273

แผนบรหารการสอนประจ าบทท 11

เทคโนโลยชวภาพของสงมชวตดดแปลงพนธกรรม

หวขอเนอหา 1. สงมชวตดดแปลงทางพนธกรรม 2. จลนทรยดดแปลงทางพนธกรรม 3. พชดดแปลงทางพนธกรรม 4. สตวดดแปลงทางพนธกรรม 5. ผลกระทบทเกดจากสงมชวตดดแปลงพนธกรรม 6. สรป

วตถประสงคเชงพฤตกรรม เมอผเรยนศกษาบทเรยนนแลวสามารถ

1. อธบายกระบวนการสรางสงมชวตดดแปลงพนธกรรมได 2. ระบผลกระทบดานดและดานเสย หรอปจจยเสยงของการใชเทคโนโลยชวภาพของ

สงมชวตดดแปลงพนธกรรมได 3. บอกความส าคญของเทคโนโลยทางพนธวศกรรมทจะชวยแกปญหาของมนษย

วธสอนและกจกรรมการเรยนการสอน 1. วธสอน

1.1 วธสอนแบบบรรยายกระบวนการทางพนธวศวกรรมทมการตดตอยนจนกระทง ขนตอนการถายทอดยนเขาสเซลลเจาบานชนดตาง ๆ

1.2 การอภปรายผลกระทบ ขอดขอเสย และความจ าเปนของเทคโนโลยสงมชวตดดแปลงพนธกรรมไดทมอทธพลตอชวตในปจจบน 2. กจกรรมการเรยนการสอน

2.1 ชมคลปวดโอขนตอนการตดตอพนธกรรมและการถายทอดยนเขาสเซลลเจาบานชนดตาง ๆ 2.2 สบคนหวขอวจยหรอนวตกรรมดานเทคโนโลยสงมชวตดดแปลงพนธกรรมทมวตถประสงคเพอชวยแกปญหาทางดานการขาดแคลนอาหาร โภชนาการ หรอยารกษาโรค

274

สอการเรยนการสอน 1. เครองคอมพวเตอรและอนเทอรเนต 2. เพาเวอรพอยตพรเซนเตชน เรองเทคโนโลยชวภาพของสงมชวตดดแปลงพนธกรรม 3. ส าเนาเอกสารค าสอนรายวชาชวเคมประยกต 4. สอคลปวดโอเรองการตดตอพนธกรรมและการถายทอดยนเขาสเซลลเจาบาน

การวดผลและการประเมนผล

1. สงเกตการตอบค าถามในชนเรยน 2. สงเกตจากการอภปรายโตตอบ ซกถาม และการแสดงความคดเหน 3. สงเกตพฤตกรรมความกระตอรอรนในการรวมกจกรรม 4. ประเมนคณภาพของงานทมอบหมาย

275

บทท 11 เทคโนโลยชวภาพของสงมชวตดดแปลงพนธกรรม

เมอประชากรเพมมากขนความตองการบรโภคอาหารของโลกจงเพมจ านวนขนตามไปดวย

ดงนนการพฒนาทางพนธพชและสตวในระยะ 10 ปทผานมาจงมงเนนไปสเปาหมายเพอใหไดพชและสตวทมสายพนธทสามารถใหผลผลตสง คณภาพด และตานทานโรคแมลงหรอวชพชมากขน ในขณะทสภาพแวดลอมเปลยนแปลงไปในทางทเสอมลงตามล าดบ นกชวเคมและนกปรบปรงพนธพชจงหนมาทดลองใชเทคโนโลยพนธวศวกรรม ทมการน าดเอนเอจากสงมชวตตางชนดพนธกนเตมเขาไปในโครโมโซมพชชนสงเพอท าใหเกดลกษณะประจ าตวใหมทไมเคยปรากฏในธรรมชาต พชพนธใหมนจงเปนสงมชวตดดแปลงพนธกรรมทมคณสมบตตามทมนษยตองการ สามารถเพมผลผลตทางการเกษตรใหพอเพยงกบความตองการหรอความคมทนในการเพาะปลก นอกจากนยงมในวงการงานวจยดานไดมการใชเทคนคทางพนธวศกรรมในแบคทเรยนเพอเปนเครองมอในการศกษาวจย เชน การโคลนยน การศกษาการแสดงออกของยน การผลตโปรตน เอนไซม หรอสารอนทรยตาง ๆ ทจะสามารถน ามาประยกตใชในดานอตสหกรรมและการแพทยได

สงมชวตดดแปลงทางพนธกรรม สงมชวตดดแปลงทางพนธกรรม (Genetically Modified Organisms ; GMOs) ทถกสราง

ขนมาครงแรกในป ค.ศ. 1973 คอแบคทเรย E. coli โดย เฮอรเบรต โบเยอร (Herbert Boyer) และสแตนลย โคเฮน (Stanley Cohen) แบคทเรย E. coli นมการแสดงออกทางลกษณะของยนทไดจากเชอแบคทเรย Salmonella (Wunderlich and Gatto 2015 : 842-851) หลงจากนนไมนานในเดอนกมภาพนธ ป ค.ศ. 1975 ไดมการจดประชมเกยวกบเทคโนโลยใหมนและมการประเมนความเสยงตาง ๆ ทอาจจะเกดขน ณ ศนยประชม Asilomar เมอง Monterey มลรฐแคลฟอรเนย ประเทศสหรฐอเมรกา ผลการประชมสรปวาเทคโนโลยนสามารถด าเนนการตอไปได แตตองอยภายใตการดแลอยางใกลชดโดยสถาบนวจยสขภาพของประเทศสหรฐอเมรกา จนกวาจะพสจนไดวาเทคโนโลยนปลอดภย ตอมาเฮอรเบรต โบเยอร จดตงบรษท Genentech ซงเปนบรษทแหงแรกทใชเทคโนโลยดเอนเอลกผสมหรอรคอมบแนนทดเอนเอ (recombinant DNA) และในป ค.ศ. 1978 บรษทนไดประกาศความส าเรจในการผลตอนซลน (insulin) จาก E. coli ภายหลงจากนนในราวป ค.ศ. 1986 มการตอตานเทคโนโลยชวภาพในการสรางพชทตานทานความหนาวเยนจากการถายยนของแบคทเรยททนอณหภมต าได (ice-minus bacteria) ทพฒนาโดยบรษท Advanced Genetic Sciences of

