พันธุวิศวกรรม

(Genetic Engineering)

พันธุวิศวกรรมหรือการตัดแต่งยีน คือ การใช้เทคนิคต่าง ๆ เพื่อนำยีนจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปถ่ายฝากให้กับสิ่งมีชีวิตอื่น ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่างไปจากพันธุ์ที่มีในธรรมชาติ ปัจจุบันการตัดแต่งยีนในพืชและสัตว์ได้เจริญก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว เป็นผลให้มีการพยายามนำเทคโนโลยีนี้ไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง ดังตัวอย่างต่อไปนี้

1. การเพิ่มผลผลิตโปรตีนที่สำคัญและหายาก เช่น ฮอร์โมนอินซูลิน วัคซีนคุ้มกันโรคตับอักเสบชนิดบี วัคซีนคุ้มกันโรคปากเท้าเปื่อยต่าง ๆ เป็นต้น

2. การปรับปรุงพันธุ์ของจุลิทรีย์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมบางประเภท เช่น การผลิตยาปฏิชีวนะ การหมัก การกำจัดศัตรูพืชและสัตว์ เป็นต้น

3. การตรวจและแก้ไขความบกพร่องทางพันธุกรรมของมนุษย์ พืช และสัตว์ด้วยวิธีที่แม่นยำและรวดเร็วยิ่งขึ้น เช่น โรคเบาหวาน โรคโลหิตจาง โรคธาลัสซีเมีย ปัญญาอ่อน และยีนเกิดมะเร็ง

4. การปรับปรุงพันธุของสัตว์ เช่น การนำยีนจากปลาใหญ่มาใส่ในปลาเล็ก แล้วทำให้ปลาเล็กตัวโตเร็วขึ้น มีคุณค่าทางอาหารดีขึ้น เป็นต้น

การเพิ่มผลผลิตของสัตว์

ในปัจจุบันเทคโนโลยีต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเลี้ยงสัตว์ เช่น การผสมเทียม การถ่ายฝากตัวอ่อน การโคลนนิ่ง ได้มีการพัฒนาไปอย่างมาก ทำให้สามารถเพิ่มผลผลิตทั้งด้านปริมาณและคุณภาพ นอกจากนี้การใช้เทคโนโลยีด้านอื่น ๆ มาช่วยเพิ่มผลผลิต ดังนี้

1. การใช้ฮอร์โมนช่วยการขุนวัว เพื่อให้วัวพื้นเมืองเพศเมียมีน้ำหนักเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในเวลาสั้น ๆ

2. การฉีดวัคซีนเร่งความสมบูรณ์พันธุ์และเร่งอัตราการเจริญเติบโตของกระบือ เพื่อให้กระบือเพศเมียตกลูกตั้งแต่อายุน้อยได้ลูกมาก และเร่งอัตราการเจริญเติบโตเพิ่มผลผลิตเนื้อในกระบือเพศผู้ อย่างไรก็ดีการใช้เทคโนโลยีในบางกรณีก็อาจประสบกับปัญหาหรืออุปสรรคได้ ตัวอย่างเช่น การผสมเทียมปลามีการพัฒนามากขึ้นจนสามารถนำไปใช้กับปลาหลายชนิด เช่น ปลาบึก ปลาสวาย ปลาตะเพียนขาว ปลาดุ ปลานิล เป็นต้น แต่ก็ยังประสบกับปัญหาหรืออุปสรรคในการเลี้ยงปลาดังนี้

1. การที่ไม่รู้ทั้งหมดว่าปลากินอะไรบ้างในช่วงอายุต่าง ๆ กัน

2. การขาดแคลนอาหารสำหรับลูกปลาเล็ก ๆ ที่เพิ่งจะฟักออกจากไข่ ซึ่งปัจจุบันได้มีการเพาะเลี้ยงไรแดง เพื่อแก้ปัญหาการขาดแคลนอาหารสำหรับลูกปลาเล็ก ๆ

การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีชีวภาพในด้านต่าง ๆ

ด้านเกษตรกรรม

ในปัจจุบันมีการปรับปรุงพันธุ์สัตว์โดยการนำสัตว์พันธุ์ดีจากต่างประเทศซึ่งอ่อนแอ ไม่สามารถทนต่อสภาพอากาศของไทยมาผสมพันธุ์กับพันธุ์พื้นเมือง เพื่อให้ได้ลูกผสมที่มีลักษณะดีเหมือนกับพันธุ์ต่างประเทศที่แข็งแรง ทนทานต่อโรคและทนต่อสภาพภูมิอากาศของเมืองไทย และที่สำคัญคือราคาต่ำ เกษตรกรที่มีทุนไม่มากนัก สามารถซื้อไปเลี้ยงได้ ตัวอย่างเช่น การผลิตโค 3 สายเลือด โดยนำโคพันธุ์พื้นเมืองมาผสมพันธุ์กับโคพันธุ์บราห์มันได้ลูกผสม แล้วนำลูกผสมที่ได้นี้ไปผสมพันธุ์กับแม่พันธุ์โคนมหรือโคเนื้ออีกครั้งหนึ่ง จะได้ลูกผสม 3 สายเลือดที่มีลักษณะดีเหมือนพันธุ์ต่างประเทศ แต่ทนทานต่อโรคและทนร้อนได้ดี และมีราคาต่ำ

ด้านอุตสาหกรรม

1. การถ่ายฝากตัวอ่อน ทำให้เพิ่มปริมาณและคุณภาพของโคนมและโคเนื้อ เพื่อนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตเนื้อวัวและน้ำนมวัว

2. การผสมเทียมสัตว์บกและสัตว์น้ำ เพื่อเพิ่มปริมาณและคุณภาพสัตว์บกและสัตว์น้ำ ทำให้เกดการพัฒนาอุตสาหกรรมการแช่เย็นเนื้อสัตว์และการผลิตอาหารกระป๋อง

3. พันธุวิศวกรรม โดยนำผลิตผลของยีนมาใช้ประโยชน์และผลิตเป็นอุตสาหกรรม เช่น ผลิตยา ผลิตวัคซีน น้ำยาสำหรับตรวจวินิจฉัยโรค ยาต่อต้านเนื้องอก ฮอร์โมนอินซูลินรักษาโรคเบาหวาน ฮอร์โมนเร่งการเจริญเติบโตของคน เป็นต้น

4. ผลิตฮอร์โมนเร่งการเจริญเติบโตของสัตว์ ได้มีการทดลองทำในหมู โดยการนำยีนสร้างฮอร์โมนเร่งการเจริญเติบโตของวัวและของคนมาฉีดเข้าไปในรังไข่ที่เพิ่งผสม พบว่าหมูจะมีการเจริญเติบโตดีกว่าหมูปรกติ

5. ผลิตสัตว์แปลงพันธุ์ให้มีลักษณะโตเร็วเพิ่มผลผลิต หรือมีภูมิต้านทาน เช่น แกะที่ให้น้ำนมเพิ่มขึ้น ไก่ที่ต้านทานไวรัส

ด้านการแพทย์ใช้พันธุวิศวกรรม มีดังต่อไปนี้

1.1 การใช้ยีนบำบัดโรค เช่น การรักษาโรคไขกระดูกที่สร้างโกลบินผิดปรกติ การดูแลรักษาเด็กที่ติดเชื้อง่าย การรักษาผู้ป่วยที่เป็นมะเร็ง เป็นต้น

1.2 การตรวจวินิจฉัยหรือตรวจพาหะจากยีน เพื่อตรวจสอบโรคธาลัสซีมีย โรคโลหิตจาง สภาวะปัญญาอ่อน ยีนที่อาจทำให้เกิดประโรคมะเร็ง เป็นต้น

