เทคโนโลยีชีวภาพ

โครงสร้างของอินซูลิน

เทคโนโลยีชีวภาพ (อังกฤษ: Biotechnology) คือ ความรู้ที่เกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้สิ่งมีชีวิต หรือผลิตภัณฑ์ต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต เช่น เอนไซม์ หรือโปรตีนชนิดต่างๆ เป็นต้น เพื่อให้เกิดประโยชน์กับมนุษยชาติ

ความรู้ทางด้านเทคโนโลยีชีวภาพอาจก่อให้เกิดกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ ส่งผลให้เกิดกระบวนการสร้าง กระบวนการทำลาย หรือการก่อให้เกิดสิ่งใหม่ที่ดำเนินอยู่ในสิ่งมีชีวิต ซึ่งกระบวนการ ทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต เป็นผลมาจากการทำงานของสารพันธุกรรม หรือดีเอ็นเอ และหน่วยพันธุกรรมหรือยีน การศึกษางานด้านเทคโนโลยีชีวภาพจึงต้องอาศัยความรู้พื้นฐาน เกี่ยวกับสารพันธุกรรม และพฤติกรรมของสารพันธุกรรม รวมทั้งวิธีการสำคัญต่างๆที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการด้านเทคโนโลยีชีวภาพเพื่อการ นำไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพ

เทคโนโลยีชีวภาพที่เก่าแก่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติก็คือ เทคโนโลยีการหมัก (Fermentation Technology) และ เทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ คือ เทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์ดีเอ็นเอ (DNA Recombinant Technology) หรือ พันธุวิศวกรรม (genetic engineering)

พันธุวิศวกรรม

พันธุวิศวกรรม (genetic engineering) หรือความรู้ที่ได้จากการศึกษาชีววิทยาระดับโมเลกุล (molecular biology) จนทำให้สามารถประยุกต์ใช้ในการปรับเปลี่ยน เคลื่อนย้าย หรือตรวจสอบสารพันธุกรรม (ดีเอ็นเอ) และผลิตภัณฑ์ของสารพันธุกรรม (อาร์เอ็นเอและโปรตีน) ได้

การประยุกต์ใช้พันธุวิศวกรรมแบบหนึ่งที่รู้จักกันอย่างกว้างขวางได้แก่ การเคลื่อนย้ายยีน (transgenesis)จากสิ่งมีชีวิตสปีชีส์หนึ่งไปสู่สิ่งมีชีวิตอื่นในสปีชีส์เดียวกันหรือสปีชีส์อื่น 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)

การขยายพันธุ์ ปรับปรุงพันธุ์ และการเพิ่มผลผลิตของพืชโดยใช้เทคโนโลยี

เทคโนโลยีชีวภาพ ใช้เทคนิคต่าง ๆ ดังนี้
        1.การคัดเลือกพันธุ์และผสมพันธุ์   เพื่อให้ได้พืชที่มีลักษณะตามต้องการ เช่น การผสมละอองเรณุของทุเรียนหมอนทอกับเกสรตัวเมียของทุเรียนพันธุ์ชะนี   การผลิตแตงโมไร้เมล็ด
        2. การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ คือการนำเอาส่วนใดส่วนหนึ่งของพืชไม่ว่าเป็นอวัยวะ เนื้อเยื่อ เซลล์ หรือเซลล์ที่ไม่มีผนังที่เรียกว่า โพรโทพลาสต์ มาเลี้ยงอาหารวิทยาศาสตร์ในสภาพปลอดเชื้อจุลินทรีย์ และอยู่ในภาวะควบคุม อุณหภูมิ แสง ความชื้น ส่วนของพืชเหล่านี้จะสามารถเจริญเติบโตเกิดเป็นต้นใหม่ได้
        3. พันธุวิศวกรรม หมายถึง กระบวนการเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรมด้วยการตัดต่อยีนและเปลี่ยนแปลงยีนในเซลล์ เพื่อให้ได้สิ่งมีชีวิตใหม่ที่มีสมบัติตามที่ต้องการ ซึ่งสิ่งมีชีวิตดังกล่าวมีชื่อเรียกว่าสิ่งมีชีวิตตัดแต่งพันธุกรรมหรือ จีเอ็มโอ
      จีเอ็มโอ (GMOs) เป็นชื่อของ Genetically Modified Organisms หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่ได้รับการเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรม โดยอาศัยเทคนิคทางพันุกรรม ในบางกรณีมีการใช้คำว่า แอลเอ็มโอ (LMOs) ย่อมาจาก Living Modified Organisms ทั้งจีเอ็มโอและแอลเอ็มโอมีความหมายคล้ายคลึงกัน แต่แอลเอ็มโอมุ่งเน้นความมีชีวิตอยู่ของสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ ในขณะที่ จีเอ็มโอรวมไปถึงผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นในสภาพที่ไม่มีชีวิตด้วย เช่น อาหารจีเอ็มโอ

