Chromosome

โครโมโซม (Chromosome)

                                    

                สิ่งมีชีวิตประกอบด้วยหน่วยพื้นฐานที่สำคัญ ก็คือ เซลล์ เซลล์มีส่วนประกอบที่สำคัญได้แก่ เยื่อหุ้มเซลล์ ไซโตพลาสซึม นิวเคลียส

                ภายในนิวเคลียสจะมีองค์ประกอบที่สำคัญชนิดหนึ่งที่ทำหน้าที่ควบคุมลักษณะของ สิ่งมีชีวิต เรียกว่า โครโมโซม โครโมโซมมีองคประกอบเป็นสารเคมีประเภทโปรตีน และกรดนิวคลีอิก ขณะแบ่งเซลล์โครโมโซมจะมีรูปร่างเปลี่ยนแปลงไป มีชื่อเรียกตามรูปร่างลักษณะที่เปลี่ยนลักษณะของโครโมโซม

โครงสร้างของโครโมโซม

                                       

               โครโมโซม(Chromosome)สามารถพบได้ในนิวเคลียสของเซลล์สิ่งมีชีวิตทั่วไป โดยสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดอาจมีจำนวนและรูปร่างโครโมโซม(Chromosome)แตกต่างกัน แต่โดยทั่วไปแล้วทุกๆ เซลล์ภายในของสิ่งมีชีวิตจะมีจำนวนโครโมโซม(Chromosome)เท่ากัน

                ยกเว้นในเซลล์สืบพันธุ์ ซึ่งจะมีจำนวนโครโมโซม(Chromosome)ลดลงครึ่งหนึ่ง และในเซลล์ที่ไม่มีนิวเคลียสซึ่งจะไม่พบโครโมโซม(Chromosome) ถ้าหากตัดโครโมโซม(Chromosome)ระยะเมตาเฟส (Metaphase) ออกมาส่วนหนึ่งจะพบว่ามีลักษณะเป็นเส้นใยโครมาติน(Chromatin fiber)ที่อัดตัวกันแน่น ซึ่งหากยืดเส้นใยเหล่านี้ออกจะพบว่าเป็นส่วนของนิวคลีโอโซม(Nucleosome)ที่เชื่อมต่อกันและขดเป็นวงแหวนโซลีนอยด์ (solenoid) เรียกว่า ซุปเปอร์คอยด์ นิวคลีโอโซม (Supercoiled nucleosome) ถ้ายืดเส้นใยนี้ออกอีกจะพบว่าแต่ละนิวคลีโอโซม(Nucleosome) มีสายดีเอ็นเอ(DNA)พันอยู่ 2 รอบเรียก coiled nucleosome ซึ่งนิวคลีโอโซม(Nucleosome)เหล่านี้แท้จริงคือโปรตีนฮิสโตน(Histone Protein) 8 ก้อนที่เกาะติดกันเรียกทั่วไปว่า histone octamer และยังมีโปรตีนฮิสโตน 1 ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมให้สายดีเอ็นเอ(DNA)ที่พันรอบนั้นคงอยู่ได้ และทำให้นิวคลีโอโซม(Nucleosome)เชื่อมเป็นสายต่อเนื่องกันด้วย

ส่วนประกอบของโครโมโซม

สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งอาจมีโครโมโซมที่มีรูปร่างแบบเดียวหรือหลายแบบก็ได้

                                         

โครโมโซมแบ่งเป็นแบบต่างๆ ได้ดังนี้

1. Metacentric เมตาเซนตริก เป็นโครโมโซมที่มีแขนยื่น 2 ข้างออกจากเซนโทรเมียร์เท่ากันหรือเกือบเท่ากัน

2. Submetacentric ซับเมตาเซนตริก เป็นโครโมโซมที่มีแขนยื่นออกมา 2 ข้างจากเซนโทรเมียร์ไม่เท่ากัน

3.Acrocentric อะโครเซนตริก เป็นโครโมโซมที่มีลักษณะเป็นแท่งโดยมีเซนโทรเมียร์อยู่ใกล้กับปลายข้างใด ข้างหนึ่ง จึงเห็นส่วนเล็กๆ ยื่นออกจากเซนโทรเมียร์

4.Telocentric เทโลเซนตริก เป็นโครโมโซมที่มีลักษณะเป็นแท่งโดยมีเซนโทรเมียร์อยู่ตอนปลายสุดของโครโมโซม

กฎของเมนเดล

                                       

กฎข้อที่ 1 กฎแห่งการแยก ( Law of Segregation )

สาระสำคัญของกฎ          ยีนที่อยู่คู่กัน จะแยกตัวออกจากกันไปอยู่ในแต่ละเซลล์สืบพันธุ์ ดังนั้นภายในเซลล์สืบพันธุ์จะไม่มียีนที่เป็นคู่กันเลย                                                                                 

กฎข้อนี้ เมลเดลได้ศึกษาการถ่ายทอดลักษณะโดยพิจารณายีนคู่เดียว ( Monohybrid cross )

ตัวอย่าง ถ้านำถั่วลันเตารุ่นพ่อแม่ ( P ) ลักษณะเมล็ดกลมกับเมล็ดขรุขระที่ต่างเป็นพันธุ์แท้มาผสมกันจะได้รุ่นลูก ( F1 ) มีจีโนไทป์และฟีโนไทป์ชนิดเดียวกันทั้งหมด และปล่อยให้รุ่นF1 ผสมกันเองได้รุ่นหลาน ( F2 )จะได้จีโนไทป์แตกต่างกันเป็น 3 ชนิด ในสัดส่วน 1 : 2 : 1 และได้ฟีโนไทป์แตกต่างกันเป็น 2 ชนิด ในสัดส่วน 3 : 1 ซึ่งพิจารณาได้ดังนี้

สัดส่วนของจีโนไทป์และฟีโนไทป์จากการผสมโดยพิจารณายีนคู่เดียว ( Monohybrid cross )

กฎข้อที่ 2 กฎแห่งการรวมกลุ่มอย่างอิสระ ( Law of independent assortment )

สาระสำคัญของกฎ             ยีนที่อยู่เป็นคู่กันเมื่อแยกออกจากกันแล้ว แต่ละยีนจะไปกับยีนอื่นใดก็ได้อย่างอิสระ นั่นคือ เซลล์สืบพันธุ์จะมีการรวมกลุ่มของหน่วยพันธุกรรมของลักษณะต่างๆ โดยการรวมกลุ่มที่เป็นไปอย่างอิสระ จึงทำให้สามารถทำนายผลที่เกิดขึ้นในรุ่นลูกรุ่นหลานได้ กฎข้อนี้ เมนเดลได้ศึกษาการถ่ายทอดลักษณะโดยพิจารณาจากยีน 2 คู่ ( Dihybrid cross )

ดังนั้นเราสามารถใช้สูตรหาชนิดเซลล์สืบพันธุ์ คือ 2n

( n = จำนวนคู่ของ heterozygous gene )

ตัวอย่าง สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งมีจีโนไทป์ AaBbCc จะสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่มียีนต่างกันได้กี่แบบ

วิธีที่ 1 ใช้สูตร ชนิดเซลล์สืบพันธุ์  = 2n

                                            =    = 8 ชนิด

วิธีที่ 2 ใช้กฎแห่งการรวมกลุ่มโดยอิสระ

ข้อควรทราบ 1. ยีนที่อยู่ในเซลล์สืบพันธุ์เดียวกัน จะต้องไม่มียีนที่เป็นคู่อัลลีลกัน

                   2.โครโมโซมที่อยู่ในเซลล์สืบพันธุ์เดียวกัน จะต้องไม่มีโครโมโซมที่เป็นคู่กัน หรือเป็นโฮโมโลกัส เนื่องจากเซลล์สืบพันธุ์มักเกิดการจากแบ่งเซลล์ที่มีการแบ่งนิวเคลียสแบบไมโอซิส