1.3 การใช้ประโยชน์จากการตรวจลายพิมพ์จากยีนของสิ่งมีชีวิต เช่น การสืบหาตัวผู้ต้องสงสัยในคดีต่าง ๆ การตรวจสอบความเป็นพ่อ-แม่-ลูกกัน การตรวจสอบพันธุ์สัตว์เศรษฐกิจต่าง ๆ

ด้านอาหาร

1. เพิ่มปริมาณเนื้อสัตว์ทั้งสัตว์บกและสัตว์น้ำ สัตว์บก ได้แก่ กระบือ สุกร ส่วนสัตว์น้ำมีทั้งสัตว์น้ำจืดและสัตว์น้ำเค็มจำพวกปลา กุ้ง หอยต่าง ๆ ซึ่งเนื้อสัตว์เป็นแหล่งสารโปรตีนที่สำคัญมาก

2. เพิ่มผลผลิตจากสัตว์ เช่น น้ำนมวัว ไขเป็ด ไข่ไก่ เป็นต้น

3. เพิ่มผลิตภัณฑ์ที่แปรรูปจากผลผลิตของสัตว์ เช่น เนย นมผง นมเปรี้ยว และโยเกิร์ต เป็นต้น ทำให้เรามีอาหารหลากหลายที่ให้ประโยชน์มากมาย

พันธุวิศวกรรม (genetic engineering) คือกระบวนการที่ได้นำความรู้ต่างๆที่ได้จากการศึกษาชีววิทยาระดับโมเลกุล หรือ อณูชีววิทยา (molecular biology) นำมาประยุกต์ใช้ใน การปรับเปลี่ยน, ดัดแปลง, เคลื่อนย้าย, ตรวจสอบ สารพันธุกรรม[ดีเอ็นเอ (DNA)], ยีน(gene) และผลิตภัณฑ์ของสารพันธุกรรมอย่างพวกอาร์เอ็นเอ(RNA)และโปรตีนของสิ่งมีชีวิต เพื่อนำมาใช้ให้เป็นประโยชน์

โดยปกติแล้ว พันธุวิศวกรรม (genetic engineering) จะเป็นการตัดต่อยีน(gene)หรือเป็นการเคลื่อนย้ายยีน(transgenesis)จากสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งใส่เข้าไปกับยีน(gene)ของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง นั่นคือทำให้เกิดการถ่ายทอดของยีน(gene)และลักษณะที่ยีน(gene)นั้นได้ทำการควบคุมอยู่ เพื่อให้สิ่งมีชีวิตที่ถูกนำยีน(gene)ใส่เข้าไป มียีน(gene)ที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ โดยอาจทำการเพิ่มปริมาณยีน(gene)ขึ้นอีกเพื่อให้มีปริมาณที่มากเพียงพอที่จะนำไปทำให้ได้ผลผลิตมีคุณภาพที่ดีขึ้น และทำให้ได้ปริมาณของผลผลิตที่สูงขึ้นอีกด้วย โดยที่พันธุวิศวกรรม (genetic engineering)อาจจะทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตรูปแบบใหม่(novel)ที่อาจไม่เคยปรากฏในธรรมชาติมาก่อน

ตัวอย่างที่ทำพันธุวิศวกรรม (genetic engineering) เช่น การใส่ยีน(gene)ที่สร้างฮอร์โมนอินซูลิน(insulin)เข้าไปในแบคทีเรียหรือยีสต์ เพื่อให้สิ่งมีชีวิตเหล่านี้สามารถผลิตฮอร์โมนอินซูลิน(insulin)ได้ แล้วทำการเพาะเลี้ยงสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ให้ได้ในปริมาณที่มากเพื่อจะได้ผลิตฮอร์โมนอินซูลิน(insulin)ได้มากตาม โดยสามารถนำมาทำการสกัดให้บริสุทธิ์เพื่อใช้ทำการรักษาผู้ป่วยที่เป็นโรคเบาหวานได้ เป็นต้น

