พันธุวิศวกรรม (genetic engineering) หรือความรู้ที่ได้จากการศึกษาชีววิทยาระดับ
โมเลกุล (molecular biology) จนทำให้สามารถประยุกต์ใช้ในการปรับเปลี่ยน เคลื่อนย้าย หรือตรวจสอบ
สารพันธุกรรม (ดีเอ็นเอ) และผลิตภัณฑ์ของสารพันธุกรรม (
อาร์เอ็นเอและ
โปรตีน) ได้
การประยุกต์ใช้พันธุวิศวกรรมแบบหนึ่งที่รู้จักกันอย่างกว้างขวางได้แก่ การเคลื่อนย้ายยีน (transgenesis)จากสิ่งมีชีวิตสปีชีส์หนึ่งไปสู่สิ่งมีชีวิตอื่นในสปีชีส์ เดียวกันหรือสปีชีส์อื่น ซึ่งทำให้เกิดการถ่ายทอดยีนและลักษณะที่ยีนนั้นควบคุมอยู่ ทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตรูปแบบใหม่ (novel)ซึ่งอาจไม่เคยปรากฏในธรรมชาติมาก่อน ตัวอย่างเช่น การใส่ยีนสร้างฮอร์โมนอินซูลินเข้าไปในแบคทเรียหรือยีสต์ เพื่อให้ผลิตสารดังกล่าว ซึ่งสามารถนำมาสกัดบริสุทธิ์เพื่อใช้รักษาผู้ป่วยโรคเบาหวาน เป็นต้น
สิ่งมีชีวิตที่ได้จากกระบวนการเคลื่อนย้ายยีน เรียกว่า สิ่งมีชีวิตเคลื่อนย้ายยีน (transgenic organisms) ซึ่งอาจเป็นได้ตั้งแต่สิ่งมีชีวิตที่มีวิวัฒนาการต่ำอย่างจุลินทรีย์ ไปจนสิ่งมีชีวิตชั้นสูงอย่างพืชและสัตว์ชนิดต่างๆ
ในวงการสื่อ มักเรียกสิ่งมีชีวิตเคลื่อนย้ายยีน (transgenic organisms) ว่าเป็น สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม หรือ สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม (genetically modified organims,
GMOs)
ประโยชน์ของพันธุวิศวกรรม
พันธุวิศวกรรมเป็นกระบวนการปรับปรุงพันธุ์สิ่งมีชีวิตชนิดพันธุ์ (species) หนึ่งโดยนำยีนจากอีกชนิดพันธุ์หนึ่งถ่ายฝากเข้าไป เพื่อจุดประสงค์ที่จะให้สามารถทำงานได้ดีขึ้น กระบวนการดังกล่าวมิได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตดังกล่าวมีชื่อเรียกว่า LMO (living modified organism) หรือ GMO (genetically modified organism) ตัวอย่างการวิจัยและพัฒนา รวมถึงการใช้ประโยชน์เชิงการค้ามีมากมาย ซึ่งจะกล่าวถึงเพียงบางอย่างเท่านั้น
ก. ด้านการเกษตรและอาหาร
1. การปรับปรุงพันธุ์พืชให้ต้านทานโรคและแมลง วิธีการปรับปรุงพันธุ์แบบดั้งเดิม ซึ่งยังคงทำกันอยู่นั้น ใช้วิธีหาพันธุ์ต้านทานซึ่งส่วนใหญ่เป็นพันธุ์ป่าและมีลักษณะไม่ดีอยู่มาก จากนั้นเอาพันธุ์ต้านทานผสมพันธุ์พ่อ-แม่ เข้าด้วยกันรวมทั้งลักษณะต้านทานด้วยเหตุนี้ จึงต้องเสียเวลาคัดเลือก และพัฒนาพันธุ์ต่ออีกอย่างน้อย 8-10 ปี กว่าจะได้พันธุ์ต้านทานและมีลักษณะอื่น ๆ ดีด้วย ดังนั้นวิธีการปรับปรุงพันธุ์โดยการถ่ายฝากยีนที่ได้รับจากชนิดพันธุ์อื่น จึงสามารถลดระยะเวลาการพัฒนาพันธุ์ได้มาก
