วันศุกร์ที่ 10 สิงหาคม พ.ศ. 2555


การโคลนยีน


การโคลนยีน (Cloning Gene)

ความหมาย

การโคลนนิ่ง คือ การสร้างสัตว์ตัวใหม่ขึ้นมาโดยไม่ใช้อสุจิของเพศผู้ แต่ใช้นิวเคลียสจากเซลล์เต็มวัยไปใส่แทนที่เซลล์ไขเซไข่่ ทำให้ได้สัตว์ตัวใหม่ที่มีรูปร่างหน้าตา เหมือนกับสัตว์ตัวที่เป็นเจ้าของเซลล์เดิมเกือบทุกประการ ถ้าเจ้าของเซลล์เป็นเพศเมียก็จะได้สัตว์ให้เป็นเพศเมีย ถ้าเจ้าของสัตว์เป็นเพศผู้จะได้สัตว์ใหม่เป็นเพศผู้เหมือนกับเจ้าของเซลล์เดิมทุกประการ เหมือนแกะออกมาจากเบ้าพิมพ์เดียวกัน
การโคลนนิ่ง
การโคลนนิ่ง
Cloning : หมายถึง กระบวนการสร้างสิ่งที่มีลักษณะทางพันธุกรรม เหมือนกันกับสิ่งที่มีอยู่ก่อน มนุษย์รู้จักโคลนนิ่งมาแต่สมัยโบราณแล้ว แต่เป็นการรู้จักโคลนนิ่ง ที่เกิดกับพืช นั่นคือ การขยายพันธุ์พืชโดย ไม่อาศัยเพศ เช่น การแตกหน่อ
เมื่อพูดถึงโคลนนิ่ง สาธารณชนมักคิดไปไกลถึงการโคลนนิ่งมนุษย์โดยปะติดปะต่อเรื่องราวจากความสำเร็จของการโคลนนิ่งแกะดอลลี่ ซึ่งถือกำเนิดเมื่อวันที่ 5 กรกฎาคม ค.ศ.1996 แต่ที่สาธารณชนให้ความสนใจน้อยกว่าคือแกะ ดอลลี่นั้นเจ็บป่วยด้วยโรคภัยไข้เจ็บหลายชนิด ได้แก่ ข้ออักเสบอย่างรุนแรงและโรคปอดเสื่อมสภาพ ทำให้นักวิทยาศาสตร์ตัดสินใจยุติชีวิตมันด้วยความเมตตาดังที่เรียกว่า การุณยฆาต (Euthanasia)
การโคลนนิ่ง
การโคลนนิ่ง
ความจริงในปัจจุบันคือ การโคลนนิ่งสิ่งมีชีวิตไม่ว่าจะเป็นคนหรือสัตว์ยังไม่สามารถทำโดยปลอดภัยได้เพราะ กรรมวิธีนี้ก่อให้เกิดความผิดปกติของเซลร่างกายบางส่วนในเวลาต่อมาเสมอ ร้อยละ 95-97 ของตัวอ่อนที่เกิดจากการโคลนนิ่งจะตายก่อนคลอด เกือบทั้งหมดตายตอนที่คลอด ร้อยละ 30 มีขาและอวัยวะผิดปกติ เพราะเหตุผลดังนี้องค์การสหประชาชาติจึงได้มีมติเมื่อวันที่ 18 กุมภาพันธุ์ ค.ศ.2005 ห้ามทำการทดลองโคลนนิ่งมนุษย์เพื่อการสืบพันธุ์ ภาษาอังกฤษเรียกว่า Reproductive Cloning

โคลนนิ่งมนุษย์ผิดจริยธรรม?

ประเด็นจริยธรรม

ข่าวใหญ่ในวงการแพทย์ ที่เกิดขึ้นก่อนสิ้นปี 2545 นี้คือเรื่องการคลอดของทารก Eve ซึ่งองค์การลัทธิไลเลียน (Raelien Sect) ซึ่งอ้างว่าตนเป็นศาสนาใหม่ที่มีความเชื่อว่ามนุษย์ต่างดาวได้ใช้วิธีการโคลนมนุษย์ชุดชุดแรกไว้ในโลกเมื่อ สองหมื่นห้าพันปีก่อนและมีความเชื่อว่าการโคลนมนุษย์เป็นวิธีการหนึ่งที่จะนำ ให้เผ่าพันธุ์ของมนุษยชาติได้เข้าถึงความเป็นอมตะได้ในที่สุด ผู้นำ ลัทธินี้ได้อ้างว่าได้ทำ การโคลนมนุษย์ให้แก่คู่ครองจำนวน 10 คู่ ซึ่งต่อมาครึ่งหนึ่งของจำ นวนนี้กำ ลังจะให้กำ เนิดทารก ซึ่งทารกที่เกิดจากการโคลนคนแรกของโลกได้เกิดขึ้นในวันที่ 26 ธันวาคมโดยมีแม่เป็นสตรีชาวอเมริกัน และต่อมาในวันที่ 5 มกราคม ทารกคนที่สองซึ่งเกิดจากเทคนิดเดียวกันลืมตามองดูโลกขึ้นเป็นครั้งแรก และต่อไปในอนาคตอันใกล้นี้จะมีคุณแม่อีกหลายคนที่จะให้กำ เนิดทารกที่เกิดจากการโคลน
Cady: Blood from the dead girl was used to create cloned embryos
Cady: Blood from the dead girl was used to create cloned embryos
แม้ว่าทางองค์การ Cloneaid ได้แถลงข่าวอย่างเป็นทางการถึงสองครั้งแล้วก็ตามแต่ในปัจจุบันก็ยังไม่มีองค์การใดที่จะเข้ามาตรวจสอบDNA ของทั้งมารดาและทารกทั้งสองคู่นี้ เพื่อยืนยันหรือปฏิเสธว่าทารกทัง้ คมู่ กี าํ เนดิ จากเทคนคิ ทางการโคลนมนุษย์ดังที่องค์การ Cloneaid ได้
อ้างไว้
อันที่จริงเทคนิคการโคลนเซลล์ของสิ่งมีชีวิตนั้นมิใช่ของใหม่ ได้มีการพัฒนาการโคลนเซลล์ของพืชมากกว่า 30 ปีมาแล้วและได้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการเกษตรอย่างกว้างขวาง ส่วนการนำเทคนิคนี้มาใช้ในสัตว์ที่มีวิวัฒนาการสูง เช่น สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนํ้านมนั้นเป็นข่าวใหญ่ในเดือนกุมภาพันธุ์ พ.ศ. 2540 เมื่อสถาบันโรสลิน (Roslin Institute) แห่งนครเอดินเบอร์ก แคว้นสก๊อตแลนด์ได้ประกาศการโคลนแกะดอลลี่ (Dolly the Sheep) ความเป็นไปได้ของการโคลนมนุษย์ดูจะมีความเป็นจริงมากยิ่งขึ้นทุกขณะ ผลลัพธ์จากการโคลนแกะดอลลี่นี้ส่งผลให้ประเทศมหาอำ นาจในยุโรป และองค์การทางศาสนาหลายแห่ง รวมทั้งองค์การสหประชาชาติได้ประณามและออกกฎเกณฑ์ห้ามการนำ เทคนิคนี้มาใช้ในมนุษย์อย่างเด็ดขาด ต้นเหตุสำคัญของข้อถกเถียงในเรื่องการออกกฎหมายห้ามการโคลนมนุษย์ในลักษณะนี้ มีต้นกำเนิดจากความเข้าในในเทคนิคการโคลนเมื่อมองจากทัศนะของผู้เชี่ยวชาญสาขาต่างๆ กัน นักบวชและนักการศาสนา