ผลเสียของจีเอ็มโอ
       เทคโนโลยีทุกอย่างที่มีประโยชน์ก็อาจมีโทษได้การพัฒนาและการใช้ไม่ได้ใช้ความระมัดระวังเท่าที่ควร ข้อเสีย คือมีความเสี่ยงและซับซ้อนในการจัดการ เช่น
        - อันตรายที่เกิดจากการที่พืชจีเอ็มโออาจผลิตสารก่อภูมิแพ้หรือสารอื่นที่มีสมบัติเป็นสารต้านการเจริญเติบโตของร่างกาย
        - ความเป็นไปได้ที่แมลงศัตรูพืชอาจพัฒนาความต้านทานต่อสารพิษที่สร้างโดยพืชจีเอ็มโอ

ประโยชน์ของเทคโนโลยีชีวภาพ ได้แก่
1. ด้านการเกษตรและอาหาร
- การปรับปรุงพันธุ์พืชให้ต้านทานโรคและแมลง
- การพัฒนาพันธืพืชให้มีคุณภาพผลผลิตดี
- การพัฒนาพันธุ์พืชให้ผลิตสารพิเศษ
- การพัฒนาพันธุ์สัตว์มีการพัฒนาพันธุ์โดยการถ่ายฝากยีนทั้งในปศุสัตว์และสัตว์น้ำ
- การพัฒนาสายพันธุ์จุลินทรีย์ให้มีคุณลักษณะพิเศษบางอย่าง เช่น สามารถกำจัดคราบน้ำมัน
2. ด้านการแพทย์และสาธารณสุข
- การตรวจโรคเมื่อสามารถสังเคราะห์ชิ้นส่วนดีเอ็นโอ หรือยีนได้แล้วก็สามารถพัฒนาไปใช้ในการตรวจโรคต่าง ๆ ได้ อย่างมีประสิทธิภาพ
- การพัฒนายารักษาโรคและวัคซีน
- การสับเปลี่ยนยีนด้อยด้วยยีนดี
3. ด้านการอนุรักษ์พลังงานและสิ่งแวดล้อม
-   พันธุกรรมอาจนำไปสู่การผลิตพืชที่ใช้ปุ๋ยน้อย น้ำน้อย ทำให้เป็นการลดการใช้ปุ๋ยเคมี เป็นการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมและนำไปสู่การสร้างสมดุลทรัพยากรชีวภาพได้
- ใช้จุลินทรีย์ผลิตแอลกอฮอล์และแก๊สชีวภาพ   เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงทดแทนพลังงานจากธรรมชาติ
4. ด้านการพัฒนาอุตสาหกรรม
-  เมื่อวัตถุดิบได้รับการปรับเปลี่ยนคุณภาพให้ตรงกับความต้องการของอุตสาหกรรม โดยใช้พันธุวิศวกรรม อุตสาหกรรมใหม่ ๆ จะเกิดตามมามากมาย เพราะความก้าวหน้าของเทคโนโลยีชีวภาพ

การโคลนนิ่ง (Cloning) คือ อะไร (What is Cloning ?)

การโคลนนิ่ง (Cloning) คือ การคัดลอก หรือการทำซ้ำ ให้มีลักษณะเหมือนเดิมทุกประการ

หากกล่าวเรื่อง การโคลนนิ่ง (Cloning) ในแง่ของสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวพันถึงเทคโนโลยีชีวภาพแล้ว
การโคลนนิ่ง (Cloning) คือ กระบวนการสืบพันธุ์โดยไม่อาศัยเพศชนิดหนึ่ง โดยสิ่งมีชีวิตที่ถูกโคลนออกมาจะมีลักษณะทางพันธุกรรม โดยรวมถึงมีลักษณะทางกายภาพ เหมือนกับสิ่งมีชีวิตต้นแบบ หรือ สิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ก่อนแล้วทุกประการ

