เทคโนโลยีชีวภาพ (biotechnology)  เป็นเทคนิคทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิตหลายๆ ด้านไม่ว่าจะเป็น เทคโนโลยีการหมัก  เทคโนโลยีสิ่งแวดล้อม  เทคโนโลยีการสร้างแหล่งวัตถุดิบใหม่  ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้ทำการศึกษาบทบาทและหน้าที่ของยีนในสิ่งมีชีวิตต่างๆ  และสามารถพัฒนาวิธีการควบคุมการแสดงออกของลักษณะทางพันธุกรรมได้สำเร็จ  จึงได้นำความรู้ทางด้านนี้รวมกับเทคนิควิธีอื่นๆ ทางวิทยาศาสตร์มาพัฒนา ปรับปรุงสายพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตให้มีคุณสมบัติตรงตามความต้องการ

ประโยชน์ของเทคโนโลยีชีวภาพ 
            จะเห็นได้ว่า  มนุษย์มีการนำเทคโนโลยีชีวภาพด้านพันธุกรรมมาใช้ ปรับปรุง  ดัดแปลง  หรือให้เกิดความเปลี่ยนแปลงในสิ่งมีชีวิต  ไม่ว่าจะเป็นจุลินทรีย์  พืช สัตว์หรือแม้กระทั่งมนุษย์  เทคโนโลยีชีวภาพทางด้านพันธุกรรมมีหลายวิธี  และมีการนำไปใช้ประโยชน์ด้านต่างๆ ดังนี้

ด้านการเกษตร 

1. ช่วยเพิ่มผลผลิต  เช่น  การสร้างสายพันธุ์ข้าว  พันธุ์วัวนม  หรือวัวเนื้อที่ให้ผลผลิตสูง
2. เพิ่มคุณภาพของผู้ผลิต  เช่น  การปรับปรุงพันธุ์พืชให้ตรงตามความต้องการของตลาด  เช่น สี ขนาด  หรือรูปร่างเป็นต้น
3. ช่วยเพิ่มความต้านทานโรคและแมลงศัตรู

เมื่อ  พ.ศ.  2545  ศาสตราจารย์  อากิรา อิริตานิ  หัวหน้าทีมวิจัย เรื่องพันธุวิศวกรรม  แห่งมหาวิทยาลัยกินกิ  ทางภาคตะวันตกของญี่ปุ่น  ประสบความสำเร็จในการนำยีนจากผักโขมใส่เข้าไปในยีนของสุกร  โดยการฉีดยีนของผักโขมลงไปในไข่ของสุกรที่ผสมพันธุ์แล้วในหลอดแก้ว  จากนั้นนำไปเก็บในตู้อบ  แล้วฉีดใส่กลับเข้าไปในสุกร  เมื่อลูกสุกรคลอดออกมา  ปรากฏว่ามีสุขภาพแข็งแรงดี  และที่สำคัญคือ  สุกรลูกผสมตัวนี้ เมื่อนำไปวัดไขมัน พบว่ามีปริมาณลดลง20 % นักวิจัยเชื่อว่าสุกรอนามัยตัวนี้  จะมีคุณค่าทางโภชนาการมากกว่าสุกรทั่วไป  เพราะมียีนของผักโขม  ซึ่งเป็นผักที่มีประโยชน์ต่อร่างกายผสมอยู่  อย่างไรก็ตามการวิจัยดังกล่าว  ยังอยู่ในขั้นทดลองระดับหนึ่งเท่านั้น  เนื่องจากอัรตราการรอดชีวิตของสุกร ที่ผ่านการดัดแปรพันธุกรรมมีน้อยเพียง 1 % เท่านั้น

ด้านการแพทย์

1. ทำให้สามารถผลิตยาปฏิชีวนะเพื่อรักษาโรคต่างๆ ได้เพิ่มขึ้น
2. ทำให้สามารถผลิตวัคซีนต่างๆ  จากสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นได้เพิ่มขึ้น
3. ผลิตสารแอนติบอดี  เพื่อใช้ประโยชน์ทางการแพทย์  เช่น  สารโมโนโคลนอล (monoclonol antibodies)  เพื่อใช้การตรวจการตั้งครรภ์
4. ผลิตสารอินเตอร์เฟรอน (interferon)  จากแบคทีเรียเพื่อใช้ในการรักษาโรคมะเร็ง

