Hacking bacteria to fight cancer - Tal Danino

Translator: Kelwalin Dhanasarnsombut Reviewer: Supanat Termchaianan

In 1884, a patient’s luck seemed to go from bad to worse.

ในปี ค.ศ. 1884 ผู้ป่วยรายหนึ่ง เหมือนจะโดนเคราะห์ซ้ำกรรมซัด

This patient had a rapidly growing cancer in his neck,

เขามีก้อนมะเร็งที่คอ ที่เติบโตอย่างรวดเร็ว

and then came down with an unrelated bacterial skin infection.

ซึ่งเกิดการติดเชื้อแบคทีเรียบริเวณผิวหนัง

But soon, something unexpected happened:

แต่ในเวลาต่อมา สิ่งที่เหนือความคาดหมายก็เกิดขึ้น

as he recovered from the infection, the cancer also began to recede.

เมื่ออาการคิดเชื้อค่อย ๆ บรรเทา มะเร็งก็ค่อย ๆ สลายไปด้วย

When a physician named William Coley tracked the patient down 7 years later,

เมื่อแพทย์นามว่า วิลเลียม โคลี ติดตามผู้ป่วยรายนี้ตลอดระยะเวลา 7 ปี

no visible signs of the cancer remained.

เขาไม่พบร่องรอยของมะเร็งเหลืออยู่เลย

Coley believed something remarkable was happening:

โคลีเชื่อว่ามีสิ่งที่น่าเหลือเชื่อเกิดขึ้น

that the bacterial infection had stimulated the patient’s immune system

การติดเชื้อแบคทีเรีย ไปกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันของผู้ป่วย

to fight off the cancer.

ให้สู้กับแบคทีเรีย

Coley’s fortunate discovery led him to pioneer

ความโชคดีของโคลีนำไปสู่การค้นพบ

the intentional injection of bacteria to successfully treat cancer.

การจงใจฉีดแบคทีเรียเข้าไป เพื่อรักษามะเร็ง

Over a century later, synthetic biologists have found an even better way

อีกศตวรรษต่อมา นักชีววิทยาสังเคราะห์ ได้พบวิธีการที่ดีกว่า

to use these once unlikely allies—

เพื่อใช้เชื้อที่แต่เดิมไม่เป็นมิตร

by programming them to safely deliver drugs directly to tumors.

โดยนำมันไปดัดแปลงก่อนให้ปลอดภัย เพื่อใช้ในส่งยาตรงเข้าไปยังก้อนเนื้อร้าย

Cancer occurs when normal functions of cells are altered,

มะเร็งเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ทำงานผิดปกติ

causing them to rapidly multiply and form growths called tumors.

ทำให้พวกมันเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็ว เกิดเป็นเนื้อร้าย

Treatments like radiation, chemotherapy, and immunotherapy

การรักษา เข่น การฉายรังสี การทำเคมีบำบัด และการบำบัดด้วยภูมิคุ้มกัน

attempt to kill malignant cells, but can affect the entire body

เป็นการพยายามฆ่าเซลล์ร้าย แต่มันก็ส่งผลไปทั่วทั้งร่างกาย

and disrupt healthy tissues in the process.

และยังทำลายเนื้อเยื่อปกติอีกด้วย

However, some bacteria like E. coli

อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียบางชนิด เช่น E. coli

have the unique advantage of being able to selectively grow inside tumors.

มีข้อได้เปรียบ เนื่องจาก มันมีความจำเพาะในการเติบโตในเนื้อร้าย

In fact, the core of a tumor forms an ideal environment

อันที่จริง แกนกลางของเนื้อร้าย เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของมันมากที่สุด

where they can safely multiply, hidden from immune cells.

เพราะมันสามารถเพิ่มจำนวนได้อย่างปลอดภัย โดยไม่ถูกภูมิคุ้มกันโจมตี

Instead of causing infection,

แทนที่จะทำให้เกิดการติดเชื้อ

bacteria can be reprogrammed to carry cancer-fighting drugs,

แบคทีเรียถูกดัดแปลง ให้นำยาต่อต้านมะเร็งเข้าไป

acting as Trojan Horses that target the tumor from within.