โดยคำว่าโคลน (Clone) นั้นมาจากภาษากรีกจากคำว่า “Klone” ซึ่งแปลว่า แขนง กิ่ง ก้าน โดยใช้อธิบายการแบ่งตัวแบบไม่อาศัยเพศ (Asexual) ของในพืชและสัตว์และโดยที่คำว่าโคลน จะถูกใช้เรียกสิ่งที่ถูกโคลนออกมาจากสิ่งมีชีวิตต้นแบบ

ตัวอย่างของลักษณะสิ่งมีชีวิตที่ได้จากการโคลนนิ่ง (Cloning) เช่น มีเพศเหมือนกัน มีหมู่เลือดเหมือนกัน เป็นต้น

หากกล่าวถึงเรื่อง การโคลนนิ่ง (Cloning) สัตว์ซึ่งปกติแล้วสืบพันธุ์โดยอาศัยเพศแล้ว
การโคลนนิ่ง (Cloning) คือ การสร้างสัตว์ตัวใหม่ขึ้นมาโดยไม่ใช้เซลล์สืบพันธุ์ของสัตว์เพศผู้หรืออสุจิของสัตว์เพศผู้ แต่ใช้นิวเคลียสจากเซลล์เต็มวัยของเซลล์ร่างกายของสัตว์เพศอะไรก็ได้ใส่ลงไปที่เซลล์สืบพันธุ์ของสัตว์เพศเมียหรือเซลล์ไข่โดยนำสารพันธุกรรม หรือ DNAที่มีอยู่ในเซลล์สืบพันธุ์ของเพศเมียหรือเซลล์ไข่ออกก่อน แล้วนำเซลล์สืบพันธุ์ของเพศเมียหรือเซลล์ไข่ใส่ไปในตัวเพศเมียเพื่อให้คลอดออกมา เมื่อคลอดออกมาทำให้ได้สัตว์ตัวใหม่ที่มี รูปร่าง หน้าตา ลักษณะภายนอก เหมือนกับสัตว์ตัวที่เป็นเจ้าของเซลล์เดิมเกือบทุกประการ และมีพันธุกรรมเหมือนกับสัตว์ตัวที่เป็นเจ้าของเซลล์เดิมทุกประการ ถ้าเจ้าของเซลล์เป็นเพศเมียก็จะได้สัตว์ให้เป็นเพศเมีย ถ้าเจ้าของสัตว์เป็นเพศผู้จะได้สัตว์ใหม่เป็นเพศผู้ เหมือนกับเจ้าของเซลล์เดิมทุกประการ

พันธุกรรม คือ อะไร (What is Heredity ?)

พันธุกรรม (Heredity) หมายถึง สิ่งที่เป็นลักษณะต่างๆของสิ่งมีชีวิตที่ได้รับการถ่ายทอดมาจากสิ่งมีชีวิตรุ่นก่อนหน้าโดยสามารถถ่ายทอดส่งต่อจากรุ่นหนึ่งไปสู่อีกรุ่นหนึ่งได้ หรือ พันธุกรรม(Heredity) คือ เป็นการถ่ายทอดลักษณะต่างๆ ของสิ่งมีชีวิตจากรุ่นหนึ่งไปสู่อีกรุ่นหนึ่ง(รุ่นลูกรุ่นหลาน)ได้ เช่น คนรุ่นพ่อแม่สามารถถ่ายทอดลักษณะต่างๆลงไปยังสู่รุ่นลูกรุ่นหลานของตนได้ โดยลักษณะที่ถูกถ่ายทอดแบ่งเป็นประเภทหลักๆได้ 2 ลักษณะ คือ ลักษณะเชิงคุณภาพ และ ลักษณะเชิงปริมาณ โดยได้มีการเริ่มต้นทำการศึกษาเรื่องของพันธุกรรม(Heredity)ในช่วงกลางของศตวรรษที่ 18 โดย เกรเกอร์ เมนเดล (Gregor Mendel) ซึ่งเป็นผู้ที่ได้ค้นพบและได้อธิบายหลักของการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม(Heredity)

