สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ / เล่มที่ ๒๗ / เรื่องที่ ๙ การปฏิวัติทางพันธุกรรม / เทคโนโลยีชีวภาพกับการแก้ไขปัญหาเศรษฐกิจและสังคม

ข้าวสายพันธุ์สุพรรณบุรี ๑ หนอนกำลังเจาะกินฝักข้าวโพด

เทคโนโลยีชีวภาพกับการแก้ไขปัญหาเศรษฐกิจและสังคม ๑. สัตว์ถ่ายโอนพันธุกรรม กรรมวิธีในการถ่ายโอนพันธุกรรมจากแมงกะพรุน เพื่อนำมาใส่ไว้ในเซลล์ของลิงรีซัส (Rhesus monkey) มีขั้นตอนที่พอจะสรุปได้ดังนี้ คือ ใช้เอนไซม์ตัดเอาเฉพาะพันธุกรรมที่มีสมบัติทำให้เกิดสารเรืองแสงได้ แยกออกจากจีโนมของแมงกะพรุน แล้วนำพันธุกรรมนี้ ไปถ่ายโอนตัดต่อให้ไวรัสสายพันธุ์ที่ไม่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ และร่างกายของลิงรีซัส โดยใช้เทคนิครีคอมบิแนนต์ดีเอ็นเอ เพื่อที่จะใช้ไวรัสดังกล่าวนี้เป็นพาหะนำพาพันธุกรรมของแมงกะพรุนถ่ายโอนไปอยู่ในเซลล์ของลิงรีซัส โดยการฉีดไวรัสพาหะดังกล่าวเข้าไปในเซลล์ไข่ของ ลิงรีซัสประมาณ ๒๒๔ เซลล์ และคาดหวังว่า เซลล์ไข่บางเซลล์จะเกิดกระบวนการยีนรีคอมบิเนชัน ระหว่างพันธุกรรมจากไวรัสพาหะกับพันธุกรรมของเซลล์ไข่จนได้รีคอมบิแนนต์ดีเอ็นเอ จากนั้นจึงนำเซลล์ไข่ที่ใช้ทดลองทั้งหมดไปทำให้เกิดการปฏิสนธิกับสเปิร์มจากลิงรีซัสตัวผู้ เพื่อทำให้ได้ไซโกตที่สามารถเจริญเติบโตเป็นเอ็มบริโอได้จำนวนประมาณ ๑๒๖ เอ็มบริโอ (หรือ มากกว่าร้อยละ ๕๐) ในจำนวนนี้จะมีเอ็มบริโอที่แข็งแรงและสมบูรณ์พันธุ์เพียงประมาณ ๔๐ เอ็มบริโอ ที่จะสามารถนำไปปลูกฝังไว้ในมดลูกของลิงรีซัสตัวเมีย ที่ได้คัดสรรไว้ล่วงหน้าแล้วว่า พร้อมที่จะเป็นแม่เลี้ยงชั่วคราว (surrogate mother) จำนวน ๒๐ ตัว จนเกิดการตั้งท้องสำเร็จเพียง ๕ ตัวเท่านั้น ลิงแม่เลี้ยงชั่วคราวทั้ง ๕ ตัวนี้ สามารถอุ้มท้องจนกระทั่งคลอดได้ลูกลิงจำนวน ๓ ตัว และมีเพียง ๑ ตัวที่ได้รับการตั้งชื่อว่า ANDi เพราะว่ามียีนเรืองแสงจากแมงกะพรุนตลอดทั้งตัว จึงนับได้ว่า การทดลองครั้งนี้ประสบความสำเร็จอย่างดียิ่ง และนับว่าเป็นก้าวแรกที่จะปูทางไปสู่การตัดแต่งดัดแปลงพันธุกรรมในมนุษย์ได้ในอนาคต โดยเฉพาะแนวทางการแก้ไขปัญหาโรคภัยไข้เจ็บที่ใช้เทคโนโลยีชีวภาพยุคใหม่ที่เรียกว่า พันธุกรรมบำบัด (gene therapy) และการแสวงหาแนวทางป้องกันและบำบัดรักษาโรคทางพันธุกรรมอื่นๆ รวมทั้งการบำบัดรักษาโรคเอดส์ที่คาดหวังกันว่าจะสามารถทำได้ในอนาคต โดยใช้กรรมวิธีดังกล่าวผสมผสานกับเทคโนโลยีทางเซลล์ต้นตอ (stem cell) ซึ่งกำลังดำเนินการวิจัยกันในประเทศที่พัฒนาแล้ว ๒. พืชถ่ายโอนพันธุกรรม การสร้างสายพันธุ์ข้าวทอง