บทที่ 17 พันธุศาสตร์และเทคโนโลยีทาง DNA ชีววิทยา เล่ม 4
การวิเคราะห์ DNA และการศึกษาจีโนม การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีทาง DNA เนื้อหาสาระ พันธุวิศวกรรม การวิเคราะห์ DNA และการศึกษาจีโนม การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีทาง DNA ความปลอดภัยของเทคโนโลยีทาง DNA และมุมมองทางสังคมและจริยธรรม ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ผลการเรียนรู้ สืบค้นข้อมูล วิเคราะห์ อภิปราย และอธิบายเกี่ยวกับเทคโนโลยีทาง DNA และการนำความรู้ไปประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
17.1 พันธุวิศวกรรม
วิดีโอประกอบการเรียน https://www.youtube.com/watch?v=TJg34QABhWk ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
https://youtu.be/MdC3AqbNBDU ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
พันธุวิศวกรรม เทคโนโลยีทาง DNA สายผสมหรือ DNA รีคอมบิแนนท์(recombinant DNA) และเพิ่มปริมาณ DNA ในหลอดทดลองเรียกว่า พันธุวิศวกรรม (geneuc englneegng) เทคโนโลยีทาง DNA นี้ สามารถนำไปใช้เพื่อดัดแปรให้ได้สิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะตามความต้องการ ซึ่งเทคโนโลยีนี้ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วภายหลังจากการค้นพบเอมไซม์ในแบคทีเรียที่สามารถตัตสาย DNA บริเวณทีมีลำดับเบสจำเพาะ ซึ่ง เรียกว่า เอนไซม์ตัดจำเพาะ (restriction enzyme) และสามารถ เชื่อมสาย DNA ที่ถูกตัดแล้วมาต่อกันได้ด้วยเอนไซม์ DNAไลเกส (DNA ligase enzyme) ทำให้ นักวิทยาศาสตร์สามารถออกแบบรูปแบบ DNA รีคอมบิแนนท์ หากทราบตำแหน่งหรือลำดับ เบสจำเพาะในการตัดของเอนไซม์ตัดจำเพาะชนิดต่างๆ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
เอมไซม์ตัดจำเพาะ ค้นพบครั้งแรกโดบแฮมิลตัล สมิธ (Hammiton Smith) และคณะแห่งสถาบันแพทยศาสตร์จอห์น ออปกินส์ สหรัฐอเมริกา ในปี พ.ศ. 2513 และต่อมาได้มีการค้นพบเอนไซม์ที่มีลักษณะเช่นนี้ แต่ตัดจำเพาะในตำแหน่งลำดับเบสต่างออกไป เอนไซม์ตัดจำเพาะในแต่ละชนิดจะจดจำลำดับเบสในสาย DNA อย่างเฉพาะเจาะจง เช่น เอนไซม์ EcoRI จะจดลำดับเบสจำเพาะจำนวน 6 คู่เบส ดังแสดงในตารางที่ 17.1 ซึ่งแสดงว่าบริเวณดังกล่าวว่า ตำแหน่งตัดจำเพาะ (restriction site)จนถึงปัจจุบันนี้มีการค้นพบเอนไซม์ตัดจำเพาะมากว่า 1,200 ชนิด ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
รูป ตารางที่ 7.1 ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
คำถาม ตำแหน่งตัดจำเพาะของเอนไซม์ตัดจำเพาะแต่ละชนิดมีจำนวนลำดับเบสเท่ากันหรือไม่ ลำดับเบสจำเพาะของเอนไซม์ตัดจำเพาะแต่ละชนิดมีลักษณะร่วมกันอย่างไร ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
เอนไซม์ตัดจำเพาะ จากตารางจะเห็นว่าเอนไซม์ตัดจำเพาะแต่ละชนิดมีบริเวณลำดับเบสจำเพาะและจุดตัดจำเพาะที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เอนไซม์ EcoRI จะมีลำดับเบสจำเพาะในการตัดจำนวน 6 คู่เบส ในขณะที Haelll จะใช้เพียง 4 คู่เบส จุดตัดจำเพาะที่เกิดขึ้นจะได้สาย DNA หลังจากถูกตัดแล้ว ใน 2 รูปเเบบ เช่น ในกรณีของการตัดด้วยเอนไซม์ EcoRI จุดตัดจำเพาะจะอยู่ระหว่างเบส G และ A ซึ่งหลังจากการตัดจะทำให้ได้ปลายสายเดี่ยวทั้ง 2 ปลายที่รอยตัดของสาย DNAซึ่งมี นิวคลีโอไทด์สายเดี่ยวยื่นออกมา เรียกปลายสาย DNA ทีเกิดขึ้นเช่นนี้วา ปลายเหนียว (stlcky end) ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