276

Oakland มลรฐแคลฟอรเนย และในปเดยวกนไดมการตอตานการตดแตงทางพนธกรรมของจลนทรยทสรางโปรตนทตานทานตอยาฆาแมลงของบรษท Monsanto (นรนทร เรองพานช, 2553 : 4-6)

เทคนคทส าคญของการสรางสงมชวตดดแปลงทางพนธกรรมเทคนครคอมบแนนทดเอนเอ เทคนคนเปนวธการปรบปรงพนธทรวดเรวและมประสทธภาพมากกวาวธการปรบปรงพนธกรรมของสงมชวตแบบดงเดม ซงเทคนคนจะถายยนทแสดงลกษณะทนาสนใจหรอยนเปาหมายจากสงมชวตหนง ซงเรยกวา ยนผให (donor gene) ไปสผรบ (recipient) ในสงมชวตทตอง การปรบปรงพนธกรรม (recipient organism) ภาพประกอบ 11.1 แสดงขนตอนการเตรยมรคอมบแนนทดเอนเอบนพลาสมด (plasmid) ซงมการแยกยนทสนใจของจากเซลลผใหและเชอมตอบน พลาสมดดวยเอนไซมไลเกส (ligase) และถายโอนเขาสเซลล E. coli ดวยเทคนคทรานสฟอรเมชน (transformation) เพอเพมจ านวนพลาสมดทเปนรคอมบแนนทดเอนเอ จากนนจงถายโอนเขาสเซลลสงมชวตทตองการใหมการแสดงออกของยน (อภชาต วรรณวจตร, 2547 ; ศรลกษณ เอยมธรรม, 2552 : 104-105 และ ปารชาต พมขจร, 2560 : 88-89)

ภาพประกอบ 11.1 วธเทคนครคอมบแนนทดเอนเอ (Recombinant DNA) ในเซลลแบคทเรย ทมา: Simple Biology Institute (2014)

277

จลนทรยดดแปลงทางพนธกรรม สงมชวตทถกดดแปลงทางพนธกรรมดวยเทคนคทางพนธวศวกรรมประเภทแรก คอ

จลนทรย ในเวลาตอมานกวทยาศาสตรไดพฒนาจลนทรยดดแปลงพนธกรรมมากขน เพอประโยชนดานตาง ๆ เชนการเลยงจลนทรยทผลตกรดแลกตกในถงหมกชวภาพ (bioreactor) ซงกรดแลกตเปนกรดทส าคญในอตสาหกรรมอาหาร การใชจลนทรยดดแปลงพนธกรรมเพอผลตฮอรโมนอนซลนในทางการแพทย (ภาพประกอบ 11.2) การใชจลนทรยดดแปลงพนธกรรมมายอยสลายสารพษทปนเปอนอยตามธรรมชาต (ตาราง 11.1) (ศรลกษณ เอยมธรรม, 2552 : 102-103 และ ปารชาต พมขจร, 2560 : 3-6)

ภาพประกอบ 11.2 การตดตอพนธกรรมของแบคทเรยใหสามารถผลตอนซลนได ทมา : Hourlybook (2014)

278

ตาราง 11.1 จลนทรยดดแปลงพนธกรรมทสามารถยอยสลายสารพษทปนเปอนในสงแวดลอม

ทมา : Menn et al. (2008 : 444)

พชดดแปลงทางพนธกรรม ในอดตกอนการสรางพชดดแปลงทางพนธกรรม มนษยไดปรบปรงผลผลตโดยใชวธ

การคดเลอกพนธ ตามธรรมชาต ซงวธการนมมานานหลายพนปมาแลว แตเมอไมกรอยปมาน การคดเลอกพนธไดอาศยความร ทางวทยาศาสตรในการผสมขามพนธและคดเลอกพนธ เพอใหไดลกษณะทตองการ คอใหผลผลตสงและตานทานโรค เรยกวาการปรบปรงพนธแบบดงเดม (conventional breeding) วธการนจะใชเวลาในการปรบปรงพนธนานเปนสบปและมการลงทนทสงอกทงผลทไดรบนนอาจจะไมไดพนธทมลกษณะทตองการท าใหเสยทงเวลาและเงนมหาศาล (นภา ศวรงสรรค, 2557 : 8) ดวยเหตนนกวทยาศาสตรจงคดคนการปรบปรงพนธแบบใหมโดยใชเทคนคทางพนธวศวกรรมแทนทวธการแบบดงเดม ดวยวธการดงกลาวทใหสามารถสรางพชทมลกษณะตามทตองการไดในระยะเวลาอนสนสามารถใหผลผลตสงตานทานตอโรคและแมลง และทนทานตอสภาพอากาศทรนแรง เพอน าไปสการแกไขปญหาการขาดแคลนอาหารของมนษยในอนาคตไดการสรางพชดดแปลงทางพนธกรรมจะอาศยเทคนคทางพนธวศวกรรมทเรยกวารคอมบแนนทดเอนเอเชนเดยวกบ ในจลนทรย โดยการตดแตงยนลกษณะทตองการจากสงมชวตชนดหนงมายงพชทตองการปรบปรง ยนนสามารถมาจากสายพนธ เดยวกนหรอขามสายพนธกได โดยมการดดแปลงพนธกรรมในพชทมบทบาทส าคญตอการด ารงชวตของมนษย ไดแก ขาว ถวเหลอง มนส าปะหลง ขาวโพด ขาวสาล มนฝรง เปนตน เมอไดปรมาณยนหรอดเอนเอทแสดงลกษณะท

จลนทรยดดแปลงพนธกรรม สารมลพษทปนเปอนในสงแวดลอม Pseudomonas aeruginosa AC869 3,5-dichlorobenzoate และ 4-chlorobenzoate Ralstonia eutropha AE707/AE1216 Polychlorinated Biphenyls

