เทคโนโลยีเบื้องหลังจีเอ็มโอ
อย่าเพิ่งตาลายกันนะคะท่านผู้อ่าน ตอนนี้เราก็มาเข้าเรื่องจีเอ็มโอกันดีกว่า ก่อนที่จะเหนื่อยอ่านต่อไม่ไหว จีเอ็มโอ (GMO) เป็นคำย่อมาจาก Genetically Modified Organisms ซึ่งใช้เรียก กลุ่มสิ่งมีชีวิต (organism) ที่ได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรม (genetic make up)ในห้องทดลอง วิธีการในการตัดต่อดีเอ็นเอเรียกว่า Recombinant DNA technology ซึ่งสามารถใช้ในการตัดหรือต่อ ดีเอ็นเอระหว่างสิ่งมีชีวิตจำพวกเดียวกัน หรือระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างจำพวกก็ได้ Recombinant DNA technology เริ่มต้นด้วยการค้นพบ restriction enzyme ซึ่งก็คือ เอ็นไซม์ที่สามารถตัด ดีเอ็นเอเฉพาะที่ ตัวอย่างเช่น EcoRI เอ็นไซม์จะตัดดีเอ็นเอเฉพาะตรงที่มี nucleotide G, A, T, C เรียงกันแบบเฉพาะดังในรูป จะเห็นว่าในรูปมีเบสเรียงกันอยู่สองเส้นขนานกัน เพราะว่าดีเอ็นเอเป็นเส้นขนานกัน 2 เส้น แต่ทั้งสองเส้นจะมีทิศทางตรงข้ามกัน 5' และ 3' เป็นการบอกทิทาง

ดีเอ็นเอที่ขาดจะกลับมาต่อกันได้ใหม่โดย เอ็นไซม์ที่ชื่อ Ligase เอ็นไซม์ที่ใช้ใน การตัดต่อเปลี่ยนแปลง ดีเอ็นเอต่าง ๆ เหล่านี้ได้มาจากการสกัดมาจากสิ่งมีชีวิต ในธรรมชาติทั้งสิ้น (ส่วนมากจะมาจากแบคทีเรีย) และที่สำคัญก็คือกระบวนการตัดต่อดีเอ็นเอระหว่างสิ่งมีชีวิต เป็นสิ่งเกิดขึ้นเป็นประจำอยู่ในธรรมชาติอยู่แล้ว จะขอยกตัวอย่าง กระบวนการที่เรียกว่า Transduction

