Principle of improvement biotechnology เทคโนโลยีชีวภาพทางการปรับปรุงพันธุ์สัตว์เบื้องต้น

1. Principle of improvement biotechnologyเทคโนโลยีชีวภาพทางการปรับปรุงพันธุ์สัตว์เบื้องต้น โดย อ.วุฒิไกร บุญคุ้ม ภาควิชาสัตวศาสตร์ คณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น

2. Introduction • การปรับปรุงพันธุ์สัตว์ปัจจุบันมุ่งเน้นศึกษาถึงระดับยีนเป็นหลัก • เนื่องจากยีนสามารถถ่ายทอดสู่รุ่นลูกได้ • ยีนเป็นตัวชี้วัดถึง พันธุกรรม หวังผลทางเศรษฐกิจ

3. What is Biotechnology • เป็นเทคโนโลยีที่เกี่ยวกับการนำสิ่งมีชีวิต และผลผลิตมาใช้ประโยชน์ • บ้านเรามีเทคโนโลยีดังกล่าวมานานมากแล้ว • การทำน้ำปลา ซิอิ๊ว การหมักอาหาร หมักเหล้า ล้วนเป็นเทคโนโลยีชีวภาพแบบดั้งเดิม

4. What is Biotechnology • ปัจจุบันเมื่อพูดถึงเทคโนโลยีชีวภาพเรามักหมายถึง เทคโนโลยีสมัยใหม่ที่มีวิทยาศาสตร์เป็นรากฐานประกอบด้วยหลายสาขาวิชา ผลมผสานกันอยู่ตั้งแต่ชีววิทยา เคมี ไปจนถึงวิศวกรรม อาจเรียกได้ว่า เป็นสหวิทยาการที่นำความรู้

5. Objective • นศ.สามารถบอกได้ว่าเทคโนโลยีชีวภาพในการปรับปรุงพันธุ์สัตว์มีอะไรบ้าง • สามารถบอกหลักการและความแตกต่างของเทคโนโลยีชีวภาพในการปรับปรุงพันธุ์สัตว์แต่ละชนิดได้ • สามารถบอกประโยชน์ของเทคโนโลยีชีวภาพในการปรับปรุงพันธุ์สัตว์ได้

6. The kind of biotechnology • Multiple ovulation and embryo transfer (MOET) • Cryopreservation • Oocyte Maturation and In vitro Fertilization (IVF) • Embryo culture • Sex determination • Embryo sexing • Sperm sexing

7. The kind of biotechnology • Embryo manipulation • Embryo spliting • Transgenic animals • Chimeric animals • Nuclear transplantation • Immunotechnology

8. Important of biotechnology • Multiple Ovulation and Embryo Transfer (MOET) Donor Recipient Superovulation Manipulation of estrus Manipulation of estrus A.I. Embryo transfer Embryo recovery

9. Important of biotechnology • Multiple Ovulation and Embryo Transfer (MOET)

10. Important of biotechnology • Clonningเขาจะเอาเซลล์ที่มีนิวเคลียสจากของสัตว์ (ไม่ใช่เซลล์สืบพันธ์)ที่เราต้องการโคลนไปวางใกล้ชิดกับเซลล์ไข่ของสัตว์ตัวเมีย ที่ได้ดูดเอานิวเคลียส(ที่มีสารพันธุกรรมออกทิ้งแล้ว) เสร็จแล้วเขาจะเอาเซลล์นั้นไปผ่านกระบวนการเชื่อมหรือหลอมส่วนทั้งสองเข้าด้วยกันโดยใช้กระแสไฟฟ้า (electric pulse) • หลังจากนั้นก็เอาเซลล์นั้นไปพักให้มันแบ่งตัวจนได้เซลล์หลายเซลล์ ซึ่งแต่ละเซลล์ต่างมีโครโมโซมครบ 46 ชิ้น และมีศักยภาพที่จะเจริญพัฒนาไปเป็นตัวอ่อน เป็นทารกในมดลูกของสัตว์ตัวเมีย ที่เราเอาตัวอ่อนไปฝากไว้ให้ตั้งครรภ์(surrogate mother) เมื่อตั้งครรภ์ครบกำหนดแล้วก็คลอดออกมาเป็นตัวต่อไป

