់ស៊ីម Restriction, ZFNs, TALENs, និងជាពិសេសគឺប្រព័ន្ធ CRISPR/Cas9 និងបច្ចេកទេស PASTE។ វាក៏បានលើកឡើងយ៉ាងលម្អិតអំពីយន្តការប្រតិបត្តិការ គុណសម្បត្តិ និងការប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាទាំងនេះនៅក្នុងវិស័យកសិកម្ម ការអភិវឌ្ឍថ្នាំពេទ្យ និងការព្យាបាលជំងឺកោសិកា ជំងឺហ្សែន និងជំងឺមហារីកផ្សេងៗ។

៣. គោលគំនិតសំខាន់ៗ (Key Concepts)

គោលគំនិត (Concept)	ការពន្យល់ (Explanation)	ឧទាហរណ៍ (Example)
CRISPR/Cas9 System ប្រព័ន្ធបន្សាំភាពស៊ាំរបស់បាក់តេរី (CRISPR/Cas9)	វាជាឧបករណ៍កែសម្រួលហ្សែនដ៏មានប្រសិទ្ធភាពដែលប្រើប្រាស់ RNA ជាមគ្គុទ្ទេសក៍ (guide RNA) ដើម្បីដឹកនាំអង់ស៊ីម Cas9 ទៅកាន់ទីតាំងគោលដៅនៃ DNA រួចធ្វើការកាត់ផ្តាច់ (Cleavage)។ វាមានលក្ខណៈងាយស្រួល លឿន ចំណាយតិច និងមានភាពជាក់លាក់ខ្ពស់ក្នុងការកែប្រែហ្សែន ដែលមានប្រភពដើមពីប្រព័ន្ធការពារខ្លួនរបស់បាក់តេរីប្រឆាំងនឹងវីរុស។	ការប្រើប្រាស់ CRISPR/Cas9 ដើម្បីទប់ស្កាត់ការកើនឡើងនៃកោសិកាមហារីកថ្លើម (Hepatocellular carcinoma - HCC) តាមរយៈការកាត់បន្ថយការបញ្ចេញប្រូតេអ៊ីន SIRT6 ឬការបង្កើតពូជដំណាំដែលធន់នឹងជំងឺ។
Zinc Finger Nucleases (ZFNs) នុយក្លេអេសម្រាមដៃស័ង្កសី (ZFNs)	ជាប្រូតេអ៊ីនកែច្នៃ (Engineered proteins) ដែលអាចស្គាល់លំដាប់ DNA ជាក់លាក់ និងភ្ជាប់មកជាមួយនូវអង់ស៊ីមកាត់ DNA (Fok I Nuclease)។ បច្ចេកទេសនេះអនុញ្ញាតឱ្យមានការកាត់គោលដៅ និងតម្រូវឱ្យមានការរចនាប្រូតេអ៊ីនយ៉ាងស្មុគស្មាញ។	ការប្រើប្រាស់ ZFNs ដើម្បីកែប្រែហ្សែនស្រូវសាលី (Wheat) ឱ្យមានភាពធន់នឹងថ្នាំសម្លាប់ស្មៅ Imazamox តាមរយៈការផ្លាស់ប្តូរអាស៊ីតអាមីណូតែមួយនៅក្នុងហ្សែន AHAS។
Transcription activator-like effector nucleases (TALENs) នុយក្លេអេសប្រភេទ TALENs	ជាឧបករណ៍កែសម្រួលហ្សែនដែលប្រើប្រូតេអ៊ីន TALE ដើម្បីស្គាល់លំដាប់ DNA បញ្ចូលគ្នាជាមួយអង់ស៊ីមកាត់ (Nuclease) ដើម្បីបង្កើតការកាត់ផ្តាច់ខ្សែ DNA ទ្វេ (Double-strand breaks - DSBs)។ វាផ្តល់នូវភាពជាក់លាក់ខ្ពស់ជាង ZFNs ក្នុងការផ្លាស់ប្តូរ លុប ឬបញ្ចូលហ្សែន។	ការប្រើប្រាស់ TALENs ដើម្បីបង្កើតថ្នាំសម្រាប់ការព្យាបាលជំងឺដែលបណ្តាលមកពីភាពមិនប្រក្រតីនៃហ្សែន (Genetic disorders) តាមរយៈដំណើរការរៀបចំខ្សែ DNA ឡើងវិញ (Recombination)។
PASTE Technique (Drag-and-Drop large insertion editing) បច្ចេកទេស PASTE (ការបញ្ចូលកូដតាមគោលដៅខ្នាតធំ)	ជាបច្ចេកទេសកែសម្រួលហ្សែនជំនាន់ថ្មីដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានការបញ្ចូលបំណែក DNA ខ្នាតធំ (រហូតដល់ 36 kb) ចូលទៅក្នុងហ្សែនដោយមិនចាំបាច់បង្កឱ្យមានការកាត់ផ្តាច់ខ្សែ DNA ទ្វេ (DSBs) ឡើយ។ វាប្រើប្រាស់ប្រូតេអ៊ីន integrase ពីបាក់តេរីដើម្បីទាញយកសម្ភារៈហ្សែនបញ្ចូលទៅទីតាំងគោលដៅ។	វាមានសក្តានុពលខ្លាំងក្នុងការព្យាបាលជំងឺតំណពូជដែលបណ្តាលមកពីការបម្រែបម្រួលហ្សែនខ្នាតធំ (Mutations in big genes) ដោយធានាបាននូវសុវត្ថិភាពខ្ពស់ក្នុងការកែប្រែហ្សែន។