ในกระบวนการนี้ Phage P1 ซึ่งเป็นไวรัสที่สามารถ infect แบคทีเรีย ไวรัสนี้จะจับกับผนังด้านนอก ของแบคทีเรีย แล้วฉีดดีเอ็นเอของตัวเอง เข้าไปในแบคทีเรีย (ดีเอ็นเอของเฟจT1จะมีสีเขียว ส่วนดีเอ็นเอของแบคมีเรียจะมีสีน้ำเงิน ส่วนสีชมพูนั้นคือดีเอ็นเอของแบคมีเรีย ส่วนที่เราสนใจอยู่ ในรูป) ดีเอ็นเอจากไวรัสนี้จะสามารถสร้างโปรตีน โดยอาศัยวัตถุดิบต่าง ๆ จาก แบคทีเรีย โปรตีนเหล่านี้จะทำหน้าที่ต่าง ๆ กันไปแต่จะมีส่วนหนึ่งซึ่งสามารถตัดดีเอ็นเอ ของแบคที่เรียให้เป็นชิ้น ๆ โปรตีนส่วนที่เหลือส่วนมากจะเป็นวัตถุดิบในการให้กำเนิดลูก ๆไวรัส ในขบวนการให้กำเนิดลูก ๆ นี้จะมีการบรรจุดีเอ็นเอของเฟจ ที่ผ่านการ replication (ไม่ถูกตัดเป็นชิ้น ๆ เพราะมีวิธีป้องกันไว้)เข้าไปในโครงสร้างที่เรียกว่าหัวของไวรัส (สีขาวหกเหลี่ยมในรูป) และบางครั้งดีเอ็นเอจากแบคทีเรียจะถูกบรรจุเข้าไปด้วย (ส่วนที่เป็นสีน้ำเงนและชมพูในรูป) และเมื่อไวรัสตัวนี้ไป infect แบคทีเรียตัวที่2 มันก็จะนำดีเอ็นเอจากตัวแรก (แบคทีเรีย1) ไปใส่ในแบคทีเรีย 2 ถ้าหากดีเอ็นเอที่เข้ามาเพิ่มมีอันดับการเรียงตัว ของ nucleotides เดียวกับของในแบคทีเรียตัวที่ 2 ขบวนการที่เรียกว่า Homologous Recombination ซึ่งเป็นขบวนการที่เอ็นไซม์ในเซลล์ ก่อให้เกิดการแลกเปลี่ยนดีเอ็นเอระหว่างส่วนที่มีอันดับคล้ายกัน ของแบคทีเรียตัวที่2 และดีเอ็นเอที่รับมาจาก phage หลังจากขบวนการแลกเปลี่ยนนี้ แบคทีเรียตัวที่2 จะได้รับบางส่วน (สีชมพู) จากตัวที่ 1 หากส่วนสีชมพูนี้บรรจุข้อมูลในการสร้างโปรตีนอย่างครบถ้วนแล้ว แบคทีเรีย2 ก็สามารถอาศัยข้อมูลี้ในการสร้างโปรตีนนั้น ๆ ได้ และดีเอ็นเอที่เข้ามาในแบคทีเรียตัวที่ 2 โดยอาศัย phage ในกรณีนี้ จะเรียกแทนว่า transgene เพราะเป็นดีเอ็นเอที่มีแหล่งกำเนิดจากภายนอก และหลังจากที่ แบคทีเรีย 2 ได้รับยีนจาก 1 เข้าไป แล้ว มันจะถูกเรียกว่า transgenic organism หรือ genetically modified organism เพราะว่าสารพันธุกรรม (DNA)ได้ถูกเปลี่ยนแปลงไป

Gene transfer technology
หลังจากที่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีการแลกเปลี่ยนยีนระหว่างสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ขั้นต่อไปก็คือหาวิธีที่จะทำให้เกิดขึ้นได้ในห้องทดลองซึ่งก็จะอาศัยเอ็นไซม์ต่างๆ ทีมีอยู่ในธรรมชาติ เมื่อสามารถที่จะตัดหรือต่อดีเอ็นเอได้ตามใจโดยอาศัย restriction enzyme ดังที่กล่าวไปแล้วนั้น ขั้นต่อไปในการใช้ประโยชน์ของเทคโนโลยีเหล่านี้ก็คือ การใส่ transgene ที่ทำในหลอดทดลองเข้าไปในสิ่งมีชีวิตที่เราศึกษาอยู่โดยอาศัย gene transfer technologies ซึ่งก็คือวิธีการต่าง ๆ ที่ใช้ในการใส่ ดีเอ็นเอที่เราทำการเปลี่ยนแปลง (trangene) เข้าไปในสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ในปัจจุบันนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นวิธีการหลายวิธีขึ้นมา แต่ในที่นี้จะขอเล่าเพียงคร่าว ๆ ก่อน

๑) machine gun ฟังชี่อแล้วก็สามารถเดาได้ ว่าวิธีนี้ ใช้ปืน หากแต่ปืนที่ใช้จะอาศัยแรงลมในการผลักดันกระสุน และ กระสุนในที่นี้ก็ไม่ใช่ลูกตะกั่วที่เราคุ้น หากเป็น ทองก้อนเล็กมาก ๆ ที่เคลือบด้วยดีเอ็นเอที่เราต้องการจะใส่ไปในสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ โดยมากวิธีนี้จะใช้กับพืช

๒) microinjection อีกแล้ว เมื่อฟังดูก็จะนึกถึงเข็มฉีดยาหากแต่ต้องเป็นเข็มที่เล็กมาก ในวิธีนี้ดีเอ็นเอจะถูกฉีดเข้าไปในนิวเคลียสโดยตรง ส่วนมากจะใช้กับสัตว์ วิธีนี้ก็เป็นวิธีที่ใช้ใน in vitro fertilization หรือการผสมเทียม (in vitro หมายถึงเกิดขึ้นภายนอก สิ่งมีชีวิต ส่วน in vivo หมายถึงเกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิต)

