ความหมายยีนและโครโมโซม

เรื่องความหมายยีนและโครโมโซม
จากกระบานการทางเทคโนโลยีชีวภาพเกือบทั้งหมดในปัจจุบันนั้น ต้องอาศัยการปรับปรุงเปลี่ยนแปลงลักษณะทางพันธุ์กรรมของสิ่งมีชีวิต ที่เรียกว่า พันธุวิศวกรรม ( Genetic engineering ) ซึ่งสามารถทำได้โดยการตัดต่อยีน
ตอนที่ 1 ยีน คือ คำสั่งที่ให้สิ่งมีชีวิตมีลักษณะตามพันธุ์ของมัน ยีน อยู่ในเซลล์ซึ่งเป็นส่วนย่อยของสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตจะมียีนอยู่เป็นจำนวนมากขึ้นอยู่กับความสลับซับซ้อนของสิ่งมีชีวิตนั้น
ตอนที่ 2 ยีน เป็นสารเคมีที่ เรียกว่า ดีเอ็นเอ ( DNA-Deoxyribonucleic acid ) ซึ่งการเรียงตัวของหน่วยย่อยนี้เป็นตัวกำหนดลักษณะทางพันธุกรรม ที่สามารถถ่ายถอดไปยังลูกหลานได้ เรียกว่า เบส
ตอนที่ 3 โครโมโซม คือ ดีเอ็นเอ เกลียวคู่ (double helical DNA หรือ double strand DNA ) 1 โมเลกุล ที่จับเป็นสารประกอบเชิงซ้อนกับโปรตีนชนิดต่างๆ และสารอื่นๆ พบได้ในนิวเคลียส ของเซลล์พืชและสัตว์

ตอนที่ 4 ดีเอ็นเอ คือ โมเลกุลที่เป็นตัวเก็บรหัสกรรมพันธุ์ในสิ่งมีชีวิตทั่วไป

การที่เราได้เรียนรู้ความหมายของ ยีน โครโมโซม ดีเอ็นเอ แล้วทำให้เราได้รู้ว่า สิ่งเหล่านี้ทำหน้าที่อะไรบ้าง และอยู่ส่วนไหนในร่างกายมนุษย์เรา

ความผิดปกติของโครโมโซม
ความผิดปกติของโครโมโซม หรือ การเปลี่ยนแปลงของโครโมโซม โครโมโซมเป็นโครงสร้างที่อิสระที่อยู่ภายในนิวเคลียส ซึ่งเห็นได้ชัดในช่วงที่มีการแบ่งเซลล์ โครโมโซมประกอบด้วยหน่วยพันธุกรรม หรือยีน โครโมโซมเป็นแหล่งที่มียีนมากมาย ซึ่งเมื่อมีการแบ่งเซลล์แบบไมโตซิส หรือ ไมโอซิส ความผิดพลาดอาจเกิดขึ้นได้โดยอาจมีผลทำให้จำนวนโครโมโซมเพิ่มขึ้น หรือ ลดน้อยลง หรือ ชิ้นส่วนของโครโมโซมเพิ่มขึ้นมาหรือขาดหายไป ปรากฏการณ์เหล่านี้ยังส่งผลต่อลักษณะฟีโนไทป์ของคนได้หลายรูปแบบ ดังนั้นพอจะจัดแบ่งความผิดพลาดของโครโมโซมได้ 2 ประเภทใหญ่ คือ
1. ความผิดปกติของโครงสร้างของโครโมโซม เช่น การที่เนื้อโครโมโซมขาดหายไป เพิ่มขึ้นมาหรือสลับที่จากเดิม จึงมีผลทำให้รูปร่างของโครโมโซมผิดไปจากเดิม
2. ความผิดพลาดของจำนวนโครโมโซมซึ่งอาจจะมีจำนวนโครโมโซมเพิ่มมากขึ้นหรือลดจำนวนไปจากเดิมที่มีอยู่
ความผิดปกติของออโตโซม
1.1 กลุ่มอาการคริดูซาต์ ( Cri – du – chat Syndrome)