และ Chlorobiphenyls Pseudomonas cepacia JHR22 2,4-dichlorobiphenyl และ

3,5-dichlorobiphenyl Escherichia coli HB101/pMY402 Toluene และ Trichloroethylene (TCE) Pseudomonas putida G786(pHG-2) Pentachloroethane และ TCE Pseudomonas cepacia RHJ1 2,4-dichlorophenoxyacetic acid

279

ตองการในปรมาณทมากเพยงพอแลว จากนนจะเปนวธการถายยนเขาสพช ซงวธการทนยมใชในการถายยนในปจจบน คอการใชเชออะโกรแบคทเรย (Agrobacterium–mediated gene transfer) และการใชเครองยงอนภาค (particle bombartment หรอ gene gun) จากนนกน าไปเพาะเลยงเนอเยอ ชกน าใหเกดยอด และพฒนาเซลลพชใหเจรญเตบโตเปนตนพชตนใหมทมยนทแสดงลกษณะทตองการสอดแทรกอยภายในโครโมโซมพช (ภาพประกอบ 11.3) พชชนดใหมนจงมการเปลยนแปลงทางพนธกรรมไปจากพชดงเดม (อภชาต วรรณวจตร, 2547 ; นวลฉว เวชประสทธ, 2555 : 354-355 และ ปารชาต พมขจร, 2560 : 34-38)

ภาพประกอบ 11.3 การถายยนเขาสพชโดยเชออะโกรแบคทเรยและวธใชเครองยงอนภาค ทมา : Ma et al. (2017 : 5)

280

1. การถายยนเขาสเซลลพชโดยอาศยเชออะโกรแบคทเรย การสงถายยนโดยใชแบคทเรยเปนวธการน ายนทตองการเขาสเซลลพชและเกด กระบวนการเชอมตอระหวางสารพนธกรรมทท าการสงถายกบจโนมของพช โดยอาศยกลไกการเขาท าลายพชของแบคทเรยในดน ทชอวา Agrobacterium tumefaciens ซงเปนแบคทเรยทเขาบกรก และเขาท าลายพชทางบาดแผล เปนเชอสาเหตของอาการปมปม (crown gall) บรเวณล าตนของพชใบเลยงคหลายชนด (คณาจารยภาควชาชวเคม มหาวทยาลยเกษตรศาสตร, 2554 : 383) จากความสามารถในการสงถายชนสวนดเอนเอทท าใหเกดโรคทอยบนดเอนเอพเศษมลกษณะเปนวงแหวนขนาดเลกภายในเซลลทเรยกวา Ti พลาสมด (tumor inducing plasmid) (ภาพประกอบ 11.4) เขาสเซลลพชบรเวณบาดแผล ชนดเอนเอจะเขาเชอมตอกบดเอนเอบนโครโมโซมพช ท าใหเซลลพชเกดการเจรญเตบโตทผดปกต การสงถายยนเขาสพชโดยใชแบคทเรย Agrobacterium ท าโดยการแทนทยนทกอโรค ดวยยนควบคมลกษณะทตองการ แลวใหแบคทเรย Agrobacterium ท าการสงถายเขาสพช เพอใหเกดการแสดงออกในลกษณะตามทตองการ วธการคอเตรยมเชอ Agrobacterium ซงภายในบรรจพลาสมด 2 ชนด คอเฮลเปอรพลาสมด (helper plasmid) เปนพลาสมดทจ าเปนตอการเขาสพชของเชออะโกรแบคทเรย และแบคทเรยลพลาสมด (bacterial plasmid) ทมยนเปาหมายทจะถายเขาสพช จากนนตดชนสวนใบเลยงหรอตนออนของพช เพอใหเกดบรเวณทเปนรอยตดของเซลลและน าชนสวนของพชทมรอยตดมาแชในอะโกรแบคทเรยทเตรยมไว เขยาเปนครงคราวเปนเวลา 10-30 นาท เพอใหเชออะโกรแบคทเรยเกาะเซลลพชบรเวณรอยแผล ยายชนพชวางบนอาหารแขงเพาะเลยงเนอเยอและวางกระดาษกรองทบขางบนอกชนหนง บมไวในทมด 2-3 วน หลงจากนนยายชนพชออกมาวางบนอาหารแขงส าหรบเพาะเลยงชกน ายอดหรอแคลลส(callus) ซงเตม ยาปฎชวนะเพอก าจด Agrobacterium และเพาะเลยงใหเปนตนพชทสมบรณ (อภชาต วรรณวจตร, 2547 ; ศรลกษณ เอยมธรรม, 2552 : 128-132 และ นวลฉว เวชประสทธ, 2555 : 461-465)

ภาพประกอบ 11.4 โครงสรางของพลาสมด Ti ส าหรบการใชเปนเวคเตอรพาหะ ทมา : Mouagip (2012)

281

2. ตวอยางพชดดแปลงทางพนธกรรม พชดดแปลงพนธกรรมไดรบการวจยและพฒนาเพอชวยเพมผลผลตทางการเกษตร ชวย

ลดโอกาสการเกดโรคระบาด และลดอตราการใชสารเคมเพอก าจดศตรพช ตวอยางพชดดแปลงทางพนธกรรมทพบวามการเพาะปลกในในปจจบนมดงน (Maghari et al., 2011 : 109-117 ; Buiatti et al., 2013 : 255-270 and Wunderlich and Gatto 2015 : 842-851)

