เทคโนโลยีชีวภาพคืออะไร

ชม 204,125 ครั้ง

เทคโนโลยีชีวภาพ (Biotechnology) เป็นความรู้ หรือ วิชาการที่สามารถนำสิ่งมีชีวิต หรือ ผลผลิตจากสิ่งมีชีวิตมาใช้ หรือ มาปรับเปลี่ยน และประยุกต์ เพื่อใช้ประโยชน์ เรารู้จักการใช้เทคโนโลยีชีวภาพมานานแล้ว การทำน้ำปลา ซีอิ๊ว การหมักอาหาร หมักเหล้า ล้วนเป็นเทคโนโลยีชีวภาพแบบดั้งเดิม เช่นเดียวกับ การปรับปรุงพันธุ์พืช สัตว์ ให้มีผลผลิตมากขึ้น มีคุณภาพดีขึ้น หรือ การนำสมุนไพรมาใช้รักษาโรค บำรุงสุขภาพ ก็จัดว่าเป็นเทคโนโลยีชีวภาพแบบดั้งเดิม

อย่างไรก็ตามในปัจจุบันเมื่อกล่าวถึงเทคโนโลยีชีวภาพ เรามักหมายถึง เทคโนโลยีสมัยใหม่ ที่มีวิทยาศาสตร์หลายสาขาวิชาผสมผสานกันอยู่ ทั้งชีววิทยา เคมี ชีวเคมี ไปจนถึง ฟิสิกส์ และวิศวกรรม ซึ่งอาจเรียกได้ว่า เป็น “สหวิทยาการ” ที่นำความรู้พื้นฐานด้านต่างๆ เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต ไปใช้ให้เกิดประโยชน์

จากบทความทางวิชาการประกอบการอภิปราย เรื่อง เทคโนโลยีชีวภาพสำหรับฟาร์มเพาะและเลี้ยงกุ้งกุลาดำ โดย รศ. น.สพ. เกรียงศักดิ์ พูนสุข คณะสัตวแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ในงานวันกุ้งกุลาดำ ครั้งที่ 11 ที่จังหวัดสุราษฎร์ธานี ได้กล่าวไว้ว่า เทคโนโลยีชีวภาพ หมายถึง การนำหลักการ หรือวิทยาการทางวิทยาศาสตร์ มาประยุกต์ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้มีคุณประโยชน์มากที่สุด จากการแปลความหมายของคำว่า BIO หมายถึง สิ่งมีชีวิต TECHNOLOGY หมายความถึง วิทยาการ หรือวิธีการ อาจสรุปง่ายๆว่า เทคโนโลยีชีวภาพ หมายถึง วิทยาการทางวิทยาศาสตร์ ในการนำเอาสิ่งมีชีวิตมาใช้

ผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่ถูกจัดอยู่ในกลุ่มของเทคโนโลยีชีวภาพมีมากมาย ได้แก่

1. พันธุวิศวกรรม : เป็นกระบวนการ ที่เจาะจงเลือกหน่วยพันธุกรรม (Gene) บางตัวของสิ่งมีชีวิตชนิดใดชนิดหนึ่ง (ไม่ว่าจะเป็นพืช สัตว์ หรือ จุลินทรีย์) และนำไปใส่ในสิ่งมีชีวิตอีกประเภทหนึ่ง เพื่อทำให้เกิดลักษณะพิเศษที่ต้องการ รวมถึงการตัด และต่อพันธุกรรม เช่น การตัดพันธุกรรมในการสร้างน้ำย่อยของเชื้อ R. oryzae ไปต่อเพิ่มให้กับ R. oryzae อีกตัวหนึ่ง ทำให้ R. oryzae ตัวที่ถูกเพิ่มพันธุกรรม สามารถสร้างน้ำย่อยได้มากขึ้น
2. การผลิตวัคซีน : วัคซีนทุกชนิดนับว่าเป็นผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีชีวภาพเช่นเดียวกัน วัคซีน อาจเตรียมได้จากเซลล์ของตัวก่อโรคทั้งหมด (Whole cells) หรือเตรียมจากเปลือกหุ้มตัวเชื้อ (Capsule) หรือ เตรียมจากส่วนขนละเอียดรอบตัวเชื้อ (Pilli) ก็ได้
3. สารกระตุ้นการสร้างภูมิคุ้มกันโรค : ผนังเซลล์ของจุลินทรีย์บางชนิด มีส่วนประกอบของสารในกลุ่ม polysaccharides (เช่น Oligosaccharide และ Peptidoglycan เป็นต้น) สารพวกนี้ มีคุณสมบัติในการเกาะจับจุลินทรีย์ตัวก่อโรค และสามารถกระตุ้นให้ร่างกายสร้างภูมิคุ้มกันโรคได้ดีขึ้น ผลิตภัณฑ์ในกลุ่มนี้ มีตั้งแต่การใช้ตัวเซลล์ (Whole cell), สกัดเพียงบางส่วน เช่น สาร Oligosaccharide จากผนังเซลล์ของยีสต์ แบคทีเรีย Pediococcus spp. และ Lactobacillus บางสายพันธุ์
4. น้ำย่อย หรือ เอ็นไซม์ : น้ำย่อยที่สร้างจากสัตว์แต่ละชนิด มีความสามารถในการย่อยวัตถุดิบอาหารสัตว์ได้แตกต่างกัน เมื่อให้สัตว์กินวัตถุดิบบางชนิดแล้ว สัตว์ไม่สามารถย่อยได้ ทำให้สิ้นเปลืองวัตถุดิบ ดังนั้นเป้าหมายของการใช้วัตถุดิบในปริมาณน้อย แต่ให้เกิดประโยชน์ (ย่อย) ได้ดีที่สุด ปัจจุบันจึงได้มีการผลิตน้ำย่อย ทั้งชนิดจำเพาะ เช่น น้ำย่อยที่ย่อยสารกลูแคน (Glucanase) หรือในรูปของน้ำย่อยรวม (Enzyme cocktail) มาใช้ผสมในอาหารสัตว์ ทำให้สามารถลดปริมาณการใช้วัตถุดิบได้ และสัตว์เจริญเติบโตได้ดี น้ำย่อยที่กล่าวถึงนี้ คือผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการสันดาป (Metabolic products) ซึ่งส่วนใหญ่มาจากกระบวนการหมักของจุลินทรีย์
5. วิตามิน : วิตามิน เป็นผลิตภัณฑ์จากกระบวนการสันดาปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติจากการผลิตของจุลินทรีย์ เช่น กากเบียร์ จะมีส่วนประกอบของวิตามิน บี หลายชนิด เป็นต้น