1.1 พันธุ์พืชต้านทานแมลง มีสารสกัดชีวภาพจากแบคทีเรีย Bacillus thuringiensis หรือ บีที ที่ใช้กำจัดแมลงกลุ่มหนึ่งอย่างได้ผลโดยการฉีดพ่นคล้ายสารเคมีอื่น ๆ เพื่อลดการใช้สารเคมีด้วยความก้าวหน้าทางวิชาการทำให้สามารถแยกยีนบีที จากจุลินทรีย์นี้และถ่ายฝากให้พืชพันธุ์ต่าง ๆ เช่น ฝ้าย ข้าวโพด และมันฝรั่ง เป็นต้นให้ต้านทานแมลงกลุ่มนั้น และใช้อย่างได้ผลเป็นการค้าแล้วในประเทศ
1.2 พันธุ์พืชต้านทานโรคไวรัส โรคไวรัสของพืชหลายชนิด เช่น โรคจุดวงแหวนในมะละกอ (papaya ring-spot virus) สามารถป้องกันกำจัดได้โดยวิธีนำยีนเปลือกโปรตีน (coat protein) ของไวรัสนั้นถ่ายฝากไปในพืช เหมือนเป็นการปลูกวัคซีนให้พืชนั่นเอง กระบวนการดังกล่าวใช้กันอย่างแพร่หลายในพืชต่าง ๆ
2. การพัฒนาพันธุ์พืชให้มีคุณภาพผลผลิตดี ตัวอย่างได้แก่การถ่ายฝากยีนสุกงอมช้า (delayed ripening gene) ในมะเขือเทศ การสุกในผลไม้เกิดจากการผลิตสาร ethylene เพิ่มมากในระยะสุกแก่ นักวิชาการสามารถวิเคราะห์โครงสร้างยีนนี้ และมีวิธีการควบคุมการแสดงออกโดยวิธีการถ่ายฝากยีนได้ ทำให้ผลไม้สุกงอมช้า สามารถเก็บไว้ได้นาน ส่งไปจำหน่ายไกล ๆ ได้ สหรัฐเป็นประเทศแรกที่ผลิตมะเขือเทศสุกงอมช้าได้เป็นการค้า และวางตลาดให้ประชาชนรับประทานแล้ว
3. การพัฒนาพันธุ์พืชให้ผลิตสารพิเศษ เช่นสารที่เป็นประโยชน์ต่าง ๆ ที่มีคุณค่าทางอาหารสูง อาจเป็นแหล่งผลิตไวตามิน ผลิตวัคซีน และผลิตสารที่นำไปสู่การผลิตทางอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น พลาสติคย่อยสลายได้ และโพลิมเมอร์ ชนิดต่าง ๆ เป็นต้น
4. การพัฒนาพันธุ์สัตว์ มีการพัฒนาพันธุ์โดยการถ่ายฝากยีน ทั้งในปศุสัตว์ และสัตว์น้ำ รวมทั้งน้ำปลา ได้มีตัวอย่างหลายรายการ เช่น การถ่ายฝากยีนเร่งการเจริญเติบโต และยีนต้านทานโรคต่าง ๆ เป็นต้น อย่างไรก็ตามประโยชน์ของพันธุวิศวกรรมในเรื่องการผลิตสัตว์นั้นเป็นเรื่อง ของการพัฒนาชุดตรวจระวังโรคเป็นส่วนใหญ่
5. การพัฒนาสายพันธุ์จุลินทรีย์ ให้มีคุณลักษณะพิเศษบางอย่าง เช่นให้สามารถกำจัดคราบน้ำมันได้ดี เป็นต้น
ข. ด้านการแพทย์และสาธารณสุข
เทคโนโลยีชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง องค์ความรู้จากการวิจัยจีโนม ทำให้นักวิจัยรู้สึกถึงระดับยีนสิ่งมีชีวิต รู้ว่ายีนใดอยู่ที่ไหนบนโครโมโฃม หรือนอกโครโมโฃม สามารถสังเคราะห์ชิ้นส่วนนั้นได้ หรือตัดออกมาได้ แล้วนำไปใช้ประโยชน์ในเรื่องต่างๆ