สิ่งมีชีวิตที่ได้จากพันธุวิศวกรรม (genetic engineering)ที่เกิดจากการเคลื่อนย้ายยีนเรียกว่า สิ่งมีชีวิตเคลื่อนย้ายยีน (transgenic organisms) อย่างในกรณีของพืชก็จะถูกเรียกว่า transgenic plants (พืชเคลื่อนย้ายยีน หรือ พืชดัดแปลงพันธุกรรม) แต่มักจะเรียกสิ่งมีชีวิตที่ได้จากพันธุวิศวกรรม (genetic engineering)รวมๆโดยทั่วๆไปว่าเป็น สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม หรือ สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม (genetically modified organisms, GMOs)

พันธุวิศวกรรม (Genetic Engineering)

Genetic Engineering

ที่มา www.admin.technion.ac.il/pard/archives/Researchers/GeneticEngineeringBiology.jpg

พันธุวิศวกรรม (genetic engineering) หมายถึง หมายถึง กระบวนการทางชีววิทยาที่เกี่ยข้องกับการตัดต่อยีนจากสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งเข้ากับยีนของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง เพื่อให้ได้ยีนที่มีสมบัติตามที่ต้องการ และขยายยีนให้มีปริมาณมากพอที่จะนำไปทำให้ผลผลิตมีคุณภาพดีขึ้น และได้ปริมาณการผลิตสูงขึ้น ตามต้องการ สิ่งมีชีวิตที่ได้จากกระบวนการทางพันธุวิศวกรรมเรียกว่า สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม หรือ GMOs(genetically modified organisms)

ประโยชน์ของเทคโนโลยีชีวภาพ

ด้านเกษตร
การขยายพันธุ์และการปรับปรุงพันธุ์สัตว์และพืชโดย
ใช้เ้เทคนิคต่า่างๆ
1. การคัดเลือกพันธุ์ผสม
2. การโคลนนิ่ง
3. การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ
4. การใช้พันธุวิศวกรรม
5. การฝากถ่ายตัวอ่อน
การถ่ายฝากตัวอ่อน (Embryo transfer)

การถ่ายฝากตัวอ่อน

การย้ายฝากตัวอ่อน

ประโยชน์การถ่ายฝากตัวอ่อน (Embryo Transfer)
- ขยายพันธุ์ได้จำนวนมาก
- ขยายพันธุ์ได้อย่างรวดเร็ว
- ช่วยลดระยะเวลาและค่าใช้จ่ายในการขยายพันธุ์
- ช่วยอนุรักษ์พันธุ์สัตว์ต่างๆที่ใกล้สูญพันธุ์
ฯลฯ
ด้านอุตสาหกรรม
1. ผลผลิตจากด้านเกษตรกรรม
2. การใช้จุลินท รีย์ และการปรับปรุงสายพันธุ์จุลินท รียรีย์์
ด้านอาหาร
เป็นผลพลอยได้จากด้านเกษตรกรรมและอุตสาหกรรม
ด้านการแพทย์

การผลิตฮอร์โมน การผลิตวัคซีน วิตามินและยาปฏิชีวนะที่มีคุณภาพดี
ปลอดภัยและมีปริมาณที่มากพอสำหรับผู้ป่วย
การตรวจสอบสภาวะพันธุกรรมของโรคต่างๆ จากการผลิตชิ้นส่วนของ
ยีีน
การแก้ไขภาวะผิดปกติและการรักษาโรคต่างๆ ที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรม
จากการทำาแผนที่ยีน การรักษาด้วยยีนหรือยีนบกาบำบัด