6. โปรตีน และกรดอะมิโน : ตัวเซลล์ของจุลินทรีย์หลายชนิด มีส่วนประกอบของโปรตีน และกรดอะมิโน
7. สารสกัดจากพืช : สารสกัดจากพืชบางชนิด มีคุณสมบัติ เป็นสารทำลายศัตรูพืช หรือ ออกฤทธิ์ทำลายแบคทีเรียบางชนิดได้
8. สารเสริมชีวนะ : หรือ ที่เรียกว่า โปรไบโอติก เป็นผลิตภัณฑ์ทางเทคโนโลยีชีวภาพ ที่อาจกล่าวได้ว่า ผลิตภัณฑ์กลุ่มนี้ เป็นที่รู้จักมากที่สุดในวงการการเลี้ยงสัตว์ สารเสริมชีวนะ ประกอบด้วยกลุ่มของจุลินทรีย์ที่มีคุณประโยชน์ ได้แก่ แบคทีเรีย (Bacteria) ยีสต์ (Yeasts) และรา (Fungi) โดยเฉพาะพวกแบคทีเรีย ที่สามารถสร้างกรดแลคติค และกรดไขมันระเหย (Lactic acid and Volatile Fatty acid) ความสำคัญของสารเสริมชีวนะ นอกจากจะสร้างกรด เพื่อยับยั้งการเจริญของจุลินทรีย์ตัวก่อโรคแล้ว ยังมีความสามารถในการเจริญทวีจำนวนได้รวดเร็ว เบียดบัง หรือข่ม และแข่งจุลินทรีย์ที่ก่อโรคได้อีกด้วย และสารเสริมชีวนะนี้ ตัวเซลล์ยังประกอบด้วยสารสำคัญ ในการกระตุ้นการสร้างภูมิคุ้มกันโรค พวก polysaccharide และ peptidoglycan อีกด้วย มีผู้อธิบายถึงการที่จุลินทรีย์พวกนี้ สามารถสร้างสารคล้ายปฏิชีวนะ ทำลายจุลินทรีย์อื่น โดยเฉพาะตัวที่ก่อโรคได้เช่นเดียวกัน
9. กลุ่มย่อยสลาย อินทรีย์ และอนินทรีย์สาร : จุลินทรีย์หลายชนิด โดยเฉพาะแบคทีเรีย ทำหน้าที่ในการย่อยสลายของเสียทั้งหมด ให้กลายเป็นโมเลกุลขนาดเล็กมาก จนพืชชั้นสูง และพืชเซลล์เดียว สามารถดูดซับสารอาหารไปใช้ประโยชน์ได้ ปัจจุบันสามารถเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ เพื่อนำมาเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในการย่อยสลาย และควบคุมคุณภาพของน้ำเสียจากฟาร์ม อย่างแพร่หลาย
10. การถนอมอาหาร : การถนอมอาหารโดยใช้จุลินทรีย์ ได้แก่ การหมัก และดองอาหาร เช่น การทำนมเปรี้ยว แหนม ผักดอง เป็นต้น
11. เพิ่มคุณค่าทางอาหาร : เช่น จุลินทรีย์จะสร้างน้ำย่อย เพื่อย่อยน้ำตาลแลคโตสในน้ำนม ให้ได้เป็นน้ำตาลกลูโคส และน้ำตาลกาแลคโตส ซึ่งมนุษย์สามารถนำไปใช้ได้
12. อุตสาหกรรมการผลิต : เช่น การผลิตเหล้าองุ่น เบียร์ แอลกอฮอล์ ที่นำมาใช้เป็นเชื้อเพลิง และใช้ฆ่าเชื้อ เป็นต้น