11. Important of biotechnology • Clonningสามารถแบ่งได้เป็น 3 แบบ คือ 1. embryo clonning เป็นเทคนิคทางการแพทย์ซึ่งสามารถสร้างคนขึ้นมาใหม่ได้ ให้เหมือนกับต้นแบบ (แกะดอลลี่) 2. DNA clonning ดีเอ็นเอ โคลนนิ่ง หรือการแทนที่นิวเคลียสของเซลล์ เทคนิคนี้ใช้เพื่อการจำลองสัตว์ที่มีชีวิตอยู่และเจริญวัยเต็มที่แล้ว ดอลลี่ แกะชื่อดังที่กลายเป็นสัญลักษณ์ของการโคลนนิ่งก็ถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคนิคนี้ วิธีการก็คือการนำเอาดีเอ็นเอบางส่วนออกมาจากไข่ (ของสัตว์ตัวเมีย) แล้วแทนที่ดีเอ็นเอ ที่ได้จากสัตว์ต้นแบบ ซึ่งโตเต็มที่แล้ว จากนั้นใช้วิธีกระตุ้น แล้วนำไปฝังไว้เพื่อให้พัฒนาขึ้นมาในสัตว์ที่เป็นแม่ วิธีการนี้ยังไม่มีการทดลองในมนุษย์ แต่มีความเป็นไปได้ที่จะสามารถสร้างตัวอ่อนของคนที่เติบโตขึ้นมาเหมือนคนต้นแบบได

12. Important of biotechnology • Clonningสามารถแบ่งได้เป็น 3 แบบ คือ 3. Therapeutic clonning เธราพิวติก โคลนนิ่ง วิธีการของเธราพิวติก โคลนนิ่งนั้นเริ่มต้นแบบเดียวกับดีเอ็นเอ โคลนนิ่งแต่มีส่วนแตกต่างกันอย่างใหญ่หลวงคือ จะไม่มีการปล่อยให้ไข่ที่ถูกแทนที่ดีเอ็นเอแล้วเติบโตขึ้นเป็นสัตว์หรือคนเต็มตัว แต่จะใช้ประโยชน์จากกระบวนการพัฒนาของไข่ที่ถูกแทนที่ดีเอ็นเอและถูกกระตุ้นแล้ว ซึ่งเราจะสร้างสเต็มเซลล์ หรือเซลล์ต้นกำเนิดขึ้นมาด้วยการแยกสเต็มเซลล์ออกมาเพื่อพัฒนาให้เป็นเนื้อเยื่อ หรือเป็นอวัยวะหนึ่งอวัยวะใดของคนเต็มรูปแบบสำหรับนำไปปลูกถ่ายให้กับเจ้าของเสต็มเซลล์ต่อไป

13. Important of biotechnology • In vitro fertilization เลือก sperm และ ovum ที่แข็งแรง นำมาเลี้ยงภายนอกร่างกายสัตว์โดยจัดให้มีสภาพแวดล้อมเหมือนในตัวสัตว์ นำ sperm และ ovum มาทำการปฏิสนธิ เมื่อพัฒนาเป็น embryo นำกลับเข้าไปในตัวสัตว์

14. Important of biotechnology • Transgenic Animal หรือ Transgenic organisms หมายถึงสิ่งมีชีวิตที่มนุษย์ได้สร้างขึ้นมาใหม่โดยการตัดต่อยีนส์ จากสิ่งมีชีวิตอื่น เข้าไปในสิ่งมีชีวิตนั้นๆ และยังอาจรวมถึงการเปลี่ยนแปลงยีนส์โดยการทำ cell fusionหรือการใช้การฉายแสงรังสี เพื่อเลือกลักษณะพันธุกรรมที่ต้องการ นั่นคือเป็นการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมโดยมนุษย์เป็นคนทำ

15. Important of biotechnology • Transgenic Animal หรือTransgenic organisms ภายหลังเรียกเป็นชื่อใหม่ว่าGMOs “Genetically Modified Organisms” บางครั้งเรียกว่า “Living Modified Organism (LMO)”

16. Important of biotechnology

17. สาเหตุที่ทำให้เกิด GMOs ตัวสัตว์เอง มนุษย์

18. Important of biotechnology Sperm injection GMOs egg fertilization

19. Important of biotechnology • ชนิดของTransgenic animal 1. microinjection - DNA ฉีด DNA เข้าไปใน Nu ของไข่ที่ เพิ่งถูกผสม

20. Important of biotechnology • ชนิดของTransgenic animal 2. Embryonic-Stem(ES)Cells นำ embryo มาเพาะเลี้ยงพร้อมกับ ใส่DNA ที่มีการดัดแปลงเข้าไป แล้วส่งกลับเข้าไปในตัวสัตว์

21. Important of biotechnology • ชนิดของTransgenic animal 3. Sperm-Mediated DNA Transformationเป็นวิธ๊ที่นิยมที่ สุดแต่ได้ผลน้อยที่สุด นิยมทำเฉพาะงานวิจัย (ดังภาพแรก)

22. Important of biotechnology • ชนิดของTransgenic animal 4. Nuclear transfer โดยการ inject nucleus ของ cell ซึ่งมี genetic information เข้าไปใน Unfertilized egg จะได้ zygote ซึ่งจะเริ่มแบ่งตัว ได้ embryo ซึ่งเหมือนปกติ แล้ว transfer ไปสู่ Reproductive tract ซึ่งจะต้องทำ nuclear transfer ครั้งที่สองก่อน แล้ว second nuclear transfer Embryo จึงจะ develop ต่อไปได้ดี วิธีนี้ มักใช้กับ cattle เพราะมันไม่ค่อยจะ integrate