ลักษณะทางพันธุกรรม

                                     

            ลักษณะทางพันธุกรรม หมายถึง ลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่ถูกควบคุมโดยกรดนิวคลีอิกชนิด DNA หรือ RNAที่สามารถถ่ายทอดจากรุ่นหนึ่งไปยังรุ่นต่อ ๆ ไป โดยอาศัยเซลล์สืบพันธุ์หรือเซลล์ชนิดอื่น ๆ เป็นสื่อกลาง

ในการถ่ายทอด

              ประเภทของลักษณะทางพันธุกรรม

              ลักษณะทางพันธุกรรมจำแนกเป็น 2 ประเภท คือ

1.ลักษณะที่มีความแปรผันไม่ต่อเนื่อง (Discontinuous variation) เป็นลักษณะพันธุกรรมที่

    - แยกความแตกต่างกันได้อย่างเด่นชัด

    - มักถูกควบคุมด้วยยีนน้อยคู่

    - มักเกี่ยวข้องกับทางด้านคุณภาพ (Qualitative trait)

2. ลักษณะที่มีความแปรผันต่อเนื่อง (Continuous variation) เป็นลักษณะทางพันธุกรรมที่

    - ไม่สามารถแยกความแตกต่างได้อย่างเด่นชัด

   - มักถูกควบคุมด้วยยีนหลายคู่ (Polygenes or Multiple genes)

   - มักเกี่ยวข้องกับทางด้านปริมาณ (Qrantitative trait)

 มัลติเปิลยีนส์ หรือพอลียีนส์ (Multiple genes or Polygenes)

                                          

        มัลติเปิลยีนส์ หรือ พอลียีนส์ หมายถึง กลุ่มของยีนหรือยีนหลาย ๆ คู่ที่กระจายอยู่บนโครโมโซมคู่เดียวกันหรือต่างคู่กัน ต่างทำหน้าที่ร่วมกันในการควบคุมลักษณะพันธุกรรมหนึ่ง ๆ ของสิ่งมีชีวิต

              ยีน และโครโมโซม (Gene and Chromosome)

                                                            

               ยีน (Gene) หมายถึง หน่วยควบคุมลักษณะพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ซึ่งเป็นแต่ละส่วนของสารพันธุกรรม ชนิด DNA หรือ RNA โดยบรรจุอยู่ในโครโมโซม (Chromosome) ตำแหน่งของยีนในโครโมโซมเรียก โลกัส (Locus) เนื่องจากสิ่ง มีชีวิตโดยทั่วไปจะมีโครโมโซมเหมือนกันเป็นคู่ ๆ (Homologus chromosome) ดังนั้น 1 โลกัส จึงหมายถึง 2 ตำแหน่งที่อยู่ตรงกันบนโฮโมโลกัสโครโมโซม ซึ่งยีนต่างชนิดกันที่อยู่บนโลกัสเดียวกัน เรียกว่าเป็น

อัลลีล (Allele) กัน 

DNA และ RNA

                                         

หน้าที่ของดีเอ็นเอ (Function of DNA)

              ดีเอ็นเอ(DNA)สามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งข้อมูลทางพันธุกรรม(Heredity)ของสิ่งมีชีวิตได้โดยอาศัยการเก็บในรูปของรหัสพันธุกรรม (genetic code) ซึ่งเมื่อถึงเวลาที่เซลล์ต้องการแบ่งตัวนั้นส่วนของดีเอ็นเอ(DNA)ก็จะมีการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (DNA replication)โดยดีเอ็นเอ(DNA)เกลียวคู่จะแยกออกจากกันเป็นสายเดี่ยวเพื่อใช้เป็นต้นแบบ (template) ให้กับการสังเคราะห์โพลีนิวคลีโอไทด์สายใหม่ โดยการเติมนิวคลีโอไทด์ทีละหนึ่งโมเลกุลในทิศทาง 5’ ไปยัง 3’ โดยอาศัยเอนไซม์ DNA polymerase ซึ่งมีผลให้ดีเอ็นเอ(DNA)เกลียวคู่ที่จำลองขึ้นใหม่จะประกอบด้วยโพลีนิวคลีโอไทด์จากสายต้นแบบเดิมกับสายที่เกิดจากการสังเคราะห์ใหม่เสมอ จึงเรียกการจำลองตัวเองในลักษณะนี้ว่าการจำลองตัวเองแบบกึ่งอนุรักษ์ (semiconservative replication) ดีเอ็นเอ(DNA)ยังมีหน้าที่ในการควบคุมการแสดงออกของสิ่งมีชีวิตโดยอาศัยการทำงานของยีน(gene)ซึ่งเป็นหน่วยอยู่บนดีเอ็นเอ(DNA) แต่ละยีน(gene)ควบคุมลักษณะที่สิ่งมีชีวิตแสดงออกแตกต่างกันออกไป ซึ่งการที่สิ่งมีชีวิตมีลักษณะ (phenotype) แตกต่างกันนั้น การควบคุมอย่างหนึ่งคือการที่สิ่งมีชีวิตนั้นมีการสร้างโปรตีนหรือเอนไซม์ที่แตกต่างกัน โดยเริ่มต้นขบวนการจากในนิวเคลียสโดยยีน(gene)มีการถอดรหัส (transcription) เป็นกรดนิวคลีอิคชนิดอาร์เอ็นเอ (RNA,ribonucleic acid) เรียกว่าmRNA (messenger RNA) ซึ่งเป็นโพลีนิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว โดยอาศัยเอนไซม์ RNA polymerase จากนั้น mRNA จะออกจากนิวเคลียสมายังไซโตพลาสซึมเพื่อทำการแปลรหัส(translation) เป็นโปรตีนหรือเอนไซม์เพื่อทำหน้าที่ในเซลล์อีกต่อหนึ่ง โดยอาศัย tRNA(transfer RNA), กรดอะมิโน, rRNA (ribosomal RNA),ไรโบโซม(ribosome) และ translation factors

หน้าทีของRNA(Ribonucleic acid)

     อาร์เอ็นเอ (RNA) หรือเรียกว่า กรดไรโบนิวคลีอิก (Ribonucleic acid – RNA) คือสายพอลิเมอร์ของนิวคลีโอไทด์ (Nucleotide) ที่ไม่มีการแตกกิ่งก้านสาขา มีความยาวสั้นกว่าโมเลกุลของ DNA มาก มีโครงสร้างคล้าย DNA โดยอาร์เอ็นเอ (RNA) ประกอบด้วย น้ำตาลไรโบส (Ribose), เบส 4 ชนิด อันประกอบด้วย อะดีนีน (Adenine, A) , ยูราซิล (Uracil, U) , ไซโตซีน (Cytosine, C) และกัวนีน (Guanine, G) และหมู่ฟอสเฟตโดยอาร์เอ็นเอ (RNA) ส่วนใหญ่จะเป็นโพลีนิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว(single strand) ซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ (Nucleotide) เชื่อมต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ (phosphodiester bond เป็นพันธะโคเวเลนต์ประเภทหนึ่ง) โดยเบสยูราซิลจะสามารถเชื่อมกับอะดีนีนแทนไทมีนได้ อาร์เอ็นเอ (RNA) เกิดจากการคัดสำเนาข้อมูล หรือเรียกว่าการถอดรหัส (transcription) จากดีเอ็นเอ (DNA) โดยเอนไซม์อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรส (RNA Polymerase) แล้วเข้ากระบวนการต่อเนื่องโดยเอนไซม์อื่นๆ อีก อาร์เอ็นเอ(RNA) จะทำหน้าที่เหมือนแม่แบบ(Template)สำหรับแปลข้อมูลจากยีนไปเป็นข้อมูลในโปรตีน แล้วขนย้ายกรดอะมิโนเข้าไปในออร์แกเนลล์ไรโบโซม (ribosome)ของเซลล์ เพื่อผลิตโปรตีน และแปลรหัส (translation) เป็นข้อมูลในโปรตีน