๓) lipofection ในวิธีนี้ ดีเอ็นเอที่ถูกเคลือบ (encapsulate) ด้วยไขมัน จะใส่ไปในหลอดทดลองที่มีเซลล์อยู่ ดีเอ็นเอจะเข้าไปในเซลล์ได้ เพราะ ไขมันที่เคลือบดีเอ็นเอนั้น จะ รวมตัว (fuse) กับ เซลล์เมมเบรน (ซึ่งประกอบไปด้วยไขมันเป็นส่วนมาก) ๔) electroporation เป็นวิธีที่อาศัยไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านเซลล์ รูในเยื่อหุ้มเซลล์จะเปิดกว้างขึ้น เพราะฉะนั้น ดีเอ็นเอที่อยู่ภายนอกเซลล์ใน หลอดทดลองจะสามารถเข้าไปได้ วิธีนี้จะใช้กับแบคทีเรียเป็นส่วนมาก

๕) heat shock เมื่ออุณหภูมิของเซลล์เปลี่ยนอย่างรวดเร็ว จะ ทำให้รูในเยื่อหุ้มมีขนาดต่างกันไปด้วย ดีเอ็นเอจะสามารถเข้าไปได้ คล้าย ๆ กับ วิธี electroporation

๖) Agrobacterium transformation วิธีนี้เป็นวิธีที่ใช้ในการใส่ดีเอ็นเอเข้าไปในต้นไม้ โดยอาศัยแบคทีเรียที่มีชื่อว่า Agrobacterium ซึ่งเป็นวิธีที่เกิดขึ้นโดยทั่วไปในธรรมชาติ หากแต่ก่อนหน้าที่จะใช้ วิธีนี้ นักวิยาศาสตร์จะต้อง ใช้วิธีอื่นเพื่อที่จะใส่ transgene เข้าไปใน Agrobacterium เสียก่อน Agrobacterium transformation นี้เป็นวิธีที่ใช้อย่างแพร่ หลายในการ ทำ transgenic ต้นไม้

ในวิธีการที่กล่าวมานี้ไม่มีวิธีไหนที่ได้ผล ๑00 เปอร์เซ็นต์ จะต้องมีการทดสอบโดยวิธีต่าง ๆ เพื่อที่จะรู้แน่ว่า transgene ได้เข้าไป ในสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ แล้วหรือยัง โดยทั่วไป ในการออกแบบ trangene แต่ละครั้งนักวิทยาศาสตร์ จะ เพิ่มดีเอ็นเอบางส่วนที่ไม่เกียวข้องกับยีนที่ศึกษาอยู่ หากแต่เพิ่มเข้าไปเพื่อใช้เป็น marker ซึ่งเป็นเหมือนกับธง ที่บอกให้เห็นถึงความแตกต่าง ที่สามารถทดสอบได้ ง่าย ๆ ว่า สิ่งมีชีวิตอันไหนที่เมื่อ ผ่าน gene transfer แล้วอาจจะมี transgene อยู่ Marker ทีใช้กันอย่างแพร่หลาย ก็คือ antibiotic resistance gene (antibiotic หรือ สารปฏิชีวนะเป็นสารเคมีที่แบคทีเรียสร้างขึ้นมา เพื่อยับยั้งการเติบโตของแบคทีเรียชนิดอื่น ๆ ) ซึ่งก็คือ ยีนที่สร้างโปรตีนขึ้นมาเพื่อทำลาย antibiotic หรือปกป้องสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ จากผลของ antibiotic ยกตัวอย่างเช่น antibiotic ที่ชื่อ Kanamycin จะยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียโดยทั่วไป แต่ไม่สามารถยับยั้งการเติบโตของแบคทีเรียที่มี Kanamycin resistance gene

หน้าถัดไป -> ข้อดีและตัวอย่าง