ความก้าวหน้าและผลของเทคโนโลยีชีวภาพ

เทคโนโลยีชีวภาพ (biotechnology) หมายถึง การประยุกต์ใช้ความรู้ที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตมาใช้ในการปรับปรุงคุณภาพชีวิตของมนุษย์ ด้วยการเพิ่มผลผลิต การพัฒนาลักษณะที่ต้องการให้เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต โดยการนำความรู้ทางด้านเทคโนโลยีชีวภาพและพันธุกรรมมาใช้ มีอยู่ 3 วิธี
1. การคัดเลือกพันธุ์ผสม
2. การโคลนหรือการเพาะพันธุ์จากเซลล์
3. การใช้พันธุวิศวกรรม

การคัดเลือกพันธุ์ผสม

การคัดเลือกพันธุ์ผสม เราใช้วิธีการคัดเลือกพันธุ์ผสมกับพืชและสัตว์มากมายหลายชนิด การผสมพันธุ์ต่างๆ มักจะมีจุดประสงค์มุ่งไปที่การเพิ่มคุณค่าของพืชหรือสัตว์ให้กับคน เช่น โคนมเป็นวัวที่เกิดจากการผสมเพื่อให้ผลิตน้ำนมปริมาณมากๆ ผลไม้และพืชผักหลายหลากพันธุ์ได้รับการผสมขึ้นมาให้มีความต้านทานโรคและแมลงที่รบกวน การคัดเลือกพันธุ์ผสม มี 2 วิธี คือ
1. การคัดเลือกพันธุ์ผสมที่เกิดจากการผสมภายในสายพันธุ์เดียวกัน (inbreeding) ทำโดยการนำสิ่งมีชีวิตสองตัวที่มีชุดอัลลีลที่เหมือนกันมีความคล้ายคลึงกันมาผสมกัน สิ่งมีชีวิตที่เกิดจากการผสมภายในสายพันธุ์เดียวกันจะมีความคล้ายคลึงกับรุ่นพ่อรุ่นแม่มาก เป้าหมายในการผสมภายในสายพันธุ์เดียวกัน คือการสร้างพันธุ์ที่มีลักษณะพิเศษโดยเฉพาะให้กับสัตว์ เช่น เมื่อผสมพันธุ์ม้าที่วิ่งเร็วเป็นพิเศษด้วยกันก็สามารถสร้างพันธุ์ม้าวิ่งเร็วมากพันธุ์แท้ขึ้นมาได้ หรือการผสมสุนัขพันธุ์ลาบราดอร์ทริฟเวอร์และเยอร์มันเชพเพิร์ด ก็เป็นการพัฒนาขึ้นมาจากการผสมในสายพันธุ์เดียวกันทั้งสิ้น

การผสมในสายพันธุ์เดียวกันมีข้อเสีย ดังนี้
1. การผสมในสายพันธุ์เดียวกันไปลดโอกาสในรุ่นลูกในการที่จะได้รับถ่ายทอดคู่อัลลีลผสมคู่ใหม่
2. การผสมในสายพันธุ์เดียวกันเพิ่มโอกาสให้สิ่งมีชีวิตได้รับการถ่ายทอดอัลลีล ซึ่งนำไปสู่ความผิดปกติทางพันธุกรรมมากขึ้น เช่น ลักษณะผิดปกติของสะโพกของสุนัขหลายๆ พันธุ์

2. การคัดเลือกพันธุ์ผสมที่เกิดจากการผสมข้ามสายพันธุ์ (hybridization) นักผสมพันธุ์จะนำสิ่งมีชีวิตที่มีองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่แตกต่างกันมาผสมกัน แล้วคัดพันธุ์จากลูกผสมที่ได้รับลักษณะที่ดีที่สุดจากพ่อแม่มาเพาะพันธุ์ต่อไป เช่น การผสมข้าวโพด ซึ่งให้เมล็ดภายในฝักเป็นจำนวนมากเป็นข้าวโพดพันธุ์ซึ่งมีความต้านทานโรคสูง ผลที่ได้อาจจะเป็นข้าวโพดพันธุ์ผสม ซึ่งมีลักษณะเป็นที่ต้องการทั้งสองอย่าง