เอนไซม์ตัดจำเพาะ แต่ในกรณีของ Haenl จุดตัดจำเพาะอยู่ระหว่างเบส G และ c ดังตารางที่17 .1 ตัดแล้วจะไม่เกิดปลายสาย DNA เป็นสายนิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว เนื่องจากจุดตัดของสาย DNA ทั้งสองเส้นอยู่ตรงกันพอดี ปลายรอยตัด DNAเช่นนี้ เรียกว่า ปลายทู่ (blun end) แม้ว่าตำแหน่งการตัดจำเพาะของเอนไซม์ตัดจำเพาะแต่ละชนิดจะแตกต่างกัน แต่หาก นักรียมสังเกตจะพบว่ามีลักษณะร่วมกัน คือ การเรียงลำดับเบสในบริเวณลังกล่าวในทิศทาง จาก 5’ ไปสู่ 3’ จะเหมือนกันทั้งสองสายของสาย DNA ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การเชื่อมต่อสาย DNA ด้วยเอมไซม์ DNA ไลเกส 17.1.2 การเชื่อมต่อสาย DNA ด้วยเอนไซม์ DNA ไลเกส จากการตัดสาย DNA ของสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกัน จะนำมาเชื่อมต่อกันได้ด้วยเอนไซม์ DNA ไลเกส ถึงสามารถเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะโคเวเลนซ์ระหว่างสองโมเลกุลของ DNA ให้เชื่อมต่อกันได้ จากการตัดและ การเชื่อมต่อ สาย DNA นี้ทำให้เกิดสาย DNA รีคอมบิแนนท์ขึ้นดังภาพที่17-1 ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
คำถาม การเชื่อมสายDNAปลายทู่ จะเหมือนหรือต่างจากการเชื่อมสายDNA ปลายเหนียวอย่างไร ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การโคลนยีน การตัดและเชื่อมต่อสาย DNA เป็น DNA รีคอมบิแนนท์ นั้นไม่เพียงพอที่จะนำไปใช้ได้ ยังต้องมีวิธีการที่จะสามารถทำให้ DNA รีคอมบิแนนท์เพิ่มจำนวนเพื่อใช้ในการ ศึกษาว่าสาย DNA เหล่านั้นมียีนอะไรและควบคุมการสร้างโปรตีน ชนิดใด สิ่งที่จำเป็นคือต้องเพิ่มจำนวนDNA ในบริเวณดังกล่าวให้ มากพอทีจะศึกษา ได้ การเพิ่มจำนวนของ DNA ทีเหมือนๆ กันนั้นเรียกว่า การโคลน DNAและหากบริเวณดังกล่าวเป็นยีนก็เรียกว่าโคลนยีน (gene cloning) ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การโคลนยีนโดยอาศัย พลาสมิดของแบคทีเรีย การโคลนยีนที่นิยมวิธีหนึ่ง คือการเพิ่มปริมาณของ DNA ที่ต้องการโดยอาศัย DNA พาหะหรือเแบคทีเรีย 1 วกเตอร์ (vector) เช่น พลาพมิด (plasmid) ของแบคทีเรียในเซลล์อาจมี พลาสมิด 1 ถึง 300 ชุดเมีอมำแบคทีเรีย ไปเลี้ยงเพื่อเพิ่มจำนวนเซลล์ชุดของพลาสมิดที่มีส่วนของ DNAที่ต้องการก็จะเพิ่มขึ้นด้วยหากส่วนของ DNA ที่ แทรกไว้เป็นยีนก็อาจนำไปไช้ประโยชน์ต่อไป ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ภาพที่ 17-2 ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
กิจกรรมที่ 17.1การสร้าง DNA รีคอมบิแนนท์ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
วิธีการทดลอง 1.ตัดกระดาษสีแดงให้มีความกว้าง 3 cmและยาว12cm พร้อมทั้ง เขียนลำดับ DNAลงบนกระดาษสีแดงไว้สำหรับเป็นสาย DNA ที่ต้องการตัดต่อเข้าพลาสมิด ทำไว้จำนวน 10 ชิ้น ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
พลาสมิด ทำไว้จำนวน 10 ชิ้น 2.ตัดกระดาษสีเขียวให้มีความกว้าง 3cm และยาว 20 cm พร้อมทั้งเขียนลำดับเบสลงบนกระดาษสีเขียวไว้ทำสำหรับ พลาสมิด ทำไว้จำนวน 10 ชิ้น ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
3.นำกระดาษสีเขียวที่เป็นพลาสมิดแต่ละชิ้น ม้วนติดกันเป็นวงกลมด้วยเทปใสจะได้พลาสมิดทั้งหมด 10 ชิ้น ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
4.ใช้กรรไกรตัดกระดาษสีแดงตรงตำแหน่งที่ตรงกับการตัดของเอนไซม์ตัดจำเพาะBamHI (ตารางที่17.1) ชิ้นส่วนที่แรเงาให้ตัดทิ้ง ส่วนที่เหลือคือชิ้น DNAที่ต้องการต่อเข้ากับพลาสมิด ทำเช่นนี้ทั้ง 10ชิ้น ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