1. การตรวจโรค เมื่อสามารถสังเคราะห์ชิ้นส่วน ดีเอ็นเอ หรือยีนได้แล้ว ก็สามารถพัฒนาเป็น molecular probes สำหรับใช้ในการตรวจโรคต่างๆได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2. การพัฒนายารักษาโรคและวัคฃิน ยารักษาโรค และวัคฃิน ใหม่ๆ ผลิตโดยวิธีพันธุวิศวกรรมในจุลินทรี หรือ recombinant DNA ทั้งสิ้น
3. การสับเปลี่ยนยีนด้อยด้วยยีนดี (gene therapy) ในอนาคต เมื่องานวิจัยจีโนมมนุษย์สำเร็จ ความหวังของคนที่ป่วยเป็นโรคทางพันธุกรรม อาจมีหนทางรักษาโดยวิธีปรับเปลี่ยนยีนได้
ค. ด้านการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม
ความเจริญก้าวหน้าของเทคโนโลยีชีวภาพ นำไปสู่การพัฒนาที่ยั่งยืน และช่วยอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมโดยเฉพาะอย่างยิ่ง พืชที่ได้รับการถ่ายฝากยีนต้านทานโรคและแมลง ทำให้ไม่ต้องใช้สารเคมีฉีดพ่นหรือใช้ในปริมาณที่ลดลงมาก พันธุวิศวกรรมอาจนำไปสู่การผลิตพืชที่ใช้ปุ๋ยน้อย และ น้ำน้อย ทำให้เป็นการลดการใช้ปุ๋ยเคมี เป็นการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม และนำไปสู่การสร้างสมดุลทรัพยากรชีวภาพได้
ง. ด้านการพัฒนาอุตสาหกรรม
เมื่อวัตถุดิบได้รับการปรับเปลี่ยนคุณภาพให้ตรงกับความต้องการของอุตสาหกรรม โดยใช้พันวิศวกรรมแล้ว อุตสาหกรรมใหม่ๆจะเกิดตามมากมาย เช่น การเปลี่ยนโครงสร้างแป้ง น้ำมัน และโปรตีน ในพืช หรือการลดปริมาณเซลลูโลสในไม้ เป็นต้น ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชีวภาพในอนาคต จะเป็นการเปลี่ยนรูปโแมอุตสาหกรรมใหม่ โดยเน้นการใช้วัตถุดิบจากสิ่งมีชีวิตมากขึ้น รถยนต์ทั้งคัน อาจทำจากแป้งข้าวโพด สารเคมีทั้งหมดอาจพัฒนาจากแป้ง เชื้อเพลิงอาจพัฒนาจากวัตถุดิบพืช เป็นต้น |
|
|
ความเสี่ยง (risk) ของ LMOs หรือ GMOs
พืช สัตว์ และจุลินทรีย์ที่ได้รับการตัดแต่งตัดต่อยีน หรือที่เรียกว่า LMOs นั้นอาจเรียกว่าเป็นสิ่งมีชีวิตแปลงพันธุ์ และอาจมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม คน และสัตว์ แตกต่างกันไปซึ่งขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ ดังนี้
1. แหล่งยีน ถ้าเป็นยีนจากชนิดเดียวกัน เช่นยีนจากพืช ถ่ายให้พืช ย่อมมีปัญหาน้อยหรือไม่มีความเสี่ยงเลย ยีนจากสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ที่ทราบกันดีว่าไม่พิษมีภัยก็อาจจัดอยู่ในกลุ่มเสี่ยงน้อยด้วย ถ้าเป็นยีนจากจุลินทรีย์อาจก่อเกิดโรคได้ย่อมมีความเสี่ยงสูงขึ้น และยิ่งเป็นยีนที่ทราบแน่ชัดว่าสกัดมาจากเชื้อโรคยิ่งมีความเสี่ยงสูงมาก