พันธุกรรม(Heredity)อาจสามารถเรียกอีกอย่างหนึ่งได้ว่า กรรมพันธุ์

พันธุกรรม(Heredity) เป็นสิ่งที่ทำให้คนเรามีลักษณะต่างๆที่แตกต่างกันไปมากมาย โดยมีหน่วยควบคุมที่คอยควบคุมลักษณะต่างๆเหล่านี้ ที่เรียกว่า ยีน(Gene) โดยยีน(Gene)นี้จะมีอยู่เป็นจำนวนมากภายในเซลล์แทบทุกเซลล์ ซึ่งยีน(Gene) แต่ละยีน(Gene)ก็จะมีหน้าที่คอยควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม(Heredity)ลักษณะหนึ่งๆไป โดยจะมีทั้งยีน(Gene)ที่ควบคุมลักษณะเด่น และยีน(Gene)ที่ควบคุมลักษณะด้อย แต่ส่วนหนึ่งที่ทำให้ลักษณะเราแตกต่างออกไปนอกเหนือพันธุกรรม(Heredity) คือสิ่งแวดล้อม หรือ สภาพแวดล้อม เช่น ความอ้วน อาจเกิดจากสภาพแวดล้อมมากกว่าพันธุกรรม(Heredity)

ยีน (gene) คืออะไร (What is Gene ?)

ยีน (Gene) คือ ส่วนหนึ่งของโครโมโซม (Chromosome segment) หรือ ส่วนหนึ่งของสายดีเอ็นเอ (DNA segment) ที่สามารถถอดรหัส (transcription) ได้เป็นเอ็มอาร์เอ็นเอ(mRNA) แล้วนำเอ็มอาร์เอ็นเอ (mRNA)ที่ได้มาแปลรหัส (translation) เป็นสายโพลีเปปไตด์ (polypeptide) หนึ่งสายอีกทีหนึ่ง

ยีนเด่น (dominant gene) คือ อะไร (What is dominant gene ?)

ยีนเด่น (dominant gene) คือ ยีน(gene)ที่มีรูปแบบเป็นแอลลีลเด่น(dominant allele)อย่างน้อย 1 แอลลีลเด่น(dominant allele)อยู่ในคู่ของยีน(gene)นั้นที่อยู่บนโฮโมโลกัสโครโมโซม(Homologous chromosome)ที่เป็นคู่กัน ทำให้ยีนเด่น(dominant gene)สามารถแสดงลักษณะที่ยีน(gene)นั้นควบคุมอยู่ออกมาได้แม้ว่าจะมีเพียงแค่ยีน(gene)เดียวก็ตามทีและทำให้ยีนเด่น(dominant gene)สามารถควบคุมการแสดงลักษณะออกมาในรุ่นต่อไปได้เสมอ โดยที่ยีนเด่น (dominant gene) จะแสดงออกได้มากกว่ายีนด้อย (recessive gene) และยีนเด่น(dominant gene) จะสามารถแสดงออกทั้งได้ทั้งในสภาพที่เป็นโฮโมไซกัส ยีน(Homozygous gene)และเฮเทอโรไซกัส ยีน(Heterozygous gene)

ยีนด้อย (recessive gene) คือ อะไร (What is recessive gene ?)

ยีนด้อย (recessive gene) คือ ยีน(gene)ที่มีรูปแบบเป็นแอลลีลด้อย(recessive allele)อยู่ 2 แอลลีลด้อย(recessive allele)อยู่ในทั้งคู่ของยีน(gene)นั้นที่อยู่บนโฮโมโลกัสโครโมโซม(Homologous chromosome)ที่เป็นคู่กันจึงจะสามารถแสดงลักษณะที่ยีน(gene)นั้นควบคุมอยู่ออกมาได้ ซึ่งยีนด้อย (recessive gene) จะสามารถควบคุมลักษณะการแสดงออกที่หายไปหรือแสดงออกน้อยกว่ายีนเด่น(dominant gene) โดยยีนด้อย(recessive gene)จะแสดงออกในสภาพที่เป็นโฮโมไซกัส ยีน(Homozygous gene)เท่านั้น

พันธุศาสตร์(Genetics) คือ อะไร (What is Genetics ?)

พันธุศาสตร์ ภาษาอังกฤษคือ genetics โดยมีรากศัพท์มาจากภาษากรีกคำว่า “genno” ซึ่งแปลว่า “การให้กำเนิด”ดังนั้น พันธุศาสตร์ คือ สาขาแขนงหนึ่งของวิทยาศาสตร์ทางชีววิทยา ซึ่งว่าด้วยการศึกษา ดีเอ็นเอ (DNA), หน่วยพันธุกรรม หรือ ยีน(gene), พันธุกรรม (heredity), โรคทางพันธุกรรม การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม การควบคุมการแสดงออกทางพันธุกรรม และวิวัฒนาการในสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