5. นำกระดาษสีเขียวที่เป็นพลาสมิด มาตรงตำแหน่งที่เอนไซม์ตัดจำเพาะตัดตรงตำแหน่งเดียวกั ซึ่งจะทำให้พลาสมิดขาดออกจากกันกลายเป็นสาย ทำเช่นนี้ทั้ง 10 ชิ้น ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
6. นำกระดาษทั้ง 20 ชิ้น ใส่ลงในถุงทึบ เขย่าให้กระจายทั่ว แล้วหยิบชิ้นกระดาษ ทีละ 2 ชิ้น ออกจากถุง 10 ครั้ง - ถ้าได้ชิ้นสีเขียว 1ชิ้น และสีแดง 1ชิ้น ให้นำกระดาษสีแดงซึ่งเป็นสาย DNA ที่ต้องการต่อเข้ากับพลาสมิดสีเขียว โดยเชื่อมกันเป็นวงด้วยเทปใส ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
- ถ้าได้ชิ้นสีเขียว 2 ชิ้น ให้ต่อพลาสมิด(กระดาษสีเขียว) ขดเป็นวงเดิมด้วยเทปใส ซึ่งจะได้พลาสมิดสีเขียว 2 วง - ถ้าได้ชิ้นสีแดง 2 ชิ้น ให้ต่อชิ้นสีแดงเข้าด้วยกันด้วยเทปใส ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
คำถาม นักเรียนได้ DNA รีคอมมิแนนท์ ในรูปพลาสมิดที่มี DNA ที่ต้องการแทรกอยู่ทั้งหมดกี่วง ตอบ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การโคลนยีนในหลอดทดลองโดยเทคนิคพอลิเมอเรสเชนรีแอกชัน การโคลนยีนในหลอดทดลองโดยเทคนิคพอลิเมอเรสเชนรีแอกชัน นอกจากการเพิ่มส่วนของ DNA โดยการแเทรกส่วนของ DNAตังกล่าวไว้ในพลาสมิเเล้ว ในปัจจุบันยังสามารถเพิ่มส่วนของ DNAได้ในหลอดทดลองโดยไม่ต้องอาศัยเซลล์ใดๆ อีกด้วย ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ในการใช้เทคนิคนี้ปัจจุบันอาศัยเครื่องมือที่เรียกว่าเครื่องเพิ่มปริมาณ DNA อัตโนมัติหรือเทอร์มอลไซเคลอร์ (thermal cycler)ซึ่งเป็นเครืองควบคุมอุณหภูมิให้ปรับเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็วรวมทั้งกำหนดจำนวนรอบและเวลาสำหรับปฏิกิริยาในเเต่ละขั้นตอนได้อย่างอัตโนมัติ เครื่องมือดังกล่าวนำมาใช้ในการโคลนยีนได้อย่างไร ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การโคลนยีนโดยเทคนิคพอลิเมอเรสเชนรีแอกขัน (polymerase chain reaction PCR) ต้องอาศัยเอนไซม์ DNA พอลิเมอเรสชนิดพิเศษซึ่งสามารถทนอุณหฎมิสูงได้ เอนไซม์ชนิดนี้ แยกมาจากแบคทีเรียทนร้อนซืงอาศัยอุยู่ในน้ำพุร้อนการเกิดปฏิกิริยาในหลอดทดลองต้องอาศัย องค์ประกอบต่อไปนี้ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
1. DNA แม่แบบ ซึ่งเป็นส่วนของ DNA ที่ต้องการโคลน 2. ไพรเมอร์ (primer) เพือเป็นจุดเริ่มต้นและกำหนดบริเวณของการสร้างสาย DNA 3. นิวคลีโอไทด์ทั้ง 4 ชนิด 4. เอนไซม์ DNA พอลิเมอเรส ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
สารทีเป็นองค์ประกอบทั้งหมดนี้จะละลายอยูในสารละลายบัฟเฟอร์ เพื่อควบคุมให้เกิดภาวะที่เหมาะสมต่อการเกิดปฏิกิริยา การเกิดปฏิกิริยาในหลอดทดลอง (ภาพที 17- 3) จะเริ่ม จากการเพิ่มอุฌหภูมิให้สูงจนสาย DNA แม่แบบทีเป็น DNA สายคู่แยกออกเป็น DNA สายเดี่ยว ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
จากนั้นจะลดอุณหภูมิลงเพื่อให้เกิดการจับกันระหว่างไพรเมอร์และสาย ,DNA แม่เบบด้วยพันธะไฮโดเจน แล้วจึงปรับอุณหภูมิให้เหมาะสมต่อต่อการทำงานของเอนไซม์ DNA พอลิเมอเรส เพื่อให้เกิดการจำลองสาย DNA โดยอาศัยสาย DNA แม่เบบ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
