Original Title: Advances in biotechnology: Genomics and genome editing
Source: doi.org/10.24190/ISSN2564-615X/2017/01.02
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

វឌ្ឍនភាពក្នុងបច្ចេកវិទ្យាជីវៈ៖ ហ្សែនទិកសាស្ត្រ និងការកែសម្រួលហ្សែន

ចំណងជើងដើម៖ Advances in biotechnology: Genomics and genome editing

អ្នកនិពន្ធ៖ Kevan MA Gartland (Life Sciences, Glasgow Caledonian University, Scotland), Munis Dundar (Department of Medical Genetics, Erciyes University, Turkey), Tommaso Beccari (Pharmaceutical Sciences, University of Perugia, Italy), Mariapia Viola Magni (Fondazione Puccinelli, Italy), Jill S Gartland (Life Sciences, Glasgow Caledonian University, Scotland)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2017, The EuroBiotech Journal

វិស័យសិក្សា៖ Biotechnology

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ឯកសារនេះលើកឡើងពីវឌ្ឍនភាពបច្ចេកវិទ្យា និងទស្សនាទានយ៉ាងឆាប់រហ័សនៅក្នុងផ្នែកហ្សែនទិកសាស្ត្រ (Genomics) និងការកែសម្រួលហ្សែន (Genome editing) ព្រមទាំងបញ្ហាប្រឈមផ្នែកសីលធម៌ ច្បាប់ និងបទប្បញ្ញត្តិដែលការច្នៃប្រឌិតទាំងនេះនាំមកជូនសង្គម។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ឯកសារនេះផ្តល់នូវការពិនិត្យឡើងវិញយ៉ាងទូលំទូលាយអំពីឯកសារស្រាវជ្រាវថ្មីៗ និងព្រឹត្តិការណ៍សំខាន់ៗនៅក្នុងផ្នែកហ្សែនទិកសាស្ត្រ បច្ចេកវិទ្យាវិភាគលំដាប់ហ្សែន និងឧបករណ៍កែសម្រួលហ្សែន។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Zinc Finger Nucleases (ZFNs)
ការកាត់ផ្តាច់ DNA ដោយប្រើ ZFNs
ជាបច្ចេកវិទ្យាជំនាន់ដំបូងដែលត្រូវបានប្រើប្រាស់ដោយជោគជ័យ និងមានការទទួលស្គាល់ពីរដ្ឋបាលអាហារ និងកសិកម្មអាមេរិក (USDA) សម្រាប់ដំណាំខ្លះ។ មានភាពស្មុគស្មាញក្នុងការរចនា និងមិនសូវមានភាពបត់បែនខ្ពស់បើធៀបនឹងបច្ចេកវិទ្យាថ្មីៗ។ បង្កើតពូជពោតដែលកាត់បន្ថយសារធាតុ Phytate ដោយជោគជ័យ។
TALENs
ការកាត់ផ្តាច់ DNA ដោយប្រើ TALENs