การโคลนหรือการเพาะพันธุ์จากเซลล์

การโคลน (clone) หมายถึง การสร้างสิ่งมีชีวิตขึ้นมา โดยไม่ต้องมีการปฏิสนธิกับเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้และเพศเมีย แต่ใช้เซลล์ร่างกายในการสร้างสิ่งมีชีวิตขึ้นมาใหม่ สิ่งมีชีวิตที่เกิดจากการโคลนจะมีองค์ประกอบทางพันธุกรรมเช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตต้นกำเนิดทุกอย่าง สิ่งมีชีวิตที่ได้จากการโคลนมียีนชนิดเดียวกันกับสิ่งมีชีวิตที่เป็นพ่อพันธุ์และแม่พันธุ์นั้นๆ ในการโคลนนั้น เราสามารถโคลนสิ่งมีชีวิตได้ทั้งที่เป็นพืช สัตว์ และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ

การโคลนพืช
วิธีที่ใช้ในการโคลนพืช คือ
1. การตัดปักชำ ส่วนที่ตัดเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ จ ากพืช เช่น ใบ ลำต้น เป็นต้น ซึ่งชิ้นส่วนที่ตัดออกมาสามารถเจริญเป็นต้นใหม่ได้
2. การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ ใช้ส่วนต่างๆ ของพืช เช่น เซลล์ อวัยวะ เนื้อเยื่อ และโพรโทพลาสต์มาเลี้ยงในอาหารสังเคราะห์ ในสภาพที่ปลอดเชื้อ พืชที่เจริญขึ้นมาใหม่จะตรงตามพันธุ์เดิมทุกประการ พืชที่นิยมนำมาเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ ได้แก่ กล้วยไม้ ปาล์มน้ำมัน

รูปแสดงการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ

การโคลนสัตว์
วิธีการโคลนสัตว์เป็นการกระทำที่ยากกว่าการโคลนพืช เพราะการที่จะตัดชิ้นส่วนจากวัวมาเพาะให้เป็นวัวตัวใหม่เป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ แต่นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามทดลองผลิตสัตว์ขึ้นมาโดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การโคลนแกะของ ดร.เอียน วิลมุต (Dr.Ian Wilmut) ในการสร้างแกะดอลลี่นั้น ขั้นแรกสุดนักวิจัยต้องนำเซลล์ไข่ออกมาจากแม่แกะตัวหนึ่ง จากนั้นนำนิวเคลียสของเซลล์แกะอายุ 6 ปีมาใส่เข้าไปแทนที่นิวเคลียสของเซลล์ไข่ แล้วนำไข่นี้ไปฝังในมดลูกของแกะตัวที่ 3 จากนั้นอีก 5 เดือนต่อมาจึงเกิดเป็นแกะดอลลี่ขึ้น ดอลลี่มีองค์ประกอบทางพันธุกรรมเช่นเดียวกับแกะอายุ 6 ปี ซึ่งเป็นเจ้าของนิวเคลียสในเซลล์ไข่