จากนั้นเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น อีก ครั้ง เพื่อแยก DNA สายคู่ที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยารอบที่ 1 ออกจากกัน แล้วดำเนินกิจกรรม เช่นเดิม ทำเช่นนี้ซ้ำหลายๆ รอบ ก็จะได้โมเลกุลที่ต้องการเป็นจำนวนมาก ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ภาพที่ 17-3 ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
เทคนิค WR นั้นสามารถเพิ่มจำนวนโมเลกุล DNA ทีต้องการจาก DNA แม่เเบบปริมาณ น้อยมากๆ ให้มีปริมาณมากขึ้นได้ ในเวลาอันรวดเร็ว แต่อย่างไรก็ดีเทคนิคนี้ไม่สามารถทดเเทน การโคลนยีนโดยอาศัยเซลล์แบคทึเรียในกรณีทีต้องการยีนปริมาณมากรวมทั้งในกรณีที่ต้องการให้ยีนดังกล่าวเกิดการแสดงออก เช่น การสร้างโปรตีนที่ต้องการ นอกจากนี้การเพิ่มจำนวนชุดของ DNA ด้วยวิธีนี้อาจมีความผิดดพลาดเกิดขึ้น ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
เนื่องจากเอนไซม์ที่ใช้ในปฏิกิริยาบางนิด ไม่มีการทำงานที่เป็นการตรวจสอบความถูกต้องของลำดับนิวคลีโอไทด์ของ DNA ทีสร้างขึ้น เหมือนกับระบบในสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ดีได้มีการนำเทคนิคนี้นาประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง ตั้งแต่การโคลนยีนของ ตัวอย่างทีมี DNA ปริมาณน้อยให้มีปริมาณมากพอ แล้วจึงนำมาโคลนโคยอาศัย พลาสมิด ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ตัวอย่าง เช่น การเพิ่มปริมาณ DNA จากซากของวูลลีแมมมอธ (woolly mammoth) ซึ่งสูญพันธุ์แล้วแต่ถูกนำมาแช่แข็งไว้ที่ไซบีเรียเมื่อสี่ หมื่นปีก่อน ทำให้มีโอกาสศึกษาเชิงวิวัฒนาการในสิ่งมีชีวิตทีสูญพันธุ์ไปแล้ว การตรวจสอบ DNA ปริมาณน้อยที่ติดอยู่ตามคราบเลือด เนื่อเยื่อหรือน้ำอสุจิที่พบในอาชญากรรมต่างๆ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการสืบสวนของกระบวนการยุติธรรมตลอดจน การตรวจสอบDNA จากเซลล์ของเอ็มบริโอในครรภ์ว่ามีความผิคปกดิทางนธุกรรมหรือ ไม่รวมทั้งตรวจสอบการติดเชื้อไวรัสบางชนิด เช่น HIV เป็นต้น ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
17.2 การวิเคราะห์ DNA และการศึกษาจีโนม
การวิเคราะห์ DNA เมื่อนักวิทยาศาสตร์สามารถโคลน DNA ต่างๆ ได้ สิ่งที่น่าสงสัยคือ DNA ต่างๆ ที่โคลนได้นั้นคืออะไร ประกอบ ด้วยลำดับนิวคลีโอไทด์อะไรบ้าง การค้นหาคำตอบนีจะต้องมีการวิเคราะห์ DNA (DNA analysis) โดยอาศัยความรู้พื้นฐานในการแยกโมเลกุลของ DNA ที่มีขนาดและรูปร่าง แตกต่างออกจากกันในสนามไฟฟ้าโดยอาศัยหลักการอิเล็กโทรโฟริซิส (elelectrophoresis) ผ่านตัวกลางที่มีลักษณะคล้ายแผ่นวุ้นที่เรียกว่าเจล (gel) เรียกกระบวนนี้ว่าเจลอิเล็กโทรโฟริซิส (gelelectrophoresis) ซึ่งสามารถใช้แยกและศึกษาโมเลกุลของโปรตีนได้อีกด้วย ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
กระบวนการของเจลอิเล็กโทรโฟริซิสทำได้โดยให้ DNA เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่เป็นแผ่นวุ้น เช่น อะกาโรสเจล (agaose gel) หรือ พอลิอะคริลาไมด์เจล (polyacrylamide gel) ที่อยู่ภายใต้ สนามไฟฟ้าโมเลกุล DNAจะเป็นโมเลกุลที่มี ประจุลบ ซึ่งเคลื่อนที่เข้าหาขั้วบวกหรือแอโนด (anode) โดยโมเลกุล DNAขนาดใหญ่จะเคลื่อนที่ ได้ช้ากว่าโมเลกุลที่มีขนาดเล็ก เมื่อให้โมเลกุลขนาดต่างแยกในสนามไฟฟ้า เปรียบเทียบกับการเคลื่อนที่ของโมเลกุล DNA ที่ทราบขนาดก็จะทำให้ทราบขนาดของโมเลกุล DNA ที่ต้องการจะศึกษา การเคลื่อนที่ของโมเลกุลที่มีขนาดต่างๆกันนี้ จะทำให้เกิดแถบ (band) ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ได้ด้วยตาเปล่าจึงต้องผ่านกระบวนการย้อมสี ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การศึกษาจีโนม