អាចធ្វើការកែសម្រួលហ្សែននៅច្រើនទីតាំង (Alleles) ក្នុងពេលតែមួយបានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព។ ទំហំម៉ូលេគុលធំ និងមានរចនាសម្ព័ន្ធដដែលៗ ដែលធ្វើឱ្យមានការលំបាកក្នុងការបញ្ចូលទៅក្នុងកោសិកាគោលដៅ។ បង្កើតពូជស្រូវសាលីដែលធន់នឹងជំងឺផ្សិត និងបង្កើតជ្រូកដែលមានសាច់ដុំធំ (Supermuscled pigs)។
CRISPR/Cas9
ការកែសម្រួលហ្សែនដោយប្រព័ន្ធ CRISPR/Cas9
មានភាពងាយស្រួល បត់បែនខ្ពស់ សុក្រឹតភាព និងអាចកំណត់គោលដៅហ្សែនបានយ៉ាងច្បាស់លាស់ដោយប្រើ RNA នាំផ្លូវ។ អាចប្រឈមនឹងបញ្ហាកាត់ខុសគោលដៅ (Off-target effects) ដែលធ្វើឱ្យមានការបំប្លែងហ្សែនមិនបានព្រាងទុក។ ចំនួនអត្ថបទស្រាវជ្រាវកើនដល់ ៣៩,៦០០ ក្នុងឆ្នាំ២០១៦ ហើយបានបង្កើតផ្សិតមិនឡើងពណ៌ត្នោត និងផ្លាស់ប្តូរហ្សែនអំប្រ៊ីយ៉ុងមនុស្ស។
CRISPR/Cpf1
ការកែសម្រួលហ្សែនដោយប្រព័ន្ធ CRISPR/Cpf1
ត្រូវការ RNA នាំផ្លូវតែមួយ បង្កើតមុខកាត់ប្រភេទ Sticky ends និងមានភាពជាក់លាក់ខ្ពស់ជាង Cas9 ក្នុងការចាប់ទីតាំង។ ជាបច្ចេកវិទ្យាថ្មីដែលមិនទាន់មានការសាកល្បង និងស្រាវជ្រាវទូលំទូលាយដូច Cas9 នៅឡើយ។ ត្រូវបានចាត់ទុកថាជាគូប្រជែងដ៏ធំបំផុតរបស់ឧបករណ៍ CRISPR/Cas9 នាពេលអនាគត។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ឯកសារនេះបង្ហាញពីការធ្លាក់ចុះយ៉ាងខ្លាំងនូវតម្លៃនៃការវិភាគលំដាប់ហ្សែន (ពី ២.៧ ពាន់លានដុល្លារ មកត្រឹម ១០០០ ដុល្លារ) ប៉ុន្តែទាមទារការវិនិយោគខ្ពស់លើឧបករណ៍វិភាគ និងហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធទិន្នន័យជីវព័ត៌មានវិទ្យា។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ទិន្នន័យ និងគម្រោងធំៗដែលលើកឡើងក្នុងឯកសារ (ដូចជា 100,000 Genomes Project និង Consumer Genomics mapping) ភាគច្រើនផ្តោតលើប្រជាជននៅសហរដ្ឋអាមេរិក អឺរ៉ុប និងចិន។ នេះមានន័យថា ភាពចម្រុះនៃហ្សែនរបស់ប្រជាជនអាស៊ីអាគ្នេយ៍ ពិសេសប្រជាជនកម្ពុជា មិនទាន់ត្រូវបានតំណាងពេញលេញនៅក្នុងមូលដ្ឋានទិន្នន័យហ្សែនយោងនៅឡើយ ដែលអាចធ្វើឱ្យការធ្វើរោគវិនិច្ឆ័យ ឬការព្យាបាលមិនមានប្រសិទ្ធភាព១០០% សម្រាប់បរិបទស្រុកយើង។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