2. ส่วนประกอบของยีน ยีนที่ควบคุมลักษณะหนึ่งนั้นไม่สามารถแสดงออก หากปราศจากยีนช่วยแสดง (promoter) นอกจากนั้นยังต้องมียีนช่วยการเลือกคัด (selectable markers) อีกด้วย ยีนพวกนี้อาจเป็นยีนต้านทานยาปฏิชีวนะ หรือยีนต้านทานสารกำจัดวัชพืช ยีนเหล่านี้ต้องสร้างเป็นส่วนประกอบของดี เอ็น เอ สายเดียวกัน แล้วจึงถ่ายฝากให้พืชตัวรับ ปัญหาที่ตามมาคือ ยีนช่วยเลือกคัดอาจมีพิษภัยต่อสิ่งมีชีวิตก็เป็นได้
สิ่งมีชีวิตแปลงพันธุ์เหล่านี้ต่างจากพันธุ์ธรรมดาตรงที่มียีนแปลกปลอมใหม่ ๆ (novel genes) เข้าไปอยู่ในพันธุ์นั้นทำให้มีความกลัวและคำถามตามมาหลายข้อ เช่น
1. เสถียรภาพของยีนว่าจะอยู่คงทนในพันธุ์นั้นนานแค่ใด กี่ชั่วอายุหรือจะหายไปในชั่วลูกชั่วหลาน
2. ยีนที่มาจากจุลินทรีย์ที่ไม่ก่อเกิดโรค มีโอกาสที่จะกลายพันธุ์เป็นยีนก่อเกิดโรคได้หรือไม่
3. ยีนเหล่านี้มีโอกาสหลุดไปสู่พืชพันธุ์อื่น หรือจุจินทรีได้หรือไม่
4. ผลผลิตจะมีพิษภัยต่อสุขภาพคน และสัตว์หรือไม่
5. ปัญหาราคาผลิตผลทรัพย์สินทางปัญญา และอื่น ๆ ยังมีอีกมาก |
|
|
ผลกระทบต่อสังคมไทย
ผลกระทบต่อเศรษฐกิจและสังคมของไทย และนานาชาติ ที่เกิดจากการผลิตและใช้ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดยพันธุวิศวกรรม หรือที่เรียกว่า จีเอ็มโอ (GMOs) นั้น ในขณะนี้มีค่อนข้างสูง นับเป็นกระแสของผู้บริโภค และคนทั่วไปทั่วโลกที่มีความเป็นห่วงในเรื่องต่างๆ ดังต่อไปนี้ 1. เทคโนโลยีนี้ ค่อนข้างใหม่ มีการวิจัยและพัฒนาในบางประเทศเท่านั้น คนทั่วไปจึงไม่รู้ว่าผลิตภัณฑ์ที่เรียกว่า จีเอ็มโอ นั้นคืออะไร มีประโยชน์และอาจมีโทษอย่างไร 2. เทคโนโลยีอยู่ในมือของบริษัทข้ามชาติใหญ่ๆ ทำให้ประชาชนมีความวิตกกังวลว่าจะ เป็นการผูกขาดตลาดหรือไม่ ราคาจะสูงเกินไปหรือไม่ 3. ผลิตผล จีเอ็มโอ มีความปลอดภัยต่อสุขภาพมนุษย์ และสัตว์ หรnอไม่เพียงใด แม้มีการทดสอบความปลอดภัยทางชีวภาพมามากในประเทศอื่น ยังมีคำถามอยู่ว่าแม้ปลอดภัยในตอนนี้ แต่ในอนาคต 10-20 ปี จะเป็นอะไรหรือไม่ ซึ่งนับว่าเป็นเรื่องยาก ที่จะหาคำตอบ 4. มีผลกระทบต่อความหลากหลายทางชีวภาพหรือไม่ ซึ่งเรื่องนี้ คงขึ้นอยู่กับมุมมอง ที่ต่างกันของนักวิชาการ กลุ่มหนึ่งอาจมองไปว่า จะเป็นการนำไปสู่การปลูกพืชเชิงเดี่ยวมากขึ้น และแท้จริงแล้วอาจเป็นการสร้างความหลากหลายให้มากขึ้น จากการพัฒนาสิ่งมีชีวิต ที่มียีนใหม่ๆ ที่ไม่เคยมีตามธรรมชาติเลย ความจริงแล้วมนุษย์ได้ปรับเปลี่ยนพันธุ์พืช สัตว์ และจุลินทรี โดยวิธีผสมพันธุ์กันอยู่ แล้ว การใช้พันธุวิศวกรรมจึงเป็นเพียงเครื่องมืออย่างหนึ่งเท่านั้น
