ป้องกันโรคร้ายด้วย Long-Read Sequencing

วันที่ 06 เม.ย. 2564 เวลา 09:07 น.
ป้องกันโรคร้ายด้วย Long-Read Sequencing
คอลัมน์ I wish you wealth โดย...วิศรุต จารุอนันตพงษ์ AFPT? Wealth Manager ธนาคารทิสโก้

โลกของการดูแลสุขภาพสมัยใหม่ถูกชี้นำด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยี ทำให้ไม่ใช่แค่เพียงสุขภาพของผู้ป่วยที่ดีขึ้นเท่านั้น แต่ความรู้ความเข้าใจในรายละเอียดของสาเหตุ อาการ และวิธีการรักษาโรคก็เพิ่มขึ้นอย่างก้าวกระโดด ทำให้สามารถป้องกันและลดความเสี่ยงที่จะก่อให้เกิดโรคต่างๆ ได้อย่างทันท่วงที หรือที่เรียกว่า Preventive Care ซึ่งหนึ่งในนวัตกรรมที่สำคัญ คือ การตรวจพันธุกรรมหรือ Gene Testing ที่จะสามารถบ่งชี้ได้ถึงความเสี่ยงในการเกิดโรคต่างๆ ตลอดจนบอกถึงความเข้ากันของตัวยาที่ใช้ในการรักษากับ DNA ของผู้ป่วย โดยการจัดลำดับดีเอ็นเอ หรือ DNA Sequencing มีการพัฒนามาตลอดระยะเวลาที่ผ่านมา

ย้อนกลับไปตั้งแต่สมัยปี 1977 การตรวจรหัสพันธุกรรมได้เริ่มต้นขึ้น โดยเรียกว่าการตรวจแบบวิธี Sanger Sequencing ซึ่งถือได้ว่าเป็นยุค First Generation Sequencing แต่เนื่องจากมนุษย์เรามีสายรหัสพันธุกรรมที่ยาวมาก ราว 3,000 ล้านรหัส ทำให้วิธีนี้ต้องใช้เวลาในการตรวจนานถึง 13 ปี และใช้เงินมากถึง 2.7 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ เพื่อตรวจหาความผิดปกติของ Genes ในร่างกาย เมื่อเข้าสู่ยุคที่ 2 ที่เรียกว่า Next Generation Sequencing วิธีการตรวจแบบ Short-Read Sequencing ได้ถูกพัฒนาขึ้น และเป็นวิธีหลักที่ถูกใช้อยู่ในปัจจุบัน ซึ่งวิธีนี้จะช่วยลดระยะเวลาและค่าใช้จ่ายในการตรวจได้อย่างมาก แต่ทว่าความสมบูรณ์ของข้อมูลยังคงไม่มากนัก จึงเข้าสู่ Third Generation Sequencing โดยใช้วิธีที่เรียกว่า Long-Read Sequencing โดยวิธีนี้นักวิเคราะห์เชื่อว่าจะเป็นอนาคตของการตรวจพันธุกรรม เนื่องจากให้ผลลัพธ์ที่สมบูรณ์กว่าวิธี Short-Read Sequencing แต่ในปัจจุบันการตรวจด้วยวิธีนี้ยังมีต้นทุนอยู่ในระดับสูง

วิธีการตรวจแบบ Short-Read Sequencing และ Long-Read Sequencing มีลักษณะการทำหรือขั้นตอนที่คล้ายกัน กล่าวคือ จะทำการตัดรหัสพันธุกรรมของเราออกมาบางส่วน และทำการวิเคราะห์รวมถึงประกอบจีโนมด้วยอัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพ โดยหากเป็นวิธี Short-Read Sequencing (SRS) รหัสพันธุกรรมจะถูกตัดออกมาราว 50 - 350 คู่เบส (Bp) เพื่อใช้ในการตรวจ ซึ่งวิธีนี้เหมาะกับการตรวจความผิดปกติทางพันธุกรรมที่ไม่ซับซ้อน หรือการกลายพันธุ์ที่น้อยกว่า 10 รหัสพันธุกรรม และเนื่องด้วยเป็นการตรวจจากรหัสพันธุกรรมที่สั้น อาจทำให้ไม่สามารถวินิจฉัยโรคได้อย่างครอบคลุม เนื่องจากโรคทางพันธุกรรมบางโรค อาทิ โรคจิตเภท มีกลไกการกลายพันธุ์หรือความผิดปกติของยีนที่สะท้อนอยู่ในลำดับพันธุกรรมที่ยาวหรือมีการกลายพันธุ์ของยีนที่เรียงตัวสลับกันในเชิงโครงสร้าง (Structural Variants) ทำให้การตรวจแบบ Short-Read Sequencing ไม่สามารถระบุได้