สาเหตุ โครโมโซม คู่ที่ 5 ( ลุกศรชี้ ) เส้นหนึ่งมีบางส่วนของแขนข้างสั้นหายไป โดยจำนวนท่อนโครโมโซม ในเซลล์ร่างกายยังคงเป็น 46 ท่อนเท่าเดิม
2.1 กลุ่มอาการพาโต ( Patau’s Syndrome )
สาเหตุ โครโมโซม คู่ที่ 13 เกินมา 1 ท่อน โครโมโซมในเซลล์ร่างกายเป็น 47 ท่อน
2.2 กลุ่มอาการเอ็ดวาดส์ ( Edward’s Syndrome )
สาเหตุ โคร โมโซมคู่ที่ 18 เกินมา 1 ท่อน โครโมโซมในเซลล์ร่างกายจึงเป็น 47 ท่อน
2.3 กลุ่มอาการดาวส์ ( Down ’s Syndrome )
สาเหตุ โครโมโซม คู่ที่ 21 เกินมา 1 ท่อน โครโมโซมในเซลล์ร่างกายจึงเป็น 47 ท่อน เกิดกับแม่ที่มีอายุมาก สร้างไข่ผิดปกติ ( 23 + x)


ความผิดปกติของโครโมโซมเพศ
1. อาการของผู้หญิงที่เป็นเทอร์เนอร์ซินโดรม (Turner ’s Syndrome) โครโมโซมเพศเป็น XO โครโมโซมในเซลล์ร่างกายเป็น 44 + XO
2. อาการของผู้หญิงที่เป็นเอก – ไตรโซเมีย ( x - trisomer) โครโมโซมเพศเป็น XXX โครโมโซมในเซลล์ร่างกายเป็น 44 + XXX
3. อาการของผู้ชายที่เป็นไคลท์เฟลเตอร์ ( Kline – felter’s Syndrome ) เป็นชายที่มี x เกิน โครโมโซมเพศเป็น XXY โครโมโซมในเซลล์ร่างกายเป็น 44 + XXY
4. อาการของผู้ชายที่เป็นดับเบิลวายซินโดรม ( Double y - Syndrome) เป็นชายที่มี y เกิน โครโมโซมเพศเป็น XYY โครโมโซมในเซลล์ร่างกายเป็น 44 + XYY)
โครโมโซมเทียม

ผลงานชิ้นโบแดงทางพันธุศาสตร์ชิ้นลาสุด คือ กรที่เราสามารถสร้างโครโมโซมเทียมของมนุษย์ได้เป็นครั้งแรก
นักวิจัยผู้มีความสามารถในงานนี้ คือ ฮันทิงตัน วิลลาร์ด และคณะ แห่งมหาวิทยาลัยเคส เวสเทอร์น รีเสิร์ฟ ที่เมืองคลีฟแลนด์ รัฐโอไฮโอ วิลลาร์ดได้ล้มเลิกความเชื่อที่ว่าต้องมีโครโมโซมซะก่อนจึงจะสร้างสิ่งมีชีวิตขึ้นได้ พวกเขาหวังว่าโครโมโซมเทียมนี้คงจะช่วยทำให้เราเข้าใจถึงการทำงานของโครโมโซมและอาจจะนำมาใช้เป็นพาหนะที่ดีสำหรับขนส่งดีเอ็นเอเข้าในเซลล์ของคนไข้ที่กำลังได้รับการรักษาด้วยยีน เพื่อให้ดีเอ็นเอที่เหมาะสมเข้าไปในเซลล์ผู้ป่วยที่มีโรคทางพันธุกรรมหรือมียีนที่ทำหน้าที่บกพร่องและยีนดี ๆ ที่ใส่เข้าไปนี้จะช่วยสร้างสารที่ขาดไปให้สมบูรณ์เหมือนคนปกติ
โครโมโซมนั้นประกอบด้วยดีเอ็นเอที่มาเรียงตัวกันทำหน้าที่เป็นพิมพ์เขียวหรือแม่แบบสำหรับการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของบรรดาสิ่งมีชีวิตทั้งหลายนับตั้งแต่สิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ อย่างยีสต์ไปจนถึงสิ่งมีชีวิตที่ใหญ่และซับซ้อนอย่างมนุษย์เรา โครโมโซมของยีนต์นั้นจัดได้ว่ามีรูปแบบง่าย ๆ จึงถูกนำมาศึกษาจนทะลุปรุโปร่งแล้วก็มีการสร้างโครโมโซมมนุษย์ได้ ทั้งนี้ก็เพราะว่า โครโมโซมของเราใหญ่มากและยังลึกลับซับซ้อนยากแท้หยั่งถึง
