การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีของ DNA

           การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีของ DNA

 คำถามนำ

มีการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีDNAให้เป็นประโยชน์ต่อสังคมและสิ่งแวดล้อมอย่างไร

 

               18.4.1 การประยุกต์ใช้ในเชิงการแพทย์และเภสัชกรรม

                การวินิจฉัยโรค 

               ปัจจุบันมีการนำเอาเทคโนโลยีของ DNA ใช้ในการวินิจฉัยโรคที่เกิดจากการติดเชื้อต่างๆ เช่นเชื้อไวรัส โดยการใช้เทคนิค PCR เพื่อตรวจสอบว่ามีจีโนมของไวรัสอยู่ในสิ่งมีชีวิตนั้นหรือไม่ ซึ่งเป็นเทคนิคที่มีความไวรัส และสามารถตรวจพบได้โดยมีตัวอย่างเพียงเล็กน้อย เทคนิคนี้ได้นำมาใช้ในการตรวจวิเคราะห์การติดเชื้อ HIV เป็นต้น

               จากความรู้ทางพันธุศาสตร์ การค้นพบเครื่องหมายทางพันธุกรรมเชื่อมโยงกับแอลลีลที่ก่อโรค และลำดับนิวคลีโอโทด์ จึงสามารถนำไปใช้ในการตรวจวินิยฉัยโรคทางพันธุกรรมก่อนที่จะมีอาการของโรคหรือเป็นเพียงพาหะ ซึ่งทำไห้สามารถป้องกันการถ่ายทอดลักษณะดังกล่าวได้อย่างถูกต้อง

               การบำบัดด้วยยีน

              จากความรู้เกี่ยวกับความผิดปกติต่างๆ ในคนที่เกิดจากความบกพร่องของยีน หากสามารถใส่ยีนที่ปกติเข้าไปในเซลล์ร่างกาย หรือเนื้อเยื่อที่แสดงอาการผิดปกติ แล้วทำให้ยีนนั้นแสดงออกเมื่อมีสารโปรตีนที่ปกติในบริเวณดังกล่าว จึงอาจเป็นแนวทางหนึ่งที่จะช่วยทำให้บำบัดอาการบกพร่องที่เกิดขึ้นได้

              ในปัจจุบันเทคนิคหนึ่งที่ใช้ในการถ่ายยีนปกติ เพื่อใช้ในการทำยีนบำบัดคือการใช้ใวรัสชนิดหนึ่งเป็นตัวนำยีนที่ต้องการถ่ายเข้าสู่เซลล์คนที่ต้องการเข้าไปแทนที่ไวรัสขึ้นใหม่ขึ้นใหม่นี้จะมียีนที่ต้องการแทรกอยู่ และจะมีความสามารถในการแทรกจีโนมของตัวมันเข้าสู่โครโมโซมคนได้ แต่จะไม่สามารถจำลองตัวเองเพื่อเพิ่มจำนวนได้เนื่องจากยีนที่ทำหน้าที่ดังกล่าวที่มีอยู่เดิมในไวรัสได้ถูกตัดทิ้งไปแล้ว

               ในสหรัฐอเมริกา การักษาด้วย ยีนบำบัด (gene therapy) แต่ละกรณีจะต้องมี การตรวจสอบอย่างเคร่งครัดในทุกขั้นตอน เพื่อคำนึงถึงความปลอดภัยของผู้รับการรักษา ตัวอย่างของโรคที่มีการรักษาด้วยยีนบำบัดแล้ว เช่น Severe Combined Immunodefiency Disorder (SCID) ซึ่งโรคนี้เป็นโรคทางพันธุกรรม ผู้ที่เป็นโรคนี้ไม่สามารถสร้างภูมิคุ้มกันได้ และมักเสียชีวิตจากการติดเชื้อเพียงเล็กน้อย