ในขณะเดียวกันการวิเคราะห์แบบ Long-Read Sequencing (LRS) ให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า เพราะถึงแม้ข้อมูลจะให้ความเฉพาะเจาะจงที่น้อยกว่าวิธี SRS แต่จะให้ข้อมูลที่สมบูรณ์กว่าในภาพรวม โดย LRS ยังถูกแบ่งออกเป็นเทคโนโลยีอีก 2 แบบด้วยกัน ได้แก่ Oxford Nanopore Sequencing และ PacBio Single-molecule Real-time (SMRT) Sequencing ซึ่งทั้ง 2 วิธีถูกพัฒนาขึ้นมาด้วยเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน แต่สามารถอ่านรหัสพันธุกรรมที่ยาวกว่า 10,000 Bp ได้เช่นเดียวกัน

Nanopore Sequencing จะทำการวัดกระแสไอออนิก และเมื่อชิ้นส่วน DNA แบบเกลียวเดี่ยวถูกเคลื่อนย้ายผ่านนาโนพอร์ ซึ่งเป็นโปรตีนขนาดเล็กมากที่สร้างรูพรุนถูกฝังอยู่ภายในเมมเบรน ซึ่งลำดับดีเอ็นเอที่แตกต่างกันจะสร้างความต้านทานในระดับที่แตกต่างกันเมื่อผ่านรูพรุนเหล่านี้ ดังนั้น เราจึงสามารถกำหนดลำดับนิวคลีโอไทด์ที่แน่นอนได้ ซึ่งวิธีนี้มีต้นทุนในการตรวจราว 500 ดอลลาร์สหรัฐฯ ซึ่งคุ้มค่ากว่าการตรวจแบบ SRS

PacBio Single-molecule Real-time (SMRT) Sequencing ทำงานโดยการตรวจจับระดับของการเรืองแสงที่เกิดขึ้น จากการใช้นิวคลีโอไทด์ที่ถูกดัดแปลงและจำลองการจัดลำดับ DNA ที่เป็นเป้าหมาย ซึ่งวิธีนี้มีความถูกต้องของข้อมูลมากกว่าวิธี SRS และ Nanopore Sequencing ที่ 2.5 เท่า และ 30 เท่า ตามลำดับ แต่อย่างไรก็ดีในปัจจุบัน วีธี SMRT ยังมีต้นทุนการตรวจที่สูงกว่า SRS ราว 3.5 เท่า

บริษัทจัดการการลงทุน ARK Invest ซึ่งเป็นผู้ที่สนใจการลงทุนในหุ้นกลุ่มเทคโนโลยีและนวัตกรรมเชื่อว่า ต้นทุนการตรวจพันธุกรรมด้วยเทคโนโลยี Long-Read Sequencing จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ จากการประหยัดต่อขนาด (Economy of Scale) เมื่อผู้ตรวจจำนวนมากต้องการข้อมูลที่มีความถูกต้องมากขึ้น จะทำให้ในปี 2025 ค่าตรวจพันธุกรรมด้วยเทคโนโลยี Long Read Sequencing แบบ SMRT จะมีต้นทุนใกล้เคียงกับการตรวจแบบ SRS ซึ่งสุดท้ายจะทำให้การตรวจด้วยวิธี SMRT เขามาแทนที่ SRS ในอนาคต ตามแสดงในแผนภาพที่ 1 นอกจากนั้น ARK Invest ยังเชื่อว่าการยอดขายของการตรวจแบบ LRS จะเติบโตอย่างก้าวกระโดด จาก 250 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ ในปี 2020 เป็น 5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ ในปี 2025 หรือคิดเป็นอัตราการเติบโตเฉลี่ยทบต้นสูงถึง 82% ต่อปี

จะเห็นได้ว่าเทคโนโลยีการตรวจ DNA ถูกพัฒนาขึ้นตลอดระยะเวลาที่ผ่านมา เพื่อช่วยให้มนุษย์สามารถป้องกันการเจ็บป่วยด้วยโรคร้ายต่างๆ ก่อนที่จะเกิดขึ้น ซึ่งเป็นวิธีที่ดีกว่าการรักษาภายหลัง โดยการตรวจแบบ Long-Read Sequencing ซึ่งนักวิเคราะห์ต่างเชื่อวิธีการตรวจแบบ LRS จะเข้ามาแทนที่วิธี SRS ในอนาคต จากความถูกต้องที่มากกว่าและต้นทุนที่ใกล้เคียงกัน ทำให้วิธี LRS คือนวัตกรรมการตรวจพันธุกรรมแห่งอนาคต