ชนิดของ อาร์เอ็นเอ (RNA)มีทั้งหมด 3 ชนิด คือ

     1.เอ็มอาร์เอ็นเอ หรือ เมสเซนเจอร์ อาร์เอ็นเอ (messenger RNA, mRNA)

     2.ทีอาร์เอ็นเอ หรือ ทรานสเฟอร์ อาร์เอ็นเอ (transfer RNA, tRNA)

     3.อาร์อาร์เอ็นเอ หรือ ไรโบโซมอล อาร์เอ็นเอ (ribosomal RNA, rRNA)

การจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (DNA Replication)

              โดยทั่วไปที่ทุกคนได้ศึกษาขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)จะเป็นการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกโปรคาริโอต เพราะเนื่องด้วยการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกยูคาริโอตมีความซับซ้อนกว่าพวกโปรคาริโอต ดังนั้นเนื้อหาในหลักสูตรต่างๆจึงได้ให้ศึกษาขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกโปรคาริโอตเป็นหลัก วิธีสังเกตว่าขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ที่ได้ศึกษาเป็นของพวกโปรคาริโอตหรือพวกยูคาริโอต คือ ดูที่ชื่อของ DNA Polymerase ถ้ามีชื่อ DNA Polymerase III อยู่ในขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication) จะเป็นขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกโปรคาริโอต แต่หากไม่มีชื่อของ DNA Polymerase III ปรากฏอยู่ในขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)เลย แต่อาจจะมีชื่อ DNA Polymerase α หรือ DNA Polymerase δ อยู่ในขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)แทน จะเป็นขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ของพวกยูคาริโอต

ขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA replication)มีอยู่ 3 ขั้นตอน คือ

1. การเริ่มต้นการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(Initiation of DNA Replication)

2. การขยายยาวของสายโพลีนิวคลีโอไทด์สายใหม่ (Polymerlization of DNA Replication)

3. การสิ้นสุดการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(Termination of DNA Replication)

     1. การเริ่มต้นการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (Initiation of DNA Replication)

              ในดีเอ็นเอ(DNA) ของแบคทีเรียนั้นจะมีจุดสำหรับเริ่มการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(Origin of DNA Replication หรือ Ori) จะมีโปรตีนเข้ามากระตุ้นให้ดีเอ็นเอ(DNA)ที่จุดเริ่มต้นดังกล่าวเกิดการคลายตัว โดยมีเอนไซม์เฮลิเคส(Helicase)เข้ามาตัดหรือทำลายพันธะไฮโดรเจนในสายของดีเอ็นเอ(DNA) เพื่อให้ดีเอ็นเอ(DNA)สายเกลียวคู่เป็นดีเอ็นเอ(DNA)สายเดี่ยว โดยจะเกิดการแยกตัวของสายดีเอ็นเอ(DNA) ที่เรียกว่า “เรพลิเคชันฟอร์ค (Replication Fork)” ซึ่งโปรตีน SSB (Single Strand Binding Protein)จะเข้ามาจับเพื่อป้องกันไม่ให้สายของดีเอ็นเอ(DNA) สร้างพันธะไฮโดรเจนขึ้นมาอีกในระหว่างขั้นตอน เมื่อดีเอ็นเอ(DNA)สายเกลียวคู่ได้ถูกแยกออกจากกันแล้ว ส่วนที่อยู่ตรงเหนือจุดแยกของดีเอ็นเอ(DNA)สายเกลียวคู่นั้นจะเกิดการขดม้วนตัวเป็นกลายเป็นเกลียวซ้อนเกลียวเกิดขึ้น (Super Coiling) มีผลทำให้เอนไซม์เฮลิเคส(Helicase)ไม่สามารถที่จะทำการแยกสายดีเอ็นเอ(DNA)เกลียวคู่ให้เป็นดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบต่อไปได้ ซึ่งจะมีเอนไซม์โทโปไอโซเมอเรส (Topoisomerase) จะเข้ามาทำหน้าที่ในการคลายเกลียวในบริเวณที่เกิดเป็นเกลียวซ้อนเกลียว(Super Coiling) ของดีเอ็นเอ(DNA) โดยทำการตัดในส่วนของ Phosphate Backbone ของดีเอ็นเอ(DNA) เพื่อลดการพันกันที่ยุ่งเหยิงและการขมวดปมของสายดีเอ็นเอ(DNA)ในระหว่างการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ขึ้นมาอีก

     2. การขยายยาวของสายโพลีนิวคลีโอไทด์สายใหม่ (Polymerlization of DNA Replication)

              เมื่อดีเอ็นเอ(DNA)ทั้งสองสายได้แยกออกจากกันแล้วเอนไซม์ DNA Polymerase III (ดีเอ็นเอพอลีเมอเรส ทรี) หรือเรียกสั้นๆว่า DNA Pol III จะเข้ามาตรงที่จุดที่แยกออกเพื่อสร้างดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่ขึ้น เนื่องจาก DNA Polymerase III มีคุณสมบัติในการสร้างดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่จากทิศ 5’ ไป 3’ เท่านั้น จึงต้องการดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบที่เป็นสายมีทิศเป็น 3’ ไป 5’ แต่ดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบจะมี 2 สาย ทั้งที่เป็นทิศ 3’ ไป 5’ และทิศ 5’ ไป 3’ ดังนั้น การสร้างสายดีเอ็นเอ(DNA)จึงสามารถแบ่งได้เป็น 2 แบบ ดังนี้

                สายต่อเนื่อง (Leading Strand) คือสายดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบที่มีทิศจาก 3’ ไป 5’ ในสายนี้ DNA Polymerase III จะสามารถสร้างดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่ได้อย่างต่อเนื่อง เริ่มต้นโดยเอนไซม์ Primase(ไพรเมส) ทำการสร้างไพรเมอร์(Primer) คือ เป็นอาร์เอ็นเอ(RNA)สายสั้นๆ[หรือ อาจเรียกว่า อาร์เอ็นเอไพรเมอร์(RNA Primer)] มีขนาดประมาณ 10-26 นิวคลีโอไทด์ เข้ามาจับกับดีเอ็นเอ(DNA)ตรงจุดที่แยกออก จากนั้น DNA Polymerase III จะเข้าไปเติม dNTPs เข้ามาบนสายดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบในทิศทาง 5’ ไป 3’ ไปเรื่อยๆ

              สายไม่ต่อเนื่อง (Lagging Strand) คือสายดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบมีทิศจาก 5’ ไป 3’ ทำให้การสร้างดีเอ็นเอ(DNA)ที่เป็นสายยาวไปเลยทีเดียว DNA Polymerase III ไม่สามารถทำได้ แต่จะทำให้สายดีเอ็นเอ(DNA)แม่แบบสายนี้จะม้วนงอผ่าน DNA Polymerase III เพื่อจะทำให้ DNA polymerase III สามารถสร้างดีเอ็นเอ(DNA)สายใหม่ในทิศทาง 5’ ไป 3’ โดยจะสร้างดีเอ็นเอ(DNA)เป็นสายสั้นๆ เรียกว่า “โอคาซากิ แฟรกเม้นต์” หรือ “ชิ้นส่วน โอคาซากิ” (Okazaki Fragment) โดย Primase(ไพรเมส) จะทำการสร้างไพรเมอร์(Primer)คืออาร์เอ็นเอ(RNA)สายสั้นๆ[หรือ อาจเรียกว่า อาร์เอ็นเอไพรเมอร์(RNA Primer)] สำหรับในการสร้างชิ้นส่วนโอคาซากิแต่ละชิ้น ซึ่งหน่วยย่อยเบต้า(β Subunit)ของ DNA Polymerase III จะเข้ามาจับที่ไพรเมอร์(Primer)และทำการเชื่อมต่อกับ DNA Polymerase III เมื่อหมดชิ้นจะสร้างชิ้นใหม่ หน่วยย่อยเบต้า(β Subunit)อันเดิมจะหลุดออกไป แล้วหน่วยย่อยเบต้า(β Subunit)อันใหม่จะเข้ามาจับกับไพรเมอร์(Primer)อันต่อไป เป็นลักษณะนี้ต่อไปเรื่อยๆ