โดยการใช้เทคนิครีคอมบิแนนต์ ดีเอ็นเอ ก็สามารถทำได้เช่นเดียวกัน แต่ในกรณีของการตัดแต่งดัดแปลงพันธุกรรมพืช จำเป็นต้องใช้พลาสมิดของเซลล์แบคทีเรียเป็นพาหะนำพาหน่วยพันธุกรรม ที่ต้องการถ่ายโอนไปให้เซลล์พืชเป้าหมาย ซึ่งเริ่มต้นด้วยการใช้เอนไซม์ตัดเอาเฉพาะหน่วยพันธุกรรม ที่มีสมบัติควบคุมการสร้างสารบีตาแคโรทีน (beta-carotene) ซึ่งเป็นสารเริ่มต้นตัวสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์ วิตามินเอ ออกมาพร้อมกับโปรโมเตอร์ (promoter) ที่มีบทบาทในการแสดงออกของ ยีนที่ต้องการนั้นจากต้นแดฟโฟดิล (daffodil) พร้อมกันนั้นก็ตัดเอาหน่วยพันธุกรรมที่ต้องการจากแบคทีเรียชนิด Erwinia uredovora จากนั้นจึงนำหน่วยพันธุกรรมต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างสารบีตาแคโรทีนไปถ่ายโอนฝากไว้ในพลาสมิดของแบคทีเรียชนิด Agrobacterium tumefaciens ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นพาหะนำพันธุกรรมเหล่านี้ถ่ายโอน ต่อไปให้เอ็มบริโอข้าว โดยนำแบคทีเรียพาหะนี้ไปใส่ผสมในจานเพาะเลี้ยงเอ็มบริโอข้าว เพื่อให้แบคทีเรียพาหะนี้ติดเชื้อเข้าไปในเอ็มบริโอข้าว ซึ่งจะนำไปสู่การถ่ายโอนตัด ต่อหน่วยพันธุกรรมที่เราต้องการเหล่านั้นโดยกระบวนการธรรมชาติภายในเอ็มบริโอข้าวต่อไป ส่งผลให้เกิดเอ็มบริโอข้าวที่ตัดแต่ง พันธุกรรม (genetically engineering embryo) หรือเอ็มบริโอถ่ายโอนพันธุกรรม (transgenic embryo) ที่มียีนควบคุมการสังเคราะห์สารบีตาแคโรทีนเรียบร้อย และปล่อยให้เอ็มบริโอถ่ายโอนพันธุกรรมนั้นเจริญเติบโตจนเป็นเมล็ดข้าว แล้วนำไปเพาะปลูกจนได้สายพันธุ์ข้าวที่มียีนที่ต้องการดังกล่าว จากนั้นจึงนำพันธุ์ข้าวถ่ายโอนพันธุกรรมนี้ไปผสมพันธุ์ตามปกติกับสายพันธุ์ข้าวท้องถิ่น ที่สามารถเจริญเติบโตได้ดีในสภาพแวดล้อมของท้องถิ่น ๓. สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม จากความพยายามของนักวิทยาศาสตร์ และนักเทคโนโลยีชีวภาพ ที่จะแก้ไขปัญหาการขาดแคลนอาหาร เพื่อเลี้ยงประชากรโลก ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ได้ก่อให้เกิดการพัฒนา ด้านเทคโนโลยีชีวภาพ และการพัฒนาเทคนิคพันธุวิศวกรรม ที่เกี่ยวกับการตัดต่อพันธุกรรม ทั้งภายในสายพันธุ์เดียวกัน และข้ามสายพันธุ์ หรือแม้กระทั่งระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกัน เพื่อสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม (Genetically Modified Organisms ที่เรียกโดยย่อว่า GMOs หรือ Living Modified Organisms ที่เรียกว่า