เมื่อสังเกตสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งๆ จะพบว่า ลูกหลานมีลักษณะที่ไม่เหมือนกันทีเดียว มีบางลักษณะที่แตกต่างกันไปบ้าง และสามารถถ่ายทอดลักษณะนั้นๆ ไปยังลูกหลานรุ่นต่อๆ ไปได้ จึงอาจเป็นไปได้ว่า ยีนหรือ DNA มีการเปลี่ยนแปลง นักพันธุศาสตร์เรียกการเปลี่ยนแปลงลำดับและจำนวนของเบสใน DNA และการเปลี่ยนแปลงที่เกิดกับโครโมโซม ซึ่งมีผลทำให้ลักษณะหรือฟีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตเปลี่ยนไป และสามารถถ่ายทอดลักษณะไปยังรุ่นต่อไปได้นี้ว่า การกลายพันธุ์ หรือมิวเทชัน (mutation)

มิวเทชัน (mutation) หรือ การกลายพันธุ์ หมายถึง การเปลี่ยนแปลงลักษณะพันธุกรรม และลักษณะที่เปลี่ยนแปลงไปนี้ สามารถจะถ่ายทอดจากชั่วอายุหนึ่งได้ แบ่งออกเป็น 2 ระดับ คือ

1. มิวเทชันระดับโครโมโซม (chromosome mutation) คือ การกลายพันธุ์ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครโมโซม อาจจะเป็นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซม หรือการเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซม

2. มิวเทชันระดับยีน (gene mutation หรือ point mutation) คือ การเปลี่ยนแปลงจากยีนหนึ่งไปเป็นอีกยีนหนึ่ง ซึ่งป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลของ DNA

การเกิดมิวเทชันระดับยีน (point mutation)

สามารถจัดได้เป็น 2 ประเภท คือ

1. การแทนที่คู่เบส (base-pair substitution)

การเกิดมิวเทชันในลักษณะเช่นนี้ อาจมีผลต่อการแสดงของลักษณะทางพันธุกรรมหรือไม่ก็ได้ เนื่องจากโคดอนหลายชนิดเป็นรหัสของกรดอะมิโนชนิดเดียวกันได้ เช่น CUU CUC CUA และ CUG หากมีการเกิดมิวเทชันเฉพาะที่ที่มีการเปลี่ยนรหัส CUC ซึ่งเป็นรหัสของลิวซีนให้กลายเป็น CUG การเกิดมิวเทชันดังกล่าวย่อมไม่มีผลต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิตนั้น เพราะยังมีการสร้างสายพอลิเพปไทด์ที่มีลำดับกรดอะมิโนเช่นเดิม

การเกิดมิวเทชันเฉพาะที่แบบการแทนที่คู่เบส เมื่อเกิดการแทนที่ของคู่เบสแล้ว มีผลทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนไปเป็นรหัสพันธุกรรมของกรดอะมิโนต่างชนิดกัน จะทำให้ได้สายพอลิเพปไทด์ที่มีลำดับของกรดอะมิโนต่างๆ ไป การเปลี่ยนแปลงของลำดับกรดอะมิโนที่เกิดขึ้นนี้ หากบริเวณดังกล่าวมีความสำคัญต่อการเกิดรูปร่างของโปรตีน หรือมีความจำเพาะต่อการทำงานของโปรตีนชนิดนั้น ย่อมมีผลมากต่อฟีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตนั้น

ตัวอย่างเช่น สาเหตุหนึ่งของการเกิดโรคโลหิตจางแบบซิกเคิลเซลล์ มีการเกิดมิวเทชันเฉพาะที่ที่โคดอน ที่เป็นรหัสพันธุกรรมของกรดอะมิโนตำแหน่งที่ 6 ของสายบีตาสายหนึ่งของฮีโมโกลบิน

2. การเพิ่มขึ้นของนิวคลีโอไทด์ (insertion) หรือการขาดหายไปของนิวคลีโอไทด์ (deletion)

การเกิดมิวเทชันนี้ มาจากการเพิ่มขึ้นของคู่นิวคลีโอไทด์ หรือการขาดหายไปของคู่นิวคลีโอไทด์ในบางตำแหน่งของยีน การเกิดมิวเทชันในลักษณะนี้ 1-2 นิวคลีโอไทด์มักมีการเปลี่ยนแปลงในการทำงานพอลิเพปไทด์อย่างชัดเจน เนื่องจากการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของนิวคลีโอไทด์ในบริเวณที่เป็นโคดอน 1-2 นิวคลีโอไทด์ จะมีผลทำให้ลำดับกรดอะมิโนตั้งแต่ตำแหน่งที่มีการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของโคดอนเปลี่ยนไปทั้งหมด เรียกการเกิดมิวเทชันเช่นนี้ว่า เฟรมชิฟท์ มิวเทชัน (frameshift mutation )