ด้านสิ่งแวดล้อม

1. ปรับปรุงสายพันธุ์แบคทีเรียให้สามารถกำจัดคราบน้ำมันในแหล่งน้ำได้
2. สามารถผลิตแก๊สมีเทนจากขยะและสิ่งที่เหลือจากการเกษตร  ซึ่งเป็นการช่วยกำจัดขยะอีกทางหนึ่งด้วย

ด้านอาหาร

1. ปรับปรุงพันธุ์พืชที่สามารถให้ผลผลิตสูง  และทนต่อสภาพที่แห้งแล้งได้
2. ใช้จุลินทรีย์หรือโปรตีนเซลล์เดียวผสมในอาหาร  เพื่อเพิ่มคุณค่าทางอาหารให้สุงขึ้น  เช่น  จุลินทรีย์พวกยีสต์  สาหร่าย  เป็นต้น
3. การผลิตอาหารเสริมจากสาหร่าย  รา  ที่มีคุณค่าททางโภชนาการสูง  เช่น  โปรตีนจากราFusarium  sp.  ซึ่งมีโปรตีน  45  %  ไขมัน  13 %
4. ปรับปรุงพันธุ์สัตว์  โดยใช้แบคทีเรียช่วยในการผลิตฮอร์โมนของสัตว์ให้มีปริมาณมากขึ้นและนำไปฉีดให้แก่สัตว์  เพื่อเร่งการเจริญเติบโต

ด้านพลังงาน
สามารถผลิตพลังงานในรูปของแอลกอฮอล์เชื้อเพลิง (fuel  alcohol)  และแก๊สมีเทน (methane  gas)  ได้ในปริมาณมาก

วิธีการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรรม

1. ผ่านโครโมโซมร่างกาย

ดังที่ทราบแล้วว่า  โครโมโซมในสิ่งมีชีวิตจะแบ่งออกเป็น 2  ประเภทคือ  โครโมโซม ร่างกายและโครโมโซมเพศ  โครโมโซมร่างกายมี  22 คู่  ซึ่งพบว่าการถ่ายทอดลักษณะ ในโครโมโซมร่างกายแต่ละคู่จะเป็นไปตามกฎของเมนเดล  ตัวอย่างเช่น  ยีนที่ควมคุม ลักษณะมีติ่งหู

2. ผ่านโครโมโซมเพศ

ลักษณะพันธุกรรมต่างๆ ที่กล่าวมาข้างต้น  เป็นการถ่ายทอดลักษณะ พันธุกรรมผ่านทางโครโมโซมร่างกาย  แต่จะมีลักษณะพันธุกรรมบางอย่าง ที่จะถ่ายทอดผ่านทางโครโมโซมเพศ
การถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรรมทางโครโมโซมเพศ  จะเกี่ยวเนื่องกับโครโมโซม X  เนื่องจากมียีนที่ควบคุมลักษณะอื่นๆ เช่น  ยีนกำหนดตาบอดสี  ยีนกำหนดการแข็งตัวของเลือด  เป็นต้น  เมื่อมียีนควบคุมลักษณะ ดังกล่าวใน โครโมโซม X  ขณะที่โครโมโซม Y ไม่มี  จึงทำให้อัลลีลด้อยแสดงลักษณะ ออกมาได้อย่างเต็มที่ในเพศชาย  ซึ่งต่างจากเพศหญิงที่มีอัลลีลเป็นคู่  แต่ถ้ายีนใน เพศหญิงมีอัลลีลด้อยเพียงอัลลีลเดียว  หญิงคนนั้นจะเป็นพาหะของโรค  ตัวอย่าง เช่น  ยีนกำหนดตาบอดสี

โครโมโซม

หน่วยพื้นฐานที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตคือ  เซลล์ ภายในประกอบด้วยไซโทพลาสซึม และนิวเคลียสอยู่ตรงกลางเซลล์  ภายในนิวเคลียสจะมีโครโมโซม  ซึ่งมีลักษณะ เป็นเส้นใยบาง ๆ พันกันอยู่

ู่ 

แต่ละโครโมโซมจะมียีนที่กำหนดลักษณะต่างๆ ของสิ่งมีชีวิตในสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด จะมีจำนวนโครโมโซมแตกต่างกันออกไป 