                  อย่างไรก็ดีการบำบัดด้วยยีนยังไม่เป็นที่แพร่หลาย และต้องใช้ด้วยความระมัดระวังอย่างยิ่ง เนื่องจากยังมีปัญหาทางด้านเทคนิคในการใช้ ตัวอย่างเช่น การควบคุมกิจกรรมของยีนที่ใส่ให้กับเซลล์ให้มีการผลิตผลิตภัณฑ์ที่ต้องการอย่างเหมาะสมได้อย่างไร การแทรกตัวของยีนเข้าสู่จีโนมของคน ทำอย่างไรเมื่อแทรกตัวจึงจะไม่ไปทำให้เกิดมิวเทชันในยีนอื่นที่ปกติอยู่แต่เดิม และไวรัสที่ใช้เป็นพาหะในการนำยีนที่มีขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงต้องมีการศึกษาวิธีการหรือเทคนิคให้มีความเหมาะสมต่อการใช้ยีนบำบัดให้มากขึ้น

                 นอกจากนี้ในการทำยีนบำบัด ยังมีข้อโต้แย้งเชิงจริยธรรมเกิดขึ้นในสังคม ว่าหากเราทราบความผิดปกติของยีนต่างๆแล้ว เราควรบำบัดข้อบกพร่องในเซลล์ตั้งต้นที่จะสร้างเซลล์ไข่และตัวอสุจิหรือไม่หากอนุญาตให้มีการบำบัดในลักษณะดังกล่าว จะมีต่อวิวัฒนาการของมนุษย์หรือไม่อนาคต

                      การสร้างผลิตภัณฑ์ทางเภสัชกรรม

                การประยุกต์ใช้ที่มีมาเป็นเวลาหลายสิบปี โดยมีการสร้างผลิตภัณฑ์ทางเภสัชกรรมเป็นจำนวนมาก ซึ่งส่วนใหญ่คือการผลิตโปรตีน

               การผลิตฮอร์โมนอินซูลิน  เป็นตัวอย่างแรกที่นำเทคนิคทางDNAมาใช้ในการผลิตสารที่ใช้เชิงเภสัชกรรมเพื่อรักษาโรคเบาหวานผู้ป่วยโรคเบาหวานจำเป็นต้องได้รับอินซูลิน เพื่อควบคุมระดับน้ำตาลในเลือด การผลิตอินซูลินสามารถทำได้จากการนำDNAสายผสมที่ได้จากการตัดและต่อDNAให้มียีนที่สร้างอินซูลิน แล้วใส่เข้าไปในเซลล์แบคทีเรีย เพื่อให้เกิดการแสดงออกและสร้างพอลิเพปไทด์ที่ต้องการจากนั้นจึงนำเซลล์ไปเพาะเลี้ยงเพื่อเพิ่มจำนวนยีนที่สร้างสลายพอลิเพปไทด์ดังกล่าว และผลิตอินซูลินที่ทำงานได้ ดังภาพที่ 18-4

ภาพที่ 18-4 การผลิตฮอร์โมนอินซูลิน

 

                     การใช้พันธุวิศวกรรมเพื่อผลิตโปรตีน หรือฮอร์โมนที่บกพร่องในมนุษย์ นอกจากอินซูลินแล้วยังใช้พันธุวิศวกรรมในการผลิตโกรทฮอร์โมน เพื่อใช้รักษาเด็กที่จะเติบโตเป็นคนแคระ เนื่องจากได้รับโกรทฮอร์โมนไม่เพียงพอ เป็นต้น

 

                      นอกจากการผลิตฮอร์โมนเพื่อใช้ทดแทนในคนที่มีความบกพร่องของฮอร์โมนดังกล่าวข้างต้นแล้ว  ยังมีมีการประยุกต์ใช้ในการผลิตเพื่อรักษาโรคบางชนิดอีกด้วย เช่น ใช้ในการผลิตยาที่จะยับยั้งไวรัส HIV โดยอาศัยเทคนิคทางพันธุวิศวกรรมในการสร้างโมเลกุลของโปรตีนที่จะป้องกันหรือเลี่ยนแบบตัวรับที่ HIV ใช้ในการเข้าสู่เซลล์ซึ่งตัวรับเหล่านี้จะอยู่ในกระแสเลือด HIV จะเข้าเกาะกับโมเลกุลเหล่านี้แทนที่ตัวรับที่เซลล์เม็ดเลือดขาวแล้วเข้าทำลายเซลล์เม็ดเลือดขาว ตัวยาเหล่านี้จึงสามารถยับยั้งการทำงานของ HIV ได้

                     การใช้พันธุวิศวกรรมยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการผลิตวัคซีน  แต่เดิมนั้นใช้วัคซีนเพื่อกระตุ้นภูมิคุ้มกันโรคที่เกิดจากไวรัสโดยใช้ไวรัสที่ไม่สามารถก่อโรค เพราะได้รับสารเคมี หรือวิธีทางกายภาพบางอย่าง หรือเป็นไวรัสในสายพันธุ์ที่ไม่นำโรคมาฉีดให้กับคนเพื่อกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกัน แต่เมื่อศึกษาในระดับโมเลกุลเกี่ยวกับไวรัสมีความชัดเจนขึ้น จนทราบว่าโปรตีนชนิดใดที่ผิวของไวรัสที่เป็นตัวกระตุ้นภูมิคุ้มกันในคนได้ ก็สามารถใช้วิธีทางพันธุวิศวกรรมตัดต่อ เฉพาะยีนที่เป็นต้นแบบในการสร้างโปรตีนชนิดนั้น แล้วใช้โปรตีนดังกล่าวเป็นแอนติเจนในกระตุ้นภูมิคุ้มกันแทนการใช้ไวรัสซึ่งทำให้มีความปลอยภัยยิ่งขึ้น

       

                   18.4.2 การประยุกต์ใช้ในเชิงนิติวิทยาศาสตร์

                     DNA เป็นสารพันธุกรรม ซึ่ง DNA ของคนๆเดียวกันไม่ว่าจะมาจากเซลล์ส่วนใดของร่างกายจะมีรูปแบบที่เหมือนกัน ดังนั้น DNA จึงเป็นเหมือนสิ่งบอกให้รู้ว่าคนๆนั้นเป็นใคร และแตกต่างจากคนอื่นๆอย่างไร

                    โดยทั่งไปแล้วการที่จะบอกได้ว่าคนนั้นเป็นใคร จะพิจารณาจากรูปร่างหน้าตา วัน เดือน ปีเกิด ตามข้อมูลในบัตรประชาชน หรือ หนังสือเดินทาง และถ้าจะให้ชัดเจนยิ่งขึ้นอาจดูจากรอยแผลเป็น และ ลายพิมพ์นิ้วมือ อย่างไรก็ตามลักษณะดังกล่าวอาจเปลี่ยนแปลงได้ตามอายุ หรือจากอุบัติเหตุ หรือจากสารเคมี นอกจากนี้ลาบพิมพ์นิ้วมือไม่สามารถบอกความสัมพันธ์ทางสายเลือดได้ว่าลายพิมพ์นิ้วมือของลูกนั้นส่วนใดที่ได้มาจากพ่อหรือแม่ แต่ลายพิมพ์DNA สร้างมาจาก DNA ที่ได้รับการถ่ายทอดมาจากพ่อและแม่อย่างละครึ่ง และเปลี่ยนแปลงไม่ได้ จึงมีลักษณะที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะบุคคล ซึ่งทำให้สามารถบอกความแตกต่างของบุคคลได้ ความแตกต่างที่มีความจำเพาะของแต่บุคคลนี้เอง เราจึงนำมาใช้ประโยชน์ได้หลายด้าน เช่น การพิสูจน์ตัวบุคคล การพิสูจน์ความสัมพันธ์ทางสายเลือด การตรวจทางนิติเวชศาสตร์เพื่อหาผู้กระทำความผิด เป็นต้น และจากความแตกต่างที่มีความจำเพาะของแต่ละบุคคล จึงทำให้บุคคลมีรูปแบบของDNA ที่แตกต่างกัน เมื่อใช้เทคนิคต่างๆเช่น การใช้ RFLP marker ตรวจสอบจะเกดเป็นแถบ DNA รูปแบบของ<b> แถบ DNA</b> (DNAband) ที่เป็นความแตกต่างของขนาดชิ้น DNA ที่เป็นเอกลักษณ์ของแต่ละบุคคลเรียกว่า <b> ลายพิมพ์ DNA</b> (DNA fingerprint) เพราะโอกาสที่คนสองคน(ที่ไม่ใช่ฝาแฝดแท้) จะมีรูปแบบของสายพิมพ์ดีเอ็นเอเหมือนกันมีน้อยมาก