คุณวิลลาร์ดกล่าวว่า "โครโมโซมนั้นถูกมองว่าเป็นวัตถุลึกลับเสมอมา นับตั้งแต่ช่วงต้นศตวรรษนี้แล้วที่มีการค้นพบว่าโครโมโซมนี้เองที่เป็นตัวนำพายีนที่มีความสำคัญต่อพันธุกรรม งานวิจัยของเราก็คือ การสร้างชิ้นส่วนของโครโมโซมเหมือน ๆ กับที่ร่างกายของคนสร้างขึ้นมาให้ได้"
ทีมวิจัยของวิลลาร์ดได้พบข้อพิสูจน์ที่บรรดานักพันธุศาสตร์ต่างสงสัยกันมานานที่ว่าโครโมโซมมนุษย์นั้นต้องมีดีเอ็นเอแบบพื้นฐานอยู่สามรูปแบบ แบบแรกคือ ดีเอ็นเอที่ถอดรหัสเป็นข้อมูลทางพันธุกรรมที่ถ่ายทอดได้ สำหรับในการสร้างโครโมโซมนี้ ทีมของวิลลาร์ดใช้ดีเอ็นเอจากเซลล์เม็ดเลือกขาวของเจ้าหน้าที่ในห้องปฏิบัติการนั่นเอง
ส่วนผสมตัวสำคัญอันที่สองก็คือ เทโลเมียร์ ซึ่งเป็นดีเอ็นเอที่มีลำดับซ้ำ ๆ กันมาต่อเรียงกันเป็นแถวยาวและจะปรากฏอยู่ที่ตอนหัวและท้ายของแท่งโครโมโซมเท่านนั้น วิลลาร์ดอธิบายว่า "เทโลเมียร์ก็เหมือนฝาที่ปิดหัวปิดท้ายของโครโมโซมที่คอยปกป้องคุ้มครองไม่ให้ดีเอ็นเอถูกทำลายไป นอกจากนี้ก็ยังคอยป้องกันไม่ให้โครโมโซมแต่ละแท่งมาพันกันนุงนังจนทำให้ข้อมูลทั้งหลายยุ่งเหยิงไปหมด" ทีมวิจัยสร้างเทโลเมียร์โดยต่อหน่วยดีเอ็นเอสังเคราะห์หน่วยสั้น ๆ หลายพันหน่วยเข้าด้วยกัน
ส่วนผสมตัวที่สามก็คือ เซนโทรเมียร์ ซึ่งทำหน้าที่เหมือนนั่งร้านที่ทำให้โครโมโซมที่กำลังจะแบ่งตัวสามารถจากกันได้เมื่อมีการแบ่งเซลล์ เซนโทรเมียร์ก็เหมือนกับเทโลเมียร์ตรงที่ประกอบด้วยลำดับดีเอ็นชุดสั้น ๆ ที่เหมือนกันมาต่อซ้ำ ๆ กัน เซนโทรเมียร์จะมีลักษณะเป็นรอยคอดที่อยู่ตรงกลางโครโมโซม วิลลาร์ดและคณะได้บรรยายผลงานของเขาในวารสาร Nature Genetics (ฉบับที่ 15 หน้า 345 ปี 1997) ไว้ว่า พวกเขาได้สร้างเซนโทรเมียร์เทียมได้เป็นครั้งแรกโดยการใช้หน่วยของเบสเรียกว่า อัลฟาแซตเทลไลต์ ดีเอ็นเอมาต่อเข้าด้วยกัน
ลำดับต่อมา วิลลาร์ดก็เอาส่วนผสมทั้งสามมาใส่เข้าไปในเซลล์มะเร็งของมนุษย์ที่เพาะเลี้ยงเอาไว้ วีธีการโดยย่อก็คือเขาใช้หยดไขมันขนาดเล็กมาห่อหุ้มส่วนผสมของเขา ซึ่งจะถูกสอดผ่านเยื้อหุ้มเซลล์ที่มีไขมันเป็นองค์ประกอบเหมือนกันได้อย่างง่ายดาย