2.1 มะละกอ (Carica papaya L.) การดดแปลงทางพนธกรรมสามารถพฒนา มะละกอใหมคณสมบต ตานทานโรคจดดางด าจาก Papaya Rings Spot virus (ภาพประกอบ 11.5) ปจจบนมะละกอดดแปลงทางพนธกรรมไดรบอนญาตใหมการพฒนาในประเทศสหรฐอเมรกา และแคนาดา แตในสหภาพยโรปไมยอมรบพชจเอมโอ ในขณะทประเทศแถบเอเชยยงพฒนามะละกอใหตานทานตอเชอไวรสทองถน 2.2 ถวเหลอง (Glycine max) ในป 2007 พบวามถวเหลองดดแปลงพนธกรรมไดรบการพฒนาถงรอยละ 58 ของถวเหลองทงหมด โดยมการดดแปลงพนธกรรมในลกษณะทส าคญ ไดแก มความตานทานตอโรคและแมลงศตรพช เพมปรมาณกรดไขมน ถวเหลองดดแปลงพนธกรรมปลกมากในประเทศสหรฐอเมรกา และประเทศอารเจนตนา ผลผลตจะน ามาใชในอตสาหกรรมอาหารและพชอาหารสตว 2.3 ขาวโพด (Zea mays Linn.) ประเทศสหรฐอเมรกา และประเทศแคนาดา เปนประเทศแรก ๆ ทปลกขาวโพดดดแปลงทางพนธกรรมในป 1997 และเปนพชจเอมโอชนดเดยวทสหภาพยโรปอนญาตใหปลกเปนการคา โดยมการดดแปลงพนธกรรมในลกษณะทส าคญ ไดแก ความตานทานแมลง และยาปองกนศตรพช ขาวโพดเปนวตถดบทส าคญในอตสาหกรรมอาหารสตวและอตสาหกรรมการผลตแปง 2.4 ฝาย (Gossypium herbaceum L.) มการดดแปลงพนธกรรมฝายใหมความตานทานตอโรคและแมลงศตรพช เชน หนอนเจาะสมอฝาย (cotton bollworm; Helicoverpa armigera) (ภาพประกอบ 11.6) โดยมการน ายนของแบคทเรย Bacillus thuringiensis สวนทก าหนดรหสใหโปรตนทเปนพษตอหนอนและแมลง (Bt toxin) ตดตอใสในพนธกรรมของฝาย ฝายพนธ Bt นจะสามารถผลตโปรตนพษ โดยโปรตนพษนจะออกฤทธในกระเพาะอาหารของแมลง (ภาพประกอบ 11.7) ท าใหเซลลททางเดนอาหารตายเปนผลใหหนอนหรอแมลงตาย 2.5 ขาวสาล (Triticum aestivum L.) ขาวสาลดดแปลงทางพนธกรรมไดเคยม การทดลองปลกในทวปอเมรกาเหนอ แตไดยกเลกไปในป 2004 ปจจบนยงไมมประเทศใดปลกขาวสาลดดแปลงพนธกรรม แตนกวทยาศาสตรยงคงคดหาแนวทางในการพฒนาขาวสาลใหมทม ความตานทานตอโรค Fusarium จากเชอรา และตานทานตอยาฆาแมลง

282

2.6 มนฝรง (Solanum tuberosum) มนฝรงดดแปลงพนธกรรมมลกษณะทส าคญ ไดแก มความตานทานตอโรคและแมลง ลดปรมาณอะไมโลส (amylose) มนฝรงดดแปลงพนธกรรมถกใชเปนวตถดบในอตสาหกรรมการผลตแปงและอาหารสตว และไดมการทดลองปลกในแปลงทดลองมานานหลายป แตยงไมไดรบอนญาตใหปลกเปนการคาในปจจบน แตสหภาพยโรปอาจจะอนญาตใหปลกเปนการคาได 2.7 ขาว (Oryza sativa) ขาวเปนแหลงอาหารทส าคญของโลก ในปจจบนยงไมมการปลกขาวดดแปลงพนธกรรมในพนทขนาดใหญ ลกษณะทส าคญทมการดดแปลงทางพนธกรรม ไดแก ความตานทานตอโรคและแมลง ลดสารทกอภมแพ มความคงทนในสภาวะแลงและสภาพดนเคม ปรบปรงคณคาทางอาหาร โดยเฉพาะธาตเหลกและวตามนเอ โดยมการตดตอยนทสงเคราะหเบตา แคโรทน (β-carotene) ซงเปนสารตงตน (precursor) ของวตามนเอ ท าใหไดขาวพนธ Golden rice (ภาพประกอบ 11.8) ซงมวตถประสงคเพอบรรเทาภาวะการขาดวตามนเอของเดกในประเทศทก าลงพฒนาและดอยพฒนา ซงปจจบนประสบความส าเรจในการพฒนาสายพนธและเปนทยอมรบจากหลาย ๆ ประเทศ (Tang et al., 2009 : 1176-1183 ; Dubock, 2014 : 210-222 and Moghissi, et al., 2016 : 535-541)

ภาพประกอบ 11.5 มะละกอทเปนโรคจดดางด าจาก Papaya Rings Spot virus ทมา : Gonsalves et al. (2010)

283

ภาพประกอบ 11.6 หนอนเจาะสมอฝาย ทมา : Unglesbee (2017)

ภาพประกอบ 11.7 กลไกการออกฤทธของโปรตน Bt ทออกฤทธในทางเดนอาหารของหนอนและแมลง ทมา : Sheikh et al. (2017 : 943)

284

ภาพประกอบ 11.8 ขาวพนธ Golden rice ทตดตอยนใหสามารถสงเคราะหเบตาแคโรทนได ทมา : Golden Rice Project (n.d.)

สตวดดแปลงทางพนธกรรม นอกจากพชแลวสตวยงเปนสงมชวตอกชนดหนงทนกวทยาศาสตรใหความสนใจใน การดดแปลงทางพนธกรรม เพอสนองความตองการการบรโภคทเพมมากขน และเพอใชประโยชนทางการแพทย ในอดตการปรบปรงพนธสตวมกใชวธการผสมเทยมหรอการผสมในหลอดทดลอง (in vitro fertilization) แทนทการผสมพนธตามธรรมชาต นกวทยาศาสตรจะคดเลอกสตวทมคณลกษณะทตองการและน าอสจ (sperm) จากพอพนธ และไข (egg) จากแมพนธมาผสมกนในหลอดทดลอง และใหไขทไดรบการผสมเจรญเตบโตเปนตวออน (embryo) จากนนจะน าไปถายฝากตวออนนในแมพนธตอไป แตในปจจบนวทยาการไดกาวไปอกขน นกวทยาศาสตรไดมการพฒนาสตวดดแปลงพนธกรรมโดยการถายยนทมลกษณะทตองการจากสงมชวตอน เพอใหไดลกษณะทเปนประโยชนตามทตองการ สตวดดแปลงทางพนธกรรมชนดแรกทประสบความส าเรจ ไดแก การทดลองดดแปลงทางพนธกรรมในหน (transgenic mice) ในป 1981 โดย J.W. Gordon และ F.H. Ruddle เนองจากหนมยนทแสดงออกเหมอนกบมนษยถงรอยละ 80 แตมวงจรชวตทสนและควบคมดแลไดงาย ดงนนงานวจยกวารอยละ 95 จะใชหนเปนตวแทนหลกของมนษยในการศกษาวจยการพฒนาทางการแพทย หลงจากนนไดมงานทดลองทเกยวกบสตวดดแปลงพนธกรรมออกมาเปนจ านวนมาก (นรนทร เรองพานช, 2553 : 15-18) ในปจจบน มวธการทนยมใชในการถายยนเพอสรางสตวดดแปลงทางพนธกรรมจ านวน 3 วธ ดงน (Chan, 1999 : 25-46 ; Cho et al., 2009 : 1-29 ; Kumar et al., 2009 : 335-362 and Maksimenko et al., 2013 : 33-46)

