เทคโนโลยีชีวภาพ

เทคโนโลยีชีวภาพ

เทคโนโลยีชีวภาพ (biotechnology)  เป็นเทคนิคทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตหลายๆ ด้านไม่ว่าจะเป็น เทคโนโลยีการหมัก  เทคโนโลยีสิ่งแวดล้อม  เทคโนโลยีการสร้างแหล่งวัตถุดิบใหม่  ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้ทำการศึกษาบทบาทและหน้าที่ของยีนในสิ่งมีชีวิตต่างๆ  และสามารถพัฒนาวิธีการควบคุมการแสดงออกของลักษณะทางพันธุกรรมได้สำเร็จ  จึงได้นำความรู้ทางด้านนี้รวมกับเทคนิควิธีอื่นๆ ทางวิทยาศาสตร์มาพัฒนา ปรับปรุงสายพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตให้มีคุณสมบัติตรงตามความต้องการ

ประโยชน์ของเทคโนโลยีชีวภาพ 
            จะเห็นได้ว่า  มนุษย์มีการนำเทคโนโลยีชีวภาพด้านพันธุกรรมมาใช้ ปรับปรุง  ดัดแปลง  หรือให้เกิดความเปลี่ยนแปลงในสิ่งมีชีวิต  ไม่ว่าจะเป็นจุลินทรีย์  พืช สัตว์หรือแม้กระทั่งมนุษย์  เทคโนโลยีชีวภาพทางด้านพันธุกรรมมีหลายวิธี  และมีการนำไปใช้ประโยชน์ด้านต่างๆ ดังนี้
ด้านการเกษตร 

1.            ช่วยเพิ่มผลผลิต  เช่น  การสร้างสายพันธุ์ข้าว  พันธุ์วัวนม  หรือวัวเนื้อที่ให้ผลผลิตสูง

2.            เพิ่มคุณภาพของผู้ผลิต  เช่น  การปรับปรุงพันธุ์พืชให้ตรงตามความต้องการของตลาด  เช่น สี    ขนาด  หรือรูปร่างเป็นต้น

3.            ช่วยเพิ่มความต้านทานโรคและแมลงศัตรู

เมื่อ  พ.ศ.  2545  ศาสตราจารย์  อากิรา อิริตานิ  หัวหน้าทีมวิจัย เรื่องพันธุวิศวกรรม  แห่งมหาวิทยาลัยกินกิ  ทางภาคตะวันตกของญี่ปุ่น  ประสบความสำเร็จในการนำยีนจากผักโขมใส่เข้าไปในยีนของสุกร  โดยการฉีดยีนของผักโขมลงไปในไข่ของสุกรที่ผสมพันธุ์แล้วในหลอดแก้ว  จากนั้นนำไปเก็บในตู้อบ  แล้วฉีดใส่กลับเข้าไปในสุกร  เมื่อลูกสุกรคลอดออกมา  ปรากฏว่ามีสุขภาพแข็งแรงดี  และที่สำคัญคือ  สุกรลูกผสมตัวนี้ เมื่อนำไปวัดไขมัน พบว่ามีปริมาณลดลง20 % นักวิจัยเชื่อว่าสุกรอนามัยตัวนี้  จะมีคุณค่าทางโภชนาการมากกว่าสุกรทั่วไป  เพราะมียีนของผักโขม  ซึ่งเป็นผักที่มีประโยชน์ต่อร่างกายผสมอยู่  อย่างไรก็ตามการวิจัยดังกล่าว  ยังอยู่ในขั้นทดลองระดับหนึ่งเท่านั้น  เนื่องจากอัรตราการรอดชีวิตของสุกร ที่ผ่านการดัดแปรพันธุกรรมมีน้อยเพียง 1 % เท่านั้น

ด้านการแพทย์

1.            ทำให้สามารถผลิตยาปฏิชีวนะเพื่อรักษาโรคต่างๆ ได้เพิ่มขึ้น

2.            ทำให้สามารถผลิตวัคซีนต่างๆ  จากสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นได้เพิ่มขึ้น

3.            ผลิตสารแอนติบอดี  เพื่อใช้ประโยชน์ทางการแพทย์  เช่น  สารโมโนโคลนอล (monoclonol antibodies)  เพื่อใช้การตรวจการตั้งครรภ์

4.            ผลิตสารอินเตอร์เฟรอน (interferon)  จากแบคทีเรียเพื่อใช้ในการรักษาโรคมะเร็ง

ด้านสิ่งแวดล้อม

1.            ปรับปรุงสายพันธุ์แบคทีเรียให้สามารถกำจัดคราบน้ำมันในแหล่งน้ำได้

2.            สามารถผลิตแก๊สมีเทนจากขยะและสิ่งที่เหลือจากการเกษตร  ซึ่งเป็นการช่วยกำจัดขยะอีกทางหนึ่งด้วย