                   ได้มีการใช้ลายพิมพ์ DNA เพื่อตรวจพิสูจน์ความเกี่ยวพันในคดีอาญาที่รุนแรงเช่น ฆาตกรรม ทำร้ายร่างกาย ซึ่งสามารถใช้เป็นหลักฐานสำคัญอย่างหนึ่งประกอบการพิจารณาคดีทางศาล ตัวอย่างเช่นในคดีฆาตกรรมคดีฆาตกรรมคดีหนึ่งได้นำคราบเลือดของฆาตกรที่พบในสถานที่เกิดเหตุและเลือดของผู้ต้องสงสัยจำนวน 7 คน มาทำลายพิมพ์ DNA และนำมาเปรียบเทียบกัน

                     เมื่อนำลายพิมพ์ DNA ของผู้ต้องสงสัยมาเปรียบเทียบกับลายพิมพ์DNA ของคราบเลือดฆาตกร พบว่าเป็นดังนี้

ภาพที่ 18-5 การเปรียบเทียบลายพิมพ์ DNA ของผู้ต้องสงสัยกับคราบเลือดของฆาตกร 

                     -นักเรียนคิดว่าผู้ต้องสงสัยคนใดเป็นฆาตกร

 

      กิจกรรมที่ 18.2 วิเคราะห์หลายพิมพ์ DNA

                1.สามีภรรยาคู่หนึ่งมีบุตร 4 คน ในจำนวนนี้มี ลูกสาว 2 คน และลูกชาย 2 คนจงวิเคราะห์ ลายพิมพ์ DNA
ของทุกคน คนใดเป็นลูกติดพ่อและคนใดเป็นบุตรบุญธรรม
                                                                             

                  2.จากการตรวจลายพิมพ์ DNA ของคนในครอบครัวและ ข นักเรียนบอกได้หรือไม่ว่าคนใน ครอบครัวใดมีความสัมพันธ์กันในลักษณะของพ่อ-แม่-ลูก และครอบครัวไม่มีความสัมพันธ์กันเพราะเหตุใด

                                                                                             
              
3.ถ้านักเรียนได้รับเลือกเป็นคณะลูกขุนโดยมี ลายพิมพ์ DNA จากหลังฐานที่พบในที่เกิดเหตุในคดีฆาตกรรมและลายพิมพ์ DNA ของผู้ต้องสงสัยหมายเลข 1-5 จงหาว่า

                3.1 บุคคลหมายเลข 4 ถูกกล่าวหาว่าเป็น ฆาตกร นักเรียนจะตัดสินว่าเขาเป็นฆาตกรหรือ เป็นผู้บริสุทธิ์ เพราะเหตุใด

                3.2 ผู้ต้องสงสัยหมายเลขใดที่มีลายพิมพ์ DNA ใกล้เคียงกับหลักฐานที่พบในที่เกิดเหตุ

                                                                                              
                     
ปัจจุบัน การตรวจลายพิมพ์
DNA จะใช้เทคนิค PCR เนื่องจากเป็นวิธีที่งายรวดเร็ว ประหยัดค่าใช้จ่าย และใช้ตัวอย่างเลือกปริมาณน้อย

                    ในประเทศไทย การตรวจลายพิมพ์ DNA เริ่มโดยกลุ่มนักวิจัยจากหลายสถาบันร่วมกันทำงานอย่างต่อเนื่อง โดยการตรวจพิสูจน์ความสัมพันธ์ทางสายเลือด การหาตัวคนร้ายในคดีฆาตกรรม การสืบหาทายาทที่แท้จริงในกองมรดก นอกจากนี้ยังนำมาใช้ในการตรวจคนเข้าเมืองให้ถูกต้อง กรณีการให้สัญชาติไทยแก่ชาวเขาและชนกลุ่มน้อยเพื่อสืบสาวว่าบรรพบุรุษเป็นชาวเขาที่ตั้งรกรากอยู่ในประเทศไทยหรือเป็นชนต่างด้าวที่อพยพเข้ามา ซึ่งมีผลต่อการพิสูจน์ชาติพันธุ์และการให้สิทธิในการอาศัยอยู่บนแผ่นดินไทยด้วย นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มว่าในอนาคตอาจมีการนำลายพิมพ์ DNA มาประยุกต์ใช้แทนการใช้ลายพิมพ์นิ้วมือเพื่อทำบัตรประชาชน ทำให้สืบหาตัวบุคคลได้ถูกต้องรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีสืบหาตัวบุคคลที่เสียในสภาพที่บอกไม่ได้ว่าเป็นใครเช่น กรณีเครื่องบินตกหรือไฟไหม้