พันธุวิศวกรรม

พันธุวิศวกรรม คือ การปรับปรุงเปลี่ยนแปลงลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ลักษณะเหล่านี้ขึ้นอยู่กับตัวกำหนดภายในเซลล์แต่ละเซลล์เรียกว่า ยีน ซึ่งเปรียบเสมือนพิมพ์เขียวที่กำหนดแบบบ้านที่เราจะสร้างขึ้นมา ตัวกำหนดลักษณะทางพันธุกรรมภายในเซลล์นี้ อาจเปรียบเทียบอีกอย่างหนึ่งได้เหมือนกับรหัสคำสั่งให้เซลล์ดำเนินชีวิต และมีลักษณะต่างๆ ตามที่กำหนดไว้แล้วแต่ดั้งเดิม เช่น เซลล์ของยีสต์ก็จะผลิตแอลกอฮอล์ เซลล์ของเชื้อราบางอย่างก็จะผลิตยาเพนิซิลลิน เป็นต้น ความสำเร็จของนักพันธุวิศวกรรม คือ สามารถตัดต่อยีนของจุลินทรีย์ต่างๆ ได้ตามความประสงค์ กล่าวคือ สามารถเปลี่ยนแปลงรหัสคำสั่งให้เซลล์ปฏิบัติตามที่เราประสงค์ได้ตามสมควร สามารถเขียนพิมพ์เขียวของเซลล์ได้ใหม่ให้มีลักษณะที่ต้องการบางอย่างได้ ความสำเร็จของนักพันธุวิศวกรรมนี้ เราได้นำมาใช้ประโยชน์ทางอุตสาหกรรม การแพทย์ และการเกษตรหลายอย่าง เช่น สามารถเอายีนที่มาจากเซลล์ของสิ่งมีชีวิตอื่น ไม่ว่าสัตว์ พืช หรือจุลินทรีย์มาใส่เข้าไว้ในจุลินทรีย์ แล้วสั่งให้จุลินทรีย์ผลิตสาร ซึ่งตามปกติแล้ว เซลล์ของสิ่งมีชีวิตอื่นนั้น จะผลิตออกมาได้จำนวนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น จุลินทรีย์ที่ได้ทำพันธุวิศวกรรมแล้ว จะทำตนเป็นโรงงานผลิตสารที่มีคุณค่าออกมาได้จำนวนมาก เราได้นำมาใช้ประโยชน์ต่างๆ เช่น นำมาผลิตฮอร์โมน เพื่อเป็นยารักษาโรคเบาหวาน และโรคเตี้ยแคระ นำมาผลิตยารักษาโรคเส้นเลือดอุดตัน โรคหัวใจ และนำมาผลิตวัคซีนสำหรับป้องกันโรคตับอักเสบ เป็นต้น

เท่าที่ผ่านมาจนปัจจุบัน ความก้าวหน้าทางพันธุวิศวกรรมเกิดขึ้นกับจุลินทรีย์เป็นส่วนใหญ่ แต่ในอนาคตอันใกล้ เราจะสามารถใช้เทคนิคทางพันธุวิศวกรรมปรับปรุงพันธุ์พืชและสัตว์ขึ้นได้อีกมาก เช่น ในการปรับปรุงพันธุ์พืช ปัจจุบันเราสามารถใช้เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ และเซลล์พืชมาคัดเลือกพันธุ์ใหม่ๆ ที่มีคุณสมบัติดีขึ้นกว่าเดิมได้แล้ว แต่ในอนาคตอันใกล้ เราจะสามารถกำหนดลักษณะทางพันธุกรรม โดยเพิ่มเติมยีนที่กำหนดลักษณะที่ต้องการเข้าไปได้โดยตรง ดังนั้น เทคโนโลยีใหม่นี้ จึงมีพลังสูง จำเป็นที่จะต้องติดตามศึกษา เพื่อนำมาใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งประเทศไทย ซึ่งมีทรัพยากรด้านเกษตรกรรมที่ต้องพัฒนาอีกมาก

การตัดต่อยีนในพันธุวิศวกรรม โดยใช้เอนไซม์ตัดยีนซึ่งให้ผลิตผลที่ต้องการออกมาจากเซลล์สัตว์หรือพืช
นำมาต่อเข้ากับยีนพาหะและพาหะนี้จะนำยีนใหม่เข้าไปในเซลล์ที่เป็นตัวรับ

"ผู้ดี"ตัดต่อพันธุกรรมสกัดโปรตีน สร้าง"หนู"มีชีวิตเกินอายุขัย!