     DNA Polymerase I จะทำหน้าที่ตรวจสอบความถูกต้องของลำดับของสายดีเอ็นเอ(DNA)ที่สร้างขึ้นมาใหม่ ทำการทำลายส่วนของไพรเมอร์(Primer)ที่เป็นอาร์เอ็นเอ(RNA) และ ทำการสร้างดีเอ็นเอ(DNA)ซ่อมแซมส่วนที่ถูกตัดออกไป ในจุดที่ DNA Polymerase I ตัดออกไป จะยังไม่ได้เชื่อมต่อด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์(Phosphodiester Bond)ตรงปลาย 5’ ของจุดที่ถูกตัด จะถูกเชื่อมด้วยเอนไซม์ ดีเอ็นเอไลเกส (DNA Ligase) โดยที่ในสายต่อเนื่อง(Leading Strand)จะตัดครั้งเดียว ส่วนสายไม่ต่อเนื่อง(Lagging Strand)จะตัดไพรเมอร์(Primer)ของชิ้นส่วนโอคาซากิทุกชิ้น

     3. การสิ้นสุดการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ (Termination of DNA Replication)

              การจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)จะมีตำแหน่งที่เป็นจุดสิ้นสุดของการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)อยู่ ที่ตำแหน่งนี้มีขนาดประมาณ 20 คู่เบส ที่เรียกว่า Ter Sequence โดยจะมีโปรตีนที่ทำการจดจำตำแหน่งนี้เข้ามาจับที่ Ter Sequence เพื่อทำให้ DNA Polymerase III ได้หยุดการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ(DNA Replication)ลง

การถอดรหัส

                                           

             การถอดรหัสมีกลไกคล้ายกับการลอกแบบเพื่อสร้าง DNA การคัดลอกเพื่อสร้าง RNA นั้น DNA จะต้องมีการคลายเกลียวออก และใช้หลักการของการเกิดเบสคู่สม ลำดับเบสบน RNA จะมีลำดับเบสที่เป็นคู่สมกันกับลำดับเบสบน DNA สายแม่แบบ แต่การสร้าง RNA จะใช้ไรโบนิวคลีโอไทด์เป็นสับสเตรท (สร้างโดยอาร์เอนเอโพลีเมอเรส) และไม่ต้องการไพรเมอร์การถอดรหัสเป็นการสังเคราะห์ mRNA โดยใช้ DNA เป็นแม่แบบ ใน DNA เกลียวคู่จะใช้สายใดสายหนึ่งเป็นแม่แบบเรียกว่าสาย template ส่วนอีกสายที่ไม่ได้ใช้เป็นแม่แบบในการสังเคราะห์ RNA เรียกสาย coding

ขั้นตอนการสังเคราะห์ RNA แบ่งเป็น 3 ขั้นตอนคือ

ขั้นเริ่มต้น (initiation)

ขั้นต่อสาย (elongation)

ขั้นหยุด (termination)

สิ่งที่ต้องใช้ในการการถอดรหัสหรือการสังเคราะห์RNA ได้แก่

- DNA เพียงสายเดียวเป็นแม่พิมพ์

- เอนไซม์ RNA พอลิเมอเรส ( RNA polymerase )

ไรโบนิวคลีโอไทด์ 4 ชนิด คือ

ไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีเบส A

ไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีเบส U

ไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีเบส C

ไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีเบส G

การถอดรหัส (Transcription) คือ 

           การถอดรหัส (Transcription) คือ กระบวนการการสร้างอาร์เอ็นเอ (RNA synthesis) จากดีเอ็นเอ(DNA) โดยอาศัยดีเอ็นเอ(DNA)ในส่วนที่เป็นยีน(gene)เป็นสายแม่แบบ(Template strand)ในการสร้างอาร์เอ็นเอ (RNA synthesis) หรือการถอดรหัส (Transcription) เนื่องจากทั้งอาร์เอ็นเอ(RNA)และดีเอ็นเอ(DNA)ต่างเป็นกรดนิวคลิอิกซึ่งใช้ลำดับคู่เบสของนิวคลีโอไทด์(Nucleotide)เป็นส่วนที่เข้าคู่กันได้อย่างดี(Complementary) (สามารถเปลี่ยนกลับไปกลับมาได้หากมีเอนไซม์ที่เหมาะสม)

(Translation) คือ อะไร

การแปลรหัส (Translation)

     การแปลรหัส (Translation, อ่านว่า ทรานสเลชั่น) คือ ขั้นตอนแรกในการสร้างโปรตีน และเป็นส่วนหนึ่งของการแสดงออกของยีน(gene expression) การแปลรหัส (Translation)เป็นการสร้างโปรตีนโดยอ่านรหัสจาก mRNA ที่ได้จากการถอดรหัส(transcription)

     การแปลรหัส (Translation)นั้นเกิดในบริเวณไซโตพลาสซึม(Cytoplasm) ซึ่งมีไรโบโซม(Ribosome)อยู่ โดยไรโบโซม(Ribosome)นั้นประกอบด้วยหน่วยย่อยขนาดใหญ่และหน่วยย่อยขนาดเล็ก โดยทั้ง 2 หน่วยย่อยจะมาประกบกันเมื่อมีการแปลรหัส (Translation)จาก mRNA โดยการแปลรหัส (Translation)นี้จะทำการสร้างสายโพลีเปบไทด์(Polypeptide)จากการที่อ่านรหัสพันธุกรรมที่เป็นลำดับเบสบนสายของ mRNA ซึ่งรหัสพันธุกรรมนี้จะเป็นตัวกำหนดลำดับของกรดอะมิโน(amino acid) ในโปรตีนที่ถูกสร้างขึ้นมาจากการแปลรหัส (Translation)

เทคโนโลยีชีวภาพกับพันธุกรรม

 เทคโนโลยีชีวภาพ (Biotechnology) หมายถึง การปรุยุกต์ใช้ความรู้เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตมาใช้ในการปรับปรุงคุณภาพชีวิตของมนุษย์ด้วยการเพิ่มผลผลิต ปรับปรุงพันธุ์และการสังเคราะห์สารเคมีต่าง ๆพันธุกรรม (Heridity) หมายถึง การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมที่ถ่ายทอดจากพ่อแม่ไปสู่ลูกหลาน

วิธีการพัฒนาลักษณะที่ต้องการให้เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต โดยการนำความรู้ทางด้านเทคโนโลยีชีวภาพและพันธุกรรมมาใช้มี 3 วิธี ดังนี้

การคัดเลือกพันธุ์

การคัดลอกพันธุ์หรือการโคลน  (Cloning)

การใช้พันธุวิศวกรรม (Genetic Engineering)