                   ปัจจุบันประเทศไทยมีหน่วยงานที่มีห้องปฏิบัติการที่ตรวจลายพิมพ์ DNA เช่น สถาบันนิติเวช กองพิสูจน์หลักฐาน สังกัดสำนักงานตำรวจแห่งชาติ โรงพยาบาลต่างๆ เช่นโรงพยาบาลรามาธิบดีโรงพยาบาลศิริราช โรงพยาบาลเชียงใหม่ และสถาบันนิติวิทยาศาสตร์กระทรวงยุติธรรม เป็นต้น

 

        18.4.3 การประยุกต์ใช้ในเชิงการเกษตร

                     การทำฟาร์มสัตว์เพื่อสุขภาพมนุษย์

ในการใช้เทคโนโลยี DNA เพื่อการปรับปรุงพันธุ์สัตว์ให้มีลักษณะที่ดีขึ้น เช่นเดียวกับเป้าหมายในการปรับปรุงพันธุ์สัตว์ที่อาศัยการผสมพันธุ์ และคัดเลือกพันธุ์แบบดั้งเดิม แต่ด้วยเทคโนโลยี DNA ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถหาได้ว่ายีนที่จะทำให้สัตว์มีลักษณะตามต้องการ เช่น หมูมีไขมันต่ำ วัวให้นมเร็วขึ้นและมากขึ้น เมื่อทราบว่ายีนที่ควบคุมลักษณะนั้นคือยีนใดแล้วจึงย้ายยีนดังกล่าวเข้าสู่สัตว์ที่ต้องการ

                   อีกรูปแบบหนึ่งของการทำฟาร์มในอนาคต คือการสร้างฟาร์มสัตว์ที่เสมือนเป็น โรงงานผลิตยาเพื่อสกัดนำไปใช้ในการแพทย์ ตัวอย่างเช่น การสร้างแกะที่ได้รับการถ่ายยีนเพื่อให้สร้างโปรตีนที่มีอยู่ในเลือดของคน และให้แกะผลิตน้ำนมที่มีโปรตีนนี้ โปรตีนชนิดนี้จะยับยั้งเอนไซม์ที่ก่อให้เกิดการทำลายเซลล์ปอดในผู้ป่วยที่เป็นโรคซิสติกไฟโบรซิส (Cystic fibrosis) และโรคระบบทางเดินหายใจที่เรื้อรังชนิดอื่นๆ

                 ในการสร้าง สัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม(transgenic animal) จะเริ่มจากแยกเซลล์ไข่ออกจากเพศเมีย และฉีดยีนที่ต้องการเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์ไข่ (microinjection) ซึ่งจะมีเซลล์ไข่บางเซลล์ยอมให้ยีนดังกล่าวแทรกเข้าในจีโนมของนิวเคลียสและแสดงออกได้ จากนั้นทำการผสมพันธุ์ใน<b> หลอดทดลอง</b> (in vitro fertilization)แล้วถ่ายฝากเข้าในตัวแม่ผู้รับ เพื่อให้เจริญเป็นลูกตัวใหม่ซึ่งจะมียีนที่ต้องการอยู่โดยไม่จำเป็นต้องมาจากสปีชีส์

เดียวกัน

 

              การสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรม (transgenic plant) 

              การสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรม เพื่อให้มียีนเวลาดารเก็บรักษาผลผลิต มีความต้านทานโรคและแมลง มีความต้านทานต่อสารฆ่าแมลงมีคุณค่าทางอาหารมากขึ้น เป็นต้น ในพืชสามารถทำได้ง่ายกว่าในสัตว์เนื่องจากมีการศึกษาเทคโนโลยีการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อในหลอดทดลองซึ่งสามารถสร้างต้นพืชขึ้นใหม่จากเซลล์ เนื้อเยื่อ หรือส่วนต่างๆ ของพืชได้เป็นเวลาหลายสิบปีแล้ว ดังนั้นถ้าสามารถถ่ายยีนเข้าสู่เซลล์พืชได้ และพืชนั้นมีเทคโนโลยีการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชรองรับอยู่แล้ว ก็สามารถสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรมได้