ด้านอาหาร

1.            ปรับปรุงพันธุ์พืชที่สามารถให้ผลผลิตสูง  และทนต่อสภาพที่แห้งแล้งได้

2.            ใช้จุลินทรีย์หรือโปรตีนเซลล์เดียวผสมในอาหาร  เพื่อเพิ่มคุณค่าทางอาหารให้สุงขึ้น  เช่น  จุลินทรีย์พวกยีสต์  สาหร่าย  เป็นต้น

3.            การผลิตอาหารเสริมจากสาหร่าย  รา  ที่มีคุณค่าททางโภชนาการสูง  เช่น  โปรตีนจากราFusarium  sp.  ซึ่งมีโปรตีน  45  %  ไขมัน  13 %

4.            ปรับปรุงพันธุ์สัตว์  โดยใช้แบคทีเรียช่วยในการผลิตฮอร์โมนของสัตว์ให้มีปริมาณมากขึ้นและนำไปฉีดให้แก่สัตว์  เพื่อเร่งการเจริญเติบโต

กระบวนการสังเคราะห์แสง

การสังเคราะห์แสง  คือ กระบวนการซึ่งพืชสังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารประกอบ อนินทรีย์ โดยมีแสงปรากฏอยู่ด้วย  สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องการพลังงานเพื่อใช้ในการเจริญเติบโตและรักษาสภาพเดิมให้คงอยู่ สาหร่าย พืชชั้นสูง และแบคทีเรียบางชนิดสามารถรับพลังงานโดยตรงจากแสงอาทิตย์ และใช้พลังงานนี้ในการสังเคราะห์สารที่จำเป็นต่อการดำรงชีพ  แต่สัตว์ไม่สามารถรับพลังงานโดยตรงจากแสงอาทิตย์  ต้องรับพลังงานโดยการบริโภคพืชและสัตว์อื่น ดังนั้นแหล่งของ  พลังงานทางเมตาบอลิสม์ในโลกคือ  ดวงอาทิตย์ และกระบวนการสังเคราะห์แสง จึงจำเป็นสำหรับชีวิตบนโลก

                        ประโยชน์ของการสังเคราะห์แสง

                        1. เป็นกระบวนการสร้างอาหารเพื่อการดำรงชีวิตของพืช

            2. เป็นกระบวนการซึ่งสร้างสารประกอบชนิดอื่น ซึ่งจำเป็นต่อกระบวนการเจริญ

                เติบโตของพืช

                        3. เป็นกระบวนการซึ่งให้ก๊าซออกซิเจนแก่บรรยากาศ

                        4. ลดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ให้อยู่ในสภาวะสมดุล

                        การที่พืชรับพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ได้โดยตรงนี้       พืชต้องมีกลไกพิเศษ คือ มีรงควัตถุ (Pigment) สีเขียว ซึ่งเรียกว่า คลอโรฟิลล์ (Chlorophylls)     ซึ่งมีโครงสร้างประกอบด้วยวงแหวน Pyrrole 4 วง  เรียงติดกัน มี Mg อยู่ตรงกลาง ซึ่งเป็นส่วนที่ดูดแสงเรียกว่า Head ส่วน Tail คือ  Phytol ซึ่งคลอโรฟิลล์เป็นรงควัตถุที่ปรากฏอยู่ในคลอโรพลาสต์      ทำหน้าที่ในการจับพลังงานจากแสง ซึ่งโครงสร้างของคลอโรพลาสต์นี้ได้กล่าวถึงแล้วในบทที่ 1    นอกจากคลอโรฟิลล์แล้ว    รงควัตถุที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แสงยังมีคาโรทีนอยด์ (Carotenoids) และไฟโคบิลินส์(Phycobilins)  สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงได้จะมีรงควัตถุหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งชนิด รงควัตถุเหล่านี้แสดงอยู่ในตารางที่ 4.1

                        คลอโรฟิลล์ เอ นั้นจัดว่าเป็น primary pigment ทำหน้าที่สังเคราะห์แสงโดยตรง ส่วนรงควัตถุชนิดอื่น ๆ ต้องรับแสงแล้วจึงส่งต่อให้คลอโรฟิลล์ เอ  เรียกว่าเป็น Accessory pigment ในพืชชั้นสูงทั่ว ๆ ไปจะมีคลอโรฟิลล์ เอ มากกว่าคลอโรฟิลล์ บี ประมาณ  2-3  เท่า ส่วนแบคทีเรียบางชนิด เช่น Green bacteria  และ  Purple bacteria จะมีรงควัตถุซึ่งเรียกว่า Bacteriochlorophyll       

ซึ่งปรากฏอยู่ในไธลาคอยด์  การสังเคราะห์แสงของแบคทีเรียจะต่างจากการสังเคราะห์แสงของพืชชั้นสูง เพราะไม่ได้ใช้น้ำเป็นตัวให้อีเลคตรอนและโปรตอน   แต่ใช้ H₂S  แทน  และเมื่อสิ้นสุดการสังเคราะห์แสงจะไม่ได้ก๊าซออกซิเจนออกมา    แต่จะได้สารอื่น เช่น กำมะถันแทน