LMOs) เทคโนโลยีชีวภาพที่ก้าวหน้าเช่นนี้สามารถทำได้ทั้งในจุลินทรีย์ พืช และสัตว์ หรือแม้กระทั่งในมนุษย์ ดังกรณีตัวอย่างการโยกย้ายถ่ายโอนตัดต่อยีนที่มีสมบัติสร้างสารพิษ (toxin) ต่อแมลงศัตรูพืชที่ได้มาจาก แบคทีเรีย Bacillus thuringiensis (เรียกกัน โดยย่อว่า Bt) โดยการถ่ายโอนตัดต่อยีนนี้ให้เข้าไปอยู่ในจีโนมของพืช เช่น ข้าว ข้าวโพด มะเขือเทศ ถั่วเหลือง ฝ้าย เป็นต้น หนอนแมลงศัตรูพืชที่มากัดกินพืชดัดแปลงพันธุกรรมเหล่านี้ก็จะรับเอาสารพิษที่ผลิตโดยพืชนั้นเข้าไปด้วย จนทำให้หนอนศัตรูพืช ถึงแก่ชีวิตได้ ยังผลทำให้ได้ลดค่าใช้จ่ายในการใช้ยาฆ่าแมลงศัตรูพืชและไม่เกิดผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย อีกทั้งยังทำให้ได้ผลผลิตทางการเกษตรต่อหน่วยพื้นที่เพิ่มสูงขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับผลผลิตจากพืชสาย-พันธุ์ธรรมชาติ ในทำนองเดียวกัน นักพัฒนา เทคโนโลยีชีวภาพสามารถสร้างพืชดัดแปลง พันธุกรรมที่มีสมบัติดื้อยาฆ่าวัชพืชได้ดีในพื้นที่เพาะปลูกบางแห่ง นอกจากนี้แล้วบริษัทยักษ์ใหญ่ในด้านการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพ ในทวีปอเมริกาเหนือและยุโรป ก็ได้สร้างพืช ดัดแปลงพันธุกรรมเช่นที่ว่านี้หลายสิบชนิด เพื่อนำไปเผยแพร่เพาะปลูกในประเทศกำลัง พัฒนาหลายๆ ประเทศ นอกจากนั้น บริษัทที่ดำเนินธุรกิจทางด้านเทคโนโลยีชีวภาพก็ยังได้พัฒนาสร้างสายพันธุ์พืชดัดแปลงพันธุกรรมบางชนิด โดยการถ่ายโอนตัดต่อยีนที่เรียกว่า ยีนสิ้นสุดสายพันธุ์ (terminator gene) เข้าไปในจีโนมพืชดัดแปลงพันธุกรรมนั้นด้วย ซึ่งเมื่อนำเมล็ดพันธุ์พืชนั้นไปเพาะปลูกจนเจริญเติบโตและให้ผลผลิตตามที่ต้องการแล้ว เมล็ดพันธุ์ที่ได้ในรุ่นถัดไปก็จะถูกทำลายโดย อัตโนมัติ โดยกระบวนการทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นภายในเมล็ดพืชนั้น จนไม่สามารถนำเมล็ดพืชไปเพาะปลูกเพื่อให้เกิดผลผลิตต่อไป ได้ หากต้องการที่จะเพาะปลูกพืชดัดแปลงพันธุกรรมที่ต้องการนั้นต่อไป เกษตรกรจะต้องสั่งซื้อเมล็ดพันธุ์พืชดัดแปลงพันธุกรรมที่ต้องการจากบริษัทผู้ผลิตเท่านั้น ทั้งนี้เพื่อป้องกันการนำพันธุ์พืชดัดแปลงพันธุกรรมไปเพาะปลูกขยายพันธุ์ได้ต่อไปโดยที่ไม่ต้อง ซื้อเมล็ดพันธุ์เพิ่มเติม แต่สายพันธุ์พืชดัดแปลงพันธุกรรมที่มียีนทำลายเมล็ดพันธุ์แบบนี้ ยังไม่ได้นำออกมาใช้ในทางปฏิบัติ เพราะยังมีข้อด้อยอยู่หลายประการ และมีกระแสต่อต้านสายพันธุ์พืชดัดแปลงพันธุกรรม ดังกล่าว โดยเกรงกันว่าอาจเกิดความเสียหาย จากการทำลายความหลากหลายทางชีวภาพในบริเวณพื้นที่เพาะปลูกนั้นได้