สารานุกรมไทย
สำหรับเยาวชน
เมนู 27
|
สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ / เล่มที่ ๒๗ / เรื่องที่ ๙ การปฏิวัติทางพันธุกรรม / อณูพันธุศาสตร์
อณูพันธุศาสตร์
อณูพันธุศาสตร์
๑. จีโนมและจีโนมิกส์
จีโนม
หมายถึง หน่วยพันธุกรรม หรือยีนทั้งหมด
ที่มีสมบัติควบคุมลักษณะกรรมพันธุ์ในสิ่งมีชีวิตชนิดใดชนิดหนึ่ง เช่น
ในมนุษย์มียีนประมาณ ๓๔,๐๐๐ -๔๐,๐๐๐ ยีน
ซึ่งน้อยกว่าที่คาดกันไว้ก่อนหน้านี้ว่า มนุษย์น่าจะมีมากถึง ๑๐๐,๐๐๐ ยีน
ในแมลงหวี่ชนิด Drosophila melanogaster มียีนประมาณ ๑๓,๖๐๑ ยีน
ในพยาธิชนิด Caenorhabditis elegans มียีนประมาณ ๑๙,๐๙๙ ยีน ในยีสต์ชนิด
Saccharomyces cerevisiae มียีนประมาณ ๕,๘๐๐ ยีน และในพืชชนิด Arabidopsis
thaliana มียีนประมาณ ๒๕,๔๙๘ ยีน การศึกษาหาลำดับของเบส (A, T, C, G)
ทั้งหมดที่มีอยู่ใน DNA ในจีโนมของสิ่งมีชีวิต แต่ละชนิด
เป็นสาขาวิชาการยุคใหม่ที่เรียกว่า จีโนมิกส์ (genomics)
จากการดำเนินงานตามโครงการจีโนมมนุษย์ (Human Genome Project หรือ HGP)
ที่เริ่มโครงการตั้งแต่ พ.ศ. ๒๕๓๓
โดยการสนับสนุนทางด้านการเงินจากหน่วยงานต่างๆ ของประเทศสหรัฐอเมริกา
ได้มีการหาลำดับเบสของดีเอ็นเอในจีโนมมนุษย์ซึ่งมีทั้งหมดประมาณ ๓,๐๐๐
ล้านคู่เบส ปรากฏว่า ในแต่ละคนจะมีดีเอ็นเอที่คล้ายคลึงกันมากถึงร้อยละ
๙๙.๙๕ ยิ่งไปกว่านั้น นักวิทยาศาสตร์ยังพบ
ว่าหน่วยพันธุกรรมจำนวนหลายร้อยหน่วยที่ปรากฏในจีโนมมนุษย์นั้น
แท้จริงแล้วมีต้นตอมาจากหน่วยพันธุกรรมของแบคทีเรียที่เข้าไปสอดแทรกแอบแฝงอยู่ในจีโนมของสัตว์ที่เป็นบรรพบุรุษของมนุษย์
โดยกระบวนการตัดต่อพันธุกรรมตามธรรมชาติ
ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด
หน่วยพันธุกรรมจากแบคทีเรียที่แปลกปลอมเข้าไปแอบแฝงอยู่ในจีโนมดังกล่าวนั้น
ได้พัฒนาปรับตัวและมีวิวัฒนาการร่วมกันมากับจีโนมของสัตว์บรรพบุรุษดั้งเดิมของมนุษย์เหล่านั้น
จนกลายมาเป็นส่วนประกอบของจีโนมมนุษย์ในปัจจุบัน
๒. โปรตีโอมและโปรตีโอมิกส์
ความก้าวหน้าทางวิชาการด้านจีโนม
และจีโนมิกส์ นำมาสู่การวิจัยในแนวลึกที่เชื่อมโยงกันมากขึ้น นั่นคือ
การศึกษาโปรตีนชนิดต่างๆ ที่สร้างขึ้นมาภายในเซลล์
ภายใต้การควบคุมของยีนทั้งหมด ที่มีอยู่ในจีโนม ซึ่งสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด
จะมีโปรตีนจำนวนมากมายหลากหลายชนิดรวมกันทั้งหมดเรียกว่า โปรตีโอม
(proteome) การศึกษาหาโปรตีนชนิดต่างๆ
ที่มีอยู่ทั้งหมดในสิ่งมีชีวิตชนิดใดชนิดหนึ่ง เป็นสาขาวิชาการแขนง
ใหม่ในทางวิทยาศาสตร์ชีวภาพที่เรียกว่า โปรตีโอมิกส์ (proteomics)
ซึ่งเป็นผลสืบเนื่องจากความรู้ความเข้าใจในการศึกษาการทำงานด้านจีโนมิกส์
(functional genomics) อย่างละเอียดดังที่กล่าวมาแล้ว
จากข้อมูลเบื้องต้นสะท้อนให้เห็นว่า โปรตีนชนิดต่างๆ
ที่มีอยู่ทั้งหมดในสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่ง
น่าจะมีจำนวนมากกว่าและมีความสลับซับซ้อนมากกว่าจำนวนยีนหลายร้อยเท่าตัวทีเดียว
จากความจริงที่ว่า เนื้อเยื่อในอวัยวะต่างๆ ของร่างกายไม่ว่าจะเป็นสมอง
หัวใจ ตับ ไต ไขกระดูก ฯลฯ ต่างก็มีหน่วยพันธุกรรมเหมือนกันและเท่ากัน