    การคัดเลือกพันธุ์  แบ่งได้เป็น 2 ชนิด คือ

   1.  การคัดเลือกพันธุ์ผสม มนุษย์ได้ใช้วิธีการคัดเลือกพันธุ์ผสมกับพืชและสัตว์มากมายหลายชนิด โดยต้องการเพิ่มคุณค่าของพืชและสัตว์ให้ตรงตามความต้องการของมนุษย์ เช่น ดอกไม้ ผลไม้ พืชผัก หลายพันธุ์ได้รับการผสมให้มีความต้านทานต่อแมลงและโรคต่าง ๆ การผสมและการคัดเลือกวัวพันธุ์นมและวัวพันธุ์เนื้อให้ได้ผลผลิตสูงกว่าวัวพันธุ์พื้นเมือง และมีความต้านทานโรคต่าง ๆ ได้ดีกว่าพ่อพันธุ์และแม่พันธุ์จากต่างประเทศ

      การคัดเลือกพันธุ์ผสม มี 2 วิธี คือ

  1.การคัดเลือกพันธุ์ผสมที่เกิดจากการผสมในสายพันธุ์เดียวกัน (Inbreeding) ทำได้โดยนำสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน 2 ตัวมาผสมกัน ลูกผสมที่เกิดจากการผสมในสายพันธุ์เดียวกันเช่นนี้จะมีความคล้ายคลึงกับรุ่นพ่อแม่มาก จุดประสงค์ของการผสมในสายพันธุ์เดียวกัน คือ การสร้างพันธุ์ที่มีลักษณะพิเศษโดยเฉพาะให้กับสัตว์

    ข้อเสียของการผสมภายในสายพันธุ์เดียวกัน คือ

1.  ไปลดโอกาสของรุ่นลูกที่จะได้รับการถ่ายทอดลักษณะใหม่ ๆ เกิดขึ้น

2.  ทำให้ยีนที่ควบคุมลักษณะด้อยส่วนที่ไม่ดี มีโอกาสปรากฏได้มาก ทำให้เกิดผลเสียต่อพืชหรือสัตว์ที่ได้รับการคัดเลือกพันธุ์ เช่น ทำให้มีขนาดเล็ก มีผลผลิตต่ำ ทำให้ความสามารถในการสืบพันธุ์ต่ำ และทำให้ลักษณะที่ผิดปกติปรากฏได้มาก

   3.  การคัดเลือกพันธุ์ผสมที่เกิดจากการผสมข้ามสายพันธุ์ (Hybridization) เป็นการผสมที่นำสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะทางพันธุกรรมแตกต่างกันมาผสมกัน ได้ลูกผสมที่มีลักษณะแตกต่างกันแล้วจึงคัดพันธุ์ลูกผสมที่ได้รับลักษณะที่ดีที่สุดจากพ่อแม่มาเพาะพันธุ์ต่อไป เช่น

                การผสมข้าวที่มีเมล็ดยาว น้ำหนักมากกับข้าวที่มีความต้านทานโรคสูง จะได้ข้าวพันธุ์ผสมที่มีลักษณะที่ต้องการทั้งสองอย่าง

                สัตว์และพืชพันธุ์ดีๆ ในปัจจุบัน ส่วนใหญ่เป็นผลผลิตจากการผสมข้ามสายพันธุ์ เป็นต้นว่าไก่พันธุ์ไข่ ไก่พันธุ์เนื้อ โคพันธุ์เนื้อ กระบือ ข้าว ข้าวฟ่าง ข้าวโพด ผลไม้ชนิดต่าง ๆ ที่ไม่มีเมล็ด เช่น แตงโม ส้ม ตลอดจนไม้ดอกที่มีสีสันสวยงามแปลกตา และมีขนาดใหญ่ เช่น กล้วยไม้ กุหลาบ

   4.  การคัดเลือกพันธุ์พืชใหม่จากการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ  ในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชที่นักเรียนได้ศึกษามาแล้ว จะพบว่าผลของการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อจะได้ต้นพืชที่สมบูรณ์ มีลักษณะเหมือนกันจำนวนมาก แต่ต้นอ่อนที่ได้จากการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ เมื่อเลี้ยงต่อๆ ไปหลายๆ รุ่น จะเกิดการเปลี่ยนแปลงหรือกลายพันธุ์ไปตามสภาพแวดล้อมจำนวนมาก โดยไม่ต้องใช้สารเคมีหรือกัมมันตรังสีเป็นตัวกระตุ้นให้เกิดการกลายพันธุ์

ปัจจุบันพบว่าในขณะเลี้ยงเซลล์จะมีการกลายพันธุ์ได้มาก โดยไม่ต้องใช้สารเคมีหรือกัมมันตรังสี ซึ่งเมื่อเกิดแล้วจะพบได้ง่าย โดยเฉพาะเมื่อเกิดกับเซลล์เดี่ยวหรือกลุ่มเซลล์เล็กๆ เมื่อมีการผันแปรเนื่องจากการกลายพันธุ์มากๆ ทำให้สามารถคัดเลือกต้นที่มีลักษณะใหม่ เพื่อนำไปขยายพันธุ์โดยตรงหรือใช้ผสมต่อไป นอกจากนี้อาจมีการคัดเลือกลักษณะที่มีปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อม เช่น ทนโรคหรือแมลง ทนแล้ง และสามารถขึ้นในดินเค็ม ในกรณีเหล่านี้สามารถคัดเลือกต้นที่เจริญในสภาพแร้นแค้นได้ดีหลายชั่วอายุกระบวนการเช่นนี้เรียกว่า วิวัฒนาการเทียม เพราะมีการกระตุ้นให้เกิดการกลายพันธุ์มากๆ โดยมีการจำลองสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมเพื่อคัดเลือกต้นที่มีคุณสมบัติพิเศษ

ในประเทศไทยได้ใช้เทคโนโลยีในการกลายพันธุ์ของเซลล์ร่างกายได้ผลกับยาสูบและข้าวโดยทดลองให้เกิดการกลายพันธุ์จนปลูกได้ในดินเค็มและกล้วยไม้ทำให้มีลักษณะดอกที่แปลกออกไป และกำลังพยายามหาพืชพันธุ์ต่างๆ ที่สามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมได้มากขึ้น

     2.  การคัดลอกพันธุ์หรือการโคลน  (Cloning)

การคัดเลือกพันธุ์หรือการโคลน  หมายถึงการสร้างสิ่งมีชีวิตขึ้นมาใหม่โดยไม่ได้อาศัยการปฏิสันธิของเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้คืออสุจิกับเซลล์สืบพันธุ์เพศเมียคือไข่  แต่ใช้เซลล์ร่างกายในการสร้างสิ่งมีชีวิตขึ้นมาใหม่

การนำเทคโนโลยีการโคลนมาใช้  เนื่องจากการผสมโดยการคัดเลือกพันธุ์ไม่สามารถจะควบคุมให้พันธุ์พ่อและพันธุ์แม่ถ่ายทอดลักษณะไปยังรุ่นลูกได้ตามที่ต้องการ  แต่การใช้การโคลนสามารถผลิตรุ่นลูกให้มีลักษณะที่ต้องการได้ตามความประสงค์  ซึ่งสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นใหม่จะมีองค์ประกอบทางพันธุ์กรรมเช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตที่เป็นต้นกำเนิดทุกประการ

    การโคลนพืช

   1.  การตัด ปักชำ  ส่วนที่ตัดเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ จากพืช เช่น กิ่ง ใบ ราก เมื่อนำไปปักชำ จะสามารถเจริญเติบโตเป็นพืชใหม่ได้ และมีองค์ประกอบทางพันธุกรรมเหมือนต้นเดิมทุกประการ ตัวอย่างส่วนของพืชที่ใช้ในการตัด  ปักชำ  ได้แก่