ปฏิกิิริยาตอบโต้ต่อการโคลนนิ่งมนุษย์

นับตั้งแต่การเกิดการโคลนแกะดอลลี่ได้สำ เร็จ ความเป็นไปได้ที่จะเกิดการโคลนมนุษย์นั้นมีความเป็นไปได้สูงขึ้นอย่างมาก เนื่องจากเทคโนโลยีที่ใช้นั้นไม่แตกต่างกันมากนัก อีกทั้งยังไม่ต้องการเครื่องมือที่ซับซ้อนหรือการใช้งบประมาณสูง อีกทั้งกลุ่มนักวิทยาศาสตร์และนายแพทย์หัวก้าวหน้าจำ นวนหนึ่งเกิดความรู้สึกท้าทายว่าใครจะเป็นคนแรกที่ทำ การโคลนมนุษย์ได้สำเร็จ
สันตะปาปาจอห์นปอลล์ที่สอง ได้ออกแถลงการณ์ประณามการโคลนนิงมนุษย์และได้ทรงเป็นผู้นำ ทางศาสนาโลกคนแรกที่โจมตีการโคลนนิงมนุษย์ตั้งแต่ต้น นอกจากนั้นแล้วประธานาธิบดี จอร์จ ดับบลิว บุช ก็ได้ปราศรัยแสดงความไม่เห็นด้วยในการโคลนนิงมนุษย์อีกเช่นกัน แม้กระทั่ง มาตราที่ 11 แห่ง ปฎิญญาสากลว่าด้วยการทดลองว่าด้วย รหัสพันธุกรรมของมนุษย์ขององค์การยูเนสโก (UNESCO) ได้ประกาศห้ามการโคลนมนุษย์ด้วยเช่นกัน กระนั้นประเทศมหาอำนาจหลายประเทศรวมทั้งสหรัฐอเมริกา ก็มิได้มีการออกกฎหมายห้ามการโคลนนิ่งมนุษย์อย่างเด็ดขาดเหมือนประเทศในทวีปยุโรปอีกหลายประเทศผู้นำ ศาสนาอีกหลายศาสนาได้แสดงความไม่เห็นด้วยในเรื่อง
โคลนนิ่งนี้อย่างเปิดเผย ด้วยเหตุผลสำ คัญคือมนุษย์ได้ล่วงละเมิดเข้าไปในดินแดนของพระผู้เป็นเจ้าแล้ว
ผลกระทบประการแรกนับจากที่ได้มีการประกาศว่าทารก Eve เด็กหญิงคนแรกที่เกิดจากการโคลนนิ่งได้ลืมตาดูโลกแล้ว โดยเกิดจากการสร้างทารกจากรหัสพันธุกรรมของมารดา เพราะความจำ เป็นที่ทั้งสามีของนางเป็นหมันและทั้งคู่ต้องการมีบุตรอย่างมาก สำ นักวาติกันได้ออกประกาศประณามการการโคลนนิ่งในครั้งนี้อีก ว่าเป็นการกระทำที่ไร้ความรับผิดชอบในชีวิตมนุษย์ เหตุผลอีกประการหนึ่งของนักวิทยาศาสตร์อีกกลุ่มหนึ่งคือการโคลนนิ่งมนุษย์นั้นยังเป็นเทคโนโลยีที่ไม่สมบูรณ์เพียงพอที่จะทดลองในมนุษย์ได้ ดังเช่นตัวอย่างของแกะดอลลีซึ่งเมื่ออายุได้เพียงห้าปีก็มีอาการป่วยข้ออักเสบ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแกะตัวนี้มีอายุทางชีวภาพที่แก่กว่าแกะที่เกิดจากวิธีปฏิสนธิทางธรรมชาตกิ วา่ 5 ป ี สว่ นนักวทิ ยาศาสตรก์ ลมุ่ ใหญอี่กกลุ่มยังไม่ยอมรับว่า
Cloneaid โคลนทารกเหล่านี้จริงตามคำ กล่าวอ้างเนื่องยังไม่มีรายงานยืนยันจากแหล่งข่าวอิสระ หรือสถาบันวิจัยทางการแพทย์ที่เป็นอิสระแห่งใดแห่งหนึ่งเป็นผู้รับรอง ชื่อสกุลและที่อยู่ของสามีภรรยาคู่นี้พร้อมกับทารกทาง Cloneaid ยังคงปิดเป็นความลับ
ผู้ที่มีความคิดแบบอนุรักษ์นิยมมักประณามการโคลนมนุษย์ว่าไม่เหมาะสม เนื่องจากเป็นการเกิดขึ้นของชีวิตที่ผิดธรรมชาติ คือ ไม่มีการปฏิสนธิของตัวอสุจิและไข่ที่สุกแล้ว ชีวิตของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมนั้นเป็นชีวิตที่ล้วนได้ผ่านกระบวนการปฏิสนธิทั้งสิ้น การเกิดของดอลลีและสัตว์ที่ถูกโคลนนิ่งเหล่านี้จึงเท่ากับเป็นการฝืนธรรมชาติอย่างมาก แต่หากมองอีกแง่หนึ่งความสำ เร็จของเทคโนโลยีนี้ได้เปลี่ยนแปลงความ
เชื่อของมนุษย์ในศาสนาเทวนิยมไปอย่างมาก เพราะเท่ากับเป็นการปฏิเสธบทบาทของพระผู้เป็นเจ้าในการบัญชาการเกิดของพระวิญญาณศักดิ์สิทธิให้เข้าสู่ครรภ์มารดา เมื่อตัวอสุจิและไข่มีการปฏิสนธิ
นักวิทยาศาสตร์อีกกลุ่มหนึ่งที่สนับสนุนการโคลนนิ่งได้วิจารณ์การใช้เหตุผลนี้ว่าเป็นเหตุผลดั้งเดิมที่เคยยกขึ้นมาแล้วเมื่อยี่สิบปีก่อนของพวกเคร่งคัมภีร์ทั้งหลาย เมื่อนักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเทคนิคการผสมเทียมเด็กหลอดแก้วได้สำ เร็จ และเทคนิคนี้ในปัจจุบันได้เป็นที่ยอมรับกันอย่างแพร่หลายในวงการแพทย์ทั่วโลก และใช้ในการแก้ไขปัญหาการมีบุตรยากของสามีภรรยานับแสนคู่ทั่วโลกในปัจจุบัน หรือเมื่อนายแพทย์คริสเตียนเบอร์นาร์ด ชาวอัฟริกาใต้ได้ผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจมนุษย์ได้สำ เร็จ ก็พบกับคำ วิจารณ์ของพวกเคร่งคัมภีร์และสื่อมวลชนในรัสเซียในยุคสงครามเย็นเช่นกัน ดูจะเป็นธรรมดาที่ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ทุกครั้งจะได้รับการวิจารณ์อย่างรุนแรงจากสถาบันทางสังคมหลายฝ่ายกว่าจะเป็นที่ยอมรับ

พันธุศาสตร์และเทคโนโลยีทาง DNA

พันธุวิศวกรรม


พันธุวิศวกรรม (Genetic Engineering)

Genetic Engineering
Genetic Engineering
พันธุวิศวกรรม (genetic engineering) หมายถึง หมายถึง กระบวนการทางชีววิทยาที่เกี่ยข้องกับการตัดต่อยีนจากสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งเข้ากับยีนของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง เพื่อให้ได้ยีนที่มีสมบัติตามที่ต้องการ และขยายยีนให้มีปริมาณมากพอที่จะนำไปทำให้ผลผลิตมีคุณภาพดีขึ้น และได้ปริมาณการผลิตสูงขึ้น ตามต้องการ สิ่งมีชีวิตที่ได้จากกระบวนการทางพันธุวิศวกรรมเรียกว่า สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม หรือ GMOs(genetically modified organisms)