285

1. ไมโครอนเจคชน หลกการของการถายยนแบบไมโครอนเจคชน (microinjection) คอจะท าการคดเลอก ยนของสตวทแสดงลกษณะทตองการดวยเทคนคทางพนธวศวกรรม จากนนจะถายยนเขาสไขทไดรบการผสมแลวดวยอปกรณทคลายเขมฉดยาขนาดเลกทสามารถมองเหนไดภายใตกลองจลทรรศน (ภาพประกอบ 11.9) ยนใหมทฉดเขาไปจะรวมตวกบจโนมของไขของสตวทเปนตวรบ กอนทเซลลใขจะเขาสระยะแบงตวหรออยในระยะเอมบรโอจากนนไขทไดรบการถายยนจะถกน าไปถายฝากกลบเขาไปในสตวอกตวหนงซงจะท าหนาทอมทองจนกระทงพฒนาเจรญเตบโตเปนสตวดดแปลงทาง พนธกรรม (ภาพประกอบ 11.10) เทคนคไมโครอนเจคชนเปนเทคนคทไดรบความนยมมากทสดในการสรางสตวดดแปลงพนธกรรม 2. การถายโอนเซลลตนก าเนดจากตวออน ถายยนแบบการถายโอนเซลลตนก าเนดจากตวออน (embryonic stem cell- mediated transfer) ท าไดโดยสกดแยกสเตมเซลลทมความสามารถในการพฒนาไปเปนเซลลจ าเพาะตาง ๆ (totipotent stem cell) ออกจากเอมบรโอ จากนนจงถายยนเปาหมายเขาสเซลลตนก าเนดจากตวออน (embryonic stem cell) ดวยเทคนคโฮโมโลกสรคอมบเนชน (homologous recombination) ในหลอดทดลอง สเตมเซลลทมยนเปาหมายจะรวมตวกบเอมบรโอเจาบาน (host embryo) ในระยะบลาสโตไซต (blastocyst) ทจะพฒนาตอไปเปนสตวดดแปลงพนธกรรมทไดรบยนจากไซโกต (zygote) ทตางกนหรอเรยกวาไคเมอรคแอนมอล (chimeric animal) (ภาพประกอบ 11.10 และ 11.11) 3. การถายโอนโดยใชเรโทไวรส วธการการถายโอนโดยใชเรโทไวรส (retrovirus-mediated gene transfer) ไดม การพฒนาและประสบความส าเรจในป ค.ศ. 1974 โดยมการทดลองกบหนและเปนวธการสรางสตวดดแปลงพนธกรรมทไดรบยนจากไซโกตทตางกนดวยการผสมกนของดเอนเอ การถายยนวธนจะอาศยพาหะทเปนไวรส หรอพลาสมด พาหะทนยมใช คอเรโทไวรสซงเปนไวรสทจะขนยายสารพนธกรรมในรปของอารเอนเอมากกวาในรปของดเอนเอ (ภาพประกอบ 11.12) โดยขนตอนทส าคญคอไวรสทขนยายสารพนธกรรมท าหนาทเปนพาหะในการถายสารทางพนธกรรมใหแกเซลลผรบท าใหเกดลกผสมไคมรา (chimera) และเมอสตวดดแปลงพนธกรรมทไดรบยนจากไซโกตทตางกน หรอ ใหไคมรานผสมตวเอง (inbred) 20 ครง จนกระทงเกดตวออนของสตวดดแปลงทางพนธกรรมทมยนเปาหมายปรากฏอยในทกเซลลของตวออน (homologous transgenic offspring)

286

ภาพประกอบ 11.9 การถายยนดวยวธไมโครอนเจคชนเพอสรางสตวดดแปลงทางพนธกรรม ทมา : Kumar et al. (2009 : 361)

ภาพประกอบ 11.10 การสรางเซลลเยรมไลนทดดแปลงพนธกรรม (germline modification) ดวยวธการตาง ๆ เพอสรางสตวดดแปลงพนธกรรม ทมา : Clark and Whitelaw (2003 : 827)

287

ภาพประกอบ 11.11 การถายยนทเปาหมายเขาส embryonic stem cell (A) และสเตมเซลลทมยนเปาหมายจะรวมตวกบเอมบรโอเจาบาน (host embryo) ในระยะบลาสโตซสต (blastocyst) และจะพฒนาตอไปเปนสตวดดแปลงพนธกรรม (B) ทมา : ดดแปลงจาก Li (2013)