បច្ចេកវិទ្យាហ្សែនសាស្ត្រ និងការកែសម្រួលហ្សែនមានសក្តានុពលដ៏ធំធេងក្នុងការអភិវឌ្ឍវិស័យកសិកម្ម និងការថែទាំសុខភាពសាធារណៈនៅកម្ពុជា។

ទោះជាយ៉ាងណា កម្ពុជាចាំបាច់ត្រូវរៀបចំក្របខ័ណ្ឌច្បាប់គ្រប់គ្រង (ដូចជាបទប្បញ្ញត្តិស្តីពី GMOs និងជីវសុវត្ថិភាព) និងកសាងសមត្ថភាពអ្នកស្រាវជ្រាវក្នុងស្រុកជាមុនសិន ដើម្បីទាញយកអត្ថប្រយោជន៍ពីបច្ចេកវិទ្យាទាំងនេះ។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. កសាងចំណេះដឹងមូលដ្ឋានផ្នែកជីវវិទ្យាម៉ូលេគុល: និស្សិតត្រូវស្វែងយល់ឱ្យបានស៊ីជម្រៅពីរចនាសម្ព័ន្ធ DNA, RNA និងដំណើរការនៃការបញ្ចេញហ្សែន (Gene expression) ព្រមទាំងយន្តការនៃប្រព័ន្ធ CRISPR/Cas9 ដែលមានប្រភពពីបាក់តេរី។
  2. សិក្សាពីឧបករណ៍ និងបច្ចេកវិទ្យាអានលំដាប់ហ្សែន: ស្វែងយល់ពីរបៀបដំណើរការនៃបច្ចេកវិទ្យា Next Generation Sequencing (NGS) ដោយផ្តោតលើការប្រៀបធៀបរវាងបច្ចេកវិទ្យារបស់ Illumina និងឧបករណ៍ចល័តរបស់ Oxford Nanopore MinION
  3. អភិវឌ្ឍជំនាញជីវព័ត៌មានវិទ្យា (Bioinformatics): ចាប់ផ្តើមរៀនភាសាកម្មវិធីដូចជា PythonR និងប្រើប្រាស់ឧបករណ៍វិភាគទិន្នន័យហ្សែន ដើម្បីរៀនពីរបៀបផ្ទៀងផ្ទាត់ និងតម្រៀបលំដាប់ហ្សែនរាប់លាន (Sequence alignment)។
  4. អនុវត្តការរចនា RNA នាំផ្លូវ (gRNA Design): ប្រើប្រាស់កម្មវិធីលើបណ្តាញអុីនធឺណិតដើម្បីអនុវត្តរចនា guide RNA សម្រាប់កំណត់គោលដៅហ្សែនជាក់លាក់ណាមួយ ដោយសិក្សាពីរបៀបកាត់បន្ថយហានិភ័យនៃការកាត់ខុសគោលដៅ (Off-target effects)។
  5. សិក្សាពីក្របខ័ណ្ឌច្បាប់ និងក្រមសីលធម៌ជីវសាស្រ្ត: ស្រាវជ្រាវពីគោលការណ៍ណែនាំអន្តរជាតិស្តីពីការកែសម្រួលហ្សែន ភាពខុសគ្នារវាងការកែសម្រួលកោសិការាងកាយ (Somatic) និងកោសិកាតំណពូជ (Germline) និងច្បាប់ជីវសុវត្ថិភាពដើម្បីត្រៀមខ្លួនអនុវត្តនៅកម្ពុជា។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
CRISPR/Cas9 វាជាប្រព័ន្ធកែសម្រួលហ្សែនដ៏មានឥទ្ធិពលដែលប្រើប្រាស់ម៉ូលេគុល RNA ដើម្បីនាំផ្លូវអង់ស៊ីម Cas9 ទៅកាន់ទីតាំង DNA គោលដៅ ដើម្បីធ្វើការកាត់ផ្តាច់ លុបចេញ ឬជំនួសកូដហ្សែនថ្មីដោយភាពសុក្រឹតខ្ពស់។ វាដំណើរការដូចជាមុខងារ 'ស្វែងរកនិងជំនួស' (Find and Replace) នៅក្នុងកម្មវិធី Microsoft Word ដែលអនុញ្ញាតឱ្យយើងរកអក្សរខុស ហើយកែវាឱ្យត្រូវវិញបានយ៉ាងរហ័ស។
