พันธุวิศวกรรมสัตว์

            Animal Biotechnology
        
            ถ้าคุณมีฟาร์มโคนมพันธุ์ดีมีราคาแพง คุณจะขยายพันธุ์วัวและฟาร์มของคุณอย่างไร รอพ่อพันธุ์แม่พันธุ์ผสมตามธรรมชาติ ? (ซึ่งจะให้ลูกช้าและจำนวนน้อย) หรือจะซื้อวัวมาเพิ่มดี? เทคโนโลยีชีวภาพให้ทางเลือกที่ดีกว่าแก่คุณได้ เราสามารถนำเทคโนโลยีมาใช้ในการเก็บรักษา, ผสม และเพิ่มจำนวนสัตว์พันธุ์ดีที่คุณต้องการ โดยเฉพาะสัตว์เศรษฐกิจ เช่น  แม่โคที่ให้น้ำนมสูง และปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมของประเทศได้ดี หรือม้าแข่งพันธุ์ดี

            ด้วยเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าเราสามารถเลือกพ่อแม่พันธุ์ดีที่มีลักษณะตามที่ต้องการ  และไม่มีโรค โดยไม่เพียงเลือกดูตามลักษณะภายนอกเท่านั้น แต่สามารถตรวจดู และเลือกได้ถึงระดับยีนเลยทีเดียว เมื่อเลือกพ่อพันธุ์แม่พันธุ์ได้แล้ว เราไม่จำเป็นต้องรอการผสมพันธุ์ตามธรรมชาติ  ด้วยเทคโนโลยีการผสมเทียมเราสามารถกระตุ้นให้สัตว์เพศเมียที่มีคุณภาพดี ตกไข่ออกมาเป็นจำนวนมาก (หรือซื้อไข่จากแม่พันธุ์ดีมา) แล้วนำมาเพาะเลี้ยงในห้องทดลอง และผสมกับสเปิร์มหรือน้ำเชื้อจากพ่อพันธุ์ดี (ซึ่งหาซื้อมาได้เช่นกัน) ใน ห้องทดลอง

            ทราบไหมว่า ม้าแข่งที่มีชื่อเสียงระดับโลกทุกตัว มีเชื้อสายมาจากต้นตระกลูพ่อแม่พันธุ์ดีเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้น (รูปที่1)

            ในระยะนี้เราสามารถใช้ดีเอ็นเอเทคโนโลยีคัดเลือกคุณลักษณะ และเพศของตัวอ่อนตามที่ต้องการ ตัวอ่อนที่ได้นั้นสามารถนำไปแช่แข็งไว้ได้จนกว่าจะต้องการใช้ เมื่อถึงเวลาสามารถจะนำตัวอ่อนนั้นไปฝากถ่ายไว้ในสัตว์เพศเมียที่เหมาะสม เช่น ตัวอ่อนของโคนมพันธุ์ดี สามารถจะนำไปฝากถ่ายไว้ในครรภ์ของแม่วัวพันธุ์พื้นบ้านที่ทนต่อสภาพอากาศร้อนของบ้านเราได้ การแช่แข็งตัวอ่อนไว้ในไนโตรเจนเหลวจะเก็บรักษาตัวอ่อนได้เป็นเวลานาน (รูปที่2) 

            สำหรับสัตว์ใหญ่ เช่น วัว  และม้า ซึ่งออกลูกทีละไม่มากตัว ถ้าเราอยากได้ลูกที่มีพันธุกรรมดีเหมือนกันเป็นจำนวนมาก ก็สามารถทำได้โดยการแยกตัวอ่อน หรือไข่ที่ถูกผสมแล้ว (embryo spliting) ในระยะไม่กี่เซลล์ เพราะตามธรรมชาติหลังไข่ 1 ใบผสมกับสเปิร์ม 1 ตัวแล้วจะแบ่งตัวจาก 1 เป็น 2, 4 ,8 เรื่อยไปจนกระทั่งมีจำนวนมากพอที่จะพัฒนาไปเป็นอวัยวะต่างๆได้ (รูปที่3)

