พันธุวิศวกรรม (genetic engineering) เป็นกระบวนการทางชีววิทยาที่เกี่ยวข้องกับการตัดต่อยีน จากสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งเข้ากับยีนของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง เพื่อให้ได้ยีนที่มีสมบัติตามที่ต้องการ และขยายยีนให้มีปริมาณมากพอที่จะนำไปทำให้ผลผลิตมีคุณภาพดีขึ้น และได้ปริมาณการผลิตสูงขึ้นตามต้องการ สิ่งมีชีวิตที่ได้จากกระบวนการทางพันธุวิศวกรรม เรียกว่า สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม หรือ GMOs (genetically modified organisms)

หรือกล่าวได้ว่า พันธุวิศวกรรมเป็นการตัดต่อยีน หรือเป็นการเคลื่อนย้ายยีน จากสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่ง ใส่เข้าไปกับยีนของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง จนได้ DNA สายผสม (recombinant DNA) ซึ่งมีขั้นตอนการสร้าง DNA สายผสม ดงนี้

1. การเตรียม DNA ที่มียีนที่ต้องการ

อาจได้มาจาก

- การแยกยีนจากโครโมโซมของเซลล์ จากการค้นพบเอนไซม์ในแบคทีเรียที่สามารถตัดสาย DNA บริเวณที่มีลำดับเบสจำเพาะ หรือตำแหน่งที่จำเพาะเจาะจงของ DNA ออกเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ เรียกว่า เอนไซม์ตัดจำเพาะ (restriction enzyme) ในปัจจุบัน มีการค้นพบเอนไซม์ตัดจำเพาะมากกว่า 1,200 ชนิด โดยแต่ละชนิดจะมีความจำเพาะต่อลำดับเบสของ DNA ที่แตกต่างกัน เมื่อตัดเฉียงทำให้เกิดปลายยื่นออกมาเป็นปลายเหนียว (sticky ends) ถ้าตัดสาย DNA ตรงๆ ทำให้เกิดปลายทู่ (blunt ends)

- สร้างขึ้นมาเองในหลอดทดลอง โดยใช้ mRNA เป็นแม่พิมพ์ในการสร้าง DNA คู่สม (complementary DNA หรือ cDNA)

- สร้างขึ้นโดยวิธีทางเคมี โดยนำนิวคลีโอไทป์มาเชื่อมต่อให้ได้ DNA ซึ่งมีลำดับของนิวคลีโอไทป์ตามลำดับการเรียงของกรดอะมิโนในโปรตีน โดยอาศัยกฏเกณฑ์ของรหัสพันธุกรรม (genetic code)

2. การเพิ่มจำนวน DNA

เมื่อได้ DNA ที่ต้องการแล้ว จะสามารถเพิ่มจำนวน DNA ที่ต้องการให้มากขึ้นได้โดยกระบวนการ PCR (polymerase chain reaction) โดยใช้เอนไซม์ DNA polymerase และนิวคลีโอไทป์เป็นตัวเริ่มต้น (primer) 4 ตัว คือ dATP, dCTP, dGTP และ dTTP

3. การหา DNA พาหะ (DNA vector)

เวคเตอร์ (vector) คือ ตัวนำชิ้นส่วน DNA ที่เราสนใจเข้าไปยังเซลล์เจ้าบ้าน (host cell) เช่น พลาสมิด (plasmid) ซึ่ง DNA พาหะสามารถเพิ่มจำนวนโดย DNA พาหะจะถูกตัดบางส่วนออกด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะ ทำให้เกิดปลายที่ทำให้ DNA พาหะสามารถเชื่อมต่อเป็นชิ้นเดียวกันกับ DNA ที่ต้องการตัดต่อเข้าไป เมื่อมียีนที่ต้องการใน DNA พาหะแล้ว จึงนำไปใส่ในสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น เช่น แบคทีเรีย

4. การตัดต่อ DNA เพื่อสร้าง DNA สายผสม (recombinant DNA)

โดยการเชื่อม DNA ที่ต้องการให้เพิ่มจำนวนกับ DNA พาหะ โดยใช้เอนไซม์ตัดจำเพาะ หรือใช้เอนไซม์ DNA ligase เชื่อมต่อสาย DNA

5. การนำ DNA สายผสม (recombinant DNA หรือ rDNA) เข้าสู่เซลล์เจ้าบ้าน

เรียกว่า transformation เป็นขบวนการที่จะนำ DNA สายผสมที่ทำการตัดต่อในหลอดทดลองเข้าสู่เซลล์ โดยเชื้อแบคทีเรียที่ใช้เป็น host cell นั้นมีอยู่หลายชนิด แต่ที่ใช้กันมากคือ E. coli โดยการที่จะใส่ rDNA เข้าไปในเซลล์ จะต้องปรับสภาพเซลล์ให้เหมาะสมเสียก่อน เซลล์ที่ถูกปรับสภาพให้เหมาะสมที่จะรับ plasmid แล้วเรียกว่า competent cells จากนั้นจึงนำ host cell เหล่านี้ ไปเลี้ยงในวุ้นเลี้ยงเชื้อที่มีคุณสมบัติให้ host cell ที่มี rDNA อยู่ภายในสามารถเจริญเติบโตได้

พัดชา วิจิตรวงศ์