โครโมโซมของร่างกายคนเรามีอยู่ 46 โครโมโซม  เมื่อนำมาจัดเป็นคู่ได้ 23 คู่  มีโครโมโซมอยู่  22 คู่  ที่เหมือนกันทั้งเพศหญิงและเพศชาย  เรียกโครโมโซมทั้ง  22  คู่นี้ว่า  โครโมโซมร่างกาย (autosome)  ส่วนคู่ที่  23  จะต่างกันในเพศหญิง และเพศชายคือ  ในเพศหญิงโครโมโซมคู่นี้จะเหมือนกัน  เรียกว่า โครโมโซม  XX  ส่วนในเพศชายโครโมโซมหนึ่งแท่งของคู่ที่  23  จะเหมือนโครโมโซม X  ในเพศหญิง  ส่วนอีกโครโมโซมมีลักษณะแตกต่างกันออกไป  เรียกว่า  โครโมโซม Y  ส่วนโครโมโซมคู่ที่  23  ในเพศชาย  เรียกว่า  โครโมโซม  XY  ดังนั้นโครโมโซมคู่ที่ 23  ทั้งในเพศหญิงและในเพศชาย  จึงเป็นคู่โครโมโซมที่กำหนดเพศใน มนุษย์จึงเรียกว่า  โครโมโซมเพศ (sex chromosome)

การแบ่งเซลล์ในสิ่งมีชีวิตมี 2 แบบ คือ

การแบ่งเซลล์แบบไมโทซีส  เป็นการแบ่งนิวเคลียสของเซลล์ร่างกาย  โดยการแบ่งเซลล์เดิมออกเป็น 2 เซลล์ใหม่  โดยที่นิวเคลียสของทั้ง  2 เซลล์จะเท่ากับเซลล์เดิมด้วยเช่นกัน  มีวิธีแบ่งเป็นระยะต่างๆ ดังภาพ

ระยะอินเตอร์เฟส โครโมโซมมีลักษณะคล้ายเส้นใย เรียกว่า เส้นใยโครมาติน  (a)

ระยะโปรเฟส  โครโมโซมหดสั้นเข้า  จึงมองเห็นเป็นเส้นโครโมโซมสั้นลง  และมีการสร้างเส้นใยสปินเดิล   (b – c)

ระยะเมทาเฟส  โครโมโซมเรียงตัวกันกลางเซลล์ (d)

ระยะแอนาเฟส  โครมาติดของแต่ละโครโมโซมถูกดึงแยกจากกัน  โดยเส้นใยสปินเดิล (e)

ระยะเทโลเฟส  เกิดการแบ่งไซโทพลาสซึมโดยเยื่อหุ้มเซลล์คอดเข้าหากัน  จนกระทั่งเซลล์แยกออกจากกัน (f)

การแบ่งแบบไมโอซีส  เป็นการแบ่งเซลล์เพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์  กล่าวคือเป็นการแบ่งนิวเคลียสของเซลล์ไข่ (egg)  และเซลล์อสุจิ (sperm)  การแบ่งเซลล์ดังกล่าวนี้นิวเคลียสมีการเปลี่ยนแปลง  2 ขั้นตอน  คือ

ไมโอซีส I  เซลล์เดิมแบ่งออกเป็นเซลล์ใหม่  โดยนิวเคลียสของเซลล์ใหม่จะมีจำนวนโครโมโซมครึ่งหนึ่งของเซลล์เดิม

ไมโอซีส II  เป็นการแบ่งเซลล์เหมือนกับการแบ่งเซลล์แบบไมโทซีส  หลังจากมีการแบ่งเซลล์ในขั้นนี้แล้วจะได้เซลล์ใหม่ 4 เซลล์  และมีจำนวนเซลล์เพียงครึ่งหนึ่งของเซลล์เดิม  ซึ่งมีวิธีแบ่งเซลล์ดังภาพ

ยีน (GENE)