ประโยชน์ของเทคโนโลยีชีวภาพ

  1. ด้านเกษตร
    การขยายพันธุ์และการปรับปรุงพันธุ์สัตว์และพืชโดย
    ใช้เ้เทคนิคต่า่างๆ
    1. การคัดเลือกพันธุ์ผสม
    2. การโคลนนิ่ง
    3. การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ
    4. การใช้พันธุวิศวกรรม
    5. การฝากถ่ายตัวอ่อน
    การถ่ายฝากตัวอ่อน (Embryo transfer)
    การถ่ายฝากตัวอ่อน
    การถ่ายฝากตัวอ่อน
    การย้ายฝากตัวอ่อน
    การย้ายฝากตัวอ่อน
    ประโยชน์การถ่ายฝากตัวอ่อน (Embryo Transfer)
    • ขยายพันธุ์ได้จำนวนมาก
    • ขยายพันธุ์ได้อย่างรวดเร็ว
    • ช่วยลดระยะเวลาและค่าใช้จ่ายในการขยายพันธุ์
    • ช่วยอนุรักษ์พันธุ์สัตว์ต่างๆที่ใกล้สูญพันธุ์
    ฯลฯ
  2. ด้านอุตสาหกรรม
    1. ผลผลิตจากด้านเกษตรกรรม
    2. การใช้จุลินท รีย์ และการปรับปรุงสายพันธุ์จุลินท รียรีย์์
  3. ด้านอาหาร
    เป็นผลพลอยได้จากด้านเกษตรกรรมและอุตสาหกรรม
  4. ด้านการแพทย์
    1. การผลิตฮอร์โมน การผลิตวัคซีน วิตามินและยาปฏิชีวนะที่มีคุณภาพดี
      ปลอดภัยและมีปริมาณที่มากพอสำหรับผู้ป่วย
    2. การตรวจสอบสภาวะพันธุกรรมของโรคต่างๆ จากการผลิตชิ้นส่วนของ
      ยีีน
    3. การแก้ไขภาวะผิดปกติและการรักษาโรคต่างๆ ที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรม
      จากการทำาแผนที่ยีน การรักษาด้วยยีนหรือยีนบกาบำบัด                                                                                  

เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมพืช

ปัจจุบัน “เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมพืช” เป็นเครื่องมือสำคัญที่ใช้ในการปรับปรุงพันธุ์พืชให้มีลักษณะตามต้องการ จากสมัยก่อนที่ใช้การผสมพันธุ์พืชแบบดั้งเดิม ซึ่งต้องใช้ระยะเวลานานหลายสิบปี กว่าจะได้พันธุ์ที่ต้องการ แต่หลังจากมนุษย์ค้นพบและศึกษาจนเข้าใจโครงสร้างและหน้าที่ของสารพันธุกรรม หรือดีเอ็นเอ และยังค้นพบวิธีการถ่ายยีนเข้าสู่พืชได้ จึงสามารถสร้าง “พืชดัดแปลงพันธุกรรม” หรือ พืชจีเอ็ม (GM plant – Genetically Modified Plant) ได้สำเร็จ การปรับปรุงพันธุ์พืชให้มีลักษณะตามที่ต้องการจึงทำได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ
“พืชดัดแปลงพันธุกรรม” ได้รับการพัฒนามาอย่างต่อเนื่อง จนสามารถจำหน่ายในเชิงการค้าครั้งแรกในปี พ.ศ. 2537 ได้แก่ มะเขือเทศสุกช้า ซึ่งมีชื่อทางการค้าว่า มะเขือเทศเฟลเวอร์ เซเวอร์ จวบจนปัจจุบัน เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมเพื่อดัดแปลงพันธุกรรมของพืช มุ่งเน้นไปลักษณะพิเศษต่างๆ ของพืชที่ไม่สามารถเกิดขึ้นได้จากการปรับปรุงพันธุ์แบบเดิมๆ โดยแบ่งออกเป็น 5 กลุ่มใหญ่ คือ

พันธุวิศวกรรมธัญพืชและพืชดอก

ยุค แรกของเทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมพืช เกิดขึ้นในบริษัทเอกชนเป็นหลัก โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อเพิ่มผลผลิต ควบคุมคุณภาพ และพัฒนาสายพันธุ์ให้มีลักษณะใหม่ๆ เช่น การต้านทานแมลงศัตรูพืช การต้านทานไวรัสศัตรูพืช หรือการทนทานต่อยาฆ่าแมลง
ใน ระยะ 10 ปีที่ผ่านมา งานด้านพันธุวิศวกรรมพืชมุ่งเน้นการปรับปรุงคุณภาพผลผลิต เช่น การพัฒนาพันธุ์ข้าวญี่ปุ่น ให้เป็นข้าวทองหรือโกลเดนไรซ์ ซึ่งมีสารโปรวิตามินเอสูง โดยใช้ยีนจากดอกแดฟโฟดิลและแบคทีเรีย หลังจากนั้นมีการทำโกลเดนไรซ์ 2  ในข้าวสายพันธุ์อินดิคา โดยใช้ยีนจากข้าวโพด  ปัจจุบัน มีการทำข้าวสาลี ข้าวบาร์เลย์ กล้วย มันสำปะหลัง และมันเทศที่มีวิตามินเอ วิตามินอีและแร่เหล็กมากขึ้น เพื่อแก้ปัญหาขาดแคลนธาตุอาหารของประชากรในกลุ่มประเทศโลกที่สาม
6DD21_Presentation1
ข้าวทองหรือโกลเดนไรซ์ พัฒนาจากข้าวพันธุ์ญี่ปุ่น ข้าวทองหรือโกลเดนไรซ์2 พัฒนาจากข้าวสายพันธุ์อินดิคา
ใน ส่วนของไม้ดอกไม้ประดับซึ่งมีมูลค่าสูง มีการศึกษาวิถีและกลไกของการเปลี่ยนสีดอกในพืชหลายชนิด พืชต้นแบบที่ใช้ในการศึกษา คือ พิทูเนีย และสแนปดรากอน โดยมีบริษัทฟลอริยีน และบริษัท ซันทอรีของญี่ปุ่นเป็นผู้นำในการวิจัยด้านนี้ และประสบความสำเร็จในการทำคาร์เนชั่นและดอกกุหลาบให้เป็นสีน้ำเงิน
ดอกคาร์เนชั่นดัดแปลงพันธุกรรมให้เป็นสีม่วง ของ บ.Florigene Flower   ดอกกุหลาบดัดแปลงพันธุกรรมให้เป็นสีม่วงของ บ.Suntory
ดอกคาร์เนชั่นดัดแปลงพันธุกรรมให้เป็นสีม่วง ของ บ.Florigene Flower ดอกกุหลาบดัดแปลงพันธุกรรมให้เป็นสีม่วงของ บ.Suntory