รูปแสดงขั้นตอนในการโคลนแกะดอลลี่

การใช้พันธุวิศวกรรม

พันธุวิศวกรรม (genetic engineering) หมายถึง กระบวนการเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรม เพื่อให้ได้สิ่งมีชีวิตตามที่ต้องการ เป็นการนำยีนจากสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งไปใส่ให้กับดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่ง บางครั้งเราเรียกวิธีการพันธุวิศวกรรมนี้ว่า "การตัดต่อแต่งยีน" เพราะว่าได้มีการตัดแยกโมเลกุลของดีเอ็นเอออก แล้วนำยีนจากสิ่งมีชีวิตอื่นประกอบต่อตรงรอยเข้าไป การใช้พันธุวิศวกรรมสามารถช่วยในการผลิตยา ช่วยในการปรับปรุงพืชพันธุ์ธัญญาหารและนำมาใช้ในการรักษาความผิดปกติต่างๆ ทางพันธุกรรมในคนอีกด้วย
# ประโยชน์ที่ได้จากพันธุวิศวกรรม มีดังนี้
1. การผลิตฮอร์โมน ปัจจุบันได้มีการผลิตฮอร์โมนในแบคทีเรียและในยีสต์ เช่น อินซูลิน (insulin) โกรทฮอร์โมน (growth hormone) เป็นต้น
2. การสร้างวัคซีน เช่น วัคซีนแก้โรคกลัวน้ำ โรคตับอักเสบ เป็นต้น
3. การผลิตชิ้นส่วนดีเอ็นเอ เพื่อตรวจสอบโรคโลหิตจาง โรคปัญญาอ่อน ซึ่งเป็นโรคทางพันธุกรรม
4. การปรับปรุงสายพันธุ์จุลินทรีย์ เพื่อให้สายพันธุ์ใหม่มีประสิทธิภาพสูง หรือเพื่อผลิตวิตามิน และยาปฏิชีวนะ
5. การปรับปรุงพันธุ์พืชและสัตว์ เพื่อให้ได้พืชที่มีความทนทานต่อแมลง ศัตรูพืช ส่วนสัตว์เพื่อให้มีขนาดใหญ่และมีคุณค่าทางอาหารมากขึ้น
6. การรักษาด้วยยีน หรือยีนบำบัด (gene therapy) ทำได้โดยใส่ยีนจำลองแบบที่สามารถเข้าไปในเซลล์ของบุคคล ซึ่งมีความผิดปกติทางพันธุกรรมนั้นๆ โดยตรง เช่น คนที่เป็นโรคซีสติกไฟโบรซีส จะไม่สามารถสร้างโปรตีน ที่จำเป็นต่อการปฏิบัติหน้าที่ที่ถูกต้องของปอดได้ นักวิทยาศาสตร์สามารถที่จะใส่ยีนชุดที่ทำงานได้เข้าไปในไวรัส ซึ่งไม่มีพิษใดๆ แล้วนำไวรัสที่ถูกตกแต่งยีน พ่นเข้าไปในปอดของคนที่เป็นโรคซีสติกไฟโบรซีส ซึ่งการรักษาวิธีนี้ยังคงอยู่ในขั้นของการทดลอง
7. การทำลายพิมพ์ดีเอ็นเอ เทคนิคทางพันธุกรรมที่เรียกว่า ลายพิมพ์ดีเอ็นเอนำไปใช้ในการแก้ปัญหาอาชญากรรม ในการทำลายพิมพ์ดีเอ็นเอ จะต้องใช้การตัดตัวอย่างดีเอ็นเอที่พบ ณ ที่เกิดเหตุให้แยกออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย จากนั้นใช้กระแสไฟฟ้าช่วยแยกชิ้นส่วนออกจากกันตามขนาดเพื่อทำรูปแบบให้เป็นแถบรูปแบบของแถบดีเอ็นเอ ในคนแต่ละคนจะมีเอกลักษณ์เฉพาะตนซึ่งไม่เหมือนใคร เราสามารถนำรูปแบบของแถบดีเอ็นเอที่เก็บตัวอย่างได้ไปเปรียบเทียบกับรูปแบบของแถบดีเอ็นเอของบุคคลผู้ต้องสงสัยว่าเป็นผู้ก่ออาชญากรรม ดังรูป

รูปแสดงการนำพิมพ์ดีเอ็นเอมาช่วยในการแก้ปัญหาอาชญากรรม

8. โครงการจีโนมของมนุษย์ จีโนม (genome) หมายถึง ชุดของยีนหรือดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิต จีโนมหนึ่งจีโนม หมายถึง ดีเอ็น-เอที่มีอยู่ทั้งหมดในเซลล์หนึ่งเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งจุดประสงค์หลักของโครงการจีโนมของมนุษย์คือ การแสดงลำดับการเรียงตัวของยีนทุกยีนที่มีอยู่ในจีโนมของมนุษย์

รูปแสดงจีโนมของมนุษย์

การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีชีวภาพในด้านต่างๆ

ปัจจุบันได้มีการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีหลายด้านดังแผนภูมิ