                ตัวอย่างการสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรมได้แก่

               พืชดัดแปลงพันธุกรรมที่มีความสามารถในการต้านทานแมลง โดยการถ่ายยีนบีที่สร้างสารพิษจากแบคทีเรีย (Bacillus thuringiensis BT) สารพิษนี้สามารถทำลายตัวอ่อนของแมลงบางประเภทอย่างเฉพาะเจาะจง โดยไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตอื่นเมื่อนำยีนที่สร้างสารพิษไปใส่ในเซลล์ของพืช เช่น ฝ้าย ข้าวโพดมันฝรั่ง ยาสูบ มะเขือเทศ พืชเหล่านี้สามารถผลิตสารทำลายตัวหนอนที่มากัดกิน ทำให้ผลผลิตของพืชเหล่านี้เพิ่มขึ้น ลดการใช้สารเคมีหรือไม่ต้องใช้เลย

 ภาพที่ 18-6 ก.ฝ้ายที่มีมียีนบีที (ซ้าย) และฝ้ายธรรมดา (ขวา)
ข.แผนภูมิเปรียบเทียบปริมาณการใช้สารฆ่าแมลงของฝ้ายบีทีกับฝ้ายธรรมดา

                   พืชต้านทานต่อโรค นักวิจัยไทยสามารถดัดแปลงพันธุกรรมของมะละกอให้ต้านทานต่อโรคใบด่างจุดวงแหวน ซึ่งเกิดจากไวรัสชนิดหนึ่ง โดยนำยีนที่สร้างโปรตีนเปลือกไวรัส (coat protein gene) ถ่ายฝากเข้าไปในเซลล์มะละกอ แล้วชักนำให้เป็นต้นมะละกอสร้างโปรตีนดังกล่าว ทำให้สามารถต้านทานต่อเชื้อไวรัสได้ นอกจากนี้ยังนี้การดัดแปลงพันธุกรรมของฝรั่ง ยาสูบ ให้มีความต้านทานต่อไวรัสที่มาทำลายได้

                 พืชดัดแปลงพันธุกรรมที่สามารถต้านทานสารปราบวัชพืชช่น นำยีนที่ต้านทางสารปราบวัชพืชใส่เข้าไปในเข้าไปในพืช เช่น ถั่วเหลืองข้าวโพด ฝ้าย ทำให้สามารถต้านทานสารปราบวัชพืชทำให้สารเคมีที่ใช้ปราบ วัชพืช ไม่มีผลต่อพืชดังกล่าว และสามารถใช้ประโยชน์จากดินและปุ๋ย อย่างมีประสิทธิภาพ การปลูกพืชหมุนเวียนยังทำให้ง่ายขึ้นผลผลิตก็มีมากขึ้นด้วย

                  พืชดัดแปลงพันธุกรรมที่มีคุณค่าทางอาหารเพิ่มขึ้น เช่นในกรณีของข้าวที่เป็นธัญพืชที่เป็นอาหารหลักของโลกได้มีนักวิทยาศาสตร์ นำยีนจากแดฟโฟดิล(Daffodils) และยีนจากแบคทีเรียErwinia dreteria ถ่ายฝากให้ข้าว ทำให้ข้าวสามารถสร้างวิตามินเอในเมล็ดได้ เรียกว่า ข้าวสีทอง(golden rice) โดยหวังว่าการสร้างข้าวสีทอง จะมีส่วนช่วยในการลดภาวการณ์ขาดวิตามินในประเทศที่ขาดแคลนอาหารในโลกได้


ภาพที่ 18-7 มะละกอที่มียีนต้านทานต่อโรค

ใบด่างจุดวงแหวนเอื้อเฟื้อภาพโดย

รศ.ดร.สุพัฒน์ อรรถธรรมมหาวิทยาลัย

เกษตรศาสตร์วิทยาเขตกำแพงแสน
 



ภาพที่ 18-8 ข้าวสีทอง

 