Next Generation Sequencing (NGS) វាជាបច្ចេកវិទ្យាវិភាគលំដាប់ហ្សែនកម្រិតខ្ពស់ដែលអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រអាចអាន និងផ្តិតយកកូដ DNA រាប់លានខ្សែក្នុងពេលតែមួយ ដែលធ្វើឱ្យការវិភាគមានល្បឿនលឿន និងចំណាយតិចជាងមុន។ វាប្រៀបដូចជាការថតចម្លងសៀវភៅរាប់ពាន់ក្បាលក្នុងពេលតែមួយដោយប្រើម៉ាស៊ីនព្រីនខ្នាតធំ ជាជាងការអង្គុយចម្លងដោយដៃម្តងមួយទំព័រៗ។
Off-target effects នេះគឺជាផលវិបាក ឬកំហុសឆ្គងនៃការកែសម្រួលហ្សែន ដែលប្រព័ន្ធកាត់ (ដូចជា Cas9) បានទៅកាត់ផ្តាច់ DNA នៅទីតាំងផ្សេងដែលមិនមែនជាគោលដៅ ដែលអាចបង្កឱ្យមានការបំប្លែងហ្សែនដែលគេមិនចង់បាន។ វាដូចជាការផ្ញើកញ្ចប់អីវ៉ាន់ទៅខុសអាសយដ្ឋាន ដោយសារតែឈ្មោះផ្លូវស្រដៀងគ្នាពេក ដែលធ្វើឱ្យរំខានដល់ផ្ទះអ្នកដទៃ។
Gene drive វាជាយន្តការហ្សែនសាស្ត្រដែលជំរុញឱ្យហ្សែនដែលត្រូវបានកែសម្រួលរួច អាចផ្ទេរទៅកាន់កូនចៅជំនាន់ក្រោយក្នុងអត្រាដ៏ខ្ពស់ខុសពីច្បាប់ធម្មជាតិ ដែលបច្ចេកទេសនេះអាចផ្លាស់ប្តូរហ្សែនរបស់សត្វមួយហ្វូងធំបានយ៉ាងលឿន (ឧទាហរណ៍៖ ការធ្វើឱ្យមូសលែងអាចចម្លងជំងឺគ្រុនចាញ់)។ វាដូចជាយុទ្ធនាការចែកខិត្តប័ណ្ណតៗគ្នា ដោយតម្រូវឱ្យអ្នកទទួលម្នាក់ៗត្រូវតែចែកបន្តទៅមនុស្ស១០នាក់ផ្សេងទៀត ដែលធ្វើឱ្យព័ត៌មានរីកសាយភាយពេញសហគមន៍យ៉ាងរហ័ស។
Mitochondrial replacement therapy វាជានីតិវិធីវេជ្ជសាស្ត្រក្នុងការប្តូរម៉ៃតូកុងឌ្រី (កន្លែងផលិតថាមពលរបស់កោសិកា) ដែលមានជំងឺពីម្តាយ ជំនួសដោយម៉ៃតូកុងឌ្រីដែលមានសុខភាពល្អពីស្ត្រីបរិច្ចាគ ដើម្បីការពារកុំឱ្យទារកកើតមកមានជំងឺតពូជ (បង្កើតបានជាទារកដែលមានហ្សែនពីមនុស្ស៣នាក់)។ វាប្រៀបដូចជាការដកថ្មទូរស័ព្ទដែលខូចចេញ ហើយដាក់ថ្មថ្មីចូល ដើម្បីឱ្យទូរស័ព្ទនោះអាចដំណើរការបានល្អឡើងវិញ ដោយមិនប៉ះពាល់ដល់ទិន្នន័យ (ស៊ីម និងមេម៉ូរី) ខាងក្នុង។
Bioinformatics វាគឺជាការរួមបញ្ចូលគ្នារវាងវិទ្យាសាស្ត្រកុំព្យូទ័រ គណិតវិទ្យា និងជីវសាស្ត្រ ដើម្បីបង្កើតកម្មវិធីសម្រាប់ប្រមូល ទុកដាក់ វិភាគ និងបកស្រាយទិន្នន័យលំដាប់ហ្សែនដ៏ធំសន្ធឹកសន្ធាប់ដែលទទួលបានពីម៉ាស៊ីន NGS។ វាដូចជាការប្រើប្រាស់កម្មវិធីតារាង Excel ដ៏ឆ្លាតវៃ ដើម្បីបូកសរុប និងស្វែងរកចំណុចសំខាន់ៗចេញពីទិន្នន័យលក់ទំនិញរាប់លានមុខរបស់ផ្សារទំនើបមួយយ៉ាងឆាប់រហ័ស។
Protospacer adjacent motif (PAM) វាគឺជាលំដាប់កូដ DNA ខ្លីមួយដែលស្ថិតនៅជាប់នឹងទីតាំងគោលដៅ ដែលអង់ស៊ីម Cas9 ត្រូវការជាចាំបាច់ដើម្បីអាចស្គាល់ និងចាប់ផ្តើមធ្វើការកាត់ផ្តាច់ DNA នៅទីតាំងនោះបាន។ វាប្រៀបដូចជាកូដសម្ងាត់ (Password) ឬសោរចាក់ទ្វារ ដែលអ្នកត្រូវតែមាន និងវាយបញ្ចូលជាមុនសិន ទើបអាចបើកទ្វារចូលទៅកែប្រែឯកសារនៅក្នុងបន្ទប់នោះបាន។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