៤. ភាពពាក់ព័ន្ធសម្រាប់កម្ពុជា (Cambodia Relevance)

បច្ចេកវិទ្យាកែសម្រួលហ្សែន (Gene Editing) មានសារៈសំខាន់ខ្លាំងសម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជាក្នុងការធ្វើទំនើបកម្មវិស័យកសិកម្ម ធានាសន្តិសុខស្បៀង និងការអភិវឌ្ឍវិស័យសុខាភិបាលសាធារណៈ។

ការអនុវត្ត (Applications)៖

វិស័យកសិកម្ម (Agriculture Sector): អ្នកស្រាវជ្រាវកម្ពុជាអាចប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យា CRISPR/Cas9 ក្នុងការបង្កើតពូជស្រូវ ដំឡូងមី ឬដំណាំយុទ្ធសាស្ត្រផ្សេងៗ ដែលមានភាពធន់នឹងអាកាសធាតុប្រែប្រួល គ្រោះរាំងស្ងួត និងធន់នឹងសត្វល្អិតចង្រៃ ដើម្បីកាត់បន្ថយការពឹងផ្អែកលើជីគីមី និងថ្នាំសម្លាប់សត្វល្អិត។
វិស័យសុខាភិបាល (Healthcare & Therapeutics): ការស្វែងយល់ពីបច្ចេកទេសទាំងនេះអាចជួយអ្នកស្រាវជ្រាវវេជ្ជសាស្ត្រនៅកម្ពុជាក្នុងការយល់ដឹង និងធ្វើបច្ចុប្បន្នភាពអំពីការព្យាបាលជំងឺតំណពូជ ជំងឺមហារីក និងការព្យាបាលការឆ្លងវីរុស (Viral infections) តាមរយៈការកែប្រែកោសិកា (Cell therapy)។
ឧស្សាហកម្មជីវសាស្រ្ត (Industrial Biotechnology): ការអនុវត្តបច្ចេកទេសកែប្រែហ្សែនទៅលើសារាយសមុទ្រ (Marine algae/Diatoms) សម្រាប់ការផលិតប្រភពថាមពលកកើតឡើងវិញ (Biofuel) និងការសម្អាតបរិស្ថានទឹកកខ្វក់ (Bioremediation) ដែលផ្តល់អត្ថប្រយោជន៍ដល់តំបន់ឆ្នេរនៃប្រទេសកម្ពុជា។

ការបញ្ចូលចំណេះដឹងផ្នែក Gene Editing ទៅក្នុងកម្មវិធីសិក្សាជីវបច្ចេកវិទ្យានៅសាកលវិទ្យាល័យក្នុងប្រទេសកម្ពុជា នឹងជួយបណ្តុះបណ្តាលនិស្សិតឱ្យមានសមត្ថភាពខ្ពស់ក្នុងការស្រាវជ្រាវ និងបង្កើតនវានុវត្តន៍ថ្មីៗឆ្លើយតបទៅនឹងបញ្ហាប្រឈមជាតិ និងពិភពលោក។

៥. មគ្គុទ្ទេសក៍សិក្សា (Study Guide)