มันทำหน้าที่เป็นดั่งม้าโทรจัน ที่โจมตีเนื้อร้ายจากภายใน

This idea of programming bacteria to sense and respond in novel ways

แนวคิดในการดัดแปลงแบคทีเรีย ให้รับรู้และตอบสนองในรูปแบบใหม่ ๆ

is a major focus of a field called Synthetic Biology.

เป็นหัวใจสำคัญในสาขาวิชาที่เรียกว่า ชีววิทยาการสังเคราะห์

But how can bacteria be programmed?

แต่ว่าแบคทีเรียถูกดัดแปลงได้อย่างไร

The key lies in manipulating their DNA.

กุญแจสำคัญอยู่ที่การปรับเปลี่ยนดีเอ็นเอ

By inserting particular genetic sequences into bacteria,

โดยการแทรกลำดับยีนจำเพาะ เข้าไปในแบคทีเรีย

they can be instructed to synthesize different molecules,

พวกมันจะถูกสั่งให้สังเคราะห์ โมเลกุลต่าง ๆ ออกมา

including those that disrupt cancer growth.

ซึ่งสามารถขัดขวางการเติบโตของมะเร็งได้

They can also be made to behave in very specific ways

พวกมันยังถูกสั่งให้เปลี่ยนพฤติกรรม ไปในทางที่เจาะจงมากขึ้น

with the help of biological circuits.

โดยใช้การจำกัดขอบเขตทางชีวภาพ

These program different behaviors depending on the presence, absence,

พฤติกรรมที่ถูกปรับเปลี่ยนไปนี้ ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ การขาด

หรือการรวมกันของปัจจัยบางอย่าง

or combination of certain factors.

For example, tumors have low oxygen and pH levels

ยกตัวอย่างเช่น เนื้อร้ายมีปริมาณออกซิเจน และมีค่า pH ต่ำ

and over-produce specific molecules.

และมีการผลิตโมเลกุลบางชนิดมากเกินไป

Synthetic biologists can program bacteria to sense those conditions,

นักชีววิทยาสังเคราะห์สามารถดัดแปลง ให้แบคทีเรียตรวจจับสภาวการณ์เหล่านี้ได้

and by doing so, respond to tumors while avoiding healthy tissue.

และทำให้มันตอบสนองต่อเนื้อร้าย โดยไม่ทำลายเนื้อเยื่อปกติ

One type of biological circuit,

การจำกัดขอบเขตทางชีวภาพที่เรียกว่า การจำกัดขอบเขตการสลายจำเพาะ หรือ SLC

known as a synchronized lysis circuit, or SLC,

allows bacteria to not only deliver medicine,

ทำให้แบคทีเรียไม่เพียงแต่ส่งยาเข้าไป แต่ยังกำหนดเวลาได้ด้วย

but to do so on a set schedule.

First, to avoid harming healthy tissue,

ประการแรก เพื่อหลีกเลี่ยงการทำลาย เนื้อเยื่อปกติ

production of anti-cancer drugs begins as bacteria grow,

การผลิตยาต้านมะเร็ง เริ่มขึ้นเมื่อแบคทีเรียเติบโต

which only happens within the tumor itself.

ซึ่งเกิดขึ้นในก้อนเนื้อร้ายเท่านั้น

Next, after they’ve produced the drugs,

จากนั้น หลังจากที่พวกมันผลิตยา

a kill-switch causes the bacteria to burst

จะเกิดการกระตุ้นให้แบคทีเรียระเบิด

when they reach a critical population threshold.

เมื่อจำนวนประชากรของมัน มีปริมาณมากถึงระดับวิกฤติ

This both releases the medicine and decreases the bacteria’s population.

ปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดการปล่อยยา และลดประชากรแบคทีเรียลง

However, a certain percentage of the bacteria remain alive

อย่างไรก็ตาม ยังมีแบคทีเรียบางส่วน ที่ยังคงมีชีวิตอยู่

to replenish the colony.