กิ่ง  เช่น  พู่ระหง  ฤาษีผสม  ชบา  พลูด่าง  โกสน  มะลิ

ราก  เช่น  กระชาย  มันสำปะหลัง  แครอท หัวผักกาด

ใบ  เช่น  โคมญี่ปุ่น  ต้นตายใบเป็น  กุหลาบหิน  เศรษฐีพันล้าน

    2.  การเพราะเลี้ยงเนื้อเยื่อ  โดยการใช้เซลล์  อวัยวะ  เนื้อเยื่อ  และโพรโทพลาสต์ของพืชมาเลี้ยงในสารอาหารและจัดให้อยู่ในสภาวะที่เหมาะสมส่วนต่าง ๆ เหล่านั้นจะเจริญเป็นพืชใหม่ที่มีลักษณะตรงตามพันธุ์เดิมทุกประการ เช่น  การขยายพันธุ์กล้วยไม้  ข้าว  ปาล์มน้ำมัน  ยาสูบ

การโคลนสัตว์ 

วิธีการจะยากกว่าการโคลนพืชมาก  แต่นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถโคลนสัตว์ได้สำเร็จ  เช่น

1.  การโคลนกบ  ของ นายเจบี  กอร์ดอน(J.B.  Gurdon) จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดในประเทศอังกฤษ  ซึ่งนับเป็นการโคลนสัตว์มีกระดูกสันหลังเป็นครั้งแรก  โดยมีวิธีการคือ  นำนิวเคลียสของเซลล์ที่ได้จากลำไส้เล็กของลูกอ๊อดกบไปใส่ในเซลล์ไข่ของกบอีกตัวหนึ่งที่ทำลายนิวเคลียสแล้ว  ซึ่งไข่กบสามารถเจริญเติบโตเป็นกบตัวใหม่ที่มีลักษณะเหมือนกบที่เป็นเจ้าของต้นแบบนิวเคลียสที่นำมาใช้ในการโคลน

2.  การโคลนแกะ  ของ  ดร.เอียน  วิลมุต(Dr.  Ian  Wilmut)  ที่ชื่อ  แกะดอลลี่  ก็ใช้เทคโนโลยีวิธีเดียวกันกับการโคลนกบ

3.  การใช้พันธุวิศวกรรม  (Genetic  Engineering)

พันธุวิศวกรรม หมายถึง กระบวนการเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรม เพื่อให้ได้สิ่งมีชีวิตที่มีคุณสมบัติตามที่ประสงค์

พันธุวิศวกรรมเป็นการนำยีนของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งไปใส่ให้กับยีนของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งมีวิธีการนี้เรียกว่า การตัดต่อแต่งยีน ทั้งนี้เพราะได้มีการตัดแยกโมเลกุลของยีนออก แล้วนำยีนจากสิ่งมีชีวิตอื่นประกอบต่อรอยเข้าไป

ประโยชน์ที่ได้จากพันธุวิศวกรรม  ที่สำคัญได้แก่

1.  การผลิตฮอร์โมน  ในปัจจุบันมีการผลิตฮอร์โมนต่างๆ ในแบคทีเรียและยีสต์ เช่น อินซูลิน  (Insulin)  โกรทฮอร์โมน(Growth  Hormone)  เอ็นดอร์ฟิน(Endorphin)

2.  การสร้างวัคซีน  ทำให้ได้ปริมาณวัคซีนที่ไม่จำกัด และยังสามารถได้วัคซีนที่ดีกว่าและปลอดภัยกว่า  เพราะมีการกำจัดเอาส่วนของแอนติเจนที่มีพิษออกไป เช่น วัคซีนแก้โรคกลัวน้ำ โรคตับอักเสบ  โรคปากเท้าเปื่อยในสัตว์

3.  การผลิตชิ้นส่วนดีเอ็นเอ  เพื่อใช้ตรวจสอบสภาวะพันธุกรรม เช่น ตรวจสอบโรคโลหิตจาง  โรคธาลัสซีเมีย  ภาวะปัญญาอ่อน  ยีนที่อาจทำให้เกิดมะเร็ง

4.  การปรับปรุงสายพันธุ์จุลินทรีย์  เพื่อให้ได้สายพันธุ์ใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูง  หรือเพื่อผลิตวิตามิน  ยาปฏิชีวนะ  และกรดอะมิโนในปริมาณสูง  หรือเพื่อกำจัดยุงหรือแมลงศัตรูพืช

5.  การปรับปรุงพันธุ์พืชและสัตว์  เพื่อให้ได้สายพันธุ์พืชที่ทนต่อความเค็มของดิน  ต่อแมลง  ต่อยากำจัดวัชพืช  และมีคุณค่าทางอาหารดีขึ้น  เช่น  สร้างพันธุ์พืชที่ตรึงไนโตรเจนได้  สร้างพันธุ์ข้าวโพดที่มีปริมาณกรดอะมิโนโลซีนและทริปโตเฟนสูงขึ้น  ส่วนการปรับปรุงพันธุ์สัตว์  ได้แก่  การสร้างสัตว์ให้มีขนาดใหญ่กว่าเดิม  และมีคุณค่าทางอาหารเพิ่มมากขึ้น

6.  การทำแผนที่ยีนหรือแผนที่จีโนม  (Human  Genome)  ในร่างกาย  จีโนม  (Genome)  หมายถึง  ชุดของยีนหรือสารพันธุกรรมหรือดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิต  จีโนมหนึ่งจีโนม  หมายถึง  ดีเอ็นเอที่มีอยู่ทั้งหมดในเซลล์หนึ่งเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

จุดประสงค์ของการทำแผนที่ยีน  เพื่อให้รู้จักยีนทั้งหมดของคนว่ายีนไหนอยู่ตรงไหน ทำหน้าที่อะไรมีอิทธิพลต่อร่างกายอย่างไร

ประโยชน์ของการทำแผนที่ยีน  ช่วยในการรักษาโรคต่าง ๆ ที่ถ่ายทอดมาทางพันธุกรรม  เช่น  โรคมะเร็งตับ  โรคมะเร็งลำไส้  และโรคมะเร็งเต้านม

7.  การรักษาด้วยยีนหรือยีนบำบัด  (Gene  Therapy)  เพื่อแก้ไขความผิดปกติทางพันธุกรรมบางอย่าง  ทำได้โดยใส่ยีนจำลองแบบที่สามารถสั่งการได้เข้าไปภายในเซลล์ของบุคคลที่มีความผิดปกติทางพันธุกรรมนั้น ๆ โดยตรง  เช่น  คนที่ไม่สามารถสร้างโปรตีนที่จำเป็นต่อการทำงานที่ถูกต้องของปอดได้  เพราะคู่ของยีนที่ควบคุมการสร้างโปรตีนชนิดนี้บกพร่องผิดปกติทั้งคู่  โดยนักวิทยาศาสตร์จะใส่ยีนชุดทำงานได้ปกติเข้าไปในไวรัสซึ่งไม่มีพิษสงใด ๆ แล้วนำไวรัสที่ถูกตัดแต่งยีนพ่นเข้าไปในปอดของคนไข้  ซึ่งนักวิจัยหวังว่ายีนชุดที่ใส่เข้าไปในไวรัสนี้จะทำหน้าที่ผลิตโปรตีนขึ้นมาภายในร่างกายของคนไข้ได้  แต่การรักษาด้วยวิธีนี้ยังคงอยู่ในขั้นทดลองเท่านั้น  ซึ่งจะต้องมีการปรับปรุงพัฒนาต่อไป

8.  ด้านพลังงาน ได้แก่ การผลิตพลังงานจากมวลชีวภาพที่มีอยู่จำนวนมาก เช่น การผลิตแอลกอฮอล์จากแป้งมันสำปะหลัง  และการสร้างแบคทีเรียที่สามารถเปลี่ยนความหนืดของน้ำมันทำให้สามารถดูดขึ้นมาใช้ได้มากขึ้น