คือ หน่วยพันธุกรรมที่อยู่บนโครโมโซม  มีลักษณะเรียงกันเหมือนสร้อยลูกปัด  ทำหน้าที่ควบคุมลักษณะต่างๆ   ทางพันธุกรรมจากพ่อแม่โดยผ่านเซลล์สืบพันธุ์ ไปยังลูกหลาน  ในคนจะมียีนประมาณ 50,000 ยีน  ซึ่งยีนแต่ละตัวจะควบคุม ลักษณะต่างๆ ทางพันธุกรรมเพียงลักษณะเดียว  ยีนมีองค์ประกอบที่สำคัญเป็น กรดนิวคลีอิก  ชนิดที่เรียกว่า  ดีเอนเอ(deoxyribonucleic  acid : DNA)  อันเกิดจากการต่อกันเป็นเส้นของโมเลกุลย่อยที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์ (nucleotide)  ส่วนเส้นโมเลกุลจะสั้นหรือยาวเท่าใด  ขึ้นอยู่กับปริมาณของโมเลกุลย่อยซึ่ง เราสามารถ อธิบายได้ง่ายๆว่า

one gene one expression

ซึ่งหมายถึง 1 ยีนสามารถแสดงออกได้ 1 ลักษณะเท่านั้น

คู่ของยีน  เซลล์ของร่างกายของสิ่งมีชีวิตจะมีโครโมโซมที่ทำหน้าที่ถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมอยู่ 2 ชุดเข้าด้วยกัน  เรียกว่าโครโมโซมคู่เหมือน  และจากที่กล่าวมาแล้วว่า  ยีนซึ่งเป็นตัวควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมจะอยู่บนโครโมโซม  ด้วยเหตุนี้  ถ้าพิจารณาลักษณะทางพันธุกรรมลักษณะใดลักษณะหนึ่ง  เช่น  ลักษณะสีของดอก  จะพบว่าถ้ามียีนที่ควบคุมลักษณะสีของดอกอยู่บนโครโมโซมแท่งหนึ่ง  โครโมโซมที่เป็นคู่เหมือนก็จะมียีนที่ควบคุมลักษณะสีของดอกอยู่ด้วยเช่นกัน

อัลลีล (allele)  คือ  ยีนที่ควบคุมลักษณะเดียวกันแต่ต่างรูปแบบกัน  ถึงแม้จะอยู่บนโครโมโซมคู่เหมือนตรงตำแหน่งเดียวกันก็ตาม  เช่น  ลักษณะติ่งหู  จะมียีนที่ควบคุมอยู่ 2 อัลลีล  หรือ 2  แบบ คืออัลลีลที่ควบคุมการมีติ่งหู (ให้สัญลักษณ์เป็น B )  และอัลลีลที่ควบคุมการไม่มีติ่งหู (ให้สัญลักษณ์เป็น b)

จีโนไทป์ (genotype)  คือลักษณะการจับคู่กันของอัลลีลของยีนที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม  ซึ่งมี 2 ลักษณะได้แก่

1. ลักษณะพันธุ์แท้ (homozygouse)  เป็นการจับคู่กันของยีนที่มีอัลลีลเหมือนกัน  เช่น  อัลลีลควบคุมการมีติ่งหู 2  อัลลีลจับคู่กัน (BB)  อัลลีลที่ควบคุมการไม่มีติ่งหูจับคู่กัน (bb) 
2. ลักษณะพันธุ์ทาง (heterozygouse)  เป็นการจับคู่กันของยีนที่มีอัลลีลต่างกัน  เช่น  อัลลีลควบคุมการมีติ่งหูจับคู่กับอัลลีลที่ควบคุมการไม่มีติ่งหู  (Bb)

ฟีโนไทป์  (phenotype)  หมายถึง  ลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่อยู่ภายใต้การควบคุมของจีโนไทป์  ซึ่งแสดงออกมาให้เห็นหรือปรากฏแก่ภายนอก  เช่นจำนวนชั้นของหนังตา  ลักษณะสีตา  สีผิว  ความสูง  เป็นต้น

การแสดงออกของลักษณะทางพันธุกรรม
          จากการทดลองการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของเมนเดลกล่าวว่า  “เมื่อ มีอัลลีลที่แตกต่างกัน 2 อัลลีล  อัลลีลหนึ่งจะแสดงออกมาได้ดีกว่า อีกอัลลีลหนึ่ง  อัลลีลที่แสดงออกมาได้ดีกว่า  เรียกว่า  อัลลีลเด่น (dominant  allele)  จะบดบังอัลลีลที่แสดงออกมาไม่ดีเท่า เรียกว่า อัลลีลด้อย (recessive allele)"  หรือกล่าวได้ว่า  ลักษณะต่างๆ ทางพันธุกรรมที่เกิด จากการจับคู่ของยีน จากพ่อและแม่  และถ่ายทอดมาสู่รุ่นลูกหลาน  จะมีการแสดงออกได้ 2 ลักษณะดังนี้

