จีโนม (genome) เป็นคำใหม่คำหนึ่งของสาขาวิชาพันธุศาสตร์และอณูชีววิทยายุคใหม่ หมายถึง ข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ๆ สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องประกอบด้วยสารพันธุกรรม โดยอาจอยู่ในรูปของดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอ สำหรับเก็บรหัสเพื่อใช้ในการสร้างโปรตีนต่าง ๆ ที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิต ซึ่งในสิ่งมีชีวิตชั้นสูง (ได้แก่สัตว์และพืช) โดยนับรวมทั้งส่วนที่เป็นยีนและส่วนที่ไม่มีการถอดรหัสด้วย คำว่าจีโนมนี้ใช้ครั้งแรกเมื่อ ค.ศ. 1920 โดย ฮันส์ วิงค์เลอร์ ศาสตราจารย์ด้านพฤกษศาสตร์ มหาวิทยาลัยฮัมบูร์ก ประเทศเยอรมนี พจนานุกรมภาษาอังกฤษฉบับอ็อกซ์ฟอร์ดเสนอว่า คำนี้มาจากการผสมระหว่างคำว่า ยีนกับโครโมโซม
สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องประกอบด้วยสารพันธุกรรม (เกือบทุกกรณีเป็นสารเคมีที่เรียกว่า DNA) สำหรับเก็บรหัสเพื่อใช้ในการสร้างโปรตีนต่าง ๆ ที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิต ซึ่งในสิ่งมีชีวิตชั้นสูง (ได้แก่สัตว์และพืช) นั้น DNA มีอยู่ในส่วนของนิวเคลียสภายในเซลล์
- เมื่อพิจารณาให้ละเอียด พบว่า DNA นั้นมีโครงสร้างเป็น 2 สาย ไขว้กันเป็นเกลียว แต่ละสายประกอบด้วยน้ำตาลและเบส 4 ชนิดคือ A, T, G และ C จับคู่กัน เรียกว่าคู่เบส เรียงต่อกันไปเป็นเส้นยาว
- เส้นของ DNA ที่พบในนิวเคลียสนี้ โดยมากจะปะปนอยู่กับโปรตีนบางชนิด ขดตัวรวมกันอยู่เรียกว่า โครโมโซม (ดูรูป) ในแต่ละเซลล์ของมนุษย์มีโครโมโซมอยู่ 23 คู่หรือ 46 ชิ้น
ดังนั้น จึงพอจะกล่าวได้ว่า จีโนมคือมวลสารพันธุกรรมทั้งหมดที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตอย่างปกติของสิ่งมีชีวิต ซึ่งในกรณีของสิ่งมีชีวิตชั้นสูง จีโนมก็คือ ชุดของ DNA ทั้งหมดที่บรรจุอยู่ในนิวเคลียสของทุก ๆ เซลล์นั่นเอง จึงมีคำกล่าวว่า จีโนมคือ “แบบพิมพ์เขียว” ของสิ่งมีชีวิต ในจีโนมของพืชและสัตว์นั้น นอกจาก DNA ส่วนที่เก็บรหัสสำหรับสร้างโปรตีนที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของเซลล์ ซึ่งเรียกกันว่ายีน (gene) แล้ว ยังมีส่วนของ DNA ที่ไม่ใช่ยีน และยังไม่ทราบหน้าที่ที่แน่ชัดทั้งหมด แต่ในการศึกษาจีโนมนั้นต้องศึกษาทั้งหมด ทั้งส่วนที่เป็นยีนและไม่ใช่ยีน ซึ่งในมนุษย์นั้น มี DNA อยู่รวมทั้งหมดเป็นขนาดหรือความยาวประมาณ 3.1 พันล้านคู่เบส
การศึกษาจีโนมในสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ
งานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับจีโนมมีหลายประเภท แต่ที่ได้รับการกล่าวถึงอย่างมากในขณะนี้คือการหาลำดับคู่เบสในสาย DNA ทั้งหมด (genome sequencing) นอกจากจีโนมมนุษย์ซึ่งมีการหาลำดับได้เกือบหมดแล้วนั้น ยังมีการศึกษาจีโนมของสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น ๆ อาทิเช่น
-หนู มีจีโนมขนาดเล็กกว่ามนุษย์เล็กน้อย ขนาดของจีโนมประมาณ 3 พันล้านคู่เบส บรรจุอยู่ในโครโมโซม 20 คู่
-แมลงหวี่ Drosophila มีจีโนมขนาดประมาณ 160 ล้านคู่เบส และมีโครโมโซม 4 คู่
-หนอนตัวกลม C. elegans มีจีโนมขนาดประมาณ 100 ล้านคู่เบส
-ยีสต์ S. cerevisiae มีจีโนมขนาดประมาณ 12.5 ล้านคู่เบส
-แบคทีเรีย E. coli มีโครโมโซมเดี่ยว และมีจีโนมขนาดเล็กเพียง 5 ล้านคู่
กรรมวิธีในการถอดลำดับจีโนมทำอย่างไร
ประกอบด้วย 3 ขั้นตอนหลัก คือ
1. หาการเรียงตัวของคู่เบส (sequencing) ทำโดยตัดเส้น DNA เป็นชิ้น ๆ แล้วป้อนเข้าไปให้เครื่องอ่านอัตโนมัติอ่านเหมือนกับการแกะตัวอักษรทีละตัว
2. ประกอบเข้าด้วยกันใหม่ (assembly) นำตัวอักษรที่แกะแล้วในแต่ละชิ้นของเส้น DNA มาประกอบเรียงกันใหม่จนกระทั่งได้ลำดับคู่เบสของ DNA ทั้งหมด
3. ระบุตำแหน่งของยีน (annotation) เมื่อทราบการเรียงลำดับของ DNA ทั้งหมดแล้ว จึงค้นหาตำแหน่งของยีน ซึ่งมีอยู่เพียงประมาณ 3% ในข้อมูลจีโนมทั้งหมด ทั้งนี้อาจทำโดยการค้นหา รหัสบ่งชี้การเริ่มต้นและสิ้นสุดของยีน หรือโดยการเปรียบเทียบกับยีนที่รู้จักแล้ว
สารพันธุกรรมหรือที่เรียกว่า DNA เป็นสารเคมีที่ประกอบกันขึ้นเป็นหน่วยพันธุกรรมหรือ ยีน (GENE) และสิ่งมีชีวิตดังกล่าวอาจจะเป็นสัตว์ พืช หรือจุลินทรีย์
จุลินทรีย์ GMO นั้นใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและยา และมีจุลินทรีย์ GMO ที่มีคุณสมบัติพิเศษในการกำจัดคราบน้ำมันได้ดี
พืช GMO เช่น ฝ้าย ข้าวโพด มันฝรั่ง มะละกอ เรานิยมทำ GMO ในพืชเพราะว่าทำได้ง่ายกว่าสัตว์ และสามารถศึกษาพืช GMO ได้หลายๆ ชั่วอายุของพืช (Generation) เพราะว่าพืชมีอายุสั้นกว่าสัตว์ ซึ่งอายุของสัตว์แต่ละ Generation นั้นกินเวลานานหลายปี
สัตว์ GMO เช่น ปลาแซลมอน ซึ่ง Modified หมายความว่า ปลานี้ได้รับการปรุงแต่ง หรือดัดแปลงโดยมนุษย์ไปเรียบร้อยแล้ว ซึ่งจะช่วยแก้ปัญหาการขาดแคลนอาหาร เพราะมนุษย์ล้นโลกได้เป็นอย่างดี จึงเป็นวิธีพัฒนาการทางด้านอาหารสำหรับบริโภคของมนุษย์
-ขอขอบึุณแหล่งข้อมูล
https://www.scimath.org/lesson-biology/item/8801-2018-09-21-02-13-37