                ถึงแม้ว่าพันธุวิศวกรรมจะมีประโยชน์อย่างมากต่อมนุษย์  แต่ถ้านำไปใช้ในทางที่ผิดหรือขาดความระมัดระวังก็อาจทำให้เกิดโทษได้อย่างมหันต์เช่นกันGMOs (genetically modified organisms)

                    GMOs เป็นตัวย่อของคำว่า genetically modified organisms ตัว s ข้างท้ายแสดงว่าเป็นพหูพจน์ หมายความว่า มีหลายชนิด แปลความหมายเป็นภาษาไทยได้ว่า "สิ่งมีชีวิตที่ได้จากการดัดแปรหรือตัดแต่งสารพันธุกรรม" สารพันธุกรรม (DNA) คือ สารเคมีที่ประกอบกันขึ้นเป็นหน่วยพันธุกรรมหรือยีน (gene) และสิ่งมีชีวิตที่ว่านี้อาจเป็นพืช สัตว์ หรือจุลินทรีย์ก็ได้ ขณะนี้โลกมีผลิตภัณฑ์ GMOs ที่เป็นจุลินทรีย์ เช่น  จุลินทรีย์ที่ใช้อยู่ในอุตสาหกรรมอาหารและยา สัตว์บางชนิด เช่น ปลาแซลมอน แต่ GMOs ส่วนใหญ่ที่ได้รับการกล่าวถึงในปัจจุบันเกิดจากการดัดแปรสารพันธุกรรมในพืช

สาเหตุที่มีความนิยมทำ GMOs ในพืชก็เพราะว่าเทียบกับสัตว์แล้วทำได้ง่ายกว่า และสามารถศึกษาผลกระทบที่เกิดขึ้นได้จากหลายชั่วอายุ (generation) ของพืช โดยใช้เวลาน้อยกว่าการศึกษาในสัตว์ ซึ่งแต่ละชั่วอายุของสัตว์มีระยะเวลายาวนาน

คำว่า modify หมายถึง การปรับแต่งหรือการดัดแปลง และ modified หมายความว่า ได้รับการปรับแต่งหรือดัดแปลงไปเรียบร้อยแล้ว แต่ในกรณีของเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่นั้น คำนี้หมายถึงการดัดแปรหรือตัดแต่งที่เกิดขึ้นโดยมนุษย์ จากการใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรมเท่านั้น (ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป) ส่วนวิธีการอื่น เช่น การปรับปรุงพันธุ์ด้วยการผสมพันธุ์และการคัดเลือกพันธุ์ (breeding) แม้จะเป็นการดัดแปรยีนโดยฝีมือของมนุษย์ แต่ก็ไม่ถือว่าสิ่งที่ได้นั้นเป็น GMOs เนื่องจากมนุษย์มิได้ทำการเปลี่ยนแปลงที่ตัวยีนโดยตรง แต่เป็นเพียงผู้ช่วยให้ยีนของพืชแต่ละต้นได้มีโอกาสมาพบกันมากขึ้น จากนั้นจะปล่อยให้การผสมและการเปลี่ยนแปลงของยีนอยู่ภายใต้อิทธิพลของธรรมชาติ

 วิธีการตัดต่อยีนทำอย่างไร

การตัดต่อยีนนั้น ทำโดยใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า "พันธุวิศวกรรม (genetic engineering)"  ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเทคโนโลยีชีวภาพ (biotechnology) กล่าวได้ว่าวิธีการนี้เป็นการคัดเลือกสายพันธุ์โดยเจาะจงไปยังยีนที่ต้องการโดยตรง แทนที่วิธีการผสมพันธุ์แล้วคัดเลือกลูกผสมที่มีลักษณะตามความต้องการซึ่งต้องใช้เวลานาน การเจาะจงไปยังยีนโดยตรงที่ว่านี้ เริ่มโดยการค้นหายีนตัวใหม่หรือใช้ยีนที่ทราบอยู่แล้วว่ามีคุณลักษณะ (traits) ตามอย่างที่เราต้องการ ยีนตัวนี้อาจมาจากพืช สัตว์ หรือจุลินทรีย์ก็ได้ เมื่อได้ยีนมาแล้วก็นำยีนดังกล่าวใส่ในโครโมโซม ภายในเซลล์ของพืช

 ประโยชน์ต่อเกษตรกร

1.    ทำให้เกิดพืชสายพันธุ์ใหม่ที่มีความทนทานต่อสภาพแวดล้อม เช่น ทนต่อศัตรูพืช หรือมีความสามารถในการป้องกันตนเองจากศัตรูพืช เช่น เชื้อไวรัส  เชื้อรา แบคทีเรีย แมลงศัตรูพืช หรือแม้แต่ยาฆ่าแมลงและยาปราบวัชพืช หรือในบางกรณีอาจเป็นพืชที่ทนแล้ง ทนดินเค็ม ดินเปรี้ยว

2.                ทำให้เกิดพืชสายพันธุ์ใหม่ที่มีสมบัติเหมาะแก่การเก็บรักษาเป็นเวลานาน ทำให้สามารถอยู่ได้นานวันและขนส่งได้เป็นระยะทางไกลโดยไม่เน่าเสีย เช่น มะเขือเทศที่สุกช้า หรือแม้จะสุกแต่ก็ไม่งอม เนื้อยังแข็งและกรอบ ไม่งอมหรือเละเมื่อไปถึงมือผู้บริโภค

 ประโยชน์ต่อผู้บริโภค

1.    ทำให้เกิดธัญพืช  ผัก  หรือผลไม้ที่มีคุณสมบัติเพิ่มขึ้นในทางโภชนาการ เช่น ส้มหรือมะนาวที่มีวิตามินซีเพิ่มมากขึ้น หรือผลไม้ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นกว่าเดิม ให้ผลมากกว่าเดิม ลักษณะเหล่านี้เป็นการเพิ่มคุณค่าเชิงคุณภาพ (quality traits)

2.    ทำให้เกิดพันธุ์พืชใหม่ๆ ที่มีคุณค่าในเชิงพาณิชย์ เช่น ดอกไม้หรือพืชจำพวกไม้ประดับสายพันธุ์ใหม่ที่มีรูปร่างแปลกกว่าเดิม ขนาดใหญ่กว่าเดิม สีสันแปลกไปจากเดิม หรือมีความคงทนกว่าเดิม ซึ่งถือว่าเป็น quality traits เช่นกัน

 ประโยชน์ต่ออุตสาหกรรม

1.    การที่พืชมีความต้านทานโรคได้ดีทำให้ลดการใช้สารเคมี และช่วยให้ได้พืชผลมากขึ้นกว่าเดิมมีผลทำให้ต้นทุนการผลิตต่ำลง วัตถุดิบที่มาจากภาคเกษตร เช่น กากถั่วเหลือง อาหารสัตว์จึงมีราคาถูกลง ทำให้เพิ่มอำนาจในการแข่งขัน

2.    นอกจากพืชแล้ว ยังมี GMOs หลายชนิดที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้ในอุตสาหกรรมอาหาร เช่น เอนไซม์ที่ใช้ในการผลิตน้ำผักและผลไม้ หรือเอนไซม์ไคโมซินที่ใช้ในการผลิตเนยแข็งแทบทั้งหมดเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จาก GMOs และมีมาเป็นเวลานานแล้ว

3.    การผลิตวัคซีน  หรือยาชนิดอื่น ๆ ในอุตสาหกรรมยาปัจจุบันนี้ล้วนใช้  GMOs แทบทั้งสิ้น อีกไม่นานนี้เราอาจมีน้ำนมวัวที่มีส่วนประกอบของยาหรือฮอร์โมนที่จำเป็นต่อมนุษย์

ประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม

1.    เมื่อพืชมีสมบัติสามารถป้องกันศัตรูพืชได้เอง อัตราการใช้สารเคมีเพื่อปราบศัตรูพืชก็จะลดน้อยลงจนถึงไม่ต้องใช้เลย  ทำให้ลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นจากการใช้สารปราบศัตรูพืช และลดอันตรายต่อเกษตรกรเองที่เกิดขึ้นจากพิษของการฉีดพ่นสารเหล่านั้นในปริมาณมาก

2.    หากยอมรับว่าการปรับปรุงพันธุ์และการคัดเลือกพันธุ์พืชเป็นการเพิ่มความหลากหลายของสายพันธุ์ให้มากขึ้นแล้ว การพัฒนา GMOs ก็ย่อมมีผลทำให้เพิ่มความหลากหลายทางชีวภาพขึ้นเช่นกัน เนื่องจากยีนที่มีลักษณะเด่นได้รับการคัดเลือกให้มีโอกาสแสดงออกได้ในสิ่งมีชีวิตหลากหลายสายพันธุ์มากขึ้น

ข้อเสียของ GMOs

            ความเสี่ยงต่อผู้บริโภค

1.    สารอาหารจาก GMOs อาจมีสิ่งปนเปื้อนที่เป็นอันตราย เช่น เคยมีข่าวว่า กรดอะมิโน                L-Trytophan ของบริษัท Showa Denko ทำให้ผู้บริโภคในสหรัฐเกิดอาการป่วยและล้มตาย อย่างไรก็ตาม กรณีที่เกิดขึ้นนี้แท้จริงแล้วเป็นผลมาจากความบกพร่องในขั้นตอนการควบคุมคุณภาพ (quality control) ทำให้มีสิ่งปนเปื้อนหลงเหลืออยู่หลังจากกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ มิใช่ตัว GMOs ที่เป็นอันตราย

2.    ความกังวลในเรื่องของการเป็นพาหะของสารพิษ เช่น ความกังวลที่ว่า DNA จากไวรัสที่ใช้ในการทำ GMOs อาจเป็นอันตราย เช่น การทดลองของ Dr. Pusztai ที่ทดลองให้หนูกินมันฝรั่งดิบ GMOs ที่มี lectin และพบว่าหนูมีภูมิคุ้มกันลดลง และมีอาการบวมผิดปกติของลำไส้ ซึ่งงานชิ้นนี้ได้รับการวิพากษ์วิจารณ์อย่างสูง โดยนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่มีความเห็นว่าการออกแบบการทดลองและวิธีการทดลองบกพร่อง ดังนั้นควรดำเนินการทดลองที่รัดกุมมากขึ้นเพื่อให้ได้ข้อมูลที่เชื่อถือได้มากขึ้น และจะสามารถสรุปได้ว่าผลที่ปรากฏมาจากการตัดแต่งทางพันธุกรรมหรืออาจเป็นเพราะเหตุผลอื่น

3.    ความกังวลต่อการเกิดสารภูมิแพ้ (allergen) ซึ่งอาจได้มาจากแหล่งเดิมของยีนที่นำมาใช้ทำ GMOs นั้น ตัวอย่างที่เคยมี  เช่น การใช้ยีนจากถั่ว Brazil nut มาทำ GMOs เพื่อเพิ่มคุณค่าโปรตีนในถั่วเหลืองสำหรับเป็นอาหารสัตว์ จากการศึกษาที่มีขึ้นก่อนที่จะมีการผลิตออกจำหน่าย พบว่าถั่วเหลืองชนิดนี้อาจทำให้คนกลุ่มหนึ่งเกิดอาการแพ้เนื่องจากได้รับโปรตีนที่เป็นสารภูมิแพ้จากถั่ว Brazil nut บริษัทจึงได้ระงับการพัฒนา GMOs ชนิดนี้ไป อย่างไรก็ตาม พืช GMOs อื่นๆ ที่มีจำหน่ายอยู่ทั่วไปในโลกในขณะนี้ เช่น           ถั่วเหลืองและข้าวโพดนั้น ได้รับการประเมินแล้วว่าอัตราความเสี่ยงไม่แตกต่างจากถั่วเหลืองและข้าวโพดที่ปลูกอยู่ทั่วไปในปัจจุบัน

ความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อม

1.    มีความกังวลว่า สารพิษบางชนิดที่ใช้ปราบแมลงศัตรูพืช เช่น Bt toxin ที่มีอยู่ใน GMOs บางชนิดอาจมีผลกระทบต่อแมลงที่มีประโยชน์ชนิดอื่น ๆ เช่น ผลการทดลองของ Losey แห่งมหาวิทยาลัย Cornell ที่กล่าวถึงการศึกษาผลกระทบของสารฆ่าแมลงของเชื้อ Bacillus thuringiensis (บีที) ในข้าวโพดตัดแต่งพันธุกรรมที่มีต่อผีเสื้อ Monarch ซึ่งการทดลองเหล่านี้ทำในห้องทดลองภายใต้สภาพเงื่อนไขที่บีบเค้น และได้ให้ผลในขั้นต้นเท่านั้น จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีการทดลองภาคสนามเพื่อให้ทราบผลที่มีนัยสำคัญ ก่อนที่จะมีการสรุปผลและนำไปขยายความ

2.    ความกังวลต่อการถ่ายเทยีนออกสู่สิ่งแวดล้อม ทำให้เกิดผลกระทบต่อความหลากหลายทางชีวภาพเนื่องจากมีสายพันธุ์ใหม่ที่เหนือกว่าสายพันธุ์ดั้งเดิมในธรรมชาติ หรือลักษณะสำคัญบางอย่างถูกถ่ายทอดไปยังสายพันธุ์ที่ไม่พึงประสงค์ หรือแม้กระทั่งการทำให้เกิดการดื้อต่อยาปราบวัชพืช เช่น ที่กล่าวกันว่าทำให้เกิด super bug หรือ super weed เป็นต้น ในขณะนี้มีการวิจัยจำนวนมากเกี่ยวกับการถ่ายเทของยีน แต่ยังไม่มีข้อยืนยันในเรื่องนี้

แม้ว่าจะมีความกังวลอยู่ แต่ควรทราบว่า GMOs เป็นผลิตผลจากเทคโนโลยีที่ได้รับการดูแลอย่างดีที่สุดอย่างหนึ่งเท่าที่มนุษย์เคยคิดค้นมา ในประเทศไทยมีแนวปฏิบัติในเรื่องความปลอดภัยทางชีวภาพสำหรับนักวิจัย (biosafety guidelines) ทุกขั้นตอน ทั้งในระดับห้องปฏิบัติการและในการทดลองภาคสนามเพื่อให้การวิจัยและการพัฒนา GMOs มีความปลอดภัยสูงสุด และเป็นพื้นฐานในการประเมินความเสี่ยงต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ซึ่งการประเมินความเสี่ยงนี้เป็นสิ่งที่จำเป็นที่ต้องกระทำอย่างต่อเนื่องในแต่ละสภาพแวดล้อม เพื่อให้ได้ข้อมูลที่รอบด้านและรัดกุมที่สุด

อย่างไรก็ดี กรณี GMOs เป็นโอกาสที่ดีในการที่ประชาชนในชาติได้มีความตื่นตัวและเร่งสร้างวุฒิภาวะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความรู้ความเข้าใจในเทคโนโลยีชีวภาพ ซึ่งเป็นเรื่องที่จำเป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากการตัดสินใจใดๆ ของสังคมควรเป็นไปโดยอยู่บนพื้นฐานของความเข้าใจในวิทยาศาสตร์ และโดยขั้นตอนทางวิทยาศาสตร์ นั่นคือการให้ความสำคัญกับที่มาของข้อมูลและการตรวจสอบความถูกต้องแม่นยำของข้อมูล มิใช่เป็นไปโดยความตื่นกลัวหรือการตามกระแส