พันธุวิศวกรรม(จีโนม)

Biotechnology Vocab: จีโนม
จีโนมคืออะไร
จีโนม คือ สารพันธุกรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด หรือ “ยีนทั้งหมด” ของสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ซึ่งเป็นสิ่งกำหนดและควบคุมลักษณะต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต ดังนั้น หากทราบว่ายีนทั้งหมดมีวิธีการทำงานอย่างไรก็สามารถปรับปรุง แก้ไข และพัฒนาลักษณะต่างๆ ของพืช และสัตว์ให้ดีขึ้นตามที่เราต้องการได้ การศึกษาวิจัยจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในโลกปัจจุบัน และมีผลกระทบต่อเศรษฐกิจและสังคมในหลายๆ ด้าน อาทิเช่น การแพทย์ การเกษตร อุตสาหกรรม และสิ่งแวดล้อม ซึ่งจะมีความเกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์ สินค้าในหลายรูปแบบ ตั้งแต่เป็นข้อมูล ภูมิปัญญา และองค์ความรู้ จนถึงสารตั้งต้นในการพัฒนายา หรือเคมีภัณฑ์ใหม่ๆ
การศึกษาจีโนมทำอย่างไร
การหาลำดับการเรียงตัวของเบส
ดีเอ็นเอ หรือ สารพันธุกรรม ประกอบด้วย ตัวอักษรเพียง 4 ชนิด คือ เอ (A) ที่ ซี และ จี ตัวอักษรทั้ง 4 ชนิดนี้ มีหลายตัวเรียงกันเป็นสายยาว จีโนมของมนุษย์นั้นมีอักษร 4 ชนิดนี้ 3 พันล้านตัว จีโนมข้าวมี 430 ล้านตัว การที่จะอ่านตัวหนังสือที่มีอยู่เป็นพันๆ ล้านตัว และทำความเข้าใจตัวหนังสือเหล่านี้ ต้องรู้ก่อนว่าตัวหนังสือเหล่านี้มีการเรียงตัวอย่างไร ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงทำการหาการเรียงตัวของลำดับเบสซึ่งประกอบกันเป็นสารพันธุกรรมก่อนเป้นอันดับแรก
จากตัวหนังสือแปลเป็นยีน
ยีนเป็นตัวกำหนดรหัสพันธุกรรม ยีนแต่ละยีนแตกต่างกันในจำนวนและลำดับของตัวอักษรทั้ง 4 ชนิด ดังนั้นเมื่อทราบลำดับของตัวอักษรทั้งหมดแล้ว มีความจำเป็นต้องศึกษาต่อไปว่า ตัวอักษรที่ประกอบกันยาวเหยียดหลายตัวนั้น ประกอบเป็นยีนกี่ชนิด และมียีนอะไรบ้าง ตัวอย่างเช่น ในจีโนมมนุษย์คาดว่ามียีนประมาณ 35,000 ยีน จีโนมข้าวคาดว่า มียีนประมาณ 33,000 – 50,000 ยีน ดังนั้นขั้นตอนนี้ก็คือการแปลตัวอักษรเป็นยีน ก็เหมือนกับการอ่านคำ คำแต่ละคำมีความหมายแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับตัวอักษร ลำดับตัวอักษร และตัวอักษรนั้นถูกวางอยู่ที่ใดในประโยค
จากยีนสู่โปรตีน
จากอักษรในยีน ถูกแปลเป็นกรดอะมิโน (3 ตัวอักษรเท่ากับ 1 กรดอะมิโน) กรดอะมิโนเหล่านี้เรียงตัวต่อกันไปเป็นโปรตีน
จากบรรพบุรุษเดียวกัน มีวิวัฒนาการแตกแขนงออกไปเป็นสิ่งมีชีวิตต่างๆ ยีนที่ควบคุมลักษณะหรือสร้างโปรตีนเดียวกันในสิ่งมีชีวิตต่างๆ จะใกล้เคียงกัน ดังนั้น ถ้ารู้หน้าที่ของยีนในสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ก็สามารถนำลำดับเบสของยีนหรือกรดอะมิโนในโปรตีนที่สร้างจากยีนนั้นไปเปรียบเทียบลำดับเบสในดีเอ็นเอของอีกสิ่งมีชีวิตหนึ่งว่า มียีนชนิดเดียวกันหรือไม่ (เรียกว่า Comparative analysis หรือ การวิเคราะห์เชิงเปรียบเทียบ) ดังนั้น จึงมีการทำโครงการจีโนมของสิ่งมีชีวิตหลายชนิด ถ้ามีลำดับเบสของยีนหรือลำดับกรดอะมิโนในโปรตีนที่ไม่ทราบหน้าที่ในสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ก็สามารถเปรียบเทียบกับสิ่งมีชีวิตอื่นที่ทราบหน้าที่ของยีนหรือโปรตีนนั้นแล้ว และที่มีความใกล้เคียง ซึ่งอาจสันนิษฐานว่ายีนที่เราศึกษามีหน้าที่อะไร