นักวิจัยพบว่า จีโนมของสิ่งมีชีวิตชนิดดียวกันมีลำด้บนิวคลีโอไทด์แตกต่างกัน ซึ่ง สามารถตรวจสอบความแตกต่างนั้นโดยการเพิ่มปริมาณ DNA ในบริเวณที่ความแตกต่างกันนั้นด้วยวิธี PCR แล้วนำ DNA ดังกล่าวมาตัดด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะ นำชิ้นส่วน DNA ที่ได้ไป แยกขนาดโดยวิธี เจลอิเล็กโทรโฟริซิส จะได้รูปแบบของแถบ DNA ที่เเตกต่างกัน ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ดังนั้นรูปแบบของแถบ DNA ที่ปรากฏขึ้นหลังจากตัดด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะจะสามารถเชื่อมโยงถึงจีโนม ของสิ่งมีชีวิตนั้น รวมทั้งเชื่อมโยงถึงลักษณะบางลักษณะของสิ่งมีชีวตนั้นได้ เรียกความแตกต่างของรูปแบบของแถบ DNA ที่เกิดจากปฏิกิริยา PCR และการตัดของเอมไซม์ตัดจำเพาะเหล่านี้ว่า พีซีอาร์-เรสทริกชันแฟรกเมนท์เลนจท์พอลิมอร์ฟิซึม (PCR – resriction fragment length polymorphism ) ซึ่งสามารถใช้เป็นเครื่องหมายพันธุกรรม (genetlc market) ได้ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ตั้งแต่ปี พ.ศ.2533 ได้มีการริเริ่มโครงการจีโนมมนุษย์ (Human Genome Project)ซึ่งเป็นโครงการนานาชาติในการศึกษาลำดับนิวคลีโอไทด์ของมนุษย์ทั้งจีโนม โดยทำการหาลำดับนิวคลีโอไทด์ของออโซมจำนวน 22 โครโมโซม โครโมโซม x และโครโมโซม y โครงการดังกล่าวนี้มีการศึกษาแผนที่ยีนและแผนที่เครื่องหมายทางพันธุกรรมควบคู่ไปกับการหาลำดับนิวคลีโอไทด์ ซึ่งนำมาสู่การพัฒนาในเชิงเทคโนโลยีและการประยุกต์ใช้มากมายในปัจจุบัน ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
โครงการศึกษาจีโนมนั้นไม่ได้ทำเฉพาะมนุษย์เท่านั้น เเต่ยังศึกษาจีโนมของสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นๆ ที่มีความสำคัญในการศึกษาในเชิงชีววิทยาด้วย เช่น จีโนมของแบคทีเรีย (saccaromyces cerevisie) จีโนมของยีสต์ (sacchromyces cerevisiae) จีโนมของเเมลงหวี่(Drosophila melanogaster) และหนู (Mus musculus) สำหรับการศึกษาในพืชนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ร่วมกันศึกษาจีโนมของอะราบิดอพซิส (Arabidopsis thaliana ) ซึ่งถือว่าเป็นพืชต้นแบบในการศึกษาชีววิทยาระดับโมเลกุลของพืช เนื่องจากมีขนาดจีโนมเล็กที่สุด ลำดับนีวคลีโอไทด์ทั้งหมดของจีโนมของ A thaliana ได้รับการประกาศอย่างเป็นทางการในปี พ.ศ. 2542 ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ส่วนข้าว ( 0ryza sativa ) ถือเป็นพืชต้นแบบของพืชใบเลี้ยงเดี่ยวเนื่องจากมีขนาดของ จีโนมเล็กและเป็นพืชเศรษฐกิจทีสำคัญ การศึกษาจีโนมข้าวเป็นโครงการร่วมมือนานาชาติทีมประเทศไทยเข้าร่วมในการรักษาด้วยโดยการรักษาลำดับนิวคลีโอไทด์แท่งที่ 9 ปัจจุบันการศึกษาจีโนมของสิ่งมีชีวิตที่สำคัญูทำให้นักวิทยาศาสตร์ทราบคำตอบมากมายเกี่ยวกับโครงสร้างของจีโนม การควบคุมการแสดงออกของยีนต่างๆ ทีส่งผลถึงการเจริญเติบโตและพัฒนาตลอดจนวิฒนาการของสิ่งมีชีวิต สิ่งทีน่าสงสัยก็คือ จากลำดับ นิวคลีโอไทด์มากมายที่ประกอบขึ้นเป็นจีโนมนี้ส่วนใดเป็นยีนและมีหน้าที่อย่างไร ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยังคงต้องศึกษาวิจัยต่อไป ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
17.3 การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีทาง DNA