พันธุวิศวกรรมพืชพลังงาน

พันธุ วิศวกรรมเพื่อปรับปรุงพันธุ์พืชที่ผลิตสารให้พลังงาน เช่น ไบโอเอทานอล ไบโอดีเซล ไบโอก๊าซ ก๊าซไฮโดรเจน และไบโอโซลาเซลล์  เป็นความหวังใหม่ของการผลิตพลังงานทดแทน ซึ่งในระยหลัง ได้รับความสนใจอย่างมากจากนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก โดยมีการพัฒนา 2 แนวทาง ได้แก่
  1. การผลิตพืชที่ใช้เป็นวัตถุดิบให้ได้จำนวนมากขึ้น โดยพัฒนาพันธุ์พืชให้มีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แสง ลดอัตราการใช้ปุ๋ยและน้ำ และทนต่อสภาพดินต่างๆ เพื่อให้ปลูกได้หลายที่
  2. การปรับปรุงพันธุ์พืชให้มีแป้งหรือน้ำตาลที่หมักได้ง่ายขึ้น เช่น การปรับปรุงพันธุ์ข้าวโพดให้มีแป้งที่หมักเป็นแอลกอฮอล์ได้ง่าย  ในขณะเดียวกันสามารถใช้พันธุวิศวกรรมปรับปรุงสายพันธุ์จุลินทรีย์ให้มี ประสิทธิภาพในการหมักน้ำตาลจากพืชให้เป็นแอลกอฮอล์ได้ดีขึ้น
สำหรับ ประเทศไทย ซึ่งมีพืชพลังงานอยู่หลายชนิด เช่น มะพร้าว ปาล์มน้ำมัน มันสำปะหลัง อ้อย และสบู่ดำ การใช้พันธุวิศวกรรมเพื่อการปรับปรุงพันธุ์พืชเหล่านี้จึงทำได้หลายแนวทาง เช่น กระตุ้นให้มีการเจริญเติบโตได้รวดเร็ว ให้ผลผลิตสูง ทนแล้ง ทนสภาพดินเค็ม หรือ ดินที่เป็นกรด-ด่างได้ดี เป็นต้น

พันธุวิศวกรรมพืชเวชกรรม

พันธุ วิศวกรรมเพื่อผลิตพืชเวชกรรมกำลังมาแรง และมีแนวโน้มจะได้รับการยอมรับมากกว่าพืชอาหาร  ที่ผ่านมามีงานวิจัยในข้าวโพด ยาสูบ ข้าว และคาโนลา แต่เนื่องจากพืชเหล่านี้เป็นพืชอาหารด้วยซึ่งอาจมีข้อกังวลเกี่ยวกับการถ่าย ทอดยีนไปยังสายพันธุ์พืชที่ใช้เป็นอาหาร จึงมีการเสนอให้วิจัยในพืชอื่น เช่น อัลฟัลฟา แซฟฟลาเวอร์ ดั๊กหวีด และสาหร่าย การผลิตสารสำคัญทางการแพทย์ในพืชดัดแปลง
พันธุ กรรมมีข้อได้เปรียบหลายประการที่ทำให้เป็นที่นิยมในปัจจุบัน เช่น ราคาถูกกว่าการผลิตในยีสต์หรือแบคทีเรีย ราว 10–100 เท่า ขยายขนาดได้ง่าย ปลอดภัย ง่ายต่อการสกัดและการนำสารมาใช้
ใน ปี พ.ศ. 2548 มีการผลิตยาสูบที่มีตัวยาสำหรับรักษาโรคมะเร็ง นอกจากนี้ยังมีงานวิจัยอื่นๆ เช่น การผลิตยีนภูมิคุ้มกันในน้ำนมคนให้อยู่ในน้ำนมข้าว การใช้ยีนจากหญิงที่เป็น หมัน ซึ่งมีฤทธิ์ทำลายสเปิร์มมาผลิตในข้าวโพด เพื่อทำยาคุมกำเนิดใส่ในถุงยางอนามัย หรือการพัฒนาให้ข้าวโพดผลิตวัคซีนไวรัสตับอักเสบ
ขวา - Prof. Ralph Bock จาก Institute of Plant Biochemistry and Biotechnology ประเทศเยอรมัน กับ มะเขือเทศดัดแปลงพันธุกรรมให้มีวิตามินสูง และกำลังพัฒนามะเขือเทศดัดแปลงพันธุกรรม เพื่อใช้เป็นวัคซีนรับประทานได้ (edible vaccine)<br>ซ้าย - กล้วยดัดแปลงพันธุกรรมพัฒนาเพื่อให้สร้างวัคซีน
ขวา - Prof. Ralph Bock จาก Institute of Plant Biochemistry and Biotechnology ประเทศเยอรมัน กับ มะเขือเทศดัดแปลงพันธุกรรมให้มีวิตามินสูง และกำลังพัฒนามะเขือเทศดัดแปลงพันธุกรรม เพื่อใช้เป็นวัคซีนรับประทานได้ (edible vaccine)ซ้าย - กล้วยดัดแปลงพันธุกรรมพัฒนาเพื่อให้สร้างวัคซีน

พันธุวิศวกรรมพืชอุตสาหกรรม

สำหรับ งานพันธุวิศวกรรมในอุตสาหกรรมสิ่งทอนั้น ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์จีนได้พยายามทำฝ้ายดัดแปลงพันธุกรรมให้มีใยสีฟ้าสำหรับ ทำผ้ายีนส์ ซึ่งจะช่วยลดมลพิษจากกระบวนการย้อมสียีนส์     จนถึงปัจจุบันสามารถทำฝ้ายใยสีเขียวได้แล้ว  นอกจากนี้ยังศึกษากลไกการสร้างใยฝ้าย และการควบคุมยีนที่ผลิตโพลีเมอร์บางอย่างเพื่อทำให้เสื้อปราศจากรอยย่น ผสมเข้าไปเพื่อทำความสะอาดได้ง่ายขึ้น หรือแม้กระทั่งในปี พ.ศ.2547 มีการศึกษาวิจัยในยาสูบให้สามารถสร้างโปรตีนของใยแมงมุมซึ่งมีความเหนียว เพื่อนำไปทำเสื้อกันกระสุน
ใน อุตสาหกรรมพลาสติกมีรายงานว่าสามารถทำให้ต้นยาสูบและต้นอะราบิดอบซิส สร้างเม็ดพลาสติกในเนื้อเยื่อของพืชได้ และในอเมริกามีการวิจัยดังกล่าวใน ข้าวโพดและคาโนลา แต่ปัญหาคือพืชบางชนิดไม่สามารถทนต่อการมีเม็ดพลาสติกภายในเซลล์ ทำให้พืชชะลอการเจริญเติบโต เช่น ยาสูบ ฝ้าย และป่าน แต่พบว่า ซูการ์บีท ข้าวโพด และคาโนลา ทนต่อการมีเม็ดพลาสติกภายในเซลล์ได้ ดังนั้นการเลือกชนิดของพืชจึงมีความสำคัญ สำหรับอุตสาหกรรมการทำกระดาษ ค่าใช้จ่ายส่วนใหญ่อยู่ที่การ  กำจัดลิกนิน นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามตัดต่อยีนเพื่อลดปริมาณลิกนิน เช่น การทำยูคาลิปตัสที่มี    ลิกนินน้อยลง