             เซลล์ในระยะหลัง ๆ จะมีความสามารถพัฒนาไปเป็นอวัยวะ หรือเนื้อเยื่อบางอย่างเท่านั้น (เหมือนในบริษัทใหญ่แต่ละคนจะมีหน้าที่จำเพาะที่ได้รับมอบหมายมา) แต่เซลล์ในระยะต้น ๆ  จะมีความสามารถในการพัฒนาไปเป็นสิ่งมีชีวิตที่สมบูรณ์ทั้งตัวได้ (เหมือนบริษัทที่มี 2-3 คน, ทุกคนต้องทำทุกอย่างเป็น) ฉะนั้นถ้าเราแยกตัวอ่อนในระยะ 8 เซลล์ เราก็จะได้ตัวอ่อนถึง 8 ตัวจากไข่ที่ถูกผสมเพียง 1 ใบ เซลล์ที่แยกได้อาจจะถูกนำมาแช่แข็งไว้ หรือนำไปฝากถ่ายในครรภ์ของแม่ต่อไป (รูปที่4)

             เทคโนโลยีก้าวหน้าเหล่านี้สามารถทำให้เราเก็บรักษา  ผสม และเพิ่มจำนวนสัตว์พันธุ์ที่ต้องการได้อย่างรวดเร็ว และมีประสิทธิภาพ ไข่ที่ผสมแล้วในระยะ 8 เซลล์กำลังถูกแยกเป็นเซลล์เดี่ยว เซลล์เดี่ยวแต่ละเซลล์ที่แยกได้ถูกนำไปใส่ในเปลือกไข่เปล่า ๆ เพิ่อให้เซลล์แต่ละเซลล์เจริญเติบโตต่อไป (รูปที่5)

             โคลนนิง
             จนกระทั่งวันนี้ คงไม่มีใครไม่เคยได้ยินคำว่า โคลนนิง จริงๆแล้ว โคลน (clone) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่มาจากเซลล์เดียวกัน และมีสารพันธุกรรมที่เหมือนกันทุกประการ เช่น แบคทีเรีย ซึ่งเพิ่มจำนวนด้วยการแบ่งตัว หรือกลุ่มของเซลล์มะเร็งที่โตมาจากเซลล์ที่ผิดปกติเริ่มต้นเพียงเซลล์เดียว แต่เราไม่ได้เป็นโคลนของทั้งพ่อ และแม่ เพราะเราได้สารพันธุกรรมครึ่งหนึ่งมาจากพ่อ และอีกครึ่งหนึ่งมาจากแม่ ฉะนั้นสิ่งมีชีวิตที่มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศไม่ได้เป็นโคลนของกันและกัน (รูปที่ 6)

             นักวิทยาศาสตร์ได้พยายาม "โคลน" สิ่งมีชีวิตมาตั้งนานแล้ว การโคลนสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิดทำได้ง่ายมาก เช่น ถ้าเราตัดปลาดาวออกเป็นสองส่วน แต่ละส่วนจะสามารถงอกเป็นปลาดาวตัวใหม่ทั้งตัวได้ แต่การโคลนสัตว์มีกระดูกสันหลัง ทำได้ยากกว่ามาก  นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถนำเซลล์ที่พัฒนาเป็นเซลล์พิเศษที่มีหน้าที่จำเพาะมาโคลนเป็นสิ่งมีชีวิตทั้งตัวได้ 

             ในปี คศ.1996 นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันโรสลิน ประเทศสกอตต์แลนด์ ได้สร้างแกะที่เกิดจากการโคลนเป็นผลสำเร็จเป็นครั้งแรกของโลก โดยเอาเซลล์ต่อมน้ำนมของแกะตัวหนึ่งไปผสมกับไข่ที่ไม่มีดีเอ็นเอ (ดีเอ็นเอของไข่ถูกดูดออกไป) โดยใช้ไฟฟ้าทำให้ไข่นั้นพัฒนาไปเป็นตัวอ่อนได้โดยอาศัยดีเอ็นเอที่ได้จากเซลล์ต่อมน้ำนม แล้วตัวอ่อนที่ได้ได้ถูกนำไปฝากไว้ในครรภ์ของแม่แกะอีกตัวหนึ่ง ลูกแกะที่โด่งดังตัวนี้มีชื่อว่า ดอลลี่ ซึ่งเกิดขึ้นในปื 1996 (รูปที่ 6, 7 และ 8) หลังจากนั้นเป็นต้นมา นักวิทยาศาสตร์หลายกลุ่มก็ได้พัฒนาเทคนิคการโคลนนิงแบบอื่น ที่มีประสิทธิภาพดีขึ้น รวมทั้งได้มีการโคลนสัตว์อื่น ๆ เช่น  วัว, หนู รวมทั้งแกะที่มียีนของมนุษย์อยู่ เราจะโคลนสิ่งมีชีวิตไปทำไมกัน ทั้งที่สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ก็สืบพันธุ์ได้ตามปกติ