|
|
เทคนิคพันธุวิศวกรรม
( Genetic engineering )
การปรับปรุงเปลี่ยนแปลงลักษณะทางพันธุกรรมโดยการนำยีน หรือชิ้นดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตสายพันธุ์หนึ่งไปถ่ายฝากในสิ่งมีชีวิตอีกสายพันธุ์หนึ่งเพื่อให้มีคุณสมบัติตามต้องการ นักวิทยาศาสตร์เริ่มศึกษาวิจัยตั้งแต่คริสต์ศตวรรษที่ 70และก้าวหน้าเพิ่มขึ้นเรื่อยมาจนกระทั่งในทศวรรษที่ผ่านมาได้มีการนำผลงานวิจัยไปทดสอบและเริ่มมีผลิตภัณฑ์ออกมาจำหน่ายในสหรัฐอเมริกา ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2536 เทคนิคพันธุวิศวรรมเอื้อประโยชน์มหาศาลต่อวงการแพทย์ในการคิดค้นยาและวัคซีนป้องกันโรคตลอดจนการพัฒนาพันธุ์พืชเศรษฐกิจต่างๆ เช่น มะเขือเทศ ถั่วเหลือง ฝ้าย มันฝรั่ง ฯลฯ
ข้อดีของพันธุวิศวกรรม ใช้เวลาน้อยกว่าวิธีการปรับปรุงพันธุ์ตามธรรมชาติหรือวิธีการดั้งเดิม ผลิตผลที่ได้จะมีคุณสมบัติตรงตามความต้องการมากกว่า เนื่องจากใช้ยีนที่มีคุณสมบัติที่ต้องการโดยตรงไม่มีข้อจำกัดของแหล่งยีนที่ จะนำมาตัดต่ออาจเป็นยีนที่ได้มาจากการสังเคราะห์ขึ้นหรืออาจไม่เกี่ยวข้อง กับสายพันธุ์เดิมเลยก็ได้
วิธีการตัดต่อยีน
วิธีการหลักที่ใช้ในขณะนี้คือการใช้จุลินทรีย์ที่ เรียกว่า อะโกรแบคทีเรียม (Agrobacterium) เป็นพาหะนำยีนเข้าไป โดยเชื้อแบคทีเรียชนิดนี้จะสามารถเข้าสู่เซลล์พืชได้ ทางบาดแผลพืชบางชนิด เช่น ต้นมะเขือเทศ ต้นมันฝรั่ง ต้นยาสูบและต้นถั่ว จากนั้นแบคทีเรียจะทำให้พืชเกิดการเจริญแบ่งเซลล์ที่ผิดปกติในบริเวณที่มี แบคทีเรียอยู่จนเซลล์พืชบวมขึ้นดูคล้ายก้อนเนื้อร้ายหรือมะเร็ง เรียกว่า คราวน์ กอลล์(Crown gall) ทำให้พืชเจริญผิดปรกติ อีกวิธีหนึ่งคือการใช้ปืนยิง (gene gun) ยิงยีนที่เกาะอยู่บนกระสุนซึ่งทำด้วยทองเข้าไปในยีนของสิ่งมีชีวิตที่เราต้องการ
เทคนิดการดัดแปลงพันธุ์พืชโดยใช้ Agrobacterium
นำยีนจากพืชที่มีลักษณะต้านทานโรค แล้วแยกพลาสมิด (DNA vector) ออกมาจาก Agrobacterium และตัดส่วนหนึ่งของพลาสมิดออกไปเชื่อมต่อยีนเข้ากับพลาสมิดได้ Agrobacterium ที่ต้านทานโรคใส่เข้าไปในเซลล์พืชเพาะเลี้ยงได้พืชที่มีความต้านทานโรค