เพื่อที่จะเติมเต็มอาณานิคมต่อไป

Eventually their numbers grow large enough to trigger the kill switch again,

ในที่สุด จำนวนของมันก็จะเพิ่มขึ้นมากพอ จนทำให้เกิดการระเบิดอีกครั้ง

and the cycle continues.

และเกิดขึ้นเป็นวงจรซ้ำ ๆ

This circuit can be fine-tuned to deliver drugs

การจำกัดขอบเขตนี้สามารถปรับระดับ ในการส่งยาให้เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่ต้องการ

on whatever periodic schedule is best to fight the cancer.

เป็นการฆ่ามะเร็งที่ดีที่สุด

This approach has proven promising in scientific trials using mice.

วิธีการนี้ยังพิสูจน์ให้เห็น ถึงประสิทธิภาพในหนูทดลอง

Not only were scientists able to successfully eliminate lymphoma tumors

ไม่เพียงแต่นักวิทยาศษสตร์จะสามารถ กำจัดมะเร็งต่อมน้ำเหลืองได้

injected with bacteria,

โดยการฉีดแบคทีเรียเข้าไปเท่านั้น แต่นั่นยังกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้อีกด้วย

but the injection also stimulated the immune system,

priming immune cells to identify and attack untreated lymphomas

ซึ่งเป็นการเตรียมเซลล์ภูมิคุ้มกันให้พร้อม ต่อการระบุและโจมตีมะเร็งต่อมน้ำเหลือง

elsewhere in the mouse.

ที่เหลืออยู่ในจุดอื่น ๆ ได้

Unlike many other therapies,

ต่างจากวิธีการอื่น ๆ ตรงที่แบคทีเรีย จะไม่จำเพาะแต่มะเร็งชนิดใดชนิดหนึ่ง

bacteria don’t target a specific type of cancer,

but rather the general characteristics shared by all solid tumors.

แต่จะโจมตีเป้าหมาย ที่คุณลักษณะของเนื้อร้ายทั่ว ๆ ไป

Nor are programmable bacteria limited to simply fighting cancer.

และแบคทีเรียที่ถูกดัดแปลงดังกล่าว ก็ไม่ได้ทำแค่ใช้สู้กับมะเร็งได้เท่านั้น

Instead, they can serve as sophisticated sensors

แต่พวกมันยังสามารถใช้ เป็นตัวตรวจจับที่ซับซ้อนได้

that monitor sites of future disease.

ในการติดตามหาบริเวณที่โรคอาจเกิดขึ้น

Safe probiotic bacteria could perhaps lie dormant within our guts,

โปรไบโอติกแบคทีเรียที่ปลอดภัย อาจอยู่ในสภาพพักตัวในทางเดินอาหารของเรา

where they’d detect, prevent, and treat disorders

ที่ซึ่งพวกมันจะช่วยตรวจจับ ป้องกัน และรักษาความผิดปกติ

before they have the chance to cause symptoms.

ก่อนที่มันจะก่อให้เกิดโรคได้

Advances in technology have created excitement around a future

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ก่อให้เกิดอนาคตอันน่าตื่นตา

of personalized medicine driven by mechanical nanobots.

ในวงการการรักษาเฉพาะบุคคล โดยมีการใช้หุ่นยนต์ระดับนาโน

But thanks to billions of years of evolution

แต่ต้องขอบคุณวิวัฒนาการกว่าพันล้านปี

we may already have a starting point

ที่ให้จุดเริ่มต้นนั้นกับเราตั้งนานแล้ว

in the unexpectedly biological form of bacteria.

ในรูปแบบทางชีวภาพอันน่าเหลือเชื่อ ของแบคทีเรีย

Add synthetic biology to the mix,

การผสมผสานชีววิทยาสังเคราะห์เข้าไป

and who knows what might soon be possible.

รูปแบบของวิทยาการในอนาคตนั้น ก็เหนือกว่าที่เราจะคาดเดาได้