             นอกจากโคลนนิ่งจะให้ความรู้เกี่ยวกับการสร้าง และพัฒนาตัวอ่อน และอวัยวะของสิ่งมีชีวิตต่างๆ แล้วการโคลนสัตว์ต่างๆ โดยเฉพาะพวกที่มีสารพันธุกรรมเปลี่ยนแปลงไปอย่างที่เราต้องการยังจะมีประโยชน์ต่อการศึกษาวิจัย  วงการแพทย์  การเกษตรกรรม และ อุตสาหกรรมด้วย  เช่น เราสามารถจะผลิตวัวพันธุ์พิเศษที่สร้างยาในน้ำนมของมัน ทำให้รักษาผู้ป่วยได้ด้วยการกินนมวัวแทนยา หรือเรายังสามารถโคลนสัตว์ที่ใกล้จะสูญพันธุ์ไว้ได้ 
             ถึงแม้ว่าการโคลนมนุษย์ยังเป็นที่ถกเถียงกันมากในแง่จริยธรรม และยังไม่ได้รับอนุญาติให้ทำการศึกษาวิจัยได้ แต่ประโยชน์ที่เล็งเห็นได้ก็คือ การที่ทำให้คู่สมรสที่เป็นหมันสามารถมีลูกได้ หรือทำให้คู่สมรสที่มีโรคทางพันธุกรรมสามารถหลีกเลี่ยงไปเลือกใช้ดีเอ็นเอที่ปกติจากคนใดคนหนึ่งมาถ่ายทอดให้ลูกได้                

             ชุบชีวิตช้างแมมมอธ
             คุณยังจำเรื่องราวของช้างแมมมอธได้ไหม ช้างโบราณนี้เป็นช้างที่มีขนทั่วตัว มีขนาดมหึมา และมีชีวิตอยู่ในยุคน้ำแข็งเมื่อ 3-4 ล้านปีที่แล้ว (รูปที่ 9) และสูญพันธุ์ไปประมาณ 4 พันปี เราอาจจะมีโอกาสเห็นช้างแมมมอธที่มีชีวิตได้ ถ้าการโคลนช้างโบราณชนิดนี้ประสบผลสำเร็จนักโบราณคดีพบว่า ในยุคน้ำแข็งเมื่อประมาณ 3-4 ล้านปีที่แล้ว ช้างแมมมอธมีชีวิตอยู่แถวพื้นที่ที่เรียกว่า Sub-Saharan Africa  เมิ่อพื้นดินในส่วนของไซบีเรีย และอลาสกาเคลื่อนมาเชื่อมกัน ในเวลา 1.5 ล้านปีถัดมาช้างแมมมอธก็เริ่มมาปรากฏตัวอยู่แถวอลาสกา และอเมริกาเหนือ ซากที่เกือบจะสมบรูณ์ของลูกช้างอายุ 6 เดือนชื่อ Dima ถูกพบแถวเหมืองทองในไซบีเรียในปี คศ.1977 แม้ว่า Baby Dima จะตายเมื่อ 4 หมื่นปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์พบว่า เม็ดเลือดแดงของเธอยังสมบูรณ์ดีอยู่ (รูปที่ 10)

             ประมาณ 2 หมื่นปีที่แล้ว ภูมิอากาศของโลกเปลี่ยนแปลงไป และแผ่นน้ำแข็งของยุคน้ำแข็งยุคสุดท้ายก็เริ่มละลาย ช้างแมมมอธที่มีชีวิตอยู่ในอากาศที่หนาวเย็นก็ต้องปรับตัวให้เข้ากับโลกที่ร้อน และแห้งขึ้น และพืชที่เป็นอาหารก็เปลี่ยนแปลงไป นอกจากนั้นยังต้องต่อสู้กับมนุษย์นักล่าที่พัฒนาอาวุธล่าสัตว์ที่ทำมาจากหิน และอาวุธที่คล้ายธนูที่มีประสิทธิภาพในการล่ามากขึ้น จนในที่สุดช้างแมมมอธที่น่าสงสารก็ต้องสูญพันธุ์ไปเมื่อประมาณ 4 พันปีที่แล้ว