288

ภาพประกอบ 11.12 การถายยนดวยวธ Retrovirus-mediated transfer ทมา : ดดแปลงจาก Hutchinson (2016) 4. ตวอยางสตวดดแปลงพนธกรรม สตวดดแปลงพนธกรรมยงไมเปนทยอมรบแพรหลายในการเลยงเชงพาณชย แตยงมการวจยและพฒนาในเชงวชาการเพอการศกษา โดยก าหนดใหสตวการแสดงออกของยนในคณลกษณะทตองการ ตวอยางสตวดดแปลงพนธกรรมมดงน (Clark and Whitelaw, 2003 : 825-833 and Maksimenko et al., 2013 : 33-46) 4.1 สกร (Sus scrofa domesticus) มการดดแปลงให เพมปรมาณโอเมกา 3 (omega-3 fatty acids) ในเนอหม และเพมการสรางเอนไซมไฟเตส (phytase) ในหม เพอลดปรมาณฟอสฟอรสทอยในปยมลหม 4.2 ไก (Gallus gallus) ดดแปลงใหไกนนสรางเอนไซม เบตา-กาแลคโตซเดส (beta-galactosidase) ในล าไส เพอลดการทองเสยของไก 4.3 วว (Bos Taurus) ดดแปลงใหเพมปรมาณโปรตน เบตา-เคซน (beta-casein) และ คปปา-เคซน (kappa-casein) ในน านมโปรตนทงสองชนดสามารถจบกบแคลเซยมไดมากขน ชวยใหน านมมปรมาณแคลเซยมเพมขน นอกจากนน านมมความคงตวและทนความรอนมากขน ซงเปนประโยชนในอตสาหกรรมอาหาร และยงลดปรมาณไขมนในน านม (นรนทร เรองพานช, 2553 : 21)

289

4.4 สตวน าตาง ๆ ปจจบนมการวจยและพฒนาการดดแปลงพนธกรรมของสตวน า เชนปลาแซลมอน และปลาเทราห เพอใหมการเจรญเตบโตทรวดเรวขน นอกจากปลาสองชนดนแลวยงไดมการวจยในปลาดก (catfish) ปลาคารพ (carp) ปลานล (tilapia) ปลากระพง (striped bass) หอยลาย (clams) หอยนางรม (oysters) กง (shrimp) และหอยเปาฮอ (abalone) ลกษณะทส าคญทใชในการปรบปรงพนธกรรมสตวน า ไดแก การเรงการเจรญเตบโตซงมากกวาปกตประมาณ 3-11 เทา มความสามารถในการด ารงชพในน าทเยนจด และมความตานทานตอโรค (นรนทร เรองพานช, 2553 : 19)

ผลกระทบทของสงมชวตดดแปลงพนธกรรม สงมชวตดดแปลงพนธกรรมเปนผลผลตจากความกาวหนาของวทยาศาสตรของวทยาศาสตร

ทางดานเทคโนโลยชวภาพ (biotechnology) และชววทยาระดบโมเลกล (molecular biology) โดยเฉพาะพนธวศวกรรมศาสตร (genetic engineering) ทไดพฒนาอยางรวดเรวจนถงระดบสงมาก สงทเปนแรงผลดดนใหนกวทยาศาสตรและสถาบนวจยทวโลกทมเทพลงความคดและทนวจยจ านวนมหาศาลเพอศาสตรน คอความหมายทจะพฒนายกระดบคณภาพชวตของประชากรโลก ทงทางดานโภชนาการ การแพทย การสาธารณสข ความส าเรจอยางเปนรปธรรมคอการยกระดบคณภาพอาหาร ยา และเทคโนโลยการแพทย ดงทไดรบผลประโยชนอยทกวนน และในภาวะทจ านวนประชาการโลกเพมขนทกวนในขณะทพนทการผลตลดลง พนธวศวกรรมเปนเทคโนโลยทดทสดวธหนงทจะชวยแกปญหาการขาดแคลนอาหารและยาทอาจขนในอนาคตอนใกลน เนองจาก ประสทธภาพของพนธวศวกรรมเปนทยอมรบ สามารถชวยเพมอตราผลผลตตอพนทสงขนมากกวาการผลตในรปแบบดงเดม ตวอยางทเหนไดชดคอการเกษตรในสหรฐฯ และการทพนธวศวกรรมสามารถยกระดบคณภาพชวตไดดงกลาว จงมการกลาวกนวา พนธวศวกรรมคอการปฏบตครงใหญในดานการเกษตรและการเกษตรและการแพทย ทเรยกวาการปฏวตทางพนธกรรม (genomic revolution) (มลนธบณฑตยสภาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงประเทศไทย, 2547 : 21-25) เทคโนโลยทกชนดเมอมขอดยอมมขอเสย ในกรณของจเอมโอนนขอเสยคอความเสยงและความซบซอนในการบรหารจดการเพอใหมความปลอดภยและเกดประโยชนหรอโทษ แมวาในขณะนยงไมมรายงานวามผใดไดรบอนตรายจากการบรโภคอาหารจเอมโอกงวลตอความเสยงของการใชจเอมโอ เปนสงทหลกเลยงไดยากดงตวอยางดงตอไปน (Maghari and Ardekani, 2011 : 109-117 ; Bawa and Anilakumar, 2013 : 1035-1046 ; Buiatti et al., 2013 : 255-270 and Newton, 2014 : 214-220)

290

1. ความเสยงของชวโมเลกลตอผบรโภค สารอาหารจากสงมชวตดดแปลงพนธกรรมอาจมชวโมเลกลทอนตรายปนเปอนอยใน

ระหวางกระบวนการผลตทอาจก าจดออกไดไมหมด และอาจมชนสวนดเอนเอจากไวรสทใชในการตดตอพนธกรรมปนเปอนในผลตภณฑ เชน ชนยน 35s Promoter และ NOS Terminator ทอยในเซลลของสงมชวตดดแปลงพนธกรรม อาจจะหลดรอดจากการยอยภายในกระเพาะอาหารและล าไส สามารถเขาสเซลลปกตของคนทรบประทานเขาไปแลวเกดมฤทธขนท าใหเกดการเปลยนแปลงของยนในมนษย ซงจากผลการทดลองทผานมายนยนไดวามโอกาสเปนไปไดนอยมาก (Buiatti et al., 2013 : 255-270 and Newton, 2014 : 214-215)