แต่ในเนื้อเยื่อต่างๆ เหล่านั้น
จะมีชนิดและจำนวนโปรตีนที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน โมเลกุลโปรตีนต่างๆ เช่น
เฮโมโกลบิน และอินซูลินในเม็ดเลือด โดพามิน (dopamine) และเซอโรโทนิน
(serotonin) ในเซลล์สมอง ฮอร์โมนเพศเทสทอสเทอโรน (testosterone)
และเอสโทรเจน (estrogen) ตลอดจนเอนไซม์
จำนวนมากมายที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเมแทบอลิซึมของเซลล์
และกิจกรรมการทำงานของร่างกาย แตกต่างกันไปในเนื้อเยื่อ แต่ละชนิด
นอกจากนั้น
ความแตกต่างในชนิดและปริมาณของโปรตีนก็ยังขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม
และสุขภาพของเซลล์นั้นด้วย ถ้าเป็นเซลล์ปกติอาจมีโปรตีนรูปแบบหนึ่ง
แต่ถ้าเป็นเซลล์ที่ติดเชื้อหรือเป็นโรคก็อาจมีโปรตีนอีกรูปแบบหนึ่ง
มีการคาดคะเนกันว่า น่าจะมีโปรตีนมากมาย และหลากหลายรูปแบบ ประมาณ ๕๐๐,๐๐๐
- ๑,๐๐๐,๐๐๐ ชนิด ในสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ ในโลกนี้
ยีนหรือดีเอ็นเอเป็นตัวกำหนดโครงสร้างของโปรตีน แต่โปรตีนต่างๆ
เหล่านั้นอาจรวมตัวกันในรูปแบบต่างๆ กัน ทำให้เกิดเป็นโปรตีนชนิดใหม่ๆ ได้
๓. ชีวสารสนเทศ หรือไบโออินฟอร์เมติกส์
ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์
และเทคโนโลยีชีวภาพ ด้านจีโนม จีโนมิกส์ และโปรตีโอมิกส์
ดังที่ได้กล่าวโดยสังเขปไว้ข้างต้น
ประกอบกับการพัฒนาวิทยาการทางด้านคอมพิวเตอร์
และด้านฐานข้อมูลที่เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตหลายชนิด ทั้งจุลินทรีย์ พืช
สัตว์ และคนที่มีอยู่มากมายมหาศาลนั้น ทำให้มีการพัฒนาระบบการเก็บข้อมูล
การวิเคราะห์และสังเคราะห์ข้อมูล ตลอดจนการแปลผลจากข้อมูล
โดยการผสมผสานกับงานวิจัยทางด้านคณิตศาสตร์ ด้านสถิติ
และวิทยาการคอมพิวเตอร์ยุคใหม่ที่พัฒนา ก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว
จนเกิดเป็นวิชาการด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพแขนงใหม่ที่มีชื่อว่า ชีวสารสนเทศ
หรือไบโออินฟอร์เมติกส์ (bioinformatics) ซึ่งคาดว่า
จะเป็นวิชาการที่สำคัญที่สุดอีกแขนงหนึ่ง ในการศึกษา
วิทยาศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตในคริสต์ศตวรรษที่ ๒๑ นี้
ชีวสารสนเทศจะเป็นเครื่องมือสำคัญ
ที่ช่วยให้นักวิจัยได้สร้างมาตรฐานการเก็บข้อมูลพื้นฐานทางด้านโมเลกุลโปรตีโอม
และจีโนมของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ
เพื่อพัฒนาให้เกิดความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับความโยงใยทางพันธุกรรมกับโมเลกุลชีวภาพ
ในระดับต่างๆ
สำหรับเป็นฐานในการสร้างรูปแบบจำลองสามมิติของโมเลกุลที่มีความสลับซับซ้อนได้
โดยใช้โปรแกรมการสร้างรูปแบบจำลองจากคอมพิวเตอร์
อันจะเป็นพื้นฐานสำคัญในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ยา รักษาโรค
การวิเคราะห์ความเสี่ยงที่อาจจะ เกิดโรคทางพันธุกรรม
การวินิจฉัยโรคทางพันธุกรรมได้ล่วงหน้าก่อนที่จะแสดงอาการของโรคนั้น
โดยการตรวจหาความผิดปกติทางพันธุกรรมในระดับโมเลกุลอย่างละเอียด
 โปรตีนชนิดต่างๆ ที่เกิดจากการควบคุมโดยยีน (ดีเอ็นเอ)
|
|