                      พืชดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อให้ยืดอายุของผลิตได้ยาวนานขึ้น โดยนำยีนที่มีผลต่อเอนไซม์ที่สังเคราะห์เอทิลีนใส่เข้าไปในผลไม้ เช่น มะเขือเทศ ทำให้มะเขือเทศสุกช้าลง เนื่องจากไม่มีการสร้างเอทิลีน ลดความเน่าเสียของมะเขือเทศ สามารถเก็บรักษาได้นานขึ้นและขนส่งได้เป็นระยะทางไกลขึ้น

                    นอกจากนี้ยังมีความพยายามที่จะดัดแปลงพันธุกรรมพืชให้สามารถทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น ความแห้งแล้งดินเค็ม น้ำท่วม และยังมีความพยายามที่จะดัดแปลงพันธุกรรมของไม้ประดับ พัฒนาให้มีสีสันแปลกตา เช่น การนำยีนที่สร้างสีน้ำเงินของดอกอัญชัน ถ่ายลงไปในยีนของดอกกล้วยไม้สีขาวเพื่อให้ได้กล้วยไม้สีน้ำเงิน ซึ่งเป็นงานวิจัยของ ดร.พัฒนา(ศรีฟ้า)ฮุนเนอร์จากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

                     อย่างไรก็ดี การใช้ สิ่งมีชีวิตดัดแลงพันธุกรรม(geneticallymodified organisms GMOs) ยังมีข้อโต้แย้งในสังคมเกี่ยวกับความปลอดภัยต่อบริโภค และผลกระทบที่มีต่อสิ่งแวดล้อม

 

    กิจกรรมที่ 18.3 สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม

                 1.นักเรียนแบ่งกลุ่มสืบค้นและรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งดัดแปลงพันธุกรรมหรือGMOs จากหัวข้อต่อไปนี้ ขั้นตอนการสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม ประโยชน์ทางด้านการเกษตร การแพทย์และสิ่งแวดล้อมการตรวจความปลอดภัยทางชีวภาพก่อนนำไปใช้ประโยชน์ความเสียงในการใช้สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมต่อสุขภาพอนามัยของคนและสัตว์และต่อสิ่งแวดล้อม

                 2.ตัวแทนแต่ละกลุ่มนำเสนอข้อมูลหน้าชั้น และร่วมกันอภิปรายถึงผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตและมนุษย์และมนุษย์และมนุษย์ในอนาคต

                 3. นักเรียนร่วมกันอภิปราย สรุปผลดีและเสียของการสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม ทั้งในปัจจุบันและภาพรวมในอนาคต และนำไปจัดทำป้ายนิเทศ

              การปรับปรุงพันธุ์โดยอาศัยวิธีการของโมเลกูลาร์ บรีดดิง(molecular breeding) 

               ด้านเทคโนโลยีDNA นำมาสู่การสร้างแบคทีเรีย และแผนที่เครื่องหมายทางพันธุกรรมต่างๆทำให้นักปรับปรุงพันธุ์สามารถนำองค์ความรู้ดังกล่าวมาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์ โดยอาศัยการดัดเลือก จากการตรวจหาจากเครื่องหมายทางพันธุกรรมระดับโมเลกุลทดแทน การดัดเลือกจากลักษณะฟีโนโทป์เพียงอย่างเดียว ซึ่งทำให้การปรับปรุงพันธุ์ต่างๆทำได้รวดเร็วขึ้น และมีความเป็นไปได้ที่จะได้พืชหรือสัตว์พันธุ์ใหม่ที่มีลักษณะต่างๆ ร่วมกันภายในเวลาที่เร็วกว่าเดิม

               ตัวอย่างการใช้การคัดเลือกสายพันธุ์ โดยอาศัยเครื่องหมายทางพันธุกรรมระดับโมเลกุลที่เห็นได้ชัดเจน เช่น ในการปรับปรุงพันธุ์ข้าวได้มีการศึกษาว่ายีนที่ควบคุมความทนเค็มนั้น ถูกควบคุมยีนหลายตำแหน่ง และพบว่ายีนเหล่านั้นอยู่บนโครโมโซมแท่งต่างๆ ซึ่งมีลิงค์เกจกับเครื่องหมายทางพันธุกรรมในระดับโมเลกุล เมื่อการผสมพันธุ์เพื่อถ่ายทอดลักษณะความทนเค็ม ก็สามารถใช้เครื่องหมายทางพันธุกรรมเป็นตังคัดเลือกต้นข้าวในรุ่นลูก