23. ทำไมเราต้องสนใจ GMOs • เพื่อพัฒนาพันธุ์สัตว์ ให้มีคุณค่าทางอาหารแก่มนุษย์มากยิ่งขึ้น ในขณะที่ศักยภาพในการเลี้ยงสัตว์ และพื้นที่ในการเลี้ยงมีจำกัด เช่น ได้พบวิธีเปลี่ยนยีนส์ให้หมู แล้วทำให้ลูกหมูโตเร็วกว่าปกติ ถึงร้อยละ 40 มีน้ำหนักหนัก 92 ปอนด์ หมูธรรมดาจะหนักเพียง 65 ปอนด์ และมีขนาดใหญ่กว่าหมูปกติ ในขณะที่กินอาหารลดลง 25% หมูเหล่านี้ขับถ่ายของเสียลดลงมาก สำนักข่าว AP รายงาน

24. ทำไมเราต้องสนใจ GMOs • นอกจากหมูแล้ว สัตว์อื่นๆ เช่น วัว สัตว์ปีก สัตว์น้ำต่างๆ ก็ถูกปรับปรุงพันธุ์ จุดประสงค์ส่วนใหญ่ ก็คือ โตเร็ว ใช้อาหารน้อย ค่าใช้จ่ายน้อยลง ทนทานโรคและแมลง ให้ผลผลิตมากกว่า เทคโนโลยีนี้เกษตรกรที่ผลิตสัตว์สนใจกันมาก ตัวอย่างสัตว์อื่นๆ เช่น วัวที่ทนโรคและแมลง ไข่ที่มีโคเลสเตอรอลน้อยลง ปลาทูน่าโตเร็วต้านทานโรค

25. ข้อควรระวังเกี่ยวกับ GMOs • อาจมีปัญหาต่อสุขภาพของมนุษย์ • มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งความหลากหลายทางชีวภาพ (biodiversity) • ปัญาทางด้านคุณธรรม จริยธรรม (animal welfare)

26. Hot Research Biotechnology • Gene marker • Gene bank • DNA fingerprint

27. Hot Research Biotechnology • Gene marker • การค้นหายีนที่มีความสัมพันธ์กันกับลักษณะต่างๆ เช่น • ยีนที่เกี่ยวข้องกับการให้ผลผลิตน้ำนม • ยีนต้านทานโรคต่างๆ เช่น โรคเต้านมอับเสบ • ยีนที่เกี่ยวข้องกับทนความเครียดเนื่องจากความร้อน

28. Hot Research Biotechnology • Gene bank • เป็นเก็บอนุรักษ์ยีนที่มีความสำคัญๆ เพื่อใช้ในการขยายพันธุ์ต่อไปในอนาคต และไม่ให้สัตว์สูญพันธุ์

29. Hot Research Biotechnology • DNA fingerprint • เป็นเทคโนโลยีในการตรวจสอบถึงประวัติบรรพบุรุษของสัตว์ ทำให้ทราบถึงต้นกำเนิดของสัตว์ • ตวรสอบความเป็น พ่อ-แม่ของสัตว์

30. The future of Biotechnology

31. Reference http://www.criver.com/techdocs/transgen.html .Transgenic Animal Science : Principles and Methods SUMMER 1991http://www.purefood.org/lamclone.html . Cloned lambs with human genes http://www.virginiabusiness.com/vbmag/yr (1997) VB Cover Story http://zbh.com/sermons/cloning.htm Cloning - What does it mean? http://www.ri.bbsrc.ac.uk:8080/library/research/nt_technology.htm . Nuclear Transfer Technology http://dspace.dial.pipex.com/srtscot/clonpoll.htm Polly-The first genetically engineered cloned sheep wysiwyg://5/http://www.bioindustry.org/whatsnew/9809/pr005.html . BIA Bulletin_ http://biotech.nature.com/press_release/nbt .(November 1999) Press Releases http://www.ncgr.org/gpi/odyssey/dolly-cloning_nuc_transfer.html. Cloning using nuclear transfer technology http://www-ermm.cbcu.cam.ac.uk/9900069 . Gene therapy:Potential applications in clinical transplantation http://www.ugcs.caltech.edu/ . A DNA and restriction enzyme implementation of Turing machines

32. Immunotechnology • Terminology Infectious = ติดเชื้อ Non-infectious = ไม่ติดเชื้อ Resistant = ต้านทานโรค Susceptible = ง่ายต่อการติด โรค Antigen = สิ่งแปลกปลอม Antibody = ภูมิคุ้มกันของร่างกาย(Immunoglobulin)

33. Immunotechnology • Direct Method of Improvement เชื้อ เชื้อ เชื้อ infection dead survival SELECTION

34. Dairy cattle technology • Cattle improvement

35. Dairy cattle technology • Cattle improvement

36. สวัสดี นศ.ท่านใดมีข้อสงสัยสัยที่จะซักถาม