พันธุวิศวกรรมพืชเพื่อสิ่งแวดล้อม

นอก จากการผลิตพืชต้านทางแมลงศัตรูพืชเพื่อลดการใช้สารเคมีแล้ว  ยังมีการวิจัยเพื่อผลิตข้าวโพดและถั่วเหลืองที่มีฟอสฟอรัสสูงและไฟเททต่ำ เพื่อใช้เป็นอาหารของสุกร เป็ด และไก่ ช่วยให้เกษตรกรไม่ต้องซื้อฟอสฟอรัสมาเป็นอาหารเสริม และลดปริมาณไฟเททที่มักถูกปล่อยลงแหล่งน้ำพร้อมกับมูลสัตว์ ก่อให้เกิดมลภาวะทางน้ำ  นอกจากนี้ยังมีการสร้างพืชกำจัดสารพิษ ที่สามารถดูดสารพิษมากักเก็บไว้ หรือเปลี่ยนสารพิษให้อยู่ในรูปที่ไม่เป็นพิษหรือเป็นพิษน้อยก่อนที่ปล่อยสู่ สิ่งแวดล้อม เช่น เหมืองตะกั่วในรัฐโคโลราโด มีการใช้ต้นอินเดียนมัสตาร์ดที่ได้รับการถ่ายยีนจากวัชพืช เพื่อให้เจริญเติบโตได้ดีและดูดซับสารตะกั่วได้มากขึ้น และยังมีการสร้างต้นยาสูบที่สามารถดูดสารทีเอ็นทีและอาร์ดีเอ็กซ์ ซึ่งเป็นวัตถุระเบิดได้
แนว โน้มการพัฒนาพืชดัดแปลงพันธุกรรม อาจแบ่งได้เป็น 2 ยุค ได้แก่ ช่วงปี พ.ศ.2533–2543 ที่เน้นการพัฒนาลักษณะทางการเกษตร เช่น ต้านทานโรค แมลง และสารกำจัดศัตรูพืช รวมถึงความทนทานต่อสภาวะที่ไม่เหมาะสม เช่น ทนเค็ม ทนแล้ง และช่วงปี พ.ศ.2543–2563 ที่เน้นการพัฒนาคุณภาพผลผลิตให้มีลักษณะที่ต้องการหลายประการในพืชชนิดเดียว เช่น ต้านทานทั้งแมลงและสารกำจัดวัชพืช รวมไปถึงเรื่องเวชภัณฑ์
ปัจจุบัน ทั่วโลกมีการปลูกพืชดัดแปลงพันธุกรรมเพิ่มขึ้นทุกปี โดยในปี พ.ศ.2546–2549 เพิ่มขึ้นเกือบ 20% จากการรวบรวมข้อมูลจาก 63 ประเทศ พบว่ามีงานวิจัยด้านพันธุวิศวกรรมในพืชอาหารและพืชเส้นใย ทั้งที่อยู่ระหว่างการทดลองและมีจำหน่ายแล้วทั้งสิ้น 57 ชนิด ประเทศที่เป็นผู้นำในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ได้แก่ อเมริกา อาร์เจนตินา จีน แคนาดา และบราซิล สำหรับประเทศที่งานวิจัยมีความก้าวหน้ามากได้แก่ ออสเตรเลีย ยุโรปตะวันตก เม็กซิโก แอฟริกาใต้ และประเทศที่น่าจับตามองคือ อินโดนีเซีย อียิปต์ และอินเดีย ซึ่งกำลังพัฒนางานวิจัยด้านพันธุวิศวกรรมพืชอย่างมาก
สำหรับประเทศไทยมี งานวิจัยเพื่อการพัฒนาพันธุวิศวกรรมในพืชหลายชนิด เช่น มะละกอเพื่อให้ต้านทานต่อโรคจุดวงแหวนที่เกิดจากเชื้อไวรัส หรือ มะเขือเทศเพื่อให้ต้านทานต่อโรคใบหงิกเหลือง เป็นต้น อย่างไรก็ตามงานวิจัยเหล่านี้ยังไม่สามารถพัฒนาไปจนสำเร็จลุล่วงได้เนื่อง จากข้อจำกัดหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการไม่สามารถทดสอบพืชดัดแปลงพันธุกรรมในภาคสนามได้มา ตั้งแต่ปี  พ.ศ.2544 จึงเป็นที่น่าสนใจว่าประเทศไทยจะมีนโยบายและกลยุทธ์เกี่ยวกับพืชดัดแปลง พันธุกรรมไปในทิศทางใด จึงจะก้าวทันต่อการเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยีในโลกปัจจุบันได้

การกลายพันธุ์ (Mutation)

มิวเทชัน (mutation) หรือ การกลายพันธุ์หมายถึงการเปลี่ยนแปลงลักษณะพันธุกรรมและลักษณะที่เปลี่ยนแปลง สามารถจะถ่ายทอดจากชั่วอายุหนึ่งได้  แบ่งออกเป็น 2 ระดับ คือ
  1. มิวเทชันระดับโครโมโซม(chromosome mutation)คือการกลายพันธุ์ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครโมโซม  อาจจะเป็นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซมหรือการเปลี่ยนแปลงจำนวน โครโมโซม
  2. มิวเทชันระดับยีน(gene mutation หรือpoint mutation)คือการเปลี่ยนแปลงจากยีนหนึ่งไปเป็นอีกยีนหนึ่งซึ่งป็นผลจากการ เปลี่ยนแปลงนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลของดีเอ็นเอ

การเกิดมิวเทชัน

การเกิดการมิวเทชันแบ่งออกได้เป็น  2  ชนิดคือ
  1. มิวเทชันที่เกิดขึ้นเองในธรรมชาติ  (spontaneous mutstion) อาจเกิดขึ้นเนื่องจากรังสี สารเคมี อุณหภูมิในธรรมชาติ ซึ่งสิ่งต่างๆเหล่านี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนตำแหน่งไฮโดรเจนอะตอมในโมเลกุลของ เบส(tautomeric shift)หรือการสูญเสียไฮโดรเจนอะตอมในโมเลกุลของเบส(ionization)ทำให้การจับ คู่ของเบสผิดไปจากเดิมมีผลทำให้เกิดการแทนที่คู่เบสแบบแทรนซิชันหรือทรา สเวอร์ชัน  ทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนไป  แต่อัตราการเกิดมิวเทชันชนิดนี้จะต่ำมากเช่น เกิดในอัตรา 10-6 หรือ10-5
  2. การมิวเทชันที่เกิดจากการชักนำ (induced mutation) เป็นการกลายพันธุ์ที่เกิดจากมนุษย์ใช้สิ่งก่อกลายพันธุ์(mutagen)ชักนำให้เกิดขึ้นซึ่งสิ่งก่อกลายพันธุ์มีดังนี้
    1. สิ่งก่อกลายพันธุ์ทางกายภาพ (physical mutagen)ได้แก่ อุณหภูมิ รังสีต่างๆ รังสีสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ดังนี้
      • รังสีที่ก่อให้เกิดไอออน (ionizing radiation) รังสีประเภทนี้มีอำนาจในการทะลุทะลวงผ่านเนื้อเยื่อได้สูง ซึ่งมักจะทำให้เกิดการแตกหักของโครโมโซม  ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมรังสีเหล่านี้ได้แก่  รังสีแอลฟา เบตา แกมมา นิวตรอนซ์ หรือรังสีเอ็กซ์
      • รังสีที่ไม่ก่อให้เกิดไอออน (non ionizing radiation) รังสีประเภทนี้มีอำนาจในการทะลุทะลวงผ่านเนื้อเยื่อได้ต่ำมักจะทำ ให้เกิดไทมีนไดเมอร์ (thymine dimer) หรือไซโทซีนไดเมอร์(cytosine dymer) รังสีประเภทนี้ได้แก่รังสีอัลตราไวโอเลต(UV)
    2. สิ่งก่อกลายพันธุ์ทางเคมี (chemical mutagen) ได้แก่สารเคมีต่างๆซึ่งมีหลายชนิดเช่น
      • สารเคมีที่มีสูตรโครงสร้างคล้ายคลึงกับเบสชนิดต่างๆ ของดีเอ็นเอ (base analogues) ซึ่งสามารถเข้าแทนที่เบสเหล่านั้นได้ระหว่างที่เกิดการจำลองโมเลกุลของดี เอ็นเอ ทำให้เกิดการแทนที่คู่เบสและรหัสพันธุกรรมที่เปลี่ยนแปลงไปสารเคมีเหล่านี้ ได้แก่5-โบรโมยูราซิล  2-อะมิโนพิวรีน5-โบรโมยูราซิล   มีสูตรโครงสร้างคล้ายคลึงกับไทมีน เมื่อเกิดการจำลองโมเลกุลของดีเอ็นเอจะสามารถเข้าไปแทนที่ไทมีนได้ และสามารถเกิดtautomericหรือionizationได้ซึ่งเมื่อเกิดแล้วแทนที่จะจับคู่ กับอะดินีน จะไปจับคู่กับกัวนีน เมื่อมีการจำลองโมเลกุลต่อไปอีกจะทำให้เกิดการแทนที่คู่เบสขึ้นได้
      • สารเคมีที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสูตรโครงสร้างของเบส ซึ่งมีผลทำให้เกิด การแทนที่คู่เบสเช่นเดียวกัน ทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนแปลงไปสารเคมีเหล่านี้ได้แก่  กรดไนตรัส  ไฮดรอกซิลลามีน ไนโตรเจนมัสตาด เอธิลมีเทนซัลโฟเนต      กรดไนตรัส จะทำหน้าที่ดึงหมู่อะมิโนออกจากโมเลกุลของเบสอะดินีน ไซโทซีน และกัวนีนทำให้เบสอะดีนีนเปลี่ยนเป็นไฮโปแซนทีน ซึ่งสามารถจับคู่กับเบสไซโทซีนได้ เบสไซโทซีนเปลี่ยนเป็นยูราซิลซึ่งสามารถจับคู่กับเบสอะดีนีนได้และเบสกัวนีน เปลี่ยนเป็นแซนทีน ซึ่งสามารถจับคู่กับเบสไซโทซีนได้ดังนั้นเมื่อเกิดการจำลองโมเลกุลของดีเอ็น เอจะทำให้เกิดการแทนที่คู่เบสแบบแทรนซิชัน
      • สารเคมีที่ทำให้เกิดการเพิ่มและการขาดของนิ วคลีโอไทด์ในโมเลกุลของ ดีเอ็นเอซึ่งมีผลทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนแปลงไป สารเคมีเหล่านี้ได้แก่  สีย้อมเช่น อะคริดีน ออเรนจ์,โพรฟลาวีน   โมเลกุลของอะคริดีน ออเรนจ์ หรือโพรฟาวีนสามารถเข้าไปแทรกอยู่ระหว่างนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลของดีเอ็นเอ หรือทำให้โมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ที่ถูกแทรกโดย อะคริดีน ออเรนจ์ หรือโพรฟาวีนหลุดออกมา เมื่อมีการจำลองโมเลกุลของดีเอ็นเอ  จะได้โมเลกุลของดีเอ็นเอที่มีการเพิ่มของนิวคลีโอไทด์และการขาดหายไปของนิ วคลีโอไทด์   ยีนที่เปลี่ยนแปลงไปนี้อาจจะกลายเป็นยีนเด่นหรือยีนด้อยก็ได้  หรืออาจทำให้เกิดการตายขึ้นได้(lethal  gene)
โรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงลำดับเบสในยีนเป็นตัวอย่างของการเกิดมิวเทชัน
โรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงลำดับเบสในยีน http://www.mwit.ac.th/~bio/script/mutation.pdf
โรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงลำดับเบสในยีน


สมบัติของสารพันธุกรรม


DNA ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมได้อย่างไร?

จากการศึกษาโครงสร้างของ DNA ที่ผ่านมาพบว่าโครงสร้างของ DNA ประกอบด้วย
พอ ลินิวคลีโอไทด์สองสายที่มีความยาวนับเป็นพันเป็นหมื่นคู่เบส การเรียงลำดับคู่เบสมีความแตกต่างกันหลายแบบ ทำให้ DNA แต่ละโมเลกุลแตกต่างกันที่ลำดับและจำนวนของคู่เบสทั้งที่มีเบสเพียง 4 ชนิด คือ เบสA เบส T เบส C และ เบส G จึงเป็นไปได้ว่าความแตกต่างกันทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตอยู่ที่ลำดับและ จำนวนของเบสใน DNA หลักฐานที่ DNA เกี่ยวข้องกับการแสดงลักษณะทางพันธุกรรม
ใน พ.ศ.2500 วี เอ็ม อินแกรม (V.M.Ingram) ได้ทำการทดลองเปรียบเทียบฮีโมโกลบินของคนปกติกับคนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิด ซิกเคิลเซลล์ ซึ่งเป็นโรคที่ถ่ายทอดโดยยีนด้อยตามกฎของเมนเดล เขาพบว่า ฮีโมโกลบินของคนที่มีเซลล์เม็ดเลือดแดงปกติจะแตกต่าง จากฮีโมโกลบินของคนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ โดยการเรียงตัวของกรดอะมีโนต่างกัน 1 ตัว กล่าวคือกรดอะมีโนลำดับที่6 ของสายพอลิเพปไทด์สายบีตาของคนปกติเป็นกรดกลูตามิก(Glutamic acid) แต่คนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิซิกเคิลเซลล์เป็นกรดอะมิโนชนิดวาลีน(Valine) โดยที่กรดอะมีโนตัวอื่นๆเหมือนกันหมด ดังนี้
  1. กรดอะมีโน 1 คนปกติจะเป็น วาลีน คนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์จะเป็น วาลีน
  2. กรดอะมีโน 2 คนปกติจะเป็น ฮีสทีดีน คนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์จะเป็น ฮีสทีดีน
  3. กรดอะมีโน 3 คนปกติจะเป็น ลิวซีน คนที่เป็นดรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์จะเป็น ลิวซีน
  4. กรดอะมีโน 4 คนปกติจะเป็น ทรีโอนีน คนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์จะเป็นทรีโอนีน
  5. กรดอะมีโน 5 คนปกติจะเป็น โพรลีน คนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์จะเป็น โพรลีน
  6. กรดอะมีโน 6 คนปกติจะเป็น กรดกลูตามิก คนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์จะเป็นวาลีน
แม้จะมีความผิดพลาดเพียงเล็กน้อยในการเรียงลำดับกรดอะมีโน ในสายพอลิเพปไทด์ก็สามารถทำให้เกิดโรคทางพันธุกรรมได้
ความผิดที่เกิดจากการเรียงลำดับกรดอะมิโน เป็นหลักฐานว่า DNA ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม

การสังเคราะห์ DNA

วอตสันและคริกค้นพบโครงสร้างทางเคมีของ DNA ขั้นตอนต่อไปก็คือ การพิสูจน์และตรวจสอบว่าโครงสร้างของ DNA นี้ มีสมบัติเพียงพอที่จะเป็นสารพันธุกรรมได้หรือไม่ ซึ่งการที่จะเป็นสารพันธุกรรมได้นั้นย่อมต้องมีสมบัติสำคัญ คือ 
ประการแรก ต้องสามารถเพิ่มจำนวนตัวเองได้โดยมีลักษณะเหมือนเดิมเพื่อให้สามารถถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากรุ่นพ่อแม่ไปยังรุ่นลูกได้
ประการที่สอง สามารถควบคุมให้เซลล์สังเคราะห์สารต่างๆเพื่อแสดงลักษณะทางพันธุกรรมให้ปรากฏ
ประการที่สาม ต้อง สามารถเปลี่ยนแปลงได้บ้าง ซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอาจก่อให้เกิดลักษณะพันธุกรรมที่ผิดแปลกไปจาก เดิมและเป็นช่องทางให้เกิดสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ๆขึ้น หลังจากวอตสันและคริกได้เสนอโครงสร้างของ DNA แล้วในระยะเวลาเกือบ 10 ปี  ต่อมา จึงสามารถพิสูจน์ได้ว่า DNA มีสมบัติเป็นสารทางพันธุกรรม วอตสันและคริกจึงได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานการค้นพบโครงสร้าง DNA ใน ปี พ.ศ. 2505 นับว่าเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญยิ่งทางด้านวิทยาศาสตร์ และเป็นจุดเริ่มต้นให้กับนักวิทยาศาสตร์ที่จะค้นคว้าในระดับโมเลกุลต่อไป วอตสันและคริกได้เสนอโครงสร้างของ DNA ว่าเป็น พอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายพันกันบิดเป็นเกลียว ดังโครงสร้างของ DNA ตามแบบจำลองนี้ได้นำไปสู่กลไกพื้นฐานของการสังเคราะห์ DNA หรือการจำลองตัวเองของ DNA โดยนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองได้พยากรณ์กลไกจำลอง DNA ว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร
ในปี พ.ศ. 2496 วอตสันและคริกได้พิมพ์บทความพยากรณ์การจำลองตัวของ DNA ไว้ว่า ในการจำลองตัวของ DNA พอ ลินิวครีโอไทด์ 2 สาย แยกออกจากกันเหมือนการรูดซิบโดยการสลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบส A กับ T และเบส C กับ G ที่ละคู่ พอลินิวคลีโอไทด์แต่ละสายทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์สำหรับการสร้างสายใหม่ มีการนำนิวคลีโอไทด์อิสระที่อยู่ในเซลล์เข้ามาจับกับ พอลินิวคลีโอไทด์สายเดิม โดยเบส A จับกับ T และเบส C จับกับ G  หมู่ฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์ อิสระจะจับกับน้ำตาลออสซีไรโบสของ DNA โดยวิธีนี้เรียกว่า DNA เรพลิเคชั่น ( DNA replication ) ทำให้มีการเพิ่มโมเลกุลของ DNA จาก 1 โมเลกุลเป็น 2 โมเลกุล DNA แต่ ละโมเลกุลมีพลลินิวคลีโอไทด์ สายเดิม 1 สาย และสายใหม่ 1 สาย จึงเรียกการจำลองลักษณะว่า เป็นแบบกึ่งอนุรักษ์ ( semiconservatiae ) ดังภาพ
การจำลองตัวเองของ  DNA
การจำลองตัวเองของ DNA
การจำลองตัวเองของ  DNA
การจำลองตัวเองของ DNA
การจำลองตัวเองของ  DNA
การจำลองตัวเองของ DNA  (DNA REPLICATION) 
DNA  สามารถเพิ่มจำนวนได้โดยการจำลองตัวเอง (self replication)
ซึ่งเป็นคุณสมบัติพิเศษที่สำคัญมากในการทำหน้าที่ถ่ายลักษณะทางพันธุกรรมจากสิ่งมีชีวิตรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่ง การจำลองตัวของดีเอ็นเอเริ่มจากการคลายเกลียวออกจากกันแล้วใช้สายพอลินิวคลีโอไทด์สายใดสายหนึ่งใน 2 สายเป็นแม่พิมพ์ (template) ในการสร้างสายใหม่ขึ้นมา ซึ่งสุดท้ายดีเอ็นเอที่จำลองใหม่จะประกอบด้วยสายพอลินิวคลีโอไทด์สายเดิมและสายใหม่  นอกจากนี้ ดีเอ็นเอ  ยังทำหน้าที่เป็นแม่แบบของการสร้างสายอาร์เอ็นเอ  ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ซึ่งกระบวนการต่างๆ เหล่านี้จำเป็นต้องอาศัยเอนไซม์จำเพาะหลายชนิดในการควบคุมปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น เช่น ดีเอ็นเอโพลิเมอเรส (DNA polymerase) อาร์เอ็นเอโพลิเมอเรส (RNA polymerase) เฮลิเคส (helicase) ไลเกส (ligase) เป็นต้น
การจำลอง ดีเอ็นเอ
การจำลอง ดีเอ็นเอ
เมื่อ DNA สองสายคลายเกลียวแยกออกจากกันDNA polymerasจะสังเคราะห์leading strand เป็นสายยาว โดยมีทิศทางจากปลาย 5, ไปยัง3, เรียกว่า การสร้างสาย leading strandDNA polymeras gxHodkiสังเคราะห์ DNA สายใหม่เป็นสายสั้นๆ (Okazaki fragment๗โดยมีทิศทาง 5, ไปยัง 3, จากนั้น DNA ligaseจะเชื่อมต่อ DNA สายสั้นๆให้เป็นDNA สายยาว เรียกว่า การสร้าง lagging strand

การจำลองตัวเองของ DNA ตามสมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์มีดังนี้

1. แบบกึ่งอนุรักษ์ (semiconservative replication) เมื่อมีการจำลองตัวเองของ DNA แล้ว DNA แต่ละโมเลกุลมีพอลินิวคลีโอไทด์ สายเดิมและสายใหม่ ซึ่งเป็นแบบจำลองของวอตสันและคลิก
2 แบบอนุรักษ์ (conservative replication) เมื่อมีการจำลองตัวเองของ DNA แล้ว พอลินิวคลีโอไทด์ทั้งสองสายไม่แยกจากกันยังเป็นสายเดิม จะได้ DNA โมเลกุลใหม่ที่มีสายของโมเลกุลพอลินิวคลีโอไทด์สายใหม่ทั้งสองสาย
3. แบบกระจัดกระจาย (dispersive replication) เมื่อมีการจำลองตัวเองของ DNA จะได้ DNA ที่เป็นของเดิมและของใหม่ปะปนกันไม่เป็นระเบียบ
การจำลองตัวเองของ DNA
การจำลองตัวเองของ DNA

DNA กับการสังเคราะห์โปรตีน

โครงสร้างและชนิดของ RNA

RNA มีโครงสร้างคล้าย DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์เรียงต่อกันด้วยพันธะฟอสโพไดเอสเทอร์เป็นโพลีนิวคลี โอไทด์ แต่องค์ประกอบนิวคลีโอไทด์แตกต่างกันที่น้ำตาลและเบส โดย น้ำตาลของ RNA เป็นไรโบส ส่วนเบสใน RNA มียูราซิล (u) มาแทนไทมีน(T)
RNA
RNA
RNA ในเซลล์มีปริมาณมากมาย มากกว่า DNA 5-10 เท่า หน้าที่หลักเกี่ยวข้องกับ กระบวนการสังเคราะห์โปรตีน RNA ในเซลล์ส่วนใหญ่เป็นสายเดี่ยว (single standed) เนื่องจาก RNA ต้องมีโครงสร้างสามมิติที่ถูกต้องสำหรับทำหน้าที่ภายในเซลล์ดังนั้น RNA อาจจะเสียสภาพได้ด้วยความร้อน และpHสูงๆ เช่นเดียวกับ DNA แต่โครงสร้างส่วนที่เป็นเกลียวเป็นช่วงสั้นๆเท่านั้น จึงทำให้เสียสภาพได้ง่ายกว่า DNA

ชนิดของ RNA

ภายในเซลล์มี RNA 3 ชนิด ดังนี้
  1. เมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอ หรือ เอ็มอาร์เอ็นเอ ( messenger RNA : mRNA) เป็นอาร์เอ็นเอที่ได้จากกระบวนการถอดรหัส ( transcription ) ของสายใดสายหนึ่งของดีเอ็นเอ ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นรหัสพันธุกรรมที่ใช้ในการสังเคราะห์โปรตีน
    mRNA
    mRNA
  2. ทรานสเฟอร์อาร์เอ็นเอ หรือ ทีอาร์เอ็นเอ ( transfer RNA : tRNA) อาร์เอ็นเอชนิดนี้ผลิตจากดีเอ็นเอเช่นเดียวกัน ทำหน้าที่ในการนำกรดอะมิโนต่างๆ ไปยังไรโบโซม ซึ่งเป็นแหล่งที่มีการสังเคราะห์โปรตีน ในไซโทพลาซึม
    mRNA
    tRNA
    ที่มา http://www.kik5.com/images/bio/img/p6_10_clip_image002_0000.jpg
  3. ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ หรือ อาร์อาร์เอ็นเอ (ribosomal RNA : rRNA ) อาร์เอ็นเอชนิดนี้ผลิตจากดีเอ็นเอโดยกระบวนการถอดรหัสเช่นเดียวกัน แต่ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบของไรโบโซมโดยอาร์เอ็นเอรวมกับโปรตีนกลายเป็น หน่วยของไรโบโซม
    t RNA
    r RNA