ศาสตราจารย์โดมินิก วิตเทอร์ส หัวหน้าคณะวิจัยจากมหาวิทยาลัยยูนิเวอร์ซิตี คอลเลจ ลอนดอน ประเทศอังกฤษ ใช้เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรม สร้างหนูมีชีวิตอยู่ได้นานกว่าเกณฑ์เฉลี่ย ตั้งความหวังนำไปพัฒนาต่อยอดทำให้มนุษย์เอาชนะสังขาร มีอายุขัยยืนยาวกว่าเดิม คณะนักวิจัย ระบุว่า การสร้างสิ่งมีชีวิตอายุยืนดังกล่าว ใช้กระบวนการดัดแปลงตัดแต่งพันธุกรรม (จีเอ็ม) ทำให้หนูมีอายุยืนยาวขึ้น 1 ใน 5 จากอายุขัยปกติ อีกทั้งสามารถลดโรคภัยไข้เจ็บที่มาพร้อมกับการสูงวัย
ทั้งนี้ การดัดแปลงพันธุกรรมจะทำให้ร่างกายหนูไม่สามารถผลิตโปรตีนชนิดหนึ่ง ชื่อว่า "S6K1" ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอาหารที่บริโภคเข้าสู่ร่างกาย ช่วยให้ปริมาณพลังงานส่วนเกินหรือแคลอรีลดลง แต่ได้สารอาหารที่เป็นประโยชน์เท่าเดิม โดยไม่จำเป็นต้องลดอาหาร
ด้านศ.วิตเทอร์ส กล่าวว่า การสกัดกั้นโปรตีน S6K1 ทำให้หนูทดลองเพศเมียมีชีวิตยืนยาวขึ้น เพราะมีรูปร่างผอม กระฉับกระเฉง และสุขภาพแข็งแรงกว่าหนูที่ไม่ผ่านกระ บวนการจีเอ็ม การดัดแปลงพันธุกรรมทำให้หนูเพศเมียมีอายุยืนขึ้น 20 เปอร์เซ็นต์ หรือมีอายุยืนขึ้น 160 วันจากอายุขัยเฉลี่ย แต่ที่สำคัญคือเมื่อเข้าสู่ช่วงกลางของชีวิต พบว่า หนูมีร่างกายผอมบางลง กระดูกแข็งแรงขึ้น จดจำและรับรู้ดีขึ้น เมื่อตรวจ "ที-เซลล์" ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบภูมิคุ้มกันพบว่ามีความอ่อนเยาว์ บ่งบอกว่าระบบภูมิคุ้มกันได้ชะลอการเสื่อมสภาพ

การทดลองในหนูเพศผู้แทบไม่มีความแตกต่างจากหนูเพศเมีย จะมีที่แตกต่างกันบ้างตรงที่หนูเพศผู้มีการต้านทานต่ออินซูลินน้อยกว่าและความแข็งแรงของ "ที-เซลล์" น้อยกว่า ซึ่งนักวิจัยยังอธิบายถึงความแตกต่างในส่วนนี้ไม่ได้

อ้างอิง www.admin.technion.ac.il/pard/archives/Researchers/GeneticEngineeringBiology.jpg

วันพฤหัสบดีที่ 3 มกราคม พ.ศ. 2556

พันธุวิศวกรรม (Genetic Engineering)

พันธุวิศวกรรม (Genetic Engineering)

ประโยชน์ของเทคโนโลยีชีวภาพ

ประโยชน์การถ่ายฝากตัวอ่อน (Embryo Transfer)