การเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต อาจทำได้หลายวิธี ในอดีต มนุษย์อาศัยการเปลี่ยนแปลงของพันธุกรรมตามธรรมชาติ โดยคัดเลือกพันธุ์พืชหรือสัตว์ที่มีคุณสมบัติตามต้องการ แต่ในปัจจุบัน เมื่อกล่าวถึงการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม มักจะนำมาใช้ในความหมายที่มนุษย์ใช้เทคนิคทางวิทยาศาสตร์ในการเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมสิ่งมีชีวิต ซึ่งอาศัยความสามารถในการตัดชิ้นส่วนของ DNA ได้อย่างจำเพาะเจาะจงตามต้องการ แล้วนำมาใส่ในเซลล์ ของสิ่งมีชีวิต ถ้าเป็นสิ่งมีชีวิตชั้นสูง เซลล์นี้ก็สามารถนำไปเพาะเลี้ยงเป็นเนื้อเยื่อ เกิดเป็นต้นพืชที่มีคุณสมบัติของยีนที่ใส่เข้าไปได้ ซึ่งวิธีการนี้เรียกว่า พันธุวิศวกรรม (Genetic Engineering) หรือ Recombinant DNA Technology
วิธีการเปลี่ยนแปลงพันธุกรรม
วิธีเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมแบบดั้งเดิม มี 3 แบบ
- การคัดเลือกสายพันธุ์ จากประชากรของสิ่งมีชีวิตที่เกิดจากการผสมพันธุ์ตามธรรมชาติ โดยปกติเมื่อมีการผสมพันธุ์ จะมีการแลกเปลี่ยนลักษณะทางพันธุกรรม และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติต่างๆ ได้ วิธีนี้ใช้มาตั้งแต่ยุคโบราณ ตัวอย่างเช่นพืชหลายๆ ชนิด ได้เปลี่ยนแปลงไปจากพันธุ์เดิมจนไม่เหลือเค้า หรือการที่มีสุนัขพันธุ์ต่างๆ มากมายในปัจจุบัน ก็เกิดจากวิธีการนี้
- การผสมพันธุ์ข้ามระหว่างสปีชีส์ที่ใกล้เคียงกัน เช่น ข้าวสาลีที่ใช้ทำขนมปังในปัจจุบัน ได้จากการผสมข้ามพันธุ์ 2 ครั้ง จาก 3 สปีชีส์
- การคัดเลือกตัวกลายพันธุ์ เช่น Rape Seed ที่ใช้สกัดทำน้ำมัน ที่ทนยาฆ่าวัชพืช ได้จากการคัดเลือกสายพันธุ์ที่กลายพันธุ์เองในประเทศคานาดา
วิธีการเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมด้วยเทคนิคสมัยใหม่
มีขั้นตอนคร่าวๆ ต่อไปนี้
- การค้นหาและคัดแยกชิ้นส่วนที่มีลำดับของนิวคลีโอไทด์ (ยีน) ที่เป็นตัวกำหนดให้เกิดการสังเคราะห์โปรตีนที่ต้องการโดยตรง หรือช่วยให้เพิ่มปริมาณการสังเคราะห์โปรตีนนั้น โดยยีนอื่น ในการคัดแยกชิ้นส่วนลำดับนิวคลีโอไทด์ที่ต้องการนั้น ต้องอาศัยเอนไซม์ที่ได้จากแบคทีเรียที่จะตัดโพลีเมอร์จำเพาะที่ใดที่หนึ่ง ตามลำดับของนิวคลีโอไทด์ที่เอนไซม์นั้นรู้จัก เอนไซม์เหล่านี้เราเรียกว่า Restriction enzyme และในปัจจุบัน มีเทคนิคใหม่คือ Polymerase Chain Reaction (PCR) ที่ใช้ในการคัดแยกชิ้นส่วนของ DNA
- การนำยีนที่ต้องการใส่ลงในสิ่งมีชีวิต โดยอาจใช้ pathogen ที่เข้าติดเชื้อสิ่งมีชีวิตอื่นด้วยการส่ง DNA เข้าไปในเซลล์ เช่นเชื้อไวรัส หรือแบคทีเรีย หรือ พลาสมิด (plasmid) ซึ่งเป็นชิ้นส่วนของดีเอ็นเอที่เป็นวงแหวน พาหะที่ใช้นำยีนเข้าสู่เซลล์นี้เราเรียกว่า Vector
- เซลล์ที่ได้รับยีนใหม่ สามารถนำไปเพาะเลี้ยงเป็นเนื้อเยื่อพืช ซึ่งสามารถเติบโตเป็นต้นใหม่ได้ เทคนิคการโคลนนิ่งแกะดอลลี่ ทำให้เทคนิคนี้มีโอกาสที่จะพัฒนาสู่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมได้
วิธีการเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมแบบดั้งเดิม ใช้สำหรับสิ่งมีชีวิตที่มีพันธุกรรมใกล้เคียงกัน แต่เทคนิคแบบใหม่ ทำให้สามารถถ่ายทอดยีนระหว่างสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันได้
Recombinant DNA Technology
Restriction enzymes
นำไปแยกส่วนของ DNA ตามขนาดด้วย gel electrophoresis
Vector
อาจเป็น ไวรัส พลาสมิด และในการปรับปรุงพันธุ์พืชใช้ Agrobacterium ดังภาพ
Transformation
ตัวอย่าง recombinant protein
Herpes vaccine