2. ความเสยงตอการดอยาปฏชวนะ ความกงวลเกยวกบการดอยาอนเนองจากยนเครองหมาย (marker gene) ทนยมใช ในกระบวนการตดตอพนธกรรมคอยนตานยาปฏชวนะ (antibiotic resistance gene) ดงนนจงมผกงวลวาในพชทไดจากการตดแตงพนธกรรมอาจมสารตานปฏชวนะอยดวยและอาจจะท าใหเกดปญหาวาหากผบรโภคอยในระหวางการใชยาปฏชวนะอยกอาจจะท าใหการรกษาไมไดผล เนองจากมสารตานทานยาปฏชวนะอยในรางกาย หรอในกรณเชอแบคทเรยทตามปกตมอยในรางกายคนไดรบยนเครองหมายดงกลาวเขาไปโดยผนวก (integrate) เขาอยในโครโมโซมของมนเอง กจะท าใหเกดแบคทเรยสายพนธใหมทดอยาปฏชวนะได แมวาเหตการณดงกลาวมโอกาสเปนไปไดนอยมาก แตเมอมความกงวลเกดขนนกวทยาศาสตรจงไดคดคนวธใหมทไมตองใชยนเครองหมายทเปนสารตานยาปฏชวนะ (Bawa and Anilakumar, 2013 : 1035-1046) 3. ความเสยงตอสงแวดลอม มความกงวลวายนทผลตสารพษของแบคทเรยทตดตอเขาไปในพชดดแปลงพนธกรรม เพอท าใหพชตานทานแมลง อาจจะท ารายแมลงอน ๆ ทเปนประโยชนตอระบบนเวศ หรออาจม การถายเทยนออกสสงแวดลอม ท าใหเกดผลกระทบตอความหลากหลายทางชวภาพ เนองจากมสายพนธใหมทเหนอกวาสายพนธดงเดมในธรรมชาต หรอเกดลกษณะส าคญบางอยางถกถายทอดไปยงสายพนธทไมพงประสงค (Maghari and Ardekani, 2011 : 109-117 and Bawa and Anilakumar, 2013 : 1035-1046)

4. ความเสยงดานเศรษฐกจและสงคม ความกงวลดานเศรษฐกจและสงคมมกเปนเรองนอกเหนอวทยาศาสตร ไดแก เรอง

การครอบง าโดยบรษทขามชาตทมสทธบตรถอครองสทธในทรพยสนทางปญญาทเกยวของกบสงมชวตดดแปลงพนธกรรม ท าใหเกดความกงวลเกยวกบความมนคงทางอาหาร ความสามารถใน การพงตนเองของประเทศในอนาคต และปญหาในเรองการกดกนสนคาจเอมโอในเวทการคาระหวางประเทศ ซงเปนประเดนปญหาอยในปจจบน (Maghari and Ardekani, 2011 : 109-117)

291

สรป

สงมชวตดดแปลงพนธกรรมคอการท าใหเกดสงมชวตทมลกษณะการแสดงออกทางพนธกรรมเปนไปตามทตองการ สามารถท าไดในจลนทรย พช และสตว โดยอาศยเทคโนโลยทางพนธวศวกรรมททนสมย จลนทรยดดแปลงพนธกรรมสามารถผลตยาหรอสารชวโมเลกลเพอใชในทางการแพทยผลผลตพชดดแปลงพนธกรรมสามารถตอบสนองความตองการดานอาหารของประชากรในโลกทเพมขนอยางรวดเรวและเพอลดปญหาการขาดแคลนอาหารทเกดขนในแตละประเทศ และสตวดดแปลงพนธกรรมชวยแกไขปญหาดานคณภาพของคณคาทางอาหารและโภชนาการได แมวาผลกระทบจากผลตภณฑทไดจากสงมชวตดดแปลงพนธกรรมจะยงไมมขอมลรายงานชดเจน แตกกอใหเกดความหวนวตกและกงวลตอไปในอนาคต การเลอกบรโภคผลตภณฑจากสงมชวตดดแปลงพนธกรรมเปนสทธและการตดสนใจของผบรโภค แตการวจยดานพนธวศวกรรมยงคงเดนหนาพฒนาตอไปอยางไมอาจหยดยงได

292

ค าถามทายบท

1. จงอธบายความหมายของดเอนเอลกผสม (recombinant DNA) 2. เหตใดจงเลอกใชอะโกรแบคทเรยในการถายฝากดเอนเอลกผสมเขาสเซลลพช

3. ภายหลงการถายฝากดเอนเอลกผสมเขาสเซลลพชแลว นกวทยาศาสตรใชเทคนคใดทท าให เซลลนนเจรญเปนตนพช และในกรณเซลลสตวจะตองใชวธอยางไร

4. สารพนธกรรมของไวรสมความเกยวของกบพชดดแปลงพนธกรรมอยางไร

5. ยนตานยาปฏชวนะมความเกยวของกบพชดดแปลงพนธกรรมอยางไร

6. ผทตอตานผลตภณฑจากสงมชวตดดแปลงพนธกรรมมความกงวลตอผลกระทบดานใดบาง

7. หากไมมเทคโนโลยสงมชวตดดแปลงพนธกรรม นกศกษาคดวาสงมชวตชนดหนงจะสามารถ

รบเอายนจากสงมชวตอกชนดหนงเขามาไดเองตามธรรมชาตหรอไม จงอภปราย 8. จงยกตวอยางและอธบายเกยวกบพชดดแปลงพนธกรรมทมการพฒนาส าเรจกระทงให

เกษตรกรไดน ามาเพาะปลกและมการแปรรปเปนผลตภณฑทจ าหนายในทองตลาด

9. จงบอกขอดและขอเสยของการเพาะปลกพชดดแปลงพนธกรรม

10. จงคนควาเกยวกบจลนทรยดดแปลงพนธกรรมเพอใชผลตสารชวโมเลกลในทางการแพทย พรอมยกตวอยางการใชประโยชน

293

เอกสารอางอง คณาจารยภาควชาชวเคม มหาวทยาลยเกษตรศาสตร. (2554). ชวเคม. กรงเทพฯ. เซนเกจ เลนนง. นภา ศวรงสรรค. (2557). ชวเคมประยกต. กรงเทพฯ: ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย. นรนทร เรองพานช. (2553). รายงานการสบคนขอมลความกาวหนาและสถานะทางเทคโนโลย ชวภาพของสงมชวตดดแปลงทางพนธกรรม (GMOs) ในประเทศสหรฐอเมรกา เสนอตอ

ส านกงานปลดกระทรวงวทยาศาสตรและเทคโนโลย (30 ธนวาคม 2553). สบคนวนท 11 เมษายน 2560 จาก ส านกงานปลดกระทรวงวทยาศาสตรและเทคโนโลย, เวบไซต: http://164.115.22.186/webmost/main/attachments/2234_gmo-in-usa.pdf