พวกเขาพบว่า เซลล์ที่เพาะเลี้ยงไว้จะนำเอาส่วนผสมที่ถือเป็นสารแปลกปลอมนี้เข้าไปไว้ในโครโมโซมเทียมที่เซลล์สร้างเองจากส่วนประกอบที่เป็นสารแปลกปลอม และโครโมโซมนี้ยังสามารถจะถูกถ่ายทอดไปยังเซลล์ลูกพร้อมกันกับโครโมโซมมนุษย์อันจริงด้วย ซึ่งเป็นข้อพิสูจน์ได้ดีเลยว่า โครโมโซมเทียมนี้นอกจากใช้งานได้แล้วยังถูกถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้เหมือนโครโมโซมธรรมดาด้วย
ถึงตอนนี้เราก็รู้ซึ่งถึงความลับของโครโมโซมมนุษย์เป็นอย่างดีแล้ว บรรดานักพันธุศาสตร์ก็จะสามารถนำความรู้ต่าง ๆ ที่ได้มาปะติดปะต่อจนได้รู้ว่าโครโมโซมทำงานอย่างไร ซึ่งนับเป็นการเปิดประตูสู่ความเข้าใจกฏของโครโมโซม โครโมโซมเหล่านี้จะเป็นอุปกรณ์อย่างดีที่จะใช้ขนส่งยีนตที่เป็นประโยชน์เข้าไปในคนไข้ที่กำลังได้รับการรักษาดัวยวิธียีนบำบัดปกติแล้วเราใช้ไวรัสที่ร้างขึ้นด้วยวิธีทางพันธุวิศวกรรมเพื่อให้ไม่มีอันตรายเป็นตัวขนส่งยีนเข้าไปในเซลล์ อย่างไรก็ตามไวรัสพวกนี้ก็อาจจะกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาภูมิคุ้มกันในคนไข้หรือไปรบกวนยีนที่ทำหน้าที่ป้องกันมะเร็งได้


โครโมโซม โดย ศาสตราจารย์ ดร. วิสุทธิ์ ใบไม้
โครโมโซมเป็นส่วนประกอบ หรือโครงสร้างของเซลล์ที่รวมหน่วยพันธุกรรมไว้เป็นกลุ่มลิงเกจ (linkage group) พันธุกรรมส่วนมากเป็นสารประกอบพวกดีเอ็นเอ แต่จะมีไวรัสบางชนิดเท่านั้นที่มีสารพันธุกรรมเป็นพวกอาร์เอ็นเอ (RNA, ribonucleic acid) โดยทั่วไปแล้วพวกไวรัสและพวกโพรคาริโอต (prokaryote) มีสารพันธุกรรมที่ประกอบด้วย ดีเอ็นเอล้วนๆ ในลักษณะที่เป็นเส้นยาว หรือเป็นวงแหวนแล้วแต่ชนิด (species) นั้นๆ นักวิชาการบางคนอาจเรียกโครงสร้างดีเอ็นเอ ดังกล่าวว่า เป็นโครโมโซมของไวรัสหรือ ของโพรคาริโอต ซึ่งอาจทำให้เกิดความสับสนกับโครงสร้างที่เป็นแหล่งรวมของหน่วยพันธุกรรมหรือยีนที่เรียกว่า โครโมโซม ของพวกยูคาริโอต (eukaryote) ดังนั้น นักพันธุศาสตร์บางคนจึงเรียกโครงสร้างพันธุกรรมที่เป็นดีเอ็นเอล้วนๆในไวรัสหรือ โพรคาริโอตว่า จีโนฟอร์ (genophore) ส่วนโครโมโซมนั้นใช้เรียกเฉพาะโครงสร้างที่เป็นแหล่งรวมของยีนที่อยู่ภายในนิวเคลียสของพวกยูคาริโอติกเซลล์ (eukaryotic cell) ของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว จนถึงพืชและสัตว์ชั้นสูง รวมทั้งคนด้วย ทั้งนี้เพราะโครงสร้างดังกล่าวประกอบด้วยสารพันธุกรรม หรือ ดีเอ็นเอที่พันรอบโมเลกุลของโปรตีนประเภท