 

 รู้หรือเปล่า

สารให้ความหอมในข้าว มาจากสารหลัก คือ 2-Acetyl-l-pyrroline ซึ่งให้กลิ่นคล้ายข้าวโพดคั่ว แต่กลิ่นหอมในข้าวอาจจากสารหอมระเหยหลายชนิดในอัตราส่วนต่างๆกันแต่ในข้าวหอมจะพบ 2-Acetyl-l-pyrrolineเป็นสารหลักที่ให้ความหอม

สูตรโครงสร้างของ2-Acetyl-l-pyrroline

  18.4.4 การใช้พันธุศาสตร์เพื่อศึกษาค้นคว้าหายีนและหน้าที่ของยีน


             เนื่องจากเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกเซลล์มีโปรตีน เป็นต้นดำเนินกิจกรรมต่างๆเป็นหลักดังนั้นหากมีการทำงานของโปรตีนหรือทำให้เกิดการทำงานผิดปกติของโปรตีนดังกล่าว จะมีผลต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ ได้ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นที่สามารถสังเกตได้คือการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเกิดขึ้นที่โปรตีนใด ยีนใด ก็ทราบถึงหน้าที่ของยีนนั้นๆได้ ซึ่งนั่นคือการชักนำให้เกิดมิวเทชันในสิ่งมีชีวิต หรือการสร้างมิวแทนท์ (mutant) ที่มีการเปลี่ยนแปลงของฟีโนไทป์บางประการ แล้วอาศัยเทคนิคต่างๆ ทางชีววิทยาระดับโมเลกุลเพื่อศึกษาว่าการเปลี่ยนแปลลงดังกล่าวเกิดขึ้นที่ยีนใด

           รศ.ดร.อภิชาติ วรรณะวิจิตร และคณะ จากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ศึกษาลักษณะความหอมในข้าว พบว่ายีนที่ควบคุมลักษณะดังกล่าวเป็นยีนด้อยจากการศึกษาแผนที่ยีนร่วมกับเครื่องหมายทางพันธุกรรมต่างๆ รวมทั้งการผสมพันธุ์ การใช้ข้อมูล ชีวสารสนเทศ(bioinformation) ของจีโนมข้าว ทำให้สามารถโคลนยีน Os 2AP ควบคุมลักษณะความหอมของข้าวได้สำเร็จ โดยพบว่าโปรตีนที่สร้างจากยีน Os 2APจะยับยั้งการสร้างสารให้ความหอม ซึ่งถ้ายับยั้งการแสดงออกของยีนนี้จะได้ข้างที่มีความหอม

            จะเห็นได้ว่าการศึกษาทางพันธุศาสตร์นั้น สามารถนำไปสู่การค้นพบยีนที่ทำหน้าที่ต่างๆ และหากค้นคว้าอย่างลึกซึ้งถึงกลไกการทำงานต่างๆ ของยีนนั้นได้ ก็สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆได้อย่างประสิทธิภาพ และยั่งยืนต่อไปในอนาคต

          18.4.5 การประยุกต์ใช้เพื่อสิ่งแวดล้อม

         นักเทคโนโลยีชีวภาพ มีความพยายามที่จะใช้วิธีการทำพันธุวิศวกรรมเพื่อสร้างสายพันธุ์จุลินทรีย์ หรือพืชที่มีความสามารถ ในการย่อยสลายสารที่ไม่พึงประสงค์ที่ปนเปื้อนในดิน น้ำ  หรือของเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม หรือเหมืองแร่ก่อนปล่อยลงสู่ธรรมชาติอย่างไรก็ดีการใช้สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม ดังกล่าว ต้องอยู่ภายใต้ระบบการควบคุมอย่างใกล้ชิด สอดคล้องกับกฎหมายการควบคุมการใช้ GMOs ในแต่ละประเทศ