             นักโบราณคดีได้ขุดพบกระดูก  งา และบางครั้งซากทั้งตัวของช้างโบราณนี้ ในพื้นที่ยุโรป อเมริกาเหนือ และไซบีเรีย ในปีคศ. 1997 สมาชิกของครอบครัว Jarkov ชาวเผ่าโดแกนได้พบงาช้างแมมมอธขนาดใหญ่ขณะที่ล่ากวางเรนเดียร์อยู่แถวแม่น้ำ Bolchaya Balakhnya ปีต่อมา ขณะที่ครอบครัวนี้นำงาช้างไปขายในตลาดก็ได้พบ Bernard Buigues นักผจญภัยชาวฝรั่งเศส ซึ่งสนใจช้างแมมมอธมาก Buigues จึงได้ทำการสำรวจบริเวณนั้น และในที่สุดก็สามารถดึงหัวช้างขึ้นมาจากน้ำแข็งได้ และตั้งชื่อตามครอบครัวที่พบจากการหาอายุโดยใช้คาร์บอน พบว่าช้างแมมมอธ Jarkov อายุ 47 ปี ตายเมื่อประมาณ 20,000 ปีที่แล้ว (รูปที่ 11 งาช้างที่ครอบครัว Jarkov พบในปี 1997) ต่อมาซากช้างทั้งตัวที่ถูกฝังในก้อนน้ำแข็งขนาด 23 ตัน ได้ถูกยกขึ้นมาไว้ในถ้ำน้ำแข็งที่ถูกขุดขึ้นแถวขั้วโลกเหนือ นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะละลายซากช้างเร็ว ๆ นี้ เพื่อการศึกษาแม้ว่าเวลาจะผ่านมา 2 หมื่นปี แต่เนื้อและเซลล์ของช้างถูกรักษาไว้ดีมาก ในก้อนน้ำแข็งที่อุณหภูมิเย็นจัดถึง -40 oF จนกระทั่งนักวิทยาศาสตร์คาดว่าดีเอ็นเอของช้าง อาจจะยังสมบูรณ์มากพอที่จะนำมาศึกษาได้ หรือแม้กระทั่งอาจจะมีโอกาสโคลนช้างให้มีชีวิตได้ อาจจะโดยการผสมเทียม ถ้าหาสเปิร์มที่สมบรูณ์ได้ก็อาจจะนำมาผสมกับไข่ของช้างแอฟริกัน ซึ่งเป็นญาติใกล้ชิดกับช้างแมมมอธ หรืออาจจะใช้เทคนิคโคลนนิงที่สร้าง "ดอลลี่" ได้  ถ้าสามารถหาดีเอ็นเอที่ครบสมบรูณ์ได จากซากช้างดังกล่าว

               การศึกษา และบอกความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตไม่ได้ทำเฉพาะการสังเกตลักษณะภายนอก และชีวิตความเป็นอยู่เท่านั้น แต่นักวิทยาศาสตร์สามารถจะศึกษาเปรียบเทียบลงไปถึงระดับโมเลกุลเลยทีเดียว ไม่ว่าจะเป็นโปรตีนอาร์เอ็นเอ หรือดีเอ็นเอ เทคนิค "ลายพิมพ์ดีเอ็นเอ"  นี้เป็นเทคนิคหนึ่งที่นิยมใช้เปรียบเทียบดีเอ็นเอ (รูปที่ 12) แม้ว่าเราอาจจะมีโอกาสที่จะเห็นช้างแมมมอธที่มีชีวิต แต่ในแง่จริยธรรมแล้ว คำถามก็คือเราควรชุบชีวิตช้างแมมมอธหรือไม่?  และช้างโบราณอายุ 2 หมื่นปี จะสามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนไปอย่างมาก และมีชีวิตอยู่ในโลกปัจจุบันได้หรือไม่?

Biotec : ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ

 

ภาพประกอบ


รูปที่ 1 ม้าแข่ง


รูปที่ 2 การแช่แข็งตัวอ่อนไว้ในไนโตรเจนเหลว


รูปที่ 3 การแยกตัวอ่อนของวัว หรือไข่ที่ถูกผสมแล้ว (embryo spliting) เพื่อให้ได้พันธุกรรมที่ดี


รูปที่ 4 เซลที่แยกตัวออกมา


รูปที่ 5 เซลล์กำลังถูกแยกเป็นเซลล์เดี่ยว


รูปที่ 6 การโคลนแกะดอลลี่


รูปที่ 7 การโคลนแกะดอลลี่ (ต่อ)


รูปที่ 8 ลูกแกะดอลลี่


รูปที่ 9 ช้างแมมมอธ


รูปที่ 10 ซากที่เกือบจะสมบรูณ์ของลูกช้างอายุ 6 เดือนชื่อ Dima ถูกพบแถวเหมืองทองในไซบีเรียในปี คศ.1977


รูปที่ 11 งาช้างที่ครอบครัว Jarkov พบในปี 1997


รูปที่ 12 ดีเอ็นเอของซากช้างที่ขุดพบ