เทคโนโลยีชีวภาพ ใช้ประโยชน์ได้อย่างไร ?
การขยาย และการปรับปรุงพันธุ์สิ่งมีชีวิตทั้งหลาย การนำผลผลิตจากสิ่งมีชีวิต ไปแปรรูปเป็นอาหาร หรือยา กระบวนการที่ใช้แปรรูปผลผลิตดังกล่าวในระดับโรงงาน กระบวนการที่ใช้สิ่งมีชีวิต เช่น จุลชีพ ในการบำบัดน้ำเสีย และรักษาสภาพแวดล้อม การนำของเสียจากสิ่งมีชีวิตไปใช้ประโยชน์ เช่น นำไปทำปุ๋ย เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง ได้แก่

1. การตัดต่อยีน (genetic engineering) เทคโนโลยีดีเอ็นเอสายผสม (recombinant DNA) และเทคโนโลยีโมเลกุลเครื่องหมาย (molecular markers)
2. การเพาะเลี้ยงเซลล์ และการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ (cell and tissue culturing) พืช และสัตว์
3. การใช้ประโยชน์จาก จุลินทรีย์บางชนิด หรือใช้ประโยชน์จากเอ็นไซม์ของจุลินทรีย์

เทคโนโลยีชีวภาพทางการเกษตร (Agricultural Biotechnology)
เทคโนโลยีชีวภาพทางการเกษตร เป็นการพัฒนาการเกษตร ด้านพืช และสัตว์ ด้วยเทคโนโลยีชีวภาพ เช่น
การปรับปรุงพันธุ์พืช และการผลิตพืชพันธุ์ใหม่ (crop improvement) เช่น พืชไร่ พืชผัก ไม้ดอก การผลิตพืชพันธุ์ดีให้ได้ปริมาณมากๆ ในระยะเวลาอันสั้น (micropropagation)
การผสมพันธุ์สัตว์ และการปรับปรุงพันธุ์สัตว์ (breeding and upgrading of livestocks)
การควบคุมศัตรูพืชโดยชีววิธี (biological pest control) และจุลินทรีย์ที่ช่วยรักษาสภาพแวดล้อม
การปรับปรุงขบวนการ การผลิตอาหารให้มีประสิทธิภาพ และมีความปลอดภัยต่อผู้บริโภค
การริเริ่มค้นคว้าหาทรัพยากรธรรมชาติมาใช้ประโยชน์ (search for utilization of unused resources) และการสร้างทรัพยากรใหม่ เป็นต้น

เทคโนโลยีชีวภาพทางการเกษตร ทำให้ผู้ขยายพันธุ์ สามารถสร้างพืช และสัตว์พันธุ์ใหม่ๆ ได้รวดเร็วกว่ากรรมวิธีการขยายพันธุ์แบบดั้งเดิม เป็นเครื่องมือแบบใหม่ ที่ให้โอกาสทางการเกษตร และช่วยกำจัดอุปสรรคที่มีอยู่ ผู้สนับสนุนเทคโนโลยีชีวภาพ เชื่อว่า เทคโนโลยีชีวภาพทางการเกษตร น่าจะเป็นประโยชน์ต่อ สุขอนามัยของมนุษย์ สิ่งแวดล้อม และการพัฒนาทางเศรษฐกิจเทคโนโลยีชีวภาพมีศักยภาพ ที่จะช่วยอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม โดยการลดความจำเป็น ในการทำลายที่อยู่ทางธรรมชาติของพืช และสัตว์ และกรรมวิธีทางการเกษตร ที่สร้างความเสียหาย อาทิ การไถพรวน และ การใช้สารเคมีทางการเกษตร นอกจากนี้ เทคโนโลยีชีวภาพ ยังช่วยให้นักพัฒนาพันธุ์พืช และเกษตรกรได้รับผลกำไรเพิ่มขึ้น เพราะผลผลิตใหม่ๆ จะทำให้เกิดตลาดใหม่ๆ ช่วยลดต้นทุน ช่วยเปิดโอกาสพิเศษทางการเกษตรในการเพิ่มปริมาณ เพิ่มความปลอดภัย น่าเชื่อถือ เพิ่มคุณค่าทางโภชนาการของทรัพยากรอาหารของโลก ช่วยแก้ปัญหาทางสุขภาพที่เกิดจากการเกษตร (การที่เกษตรกรต้องสัมผัสกับสารเคมี) และ ปัญหาที่เกิดกับสิ่งแวดล้อม

เทคโนโลยีชีวภาพ กับการเลี้ยงกุ้งกุลาดำ
การเลี้ยงกุ้งกุลาดำในปัจจุบันประสบปัญหา และอุปสรรคมากมาย ที่ส่งผลกระทบต่อ การเลี้ยง และผลผลิต ตัวอย่างเช่น เกิดโรคระบาด, ปัญหาสภาพแวดล้อม และมลพิษ, ปัญหาสารเคมี และยาปฏิชีวนะตกค้าง, ปัญหาการปนเปื้อนของเชื้อโรค รวมถึงปัญหาการกีดกันทางการค้า และ เนื่องจากกระแสความต้องการผลิตภัณฑ์อาหารที่มีคุณภาพ ปราศจากการปนเปื้อนจากสารเคมี และยาปฏิชีวนะ ที่เป็นพิษต่อร่างกาย โดยมีกระบวนการผลิตที่ไม่กระทบต่อสิ่งแวดล้อม เกิดขึ้นทั่วโลก ทำให้ประเทศไทย ซึ่งเป็นประเทศที่มีการผลิตกุ้งกุลาดำเป็นสินค้าส่งออกเป็นอันดับหนึ่งของโลกมานานกว่า 10 ปี อีกทั้งยังเป็นผู้นำทางด้านเทคโนโลยีในการผลิตอีกด้วย ต้องดำเนินการทุกวิถีทาง เพื่อพัฒนากระบวนการผลิตกุ้งกุลาดำของไทย ให้มีประสิทธิภาพ และมีคุณภาพ เพื่อสนองต่อความต้องการของผู้บริโภค และตลาดโลกต่อไปในอนาคต