លំហាត់ និងសកម្មភាពសិក្សាដើម្បីពង្រឹងការយល់ដឹង៖

ការគូរគំនូសបំព្រួញប្រព័ន្ធ CRISPR (Diagramming CRISPR Mechanism): សិស្សត្រូវគូរ និងពន្យល់លម្អិតពីយន្តការនៃប្រព័ន្ធ CRISPR/Cas9 ដោយចាប់ផ្តើមពីដំណាក់កាល Adaptation (Acquisition), Expression (Biogenesis), រហូតដល់ Interference ព្រមទាំងរំលេចតួនាទីរបស់ gRNA, PAM sequence និងអង់ស៊ីម Cas9។
ការស្រាវជ្រាវករណីសិក្សាលើដំណាំ (Case Study Research on Crops): ចែកក្រុមនិស្សិតឱ្យស្រាវជ្រាវអត្ថបទវិទ្យាសាស្ត្រ (Research Papers) តាមរយៈ Google Scholar អំពីការប្រើប្រាស់ CRISPR លើដំណាំស្រូវ (Rice) ឬពោត (Maize) ដើម្បីបង្កើនទិន្នផល ឬភាពធន់ រួចធ្វើបទបង្ហាញជាក្រុមដល់សិស្សក្នុងថ្នាក់។
ការវិភាគប្រៀបធៀបឧបករណ៍កែសម្រួលហ្សែន (Comparative Analysis Table): សិស្សត្រូវបង្កើតតារាងប្រៀបធៀបរវាង ZFNs, TALENs, និង CRISPR/Cas9 ដោយផ្អែកលើចំណុចសំខាន់ៗដូចជា ប្រភពដើម (Source), ភាពជាក់លាក់ (Targeting specificity), កម្រិតភាពងាយស្រួលនៃការប្រើប្រាស់ (Ease of engineering), និងតម្លៃ (Cost) ដោយផ្អែកលើតារាងទី១ ក្នុងសៀវភៅ។
ការពិភាក្សាពីក្រមសីលធម៌នៃការកែប្រែហ្សែន (Ethics in Gene Editing Debate): រៀបចំវេទិកាពិភាក្សា (Debate) នៅក្នុងថ្នាក់រៀនអំពីផលប៉ះពាល់ផ្នែកសីលធម៌ និងសុវត្ថិភាពនៃការប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាកែសម្រួលហ្សែន (Genetic Disease Treatment & Crop Modification) ទៅលើសង្គមមនុស្ស និងបរិស្ថានវិទ្យា ជាពិសេសសម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា។