นวลฉว เวชประสทธ. (2555). พนธวศวกรรมเบองตน. กรงเทพฯ: ส านกพมพมหาวทยาลย รามค าแหง. ปารชาต พมขจร. (2560). หลกพนธวศวกรรมและการประยกตใชในงานวจย. กรงเทพฯ :

ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย. มลนธบณฑตยสภาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงประเทศไทย. (2547). GMOs มหศจรรยหรอ มหนตภยของสหสวรรษ. พมพครงท 4. กรงเทพฯ: ส านกพมพแหงจฬาลงกรณ มหาวทยาลย. ศรลกษณ เอยมธรรม. (2552). พนธวศวกรรม วธการและการประยกตใช. กรงเทพฯ: ส านกพมพ

มหาวทยาลยเกษตรศาสตร อภชาต วรรณวจตร. (2547). เทคโนโลยชวภาพทางการเกษตร. สบคนเมอวนท 15 เมษายน 2560

จาก สารานกรมไทยส าหรบเยาวชน โดยพระราชประสงคในพระบาทสมเดจพระเจาอยหว เลมท 28 เรองท 5. เวบไซต: http://kanchanapisek.or.th/kp6/sub/book/book. php?book=28&chap=5&page=chap5.htm

Bawa, A.S., and Anilakumar, K.R. (2013). Genetically modified foods: safety, risks and public concerns- A review. J Food Sci Technol. 50(6): 1035–1046. Buiatti, M., Christou, P. and Pastore, G. (2103). The application of GMOs in agriculture and in food production for a better nutrition: two different scientific points of view. Genes Nutr. 8(3): 255–270. Chan, A.W. (1999). Transgenic animals: current and alternative strategies. Cloning. 1(1): 25-46. Cho, A., Haruyama, N., and Kulkarni, A.B. (2009). Generation of transgenic mice. Curr Protoc Cell Biol. Chapter: Unit-19.11. 1-29.

294

Clark, J., and Whitelaw, B. (2003). A future for transgenic livestock. Nature Reviews Genetics. 4, 825–833. Dubock, A. (2014). The politics of Golden Rice. GM Crops Food. 5(3): 210–222. Golden Rice Project. (n.d.). How does Golden Rice work, From prototype to product. Retrieved May 17, 2017, from Golden Rice Humanitarian Board. Available URL: http://www.goldenrice.org/Content2-How/how.php Gonsalves, D., Tripathi,S., Carr,J. B., and Suzuki, J. Y. (2010). Papaya Ringspot virus. The Plant Health Instructor. DOI: 10.1094/PHI-I-2010-1004-01 Hourlybook. (2014). Applications of biotechnology in medicine. Retrieved May 7, 2017, from Hourlybook. Available URL: https://www.hourlybook.com/ applications-of-biotechnology-in-medicine/ Hutchinson, R. (2016). Retrovirus-mediated transfer. Retrieved May 10, 2017, from SlidePlayer. Available URL: https://slideplayer.com/slide/8388605/ Kumar, T.R., Larson, M., Wang, H., McDermott J., and Bronshteyn, I. (2009). Transgenic

mouse technology: Principles and methods. Methods Mol Biol. 590: 335-362.

Li, B. (2013). Embryonic stem cell-mediated gene transfer. Retrieved May 13, 2017, from Transgenic Animals. Available URL: https://sites.google.com/site/ transgenicanimalscom/contact-me/embryonic-stem-cell-mediated-gene- transfer Ma, S., We, L., Yan. H., Deng, S., and Jevnikar, A.M. (2017). Emerging technologies to achieve oral delivery of GLP-1 and GLP-1 analogs for treatment of type 2 diabetes mellitus (T2DM). Canadian Journal of Biotechnology. 1(1): 1-10 Maghari, B.M., and Ardekani, A.M. (2011). Genetically modified foods and social concerns. Avicenna J Med Biotechnol. 3(3): 109–117. Maksimenko, O.G., Deykin, A.V., Khodarovich, Y.M., and Georgiev, P.G. (2013). Use of

transgenic animals in biotechnology: Prospects and problems. Acta Naturae. 5(1): 33–46.

Menn, F.M., Easter, J.P., Sayler, G.S. (2008). Biotechnology: Environmental processes II. Chapter 21: Genetically engineered microorganisms and bioremediation. John Wiley & Sons, Inc.

295

Moghissi, A.A., Pei, S., and Liu, Y. (2016). Golden rice: scientific, regulatory and public information processes of a genetically modified organism. Crit Rev Biotechnol. 36(3): 535-541.

Mouagip. (2012). Ti plasmid. Retrieved May 18, 2017, from Wikipedia, the free encyclopedia. Available URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Ti_plasmid#/ media/File:Ti_plasmid.svg Newton, D.E. (2014). GMO Food: A reference handbook (contemporary world issues). ABC-CLIO, LLC. Sheikh, A.A., Wani, M.A., Bano, P., Nabi, S.U, Bhat, T.A., Bhat, M.A., and Dar, M.S. (2017). An overview on resistance of insect pests against Bt crops. Journal of Entomology and Zoology Studies. 5(1): 941-948 Simple Biology Institute. (2014). Process of recombinant DNA technology (Genetic engineering). Retrieved May 6, 2017, from DNA technology. Available URL: http://simplebiologyy.blogspot.com/2016/02/process-of-recombinant-dna- technology-genetic-engineering.html Tang, G., Qin J., Dolnikowski, G.G., Russell, R.M., and Grusak. M.A. (2009). Golden Rice is an effective source of vitamin A. Am J Clin Nutr. 89(6): 1776-1783. Unglesbee, E. (2017). Cotton bollworm: Bt cotton resistance showing up from North Carolina to Texas-DNY. Retrieved May 9, 2017, from AgFax. Photo: North Carolina State University. Available URL: https://agfax.com/2017/07/21/ cotton-bollworm-bt-cotton-resistance-showing-up-from-north- carolina-to- texas-dtn/ Wunderlich, S. and Gatto, K.A. (2015). Consumer perception of genetically modified organisms and sources of information. Adv Nutr. 6(6): 842-851.

296