ดังนั้นในการเลี้ยงกุ้งกุลาดำ จึงจำเป็นต้องปรับปรุงกระบวนการผลิต เข้ามาสู่การผลิตระบบใหม่ คือ การใช้เทคโนโลยีชีวภาพ หรือ “Organic farm” ซึ่งการเลี้ยงกุ้งด้วยระบบชีวภาพนี้ ผู้เลี้ยงต้องคำนึงถึงการจัดการสิ่งแวดล้อมภายในบ่อเป็นสำคัญ เพราะเป็นระบบที่ไม่ต้องการให้ใช้ยา หรือสารเคมีใดๆ ปัญหาที่เกิดขึ้นในระหว่างการเลี้ยง แก้ไขโดยอาศัยกระบวนการบำบัดตามธรรมชาติ หรือใช้สารสกัดชีวภาพ เพื่อช่วยกระตุ้นการทำงานตามกระบวนการธรรมชาติ ให้เกิดเร็วขึ้นเท่านั้น เทคโนโลยีชีวภาพเกิดขึ้นในทุกขั้นตอนของกระบวนการผลิตกุ้ง ซึ่งอาจกล่าวได้ว่าเทคโนโลยีชีวภาพ สามารถลดปัญหาต่างๆ ในกระบวนการผลิตได้ ดังนี้ ลดปัญหาการใช้สารเคมี, ลดปัญหาสารตกค้าง, ลดปัญหาการเกิดโรคติดเชื้อ, ลดปริมาณการใช้วัตถุดิบอย่างสิ้นเปลือง, ลดปัญหามลพิษ และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม, ลดปัญหาการกีดกันทางการค้า เป็นต้น
และการใช้เทคโนโลยีชีวภาพนี้ ยังเป็นการผลิตกุ้งกุลาดำ ที่มีคุณภาพได้มาตรฐาน เป็นการพัฒนาสู่ระบบการเลี้ยงแบบยั่งยืน อีกด้วย

ผลิตภัณฑ์ชีวภาพ : ผลิตภัณฑ์ทางชีวภาพ ที่ใช้ในการเลี้ยงกุ้ง มีหลายประเภท เช่น
1. ผลิตภัณฑ์ที่ใช้ในการควบคุมคุณภาพน้ำ และการบำบัดน้ำ ส่วนใหญ่เป็นกลุ่มจุลินทรีย์
2. ผลิตภัณฑ์ สารเสริมชีวนะ หรือ โปรไบโอติก : เป็นกลุ่มของจุลินทรีย์
3. ผลิตภัณฑ์ สารช่วยย่อย หรือน้ำย่อย : เป็นผลผลิตจากจุลินทรีย์
4. ผลิตภัณฑ์ สารกระตุ้นการสร้างภูมิคุ้มกันโรค : เป็นผลผลิตจากจุลินทรีย์
5. ผลิตภัณฑ์ สารบำบัด และรักษา : ผลผลิตจากจุลินทรีย์ และสารสกัดจากพืชธรรมชาติ

จะเห็นได้ว่า ผลิตภัณฑ์ชีวภาพที่ใช้ในการเลี้ยงกุ้งกุลาดำส่วนใหญ่เป็นจุลินทรีย์ที่มีความหลากหลายทั้งชนิด และสายพันธุ์ นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์ หรือสารชีวภาพ ยังมีสารสกัดจากพืชธรรมชาติ หรือที่เรียกว่า “สมุนไพร” รวมอยู่ด้วย สมุนไพร สามารถนำมาใช้เป็นสารทดแทนยาปฏิชีวนะ (Antibiotics) ได้ เนื่องจากสารสกัดจากสมุนไพรบางชนิด มีคุณสมบัติในการบำบัด และรักษาโรคในกุ้งกุลาดำได้เป็นอย่างดี