ฮิสโทน (histone) อย่างมีแบบแผน และขดม้วนตัวหลายชั้นให้กระชับแน่นจนมีขนาดใหญ่โต และมีรูปร่างชัดเจนขึ้น โดยเฉพาะในช่วงที่มีการแบ่งเซลล์ระยะเมทาเฟส (metaphase) ซึ่งเป็นช่วงที่โครโมโซมขดม้วนตัวแน่นที่สุด เนื่องจากดีเอ็นเอมีสมบัติย้อมติดสีพวกสีกิมซา (Giemsa stain) หรือสีออร์ซีน (Orcein stain) ได้ดี จึงทำให้เห็นโครงสร้างที่ขดตัวแน่นของดีเอ็นเอกับฮิสโทนที่เรียกว่า โครโมโซม (chromo = สี soma = ตัว แท่ง ท่อน) ได้ชัดเจน โครโมโซมแต่ละแท่งจะต้องมีโครงสร้างที่เรียกว่า เซนโทรเมียร์ (centromere) หรือไคเนโทคอร์ (kinetochore) อยู่ ๑ เสมอ ซึ่งมักปรากฏเป็นรอยคอดของโครโมโซม ที่เห็นในระยะเมทาเฟส เซนโทรเมียร์ จะทำหน้าที่เป็นจุดยึดของสายใยสปินเดิล (spindle fiber) เพื่อทำให้โครโมโซมเคลื่อนที่ ได้ในกระบวนการแบ่งเซลล์ โครโมโซมใดที่ขาดเซนโทรเมียร์ โครโมโซมนั้นจะไม่สามารถดำรงอยู่ต่อไปได้ในเซลล์นั้น เซนโทรเมียร์ยังเป็นจุดยึดโครมาทิด (chromatid) ทั้ง ๒ สายของโครโมโซมแต่ละแท่งให้อยู่ติดกันจนกว่าจะถูกตัดขาดออกจากกัน และทำให้โครมาทิดทั้ง ๒ สายของโครโมโซมแต่ละแท่ง นั้นแยกตัวออกจากกันไปทำหน้าที่เป็นโครโมโซมเต็มตัวในระยะแอนาเฟส (anaphase) การศึกษาโครโมโซมหรือคาริโอไทป์ (karyotype) ของสิ่งมีชีวิตทั่วไป จะดูจากลักษณะรูปร่าง และจำนวนของโครโมโซมทั้งหมด คือ ทั้ง ๒ ชุด (2n) ของเซลล์ เช่น คาริโอไทป์ของคน ประกอบด้วยโครโมโซมทั้งหมด ๔๖ แท่ง (2n = 46) ซึ่งนับเป็นคู่ ได้ ๒๓ คู่ โครโมโซมแท่งที่เป็นคู่กันจะมี รูปร่างที่เหมือนกันและมีตำแหน่งของยีน ตรงกันเรียกว่า โครโมโซมคู่เหมือน (homologous chromosome) จะมีโครโมโซมอยู่ คู่หนึ่งที่มีรูปร่างเหมือนกันในเพศหญิง (XX) แต่จะมีรูปร่างแตกต่างกันในเพศชาย (XY) เรียกโครโมโซมคู่นี้ว่า โครโมโซมเพศ (sex chromosome) ดังนั้น โครโมโซมคู่นี้จึงมีบทบาทสำคัญในการกำหนดเพศ ส่วนโครโมโซมอื่นๆอีก ๒๒ คู่จะเป็นโครโมโซมคู่เหมือน ทั้งในเพศหญิงและเพศชาย เรียกว่า ออโตโซม (autosome) โครโมโซมแต่ละแท่งจะมียีนอยู่มากบ้างน้อยบ้างแล้ว แต่ขนาดความยาวของโครโมโซมนั้น ยีนทั้งหมดทั้งที่แสดงออกและที่ไม่แสดงออก ที่อยู่ในโครโมโซมต่างๆของเซลล์สิ่งมีชีวิตชนิดใดชนิดหนึ่งเรียกว่า จีโนม (genome)
ภาพขยายดีเอ็นเอในโครโมโซมที่อยู่ในนิวเคลียสของเซลล์สัตว์


[ดูภาพทั้งหมดในเรื่องนี้]