การเกิดมิวเทชันระดับโครโมโซม (chromosome mutation)

สามารถจัดได้เป็น 2 ประเภท คือ

1. การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซม

เป็นความผิดปกติจากการหักของโครโมโซม อาจจะเป็นส่วนปลาย หรือส่วนกลางของแท่งโครโมโซมก็ได้ ส่วนปลายที่หักจะเหนียว อาจต่อกับตำแหน่งเดิมทำให้โครโมโซมนั้นปกติ หรือไม่มีการต่อกับโครโมโซมเดิม ชิ้นส่วนโครโมโซมที่หักนั้นเกิดขึ้นได้หลายลักษณะ ดังนี้

- ดีลีชัน (deletion) คือ บางส่วนของโครโมโซมขาดหายไป

- ดูพลิเคชัน (duplication) คือ บางส่วนของโครโมโซมเพิ่มเข้ามา

- อินเวอร์ชัน (invertion) คือ บางส่วนของโครโมโซมมีการเรียงตัวแบบกลับลำดับ

- ทรานสโลเคชัน (translocation) คือ การย้ายชิ้นส่วนของโครโมโซมที่เกิดในแท่งโครโมโซมเดียวกัน หรือต่างกันแท่งกัน

จะเห็นได้ว่า กลุ่มอาการคริดูชาต์ (cri du chat) เป็นโรคที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซม มีความผิดปกติที่เกิดกับส่วนของแขนสั้นของโครโมโซมคู่ที่ 5 ขาดหายไป พบประมาณ 1 ต่อ 50,000 ของเด็กแรกเกิด พบในเด็กหญิงมากกว่าเด็กชาย ในอัตราส่วน 2 ต่อ 1 มีลักษณะผิดปกติ คือ ศีรษะเล็กใบหน้ากลม ตาเล็กอยู่ห่างกันและเฉียง ดั้งจมูกแบน ใบหูต่ำกว่าปกติ เส้นสายเสียง (vocal cord) ผิดปกติ ทำให้เสียงเล็กแหลม คล้ายเสียงร้องของแมว ปัญญาอ่อน อาจมีชีวิตอยู่ได้จนถึงเป็นผู้ใหญ่

2. การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซม

อาจเป็นการเพิ่ม หรือลดจำนวนโครโมโซมเพียงบางแท่ง เรียกว่า อะนูพลอยดี (aneuploidy) หรือโครโมโซมขาดหายไปทั้งชุดที่เรียกว่า ยูพลอยดี (euploidy) ก็ได้

การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซมมักจะเกิดขึ้นเมื่อมีการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสผิดปกติ โดยฮอมอโลกัสโครโมโซมจะไม่แยกออกจากกันในระยะแอนาเฟสของไมโอซิส I หรือไมโอซิส II โครโมโซมจึงเคลื่อนย้ายไปยังขั้วเดียวกันของเซลล์ เรียกระบวนการนี้ว่า นอนดิสจังชัน (non-disjunction)

เซลล์สืบพันธุ์จึงมีจำนวนโครโมโซมขาดหรือเกินมาจากจำนวนปกติ เมื่อเซลล์สืบพันธุ์ที่ผิดปกตินี้ปฏิสนธิกับเซลล์สืบพันธุ์ที่ปกติจากพ่อหรือแม่ ก็จะได้ไซโกตที่มีจำนวนโครโมโซมผิดปกติ ซึ่งจะมีผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของเอ็มบริโอในลักษณะต่างๆ กัน

การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซม (aneuploidy) เกิดขึ้นได้ 2 แบบ คือ จำนวนเพิ่มขึ้นหรือลดลง พบได้ทั้งออโทโซมและโครโมโซมเพศ ตัวอย่างของโรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซม ก็เช่น

กลุ่มอาการดาวน์ (down syndrome)

เกิดจากจำนวนโครโมโซมคู่ที่ 21 เกินมา 1 แท่ง หรือ trisomy21 มีโครโมโซม 47 แท่ง มีลักษณะที่ผิดปกติ คือ รูปร่างเตี้ย ตาห่าง หางตาชี้ขึ้น ลิ้นโตคับปาก คอสั้นกว้าง นิ้วมือนิ้วเท้าสั้น ลายนิ้วมือผิดปกติ ปัญญาอ่อน จากสถิติพบว่าแม่ที่มีอายุ 45 ปี มีโอกาสเสี่ยงในการมีบุตรที่เป็นโรคนี้มากกว่าแม่ที่มีอายุ 20 ปี ประมาณ 50-60 เท่า

กลุ่มอาการเอ็ดเวิร์ด (Edwards syndrome)

เกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมคู่ที่ 18 เกินมา 1 แท่ง หรือ trisomy18 มีโครโมโซม 47 แท่ง ทารกจะมีศีรษะและขากรรไกรเล็ก ใบหูอยู่ต่ำกว่าปกติ อาจมีปากแหว่ง เพดานโหว่ นิ้วมือและเท้าบิดงอผิดรูป มีหัวใจและไตพิการ ปอดและทางเดินอาหารผิดปกติ ไอคิวต่ำ เด็กมักเสียชีวิตภายใน 1 ปี

กลุ่มอาการพาทัวร์ (Patau syndrome)

เกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมคู่ที่ 13 เกินมา 1 แท่ง หรือ trisomy13 มีโครโมโซม 47 แท่ง ทารกมีปากแหว่ง เพดานโหว่ ตาเล็ก ใบหูต่ำ นิ้วมือนิ้วเท้าเกิน หูหนวก สมองพิการ มักจะเสียชีวิตภายในไม่กี่อาทิตย์หลังคลอด

กลุ่มอาการเทอร์เนอร์ (Turner Syndrome)

เกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมเพศหญิง ซึ่งโดยทั่วไปเพศหญิงจะมีโครโมโซม X จำนวน 2 โครโมโซม แต่ผู้ป่วยภาวะนี้จะมีโครโมโซม X เพียง 1 โครโมโซมเท่านั้น หรือ monosomy X ความผิดปกติของโครโมโซมนี้อาจเกิดขึ้นแบบสุ่ม ซึ่งอาจเกิดจากปัญหาเกี่ยวกับตัวอสุจิหรือไข่ และอาจเกิดในระยะที่เด็กยังเป็นตัวอ่อนในครรภ์ โดยไม่เกี่ยวกับอายุของมารดาหรือประวัติการเกิดโรคภายในครอบครัวแต่อย่างใด

ทารกจะมีอาการบวมน้ำ เนื้อเยื่อบริเวณคอหนา คอบวม ตัวเล็ก และอาจมีความผิดปกติของหัวใจหรือไต ซึ่งมีอาการบางอย่างที่อาจพบได้ตั้งแต่แรกเกิด หรือวัยเด็ก เช่น คอมีพังผืด มีรูปร่างเตี้ย มีเพดานปากสูงกว่าปกติ ไรผมและหูอยู่ต่ำ หนังตาตก ขากรรไกรเล็กและหด หน้าอกกว้าง และหัวนมทั้งสองข้างห่างกันมากผิดปกติ ปลายแขนกางออก เป็นต้น

การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซมเป็นชุด (euploidy) จากจำนวนดิพลอยด์

สิ่งมีชีวิตที่มีจำนวนโครโมโซมมากกว่า 2 ชุด เรียกว่า พอลิพลอยด์ (polyploidy) ส่วนใหญ่เกิดจากการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสผิดปกติจากปรากฏการณ์นอนดิสจังชัน ทำให้เซลล์สืบพันธุ์มีโครโมโซม 2 ชุด 

พอลิพลอยด์พบได้ทั้งในพืชและสัตว์ ส่วนใหญ่พบในพืช ทำให้พืชมีขนาดใหญ่กว่าพวกดิพลอยด์ เช่น ขนาดของดอกหรือผล นอกจากนี้ ยังมีผลผลิตหรือมีการสร้างสารบางอย่างเพิ่มขึ้น เช่น ข้าวโพดพันธุ์ 4n มีวิตามินสูงกว่าพันธุ์ 2n ยาสูบพันธุ์ 4n มีสารนิโคตินสูงกว่าพันธุ์ 2n เป็นต้น

พืชที่เป็นพอลิพลอยด์เลขคู่ ได้แก่ 4n 6n 8n สามารถสืบพันธุ์และถ่ายทอดพันธุกรรมต่อไปได้ แต่พืชที่เป็นพอลิพลอยด์เลขคี่ ได้แก่ 3n 5n 7n มักเป็นหมัน จึงนำมาใช้ประโยชน์ในการผสมสายพันธุ์เพื่อให้ได้พืชที่ไม่มีเมล็ด เช่น แตงโม องุ่น เป็นต้น

พอลิพลอยด์ในสัตว์พบน้อยกว่าในพืช สำหรับการเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซมในคน ส่วนใหญ่เป็นการเพิ่มขึ้นหรือลดลงเป็นจำนวนแท่ง ทำให้อายุสั้น พิการทางร่างกายและสมอง ส่วนพอลิพลอยด์จะพบได้น้อย เพราะมีผลกระทบที่รุนแรง ทำให้เอ็มบริโอเสียชีวิตตั้งแต่อยู่ในครรภ์มารดาแล้ว

อย่างไรก็ดี ความหลากหลายของยีนที่เกิดจากมิวเทชันนั้น ทำให้เกิดการแปรผันทางพันธุกรรม ซึ่งทำให้ลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตเปลี่ยนแปลง เกิดสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ อย่างหลากหลาย ซึ่งเป็นต้นเหตุที่นำไปสู่การเกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

พัดชา วิจิตรวงศ์