៦. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស (English)	ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation)	និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
CRISPR/Cas9	ជាប្រព័ន្ធកែសម្រួលហ្សែនដ៏ទំនើប ដែលយកចេញពីប្រព័ន្ធការពារខ្លួនរបស់បាក់តេរីប្រឆាំងនឹងវីរុស។ វាប្រើប្រាស់ RNA ជាអ្នកដឹកនាំ (guide RNA) ដើម្បីនាំអង់ស៊ីម Cas9 ទៅកាត់ផ្តាច់ខ្សែ DNA នៅទីតាំងជាក់លាក់ណាមួយ ដើម្បីកែប្រែ ឬលុបបំបាត់ហ្សែនដែលមានបញ្ហាដោយភាពច្បាស់លាស់ លឿន និងចំណាយតិច។	ដូចជាកន្ត្រៃឆ្លាតវៃដែលអាចរកឃើញកន្លែងខូចខាតនៅលើខ្សែអាត់វីដេអូ ហើយកាត់វាចេញដើម្បីតភ្ជាប់ថ្មីបានយ៉ាងត្រឹមត្រូវ។
Zinc finger nucleases (ZFNs)	ជាឧបករណ៍កែសម្រួលហ្សែនជំនាន់ដំបូង ដែលផ្សំឡើងដោយប្រូតេអ៊ីនស្គាល់ DNA (Zinc finger) និងអង់ស៊ីមកាត់ DNA (Fok I)។ ទោះបីជាវាអាចកាត់ DNA តាមគោលដៅបានមែន ប៉ុន្តែវាមានតម្លៃថ្លៃ លំបាកក្នុងការរចនា និងមានប្រសិទ្ធភាពមធ្យមបើធៀបនឹងបច្ចេកវិទ្យាថ្មីៗ។	ដូចជាកូនសោរដែលគេត្រូវចំណាយពេលពត់ច្នៃយ៉ាងលំបាក ដើម្បីឱ្យត្រូវនឹងមេសោរតែមួយគត់មុននឹងអាចកាត់ផ្តាច់វាបាន។
Transcription activator-like effector nucleases (TALENs)	ជាប្រព័ន្ធកែសម្រួលហ្សែនស្រដៀងនឹង ZFNs ដែរ ប៉ុន្តែវាប្រើប្រាស់ប្រូតេអ៊ីនប្រភេទ TALE ដើម្បីស្វែងរកទីតាំង DNA ចំគោលដៅ។ វាត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងការបង្កើតថ្នាំព្យាបាលជំងឺហ្សែនផ្សេងៗតាមរយៈការកាត់ផ្តាច់ខ្សែ DNA ទ្វេ (DSBs) ទោះបីជាការផលិតរបស់វានៅមានភាពស្មុគស្មាញក៏ដោយ។	ដូចជាឧបករណ៍កាត់វត្ថុមួយ ដែលត្រូវតម្រូវឱ្យអ្នកវាយបញ្ចូលកូដសម្ងាត់យ៉ាងវែងនិងជាក់លាក់ ទើបវាដំណើរការកាត់ចំគោលដៅបាន។
Double-strand breaks (DSBs)	ជាការកាត់ផ្តាច់ខ្សែទាំងពីរនៃម៉ូលេគុល DNA ក្នុងពេលតែមួយ ដែលជាយន្តការចម្បងនៃឧបករណ៍កែសម្រួលហ្សែនភាគច្រើន (ដូចជា CRISPR, ZFNs, TALENs)។ ក្រោយពេលកាត់ផ្តាច់ កោសិកានឹងធ្វើការជួសជុលដោយខ្លួនឯង ដែលអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកវិទ្យាសាស្ត្របញ្ចូល ឬកែប្រែហ្សែននៅទីតាំងនោះ។	ដូចជាការកាត់ផ្តាច់ស្ពានយោលទាំងស្រុង ដើម្បីសាងសង់តភ្ជាប់កំណាត់ស្ពានថ្មីមួយទៀតចូលទៅជំនួសវិញ។
PASTE	មកពីពាក្យពេញ Programmable Addition through Site-specific Targeting Elements គឺជាបច្ចេកទេសកែសម្រួលហ្សែនជំនាន់ថ្មី ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានការបញ្ចូលបំណែក DNA ខ្នាតធំ (រហូតដល់ 36 kb) ទៅក្នុងហ្សែន ដោយមិនចាំបាច់កាត់ផ្តាច់ខ្សែ DNA ទ្វេ (DSBs) ឡើយ ដែលធ្វើឱ្យវាមានសុវត្ថិភាពខ្ពស់។	ដូចជាការចម្លងនិងទម្លាក់ (Copy & Paste) អត្ថបទមួយកថាខណ្ឌទាំងមូលចូលទៅក្នុងឯកសារ ដោយមិនធ្វើឱ្យខូចទ្រង់ទ្រាយអត្ថបទដើម។
Guide RNA (gRNA)	ជាម៉ូលេគុល RNA ខ្លីៗដែលត្រូវបានរចនាឡើងដោយអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រ ដើម្បីចាប់គូជាមួយលំដាប់ DNA គោលដៅនៅក្នុងប្រព័ន្ធ CRISPR/Cas9។ តួនាទីរបស់វាគឺដឹកនាំអង់ស៊ីម Cas9 ទៅកាន់ទីតាំងច្បាស់លាស់នៃហ្សែនដែលត្រូវកាត់។	ដូចជាកម្មវិធីផែនទី GPS ដែលចង្អុលបង្ហាញផ្លូវយ៉ាងច្បាស់លាស់ ឱ្យអ្នកបើកបរ (អង់ស៊ីម Cas9) ទៅដល់ទីតាំងដែលត្រូវធ្វើការងារ។
Non-homologous end joining (NHEJ)	ជាយន្តការជួសជុល DNA តាមបែបធម្មជាតិរបស់កោសិកា បន្ទាប់ពីមានការកាត់ផ្តាច់ខ្សែ DNA ទ្វេ (DSBs)។ យន្តការនេះតភ្ជាប់ចុងសងខាងនៃ DNA ចូលគ្នាវិញដោយមិនត្រូវការខ្សែគំរូ (Template) ឡើយ ដែលជារឿយៗបង្កឱ្យមានការបាត់បង់ ឬបន្ថែមបំណែក DNA បន្តិចបន្តួចនៅកន្លែងតភ្ជាប់។	ដូចជាការយកកាវមកបិទតភ្ជាប់បំណែកកែវដែលបែកចូលគ្នាវិញភ្លាមៗ ទោះបីជារាងរបស់វាមិនស្អាតដូចដើម ១០០ ភាគរយក៏ដោយ។

៧. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