• ลักษณะเด่น (dominant)  หมายถึง  ลักษณะที่ปรากฏออกมาในทุก ๆ รุ่นอย่างเด่นชัด  ซึ่งเกิดจากการจับคู่ของอัลลีลที่ควบคุมลักษณะเด่น เหมือนกันจับคู่กันหรืออาจเกิดจากการที่อัลลีลด้อยถูกข่มด้วยอัลลีลเด่นที่จับคู่กัน
• ลักษณะด้อย (recessive)  หมายถึง ลักษณะที่แอบแฝงไม่แสดงออกมาให้เห็น เมื่ออยู่คู่กับลักษณะเด่น  แต่จะแสดงออกเมื่อมีการเข้าคู่กับลักษณะด้อย เหมือนกัน  ซึ่งโอกาสที่จะแสดงออกให้เห็นจะมีน้อยกว่าการแสดงออก ของลักษณะเด่น

ความแปรผันทางพันธุกรรม
          นักวิทยาศาสตร์จำแนกสิ่งมีชีวิตหลายชนิดออกจากกัน  โดยดูจากความ คล้ายคลึง  และแตกต่างของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น  ความแตกต่างของสิ่งมีชีวิตที่ ต่างชนิดกัน  มักจะมองเห็นได้อย่างชัดเจน  เช่น  โลมาจะต่างไปจากลิง เป็นอย่างมาก  ถึงแม้สัตว์ทั้งสองชนิดนี้จะเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเหมือนกัน  นอกจากนี้ยังพบว่า  ความแตกต่างเกิดขึ้นจากความแปรผันภายใน สิ่งมีชีวิต ชนิดเดียวกันได้  แต่จะมีความแตกต่างน้อยกว่าที่เกิดขึ้นระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกัน
เราทั้งหลายถูกจัดอยู่ในกลุ่มของมนุษย์  เนื่องจากเรามีลักษณะหลายอย่าง เหมือนกัน  และมนุษย์แต่ละคนมีความแตกต่างกัน  แม้แต่ฝาแฝดที่เป็นแฝดร่วมไข่  ถึงแม้ว่าจะมีหน้าตาใกล้เคียงกันมากที่สุด  ก็ยังมีลักษณะแตกต่างกัน  ความแตกต่างดังกล่าวเรียกว่า “ความแปรผันทางพันธุกรรม” (genetic variable)
ความแปรผันทางพันธุกรรม  จำแนกได้ 2 ประเภท  คือ

1. ลักษณะที่มีความแปรผันแบบไม่ต่อเนื่อง

ลักษณะที่มีความแปรผันแบบไม่ต่อเนื่อง (discontinuous variation)  เป็นลักษณะทางพันธุกรรมที่สามารถแยกความแตกต่างได้อย่างชัดเจน  ลักษณะความแปรผันไม่ต่อเนื่องเกิดจากอิทธิพลทางพันธุกรรมเพียงอย่างเดียว
เช่น  ลักษณะลักยิ้ม (มีลักยิ้มหรือไม่มีลักยิ้ม)  ติ่งหู (มีติ่งหูหรือไม่มีติ่งหู)  ห่อลิ้น  (ห่อลิ้นได้หรือห่อลิ้นไม่ได้)  เป็นต้น

2. ลักษณะที่มีความแปรผันแบบต่อเนื่อง

ลักษณะที่มีความแปรผันแบบต่อเนื่อง  (continuous  variation)  เป็นลักษณะทางพันธุกรรมที่ไม่สามารถแยกความแตกต่างได้เด่นชัด  เช่น  ความสูง  น้ำหนัก  โครงร่าง  สีผิว  ซึ่งเป็นลักษณะที่ได้รับอิทธิพลจากพันธุกรรม  และสิ่งแวดล้อมร่วมกัน  เช่นความสูงของคน  ถ้าเราได้รับอาหารที่ถูกหลักโภชนาการ มีการออกกำลังกาย  จะทำให้เรามีร่างกายสูงขึ้นได้