การสังเคราะห์ RNA

การสังเคราะห์ RNA จำเป็นต้องอาศัย DNA สายหนึ่งเป็นต้นแบบ ซึ่งมีขั้นตอนดังนี้
  1. พอลินิวคลีโอไทด์สองสายของดีเอ็นเอคลายเกลียวแยกจากกันบริเวณที่
    จะมีการสังเคราะห์ RNA
  2. นำนิวคลีโอไทด์ของ RNA เข้าจับกับเบสของ DNA แต่ใน RNA ไม่มีไทมีน(T)
    มียูราซิล (U) แทน
  3. การสังเคราะห์ RNA เริ่มจากปลาย 3’ไปยังปลาย 5’ของ DNA โมเลกุลของ RNA จึงเริ่มจากปลาย 5′ ไปยังปลาย 3′
  4. นิวคลีโอไทด์ของ RNA เชื่อมต่อกันโดยอาศัย เอนไซม์ ชื่อ อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรส ( RNA polymerase)
ขั้นตอนการสังเคราะห์ RNA โดยมี DNA เป็นแม่พิมพ์นี้ เรียกว่า ทรานสคริปชัน(transcription)
การสังเคราะห์ RNA
การสังเคราะห์ RNA
การสังเคราะห์ RNA
การสังเคราะห์ RNA
การสังเคราะห์ RNA
การสังเคราะห์ RNA

รหัสพันธุกรรม

รหัสพันธุกรรม คือ ลำดับของเบสบน DNA ซึ่งถ่ายทอดไปยัง RNA ในการสังเคราะห์โปรตีน เบสใน DNA มีเพียง 4 ตัว ส่วนกรดอะมิโนมีอย่างน้อย 20 ชนิด ดังนั้นรหัสหนึ่ง ๆ จะต้องประกอบด้วยเบสอย่างน้อย 3 ตัว ประกอบกัน และจากการคำนวณรหัสหนึ่งมีเบส 3 ตัวจะได้รหัสจำนวนถึง 64 รหัสด้วยกัน ซึ่งมากเกินพอสำหรับกรดอะมิโนที่มีอยู่ในธรรมชาติ จากการทดลองทำให้ทราบว่ามีหลาย ๆ รหัสที่มีความหมายสำหรับกรดอะมิโนตัวเดียวกัน รหัสบน mRNA นี้เรียกว่า โคดอนซึ่งมีเบสคู่รวมกับเบสอิสระ บน tRNA ที่เรียกว่า แอนทิโคดอน
ตารางแสดงรหัสพันธุกรรม
ตารางแสดงรหัสพันธุกรรม
ตารางแสดงรหัสพันธุกรรม แบบวงกลม
ตารางแสดงรหัสพันธุกรรม แบบวงกลม

การสังเคราะห์โปรตีน


DNA ทำหน้าที่ในการกำหนดชนิดของโปรตีนที่เซลล์สังเคราะห์ขึ้นมาเพื่อนำไปใช้ใน กิจกรรมต่างๆ ภายในเซลล์ ลำดับเบสในโมเลกุลของ   DNA ของยีนหนึ่งจะเป็นตัวกำหนดการเรียงตัวของกรดอะมิโนชนิดต่างๆ ของโปรตีนที่จะสังเคราะห์ขึ้นมา
DNA แต่ละโมเลกุลแตกต่างกันที่ลำดับเบส ซึ่งมีเพียง 4 ชนิด คือ A  T  C  G  ถ้ามีนิวคลีโอไทด์ 2 โมเลกุลเรียงต่อกัน  ลำดับเบส  4 ตัว นี้จะแตกต่างกัน เท่ากับ 42 = 16 แบบได้แก่ AA  AT  TA  AC  CA  AG  GA  TT  TC  CT  TG  GT  CC  CG  GC  และGG  จำนวน 16 แบบนี้ ไม่เพียงพอที่จะเป็นรหัสให้แก่กรดอะมิโนซึ่งมีประมาณ 20 ชนิด ถ้ามีนิวคลีโอไทด์ 3 โมเลกุลเรียงต่อกัน  ลำดับเบส 4 ตัวนี้ จะแตกต่างกันเท่ากับ 43 = 64 แบบ ซึ่งเกินกว่าจำนวนชนิดของกรดอะมิโนที่มีอยู่
ใน พ.ศ. 2504 เอ็ม.ดับบลิว. ไนเรนเบิร์ก ( M.W.Nirenberg) และ เจ.เอ็ช. แมททัย ( J.H.  Matthei)  ชาวอเมริกัน  ได้ค้นพบรหัสพันธุกรรมแรก คือ   UUU ซึ่ง เป็นรหัสของกรดอะมิโนชนิด ฟินิลอะลานีน ( phenylalanine) และต่อมามีการค้นพบเพิ่มเติมขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งใน พ.ศ. 2509 พบรหัสพันธุกรรมถึง 61 รหัสด้วยกัน เหลือเพียง 3 รหัส คือ UAA , UAG และ  UGA ซึ่งไม่พบเป็นรหัสของกรดอะมิโนใดๆ ภายหลังจึงพบว่า รหัสทั้งสามนี้ทำหน้าที่หยุดการสังเคราะห์โปรตีน  นอกจากนี้ยังพบว่า AUG ซึ่งเป็นรหัสของกรดอะมิโนชนิดเมไทโอนีน ( methionine ) เป็นรหัสตั้งต้นของการสังเคราะห์โปรตีนอีกด้วยการสังเคราะห์โปรตีนเป็น กระบวนการที่เกิดขึ้นในไซโทพลาซึมของเซลล์โดยมีออร์แกเนล์ ที่เกี่ยว ข้องคือไรโบโซม เมื่อDNA ภายในนิวเคลียส  สังเคราะห์ mRNA    ลำดับของ mRNA ซึ่งเป็นรหัสพันธุกรรมนี้ถูกกำหนดโดยลำดับเบสของDNA เรียก ขั้นตอนการสังเคราะห์mRNA ว่า การถอดรหัสพันธุกรรม  (Transcription)    mRNAจะถูกส่งออก มาที่ไซโทพลาซึม โดยmRNAจะนำรหัสพันธุกรรมไปสู่การ สังเคราะห์โปรตีน  โดยการทำงานของไรโบโซม ร่วมกับ tRNA ที่ทำหน้าที่ นำกรดอะมิโนมาเรียงต่อกันตามรหัสพันธุกรรม ของ mRNA   ไรโบโซมหน่วยเล็กจะเข้าไปจับกับmRNAก่อน ต่อจากนั้นtRNA โมเลกุลแรกนำกรดอะ มิโนเข้าจับกับ mRNA ในไรโบโซม แล้วไรโบโซมหน่วยใหญ่จึงจะเข้าจับ ต่อจาก นั้น tRNA โมเลกุลที่สองจะเข้าจับกับ mRNA อิกตำแหน่งหนึ่ง  จนกระทั่งไรโบโซมเครื่อนที่ไปพบรหัสที่ทำหน้าที่หยุดการสังเคราะห์โปรตีนไร โบโซม ก็จะแยกออกจากmRNA การสังเคราะห์โปรตีนจึงสี้นสุดลงและการสังเคราะแบบ นี้เรียกว่า  การแปลรหัสพันธุกรรม (Translation)
การสังเคาระห์โปรตีน
การสังเคราะห์โปรตีน
การสังเคาระห์โปรตีน
การสังเคราะห์โปรตีน