การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีของ DNA

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีของ DNA

ภาพการเปรียบเทียบลายพิมพ์ DNA ของผู้ต้องสงสัยกับคราบเลือดฆาตกร                 จากภาพด้านบนที่มีการเปรียบเทียบลายพิมพ์  DNA ของผู้ต้องสงสัยทั้ง 7 คน  จะเห็นได้ว่า   ผู้ต้องสงสัยหมายเลข 4 มีลายพิมพ์ DNA  ใกล้เคียงกับหลักฐานคราบเลือดในที่เกิดเหตุมากที่สุด  จึงอาจสรุปได้ว่าเป็นฆาตกร ปัจจุบันการตรวจลายพิมพ์  DNA จะใช้เทคนิค PCR เนื่องจากเป็นวิธีที่ง่าย  รวดเร็ว   ประหยัดค่าใช้จ่ายและใช้ตัวอย่างเลือดในปริมาณที่น้อยในประเทศไทย                 การตรวจลายพิมพ์  การตรวจลายพิมพ์                  การตรวจลายพิมพ์ DNA เริ่มโดยกลุ่มนักวิจัยจากหลาย สถาบันร่วมกันทำงานอย่างต่อเนื่อง  โดยการตรวจพิสูจน์ ความสัมพันธ์ทางสายเลือด   การหาตัวคนร้ายในคดีฆาตกรรม   การสืบหาทายาทที่แท้จริงในกองมรดก   นอกจากนี้ยังนำมาใช้ในการตรวจคนเข้าเมืองให้ถูกต้อง   กรณีการให้สัญชาติไทยแก่ชาวเขาและชนกลุ่มน้อย  เพื่อสืบสาวว่า  บรรพบุรุษเป็นชาวเขาที่ตั้งรกรากอยู่ในประเทศไทยหรือ เป็นชนต่างด้าวที่อพยพเข้ามา ซึ่งมีผลต่อการพิสูจน์ชาติ พันธุ์และการให้สิทธิ ในการอาศัยอยู่บนแผ่นดินไทยด้วย   นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มว่าในอนาคตอาจ มีการนำลายพิมพ์ DNA มาประยุกต์ใช้แทน การใช้ลายนิ้วมือ   เพื่อทำบัตรประชาชน  ทำให้สืบหาตัวบุคคลได้ถูกต้องรวดเร็ว   โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีสืบหาตัวบุคคลที่เสียชีวิตในสภาพที่บอก ไม่ได้ว่าเป็นใคร  เช่น  กรณีเครื่องบินตก หรือ ไฟไหม้                 ปัจจุบันในประเทศไทยมีหน่วยงานที่มีห้องปฏิบัติการที่ตรวจลายพิมพ์  DNA เช่น  สถาบันนิติเวช  กองพิสูจน์หลักฐาน  สังกัดสำนักงานตำรวจแห่งชาติ   โรงพยาบาลต่างๆ เช่น โรงพยาบาลรามาธิบดี โรงพยาบาลศิริราช  โรงพยาบาลเชียงใหม่ และสถาบันนิติวิทยาศาสตร์ กระทรวงยุติธรรม เป็นต้น การประยุกต์ใช้ในเชิงการเกษตร 1. การทำฟาร์มสัตว์เพื่อสุขภาพของมนุษย์                  ในการใช้เทคโนโลยี DNA เพื่อปรับปรุงพันธุ์สัตว์ในมีลักษณะที่ดีขึ้น  เช่นเดียวกับเป้าหมายหนึ่งคือการในการปรับปรุงพันธุ์สัตว์ที่อาศัยการผสมพันธุ์ และคัดเลือกพันธุ์ดั้งเดิม แต่ด้วยเทคโนโลยี DNA ทำให้นักวิทยาศาสตร์ สามารถหาได้ว่ายีนที่จะทำให้สัตว์มีลักษณะตามต้องการ เช่น หมูมีไขมันต่ำ  วัวให้นมเร็วขึ้นและมากขึ้น เมื่อทราบว่ายีนควบคุมลักษณะนั้นคือยีนใด แล้วจึงย้ายยีนดังกล่าวเข้าสู่สัตว์ที่ต้องกา อีกรูปแบบหนึ่งของการ ทำฟาร์มในอนาคต คือ การสร้างฟาร์มสัตว์ที่เสมือนเป็น  โรงงานผลิตยาเพื่อสกัดนำไปใช้ในการแพทย์ ตัวอย่างเช่น  การสร้างแกะที่ได้รับการถ่ายยีนเพื่อให้สร้างโปรตีนที่มีอยู่ในเลือดของคน  และให้แกะผลิตน้ำนมที่มีโปรตีนนี้ โปรตีนชนิดนี้จะยับยั้งเอนไซม์ที่ ก่อให้เกิดการทำลายเซลล์ปอดในผู้ป่วยที่เป็นโรคซิสติกไฟโปรซิส  (cystic fibrosis) และโรคระบบทางเดินหายใจที่เรื้อรังชนิดอื่นๆ                 ในการสร้างสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม (transgenic  animal) จะเริ่มจากการแยก เซลล์ไข่ออกจากเพศเมียและฉีดยีนที่ต้องการเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์ไข่  (microinjection) ซึ่งจะมีเซลล์ไข่บางเซลล์ยอมให้ยีนดังกล่าวแทรกเข้า ในจีโนมของนิวเคลียสและแสดงออกได้ จากนั้นทำการผสมพันธุ์ ในหลอดทดลอง (in vitro fertilization) และถ่ายฝากเข้าในตัวแม่ผู้รับ  เพื่อให้เจริญเป็นตัวใหม่ซึ่งจะมียีนที่ต้องการอยู่โดยไม่จำเป็นต้องมาจากสปีชีส์เดียวกัน ภาพแอนดี (ANDi) ลิงดัดแปลงพันธุกรรมเรืองแสงตัวแรกของโลก 2. การสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรม(trensgenic plant)                 การสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อให้มียีนของลักษณะ ตามที่ต้องการ เช่น การชะลอการสุกของผลไม้ หรือเพื่อยืด เวลาการเก็บรักษาผลผลิต มีความต้านทานโรคและแมลง  มีความต้านทานต่อสารฆ่าแมลงมีคุณค่าด้านอาหารมากขึ้น  เป็นต้น ในพืชสามารถทำได้ง่ายกว่าในสัตว์ เนื่องจากมีการศึกษา เทคโนโลยีในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อในหลอดทดลอง  ซึ่งสามารถสร้างต้นพืชขึ้นใหม่จากเซลล์เนื้อเยื่อ หรือส่วนต่างๆ  ของพืชได้เป็นเวลาหลายสิบปีมาแล้ว ดังนั้นถ้าสามารถ ถ่ายยีนเข้าสู่เซลล์พืชได้ และพืชนั้นมีเทคโนโลยีการเพาะ เลี้ยงเนื้อเยื่อพืชรองรับอยู่แล้ว ก็สามารถสร้างพืชดัดแปลงทางพันธุกรรมได้ ตัวอย่างการสร้างพืชดัดแปลงทางพันธุกรรม ได้แก่ พืชดัดแปลงทางพันธุกรรมที่มีความสามารถในการต้านทานแมลง  โดยการถ่ายยีนบีทีที่สร้างสารพิษจากแบคทีเรีย(Bacillua Thuringiensis;BT)  สารพิษนี้สามารถทำลายตัวอ่อนของแมลงบางประเภทอย่างเฉพาะเจาะจง  โดยไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น เมื่อนำยีนที่สร้างสารพิษ ไปใส่ในเซลล์ของพืช  เช่น ฝ้าย ข้าวโพด มันฝรั่ง ยาสูบ มะเขือเทศ  พืชเหล่านี้สามารถผลิตสารทำลายตัวหนอนที่มากัดกิน  ทำให้ผลผลิตของพืชเหล่านี้เพิ่มขึ้น ลดการใช้สารเคมีหรือ ไม่ต้องใช้เลยพืชต้านทานต่อโรค นักวิจัยไทยสามารถดัดแปลงพันธุกรรม ของมะละกอให้ต้านทานต่อโรคใบด่างจุดวงแหวน ซึ่งเกิดจากไวรัสชนิดหนึ่ง  โดยนำยีนที่สร้างโปรตีนเปลือกไวรัส (coat  protein  gene) ถ่ายฝากเข้า ไปในเซลล์มะละกอ แล้วชักนำให้เป็นมะละกอสร้างโปรตีนดังกล่าว  ทำให้สามารถต้านทานต่อเชื้อไวรัสได้ นอกจากนี้ยังมีการ ดัดแปลงพันธุกรรมของมันฝรั่ง ยาสูบ ให้มีความต้านทานต่อ ไวรัสที่มาทำลายได้พืชดัดแปลงทางพันธุกรรมที่สามารถต้านสารปราบวัชพืช    เช่น  นำเอายีนที่ต้านทานสารปราบวัชพืชใส่เข้าไปในพืช   เช่น  ถั่วเหลือง ข้าวโพด ฝ้าย ทำให้สามารถต้านทานสารปราบวัชพืช  ทำให้สารเคมีที่ปราบวัชพืชไม่มีผลต่อพืชดังกล่าวและสามารถ ใช้ประโยชน์จากดินและปุ๋ยอย่างมีประสิทธิภาพ การปลูกพืชหมุนเวียนยังทำ ได้ง่ายขึ้น ผลผลิตก็เพิ่มมากขึ้นด้วย  พืชดัดแปลงทางพันธุกรรมที่มีคุณค่าทางอาหารเพิ่มขึ้น  เช่น  ในกรณีของข้าวที่เป็นธัญพืชที่เป็นอาหารหลักของโลก  ได้มีนักวิทยาศาสตร์ นำยีนจากแดฟโฟดิลและยีนจากแบคทีเรีย  Erwinia  bretaria ถ่ายฝากให้ข้าว  ทำให้ข้าวสร้างวิตามินเอในเมล็ดได้  เรียกว่า ข้าวสีทอง(golden rice)โดยหวังว่าการสร้างข้าวสีทอง  จะมีส่วนช่วยในการลดภาวะการขาดวิตามินในประเทศที่ขาดแคลนอาหาร ในโลกได้ พืชดัดแปลงทางพันธุกรรมเพื่อให้ยืดอายุของผลผลิตได้ยาวนานขึ้น โดยนำยีนที่มีผลต่อเอนไซม์ที่สังเคราะห์เอทิลีนใส่เข้าไปในผลไม้ เช่น  มะเขือเทศ ทำให้มะเขือเทศสุกช้าลงเนื่องจากไม่มีการสร้างเอทิลีนลด ความเน่าเสียของมะเขือเทศ สามารถเก็บรักษาได้นานขึ้นและขนส่ง ได้เป็นระยะทางไกลขึ้น  พืชดัดแปลงพันธุกรรมอื่นๆเช่น   ทำให้พืชต้านทานความแห้งแล้ง ต้านทานดินเค็ม   ดัดแปลงพืชให้แปลกและแตกต่างไปจากเดิมเพื่อให้เหมาะสมกับ ตลาดและความต้องการของมนุษย์มากขึ้น  แต่อย่างไรก็ตามพืชดัดแปลงพันธุกรรม  (Genetically  Modified  Organism : GMOs) ถึงจะมีประโยชน์มากมาย แต่ก็ยังมีข้อโต้แย้งทางสังคมเป็นอย่างมากว่าอาจจะไม่ปลอดภัยกับ ผู้บริโภคและอาจก่อให้เกิดปัญหาทางด้านพันธุ์พืช พันธุ์สัตว์  ความหลากหลายทางชีวภาพ การมิวเทชันและอาจเป็นอันตราย ต่อสิ่งแวดล้อมในอนาคตได้ 3. การปรับปรุงพันธุ์โดยอาศัยวิธีการของ  molecolar  breeding              ด้วยเทคโนโลยี DNAนำมาสู่การสร้างแบคทีเรีย  และแผนที่เครื่องหมายทางพันธุกรรมต่างๆ ทำให้นักปรับปรุงพันธุ์ สามารถนำองค์ความรู้ดังกล่าวมาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์  โดยอาศัยการคัดเลือกจากการตรวจหาจากเครื่องหมายทาง พันธุกรรมระดับโมเลกุลทดแทนการคัดเลือกจากลักษณะฟีโนไทป์เพียงอย่างเดียว  ซึ่งทำให้การปรับปรุงพันธุ์ต่างๆทำได้รวดเร็วขึ้นและมีความเป็นไปได้ที่ จะได้พืชหรือสัตว์พันธุ์ใหม่ที่มีลักษณะต่างๆร่วมกันในเวลาที่เร็วขึ้น                 ตัวอย่างการคัดเลือกสายพันธุ์ โดยอาศัยเครื่องหมายทาง พันธุกรรมระดับโมเลกุลที่สามารถเห็นได้ชัดเจน เช่น การปรับปรุง พันธุ์ข้าวได้มีการศึกษาว่ายีนที่ควบคุมความทนเค็มนั้น ถูกควบคุม ด้วยยีนหลายตำแหน่งและพบว่ายีนเหล่านั้นอยู่บนโครโมโซมแท่งต่างๆ ซึ่งมีลิงค์เกจกับเครื่องหมายทางพันธุกรรมในระดับโมเลกุล  เมื่อทำการผสมพันธุ์เพื่อถ่ายทอดลักษณะความทนเค็ม  ก็สามารถใช้เครื่องหมายทางพันธุกรรมเป็นตัวคัดเลือกต้นข้าวในรุ่นลูก การใช้พันธุศาสตร์เพื่อศึกษาค้นคว้าหายีนและหน้าที่ของยีน  เนื่องจากเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกเซลล์มีโปรตีน เป็นตัวดำเนินกิจกรรมต่างๆของชีวิต   ดังนั้นหากมีการยับยั้งการทำงานของโปรตีนหรือทำให้เกิดการทำงาน ผิดปกติของยีนดังกล่าว จะมีผลต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิตนั้นๆได้  การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นที่สามารถสังเกตได้ คือการเปลี่ยนแปลง ของฟีโนไทป์นั้น ด้วยการศึกษาย้อนกลับไปว่าการเปลี่ยนแปลง ดังกล่าวเกิดขึ้นที่โปรตีนใด ยีนใด ก็จะทราบถึงหน้าที่ของยีนอื่นๆนั้นได้  ซึ่งนั่นคือการชักนำให้เกิดมิวเทชันในสิ่งมีชีวิตหรือการสร้างมิวแทนท์  (mutant) ที่มีการเปลี่ยนแปลงของฟีโนไทป์บาง ประการแล้วอาศัยเทคนิคต่างๆทางชีววิทยาระดับโมเลกุล  เพื่อศึกษาว่าเกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้นที่ยีนใด                                 รศ.ดร.อภิชาติ  วรรณะวิจิตรและคณะ  จากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ศึกษาลักษณะความหอมของข้าว พบว่ายีนที่ควบคุมลักษณะดังกล่าวเป็นยีนด้อย   จากการศึกษาแผนที่ยีนร่วมกับเครื่องหมายทางพันธุกรรมรวมทั้งการผสมพันธุ์   การใช้ข้อมูลชีวสารสนเทศ (bioinformation) ของจีโนมข้าว  ทำให้สามารถระบุได้ว่ายีนความหอมในข้าวอยู่บนโครโมโซมแท่งที่  8 และสามารถโคลนยีน Os  2AP ซึ่งควบคุมลักษณะความหอมของ ข้าวได้สำเร็จ โดยพบว่าโปรตีนที่สร้างจากยีน Os  2  AP จะช่วยยับยั้งสาร ที่ให้ความหอม ซึ่งถ้ายับยั้งการแสดงออกของยีนนี้ก็จะได้ข้าวที่มีความหอม การศึกษาทางพันธุศาสตร์นั้นสามารถนำไปสู่การค้นพบยีนที่ทำหน้าที่ต่างๆ  และหากค้นคว้าอย่างลึกซึ้งถึงกลไกลการทำงานต่างๆของยีนนั้นได้  ก็จะสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆได้อย่างมีประสิทธิภาพและยั่งยืนในอนาคต การประยุกต์ใช้เพื่อสิ่งแวดล้อม                 นักเทคโนโลยีชีวภาพมีความพยายามที่จะใช้วิธีการทำพันธุวิศวกรรม เพื่อสร้างสายพันธุ์จุลินทรีย์ หรือพืชที่มีความสามารถในการย่อยสลาย สารที่ไม่พึงประสงค์ที่ ปนเปื้อนในดิน น้ำหรือของเสียในโรงงานอุตสาหกรรมหรือ เหมืองแร่ก่อนปล่อยลงสู่ธรรมชาติ อย่างไรก็ดีการใช้สิ่งมีชีวิตดัดแปลงทางพันธุกรรม  สอดคล้องกับกฎหมายการควบคุมการใช้ GMOs ในแต่ละประเทศ การประยุกต์ใช้ในเชิงการเกษตร1. การทำฟาร์มสัตว์เพื่อสุขภาพของมนุษย์  ในการใช้เทคโนโลยี DNA เพื่อปรับปรุงพันธุ์สัตว์ในมีลักษณะที่ดีขึ้น  เช่นเดียวกับเป้าหมายหนึ่งคือการในการปรับปรุงพันธุ์สัตว์ที่อาศัยการผสมพันธุ์  และคัดเลือกพันธุ์ดั้งเดิม แต่ด้วยเทคโนโลยี DNA ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถหา ได้ว่ายีนที่จะทำให้สัตว์มีลักษณะตามต้องการ เช่น หมูมีไขมันต่ำ  วัวให้นมเร็วขึ้นและมากขึ้น เมื่อทราบว่ายีนควบคุมลักษณะ นั้นคือยีนใดแล้วจึงย้ายยีนดังกล่าวเข้าสู่สัตว์ที่ต้องการ   อีกรูปแบบหนึ่งของการทำฟาร์มในอนาคต คือ การสร้างฟาร์มสัตว์ที่เสมือนเป็น  โรงงานผลิตยาเพื่อสกัดนำไปใช้ในการแพทย์ ตัวอย่างเช่น การสร้างแกะ ที่ได้รับการถ่ายยีนเพื่อให้สร้างโปรตีนที่มีอยู่ในเลือดของคน และให้ แกะผลิตน้ำนมที่มีโปรตีนนี้ โปรตีนชนิดนี้จะยับยั้งเอนไซม์ที่ก่อ ให้เกิดการทำลายเซลล์ปอดในผู้ป่วยที่เป็นโรคซิสติกไฟโปรซิส