https://www.youtube.com/watch?v=Nk7JYt04fM4 ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การบำบัดด้วยยีน จากความรู้เกี่ยวกับความผิดปกติต่างๆในคนที่เกิดความบกพร่องของยีน หากสามารถใส่ยีนที่ปกติเข้าไปในเซลล์ร่างกาย หรือเนื้อเยื่อที่แสดงอาการผิดปกติ แล้วทำให้ยีนนั้นแสดงออกเมื่อมีสารโปรตีนที่ปกติในบริเวณดังกล่าว จึงอาจเป็นแนวทางหนึ่งที่จะช่วยทำให้บำบัดอาการบกพร่องที่เกิดขึ้นได้ ในปัจจุบันเทคนิคหนึ่งที่ใช้ในการถ่ายยีนปกติ เพื่อใช้ในการทำยีนบำบัดคือการใช้ไวรัสชนิดหนึ่งเป็นตัวนำยีนที่ต้องการถ่ายเข้าสู่เซลล์คน ซึ่งยีนของไวรัสที่เป็นอันตรายต่อคนจะถูกตัดทิ้ง แล้วใส่ยีนของคนที่ต้องการเข้าไปแทนที่ ไวรัสที่สร้างขึ้นใหม่นี้จะมียีนที่ต้องการแทรกอยู่ และจะมีความสามารถในการแทรกจีโนมของตัวมันเข้าสู่โครโมโซมคนได้ แต่ไม่สามารถจำลองตัวเองเองเพิ่มจำนวนได้ เนื่องจากยีนที่ทำหน้าที่ดังกล่าวที่มีอยู่เดิมในไวรัสได้ถูกตัดทิ้งไปแล้ว ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การประยุกต์ใช้ในเชิงการแพทย์และเภสัชกรรม การวินิจฉัยโรค ปัจจุบันมีการนำเอาเทคโนโลยีของDNAมาใช้ในการวินิจฉัยโรคที่เกิดจากการติดเชื้อต่างๆ เช่น เชื้อไวรัส โดยการใช้เทคนิคPCR เพื่อตรวจสอบว่ามีจีโมนของไวรัสอยู่ในสิ่งมีชีวิตนั้นหรือไม่ ซึ่งเป็นเทคนิคที่มีความไวสูงและสามารถตรวจพบได้โดยมีตัวอย่างเพียงเล็กน้อย เทคนิคนี้ได้นำมาใช้ในการตรวจวิเคราะห์การติดเชื้อ HIVเป็นต้น จากความรู้ทางพันธุศาสตร์ การค้นพบเครื่องหมายทางพันธุกรรมเชื่อมโยงกับแอลลีลที่ก่อโรค และลำดับนิวคลีโอไทด์ จึงสามารถนำไปใช้ในการตรวจวินิจฉัยโรคทางพันธุกรรมก่อนจะมีอาการของโรคหรือเป็นเพียงพาหะ ซึ่งทำให้สามารถป้องกันการถ่ายทอดลักษณะดังกล่าวได้อย่างถูกต้อง ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การรักษาด้วยยีนบำบัด(gene therapy) ในสหรัฐอเมริกา การรักษาด้วยยีนบำบัด(gene therapy)แต่ละกรณีจะต้องมีการตรวจสอบอย่างเคร่งครัดในทุกขั้นตอน เพื่อคำนึงถึงความปลอดภัยของผู้รับการรักษา ตัวอย่างของโรคที่มีการรักษาด้วยการบำบัดยีนแล้ว เช่น Severe Combined Immunodefiency Disorder (SCID) ซึ่งโรคนี้เป็นโรคทางพันธุกรรม ผู้ที่เป็นโรคนี้ไม่สามารถสร้างภูมิคุ้มกันได้มักเสียชีวิตจากการติดเชื้อเพียงเล็กน้อย ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การรักษาด้วยยีนบำบัด(gene therapy) นอกจากการผลิตฮอร์โมนเพื่อใช้ทดแทนในคนที่มีความบกพร่องของฮอร์โมนดังกล่าวข้างต้นแล้ว ยังมีการประยุกต์ใช้ในการผลิตยาเพื่อรักษาโรคบางชนิดอีกด้วย เช่น ใช้ในการผลิตยาที่จะยับยั้งไวรัส HIV โดยอาศัยเทคนิคทางพันธุวิศวกรรมในการสร้างโมเลกุลของโปรตีนที่จะป้องกันหรือเลียนแบบตัวรับที่ HIV ใช้ในการเข้าสู่เซลล์ ซึ่งตัวรับเหล่านี้จะอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ของคน หากมีโมเลกุลที่เลียนแบบตัวรับเหล่านี้อยู่ในกระแสเลือด HIVจะเข้าเกาะกับโมเลกุลเหล่านี้แทนที่จะเกาะที่ตัวรับที่เซลล์เม็ดเลือดขาวแล้วเข้าทำลายเซลล์เม็ดเลือดขาว ตัวยาเหล่านี้จึงสามารถยับยั้งการทำงานของ HIV ได้ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การรักษาด้วยยีนบำบัด(gene therapy) การใช้พันธุวิศวกรรมยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการผลิตวัคซีน แต่เดิมนั้นใช้วัคซีนเพื่อกระตุ้นภูมิคุ้มกันโรคที่เกิดจากไวรัส โดยใช้ไวรัสที่ไม่สามารถก่อโรค เพราะได้รับสารเคมีหรือวิธีทางกายภาพบางอย่าง หรือเป็นไวรัสในสายพันธุ์ที่ไม่นำโรคมาฉีดให้กับคน เพื่อกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกัน แต่เมื่อการศึกษาในระดับโมเลกุลเกี่ยวกับไวรัสมีความชัดเจนขึ้น จนทราบว่าโปรตีนชนิดใดที่ผิวของไวรัสที่เป็นตัวกระตุ้นภูมิคุ้มกันในคนได้ ก็สามารถใช้วิธีทางพันธุวิศวกรรมตัดต่อ เฉพาะยีนที่เป็นต้นแบบในการสร้างโปรตีนชนิดนั้น แล้วใช้โปรตีนดังกล่าวเป็นแอนติเจนในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันแทนการใช้ไวรัสซึ่งทำให้มีความปลอดภัยยิ่งขึ้น ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การสร้างผลิตภัณฑ์ทางเภสัชกรรม การประยุกต์เทคโนโลยีเกี่ยวกับ DNA มาใช้ในเชิงเภสัชกรรมเป็นการประยุกต์ใช้ที่มีมาเป็นเวลาหลายสิบปี โดยมีการสร้างผลิตภัณฑ์ทางเภสัชกรรมเป็นจำนวนมาก ซึ่งส่วนใหญ่เป็นการผลิตโปรตีน การผลิตฮอร์โมนอินซูลิน เป็นตัวอย่างแรกที่ที่นำเทคนิคทาง DNA มาใช้ในการผลิตสารที่ใช้เชิงเภสัชกรรมเพื่อรักษาโรคเบาหวาน ผู้ป่วยโรคเบาหวานจำเป็นต้องได้รับอินซูลิน เพื่อควบคุมระดับน้ำตาลจากการตัดและต่อDNA ให้มียีนที่สร้างอินซูลิน แล้วใส่เข้าไปในเซลล์แบคทีเรีย เพื่อให้เกิดการแสดงออกและสร้างพอลิเพปไทด์ที่ต้องการ จากนั้นจึงนำเซลล์ไปเพื่อเพิ่มจำนวนยีนที่สร้างสายพอลิเพปไทด์ดังกล่าว และผลิตอินซูลินที่ทำงานได้ ดังภาพ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ดังภาพ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การประยุกต์ใช้ในเชิงนิติวิทยาศาสตร์ DNA เป็นสารพันธุกรรม ซึ่ง DNA ของคนๆเดียวกันไม่ว่าจะมาจากเซลล์ส่วนใดของร่างกายจะมีรูปแบบที่เหมือนกัน ดังนั้น DNA จึงเป็นเหมือนสิ่งที่บอกให้รู้ว่าคนๆนั้นเป็นใครและแตกต่างจากคนอื่นโดยทั่วไปแล้วการที่จะบอกได้ว่าคนๆนั้นเป็นใคร จะพิจารณาจากรูปร่างหน้าตา วัน เดือน ปีเกิด ตามข้อมูลในบัตรประชาชน หรือ หนังสือเดินทาง และถ้าจะให้ชัดเจนยิ่งขึ้นอาจดูจากรอยแผลเป็นหรือลายพิมพ์นิ้วมือ อย่างไรก็ตามลักษณะอาจเปลี่ยนแปลงได้ตามอายุ หรือจากอุบัติเหตุ หรือจากสารเคมี แม้ว่าลายพิมพ์นิ้วมือจะไม่สามารถบอกความสัมพันธ์ทางสายเลือดได้ว่าลายพิมพ์ นิ้วมือของลูกนั้นส่วนใดได้มาจากพ่อหรือแม่ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
แต่ลายพิมพ์ DNA สร้างมาจาก DNA ที่ได้รับการถ่ายทอดมาจากพ่อและแม่อย่างละครึ่งและเปลี่ยนแปลงไม่ได้ จึงมีลักษณะเฉพาะบุคคล ซึ่งทำให้สามารถบอกความแตกต่างของบุคคลได้ ความแตกต่างที่มีความจำเพาะของแต่ละบุคคลนี้เอง เราจึงนำมาใช้ประโยชน์ได้หลายด้าน เช่น การพิสูจน์ตัวบุคคล การพิสูจน์ความสัมพันธ์ทางสายเลือด การตรวจทางนิติเวชศาสตร์เพื่อหาผู้กระทำความผิด เป็นต้น และจากความแตกต่างที่มีเฉพาะบุคคล จึงทำให้บุคคลมีรูปแบบของ DNA ที่แตกต่างกัน เมื่อใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การใช้ RFLP marker ตรวจสอบ จะเกิดเป็นแถบ DNA รูปแบบของแถบ DNA (DNA band) ที่เป็นความแตกต่างของขนาดชิ้น DNA ที่เป็นเอกลักษณ์ของแต่ละบุคคล เรียกว่า ลายพิมพ์ DNA ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
(DNAfingerprint) เพราะโอกาสที่คนสองคน(ที่ไม่ใช่ฝาแฝดแท้) จะมีรูปแบบของลายพิมพ์ DNA เหมือนกันมีน้อยมาก นอกจากนี้ได้มีการใช้ลายพิมพ์ DNA เพื่อพิสูจน์ความเกี่ยวพันในคดีอาญาที่รุนแรง เช่น ฆาตกรรมทำร้ายร่างกาย ซึ่งสามารถใช้เป็นหลักฐานสำคัญอย่างหนึ่งประกอบการพิจารณาคดีศาล ตัวอย่างเช่น ในคดีฆาตกรรมคดีหนึ่ง ได้นำคราบเลือดของฆาตกรที่พบในสถานที่เกิดเหตุและเลือดของผู้ต้องสงสัยจำนวน 7 คน มาทำลายพิมพ์ DNA และนำมาเปรียบเทียบกัน ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ปัจจุบันการตรวจลายพิมพ์ DNA จะใช้เทคนิค PCR เนื่องจากเป็นวิธีที่ง่าย รวดเร็ว ประหยัดค่าใช้จ่ายและใช้ตัวอย่างเลือดในปริมาณที่น้อย ในประเทศไทย การตรวจลายพิมพ์ DNA เริ่มโดยกลุ่มนักวิจัยจากหลายสถาบันร่วมกันทำงานอย่างต่อเนื่อง โดยการตรวจพิสูจน์ความสัมพันธ์ทางสายเลือด การหาตัวคนร้ายในคดีฆาตกรรม การสืบหาทายาทที่แท้จริงในกองมรดก นอกจากนี้ยังนำมาใช้ในการตรวจคนเข้าเมืองให้ถูกต้อง กรณีการให้สัญชาติไทยแก่ชาวเขาและชนกลุ่มน้อย เพื่อสืบสาวว่าบรรพบุรุษเป็นชาวเขาที่ตั้งรกรากอยู่ในประเทศไทยหรือเป็นชนต่างด้าวที่อพยพเข้ามา ซึ่งมีผลต่อการพิสูจน์ชาติพันธุ์และการให้สิทธิในการอาศัยอยู่บนแผ่นดินไทยด้วย ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ภาพที่ 17-5 ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
กิจกรรมที่ 17.2 วิเคราะห์หลายพิมพ์ DNA ถ้านักเรียนเป็นนักนิติศาสตร์โดยมี ลายพิมพ์ DNA จากหลังฐานที่พบในที่เกิดเหตุในคดีฆาตกรรมและลายพิมพ์ DNA ของผู้ต้องสงสัยหมายเลข 1-5 จงหาว่า 3.1 บุคคลหมายเลข 4 ถูกกล่าวหาว่าเป็น ฆาตกร นักเรียนจะตัดสินว่าเขาเป็นฆาตกรหรือ เป็นผู้บริสุทธิ์ เพราะเหตุใด 3.2 ผู้ต้องสงสัยหมายเลขใดที่มีลายพิมพ์ DNA ใกล้เคียงกับหลักฐานที่พบในที่เกิดเหตุ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
กิจกรรมที่ 17.2 วิเคราะห์หลายพิมพ์ DNA ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
กิจกรรมที่ 17.2 วิเคราะห์หลายพิมพ์ DNA ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การประยุกต์ใช้ในเชิงเกษตร การทำฟาร์มสัตว์เพื่อสุขภาพของมนุษย์ ในการใช้เทคโนโลยี DNA เพื่อปรับปรุงพันธุ์สัตว์ในมีลักษณะที่ดีขึ้น เช่นเดียวกับเป้าหมายหนึ่งคือการในการปรับปรุงพันธุ์สัตว์ที่อาศัยการผสมพันธุ์ และคัดเลือกพันธุ์ดั้งเดิม แต่ด้วยเทคโนโลยี DNA ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถหาได้ว่ายีนที่จะทำให้สัตว์ลักษณะตามต้องการ เช่น หมูมีไขมันต่ำ วัวให้นมเร็วขึ้นและมากขึ้น เมื่อทราบว่ายีนควบคุมลักษณะนั้นคือยีนใดแล้วจึงย้ายยีนดังกล่าวเข้าสู่สัตว์ที่ต้องการ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
อีกรูปแบบหนึ่งของการทำฟาร์มในอนาคต คือการสร้างฟาร์มสัตว์ที่เสมือนเป็นโรงงานผลิตยาเพื่อสกัดนำไปใช้ในการแพทย์ ตัวอย่างเช่น การสร้างแกะที่ได้รับการถ่ายยีน เพื่อให้สร้างโปรตีนที่มีอยู่ในเลือดของคน และให้แกะผลิตน้ำนมที่มีโปรตีนนี้ โปรตีนชนิดนี้จะยับยั้งเอนไซม์ที่ก่อให้เกิดการทำลายเซลล์ปอดในผู้ป่วยที่เป็นโรคซิสติกไฟโปรซิส ในการสร้างสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม(transgenic animal)จะเริ่มจากการแยกเซลล์ไข่ออกจากเพศเมีย และฉีดยีนที่ต้องการเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์ไข่(microinjection)ซึ่งจะมีเซลล์ไข่บางเซลล์ยอมให้ยีนดังกล่าวแทรกเข้าในจีโนมของนิวเคลียสและแสดงออกได้ จากนั้นทำการผสมพันธุ์ในหลอดทดลอง(in vitro fertilization)และถ่ายฝากเข้าในตัวแม่ผู้รับ เพื่อให้เจริญเป็นตัวใหม่ ซึ่งจะมียีนที่ต้องการอยู่โดยไม่จำเป็นต้องมาจากสปีชีส์เดียวกัน ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรม(trensgenic plant) การสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรม เพื่อให้มียีนของลักษณะตามที่ต้องการ เช่น การชะลอการสุกของผลไม้ หรือเพื่อยืดเวลาการเก็บรักษาผลผลิต มีความต้านทานโรคและแมลง มีความต้านทานต่อสารฆ่าแมลงมีคุณค่าด้านอาหารมากขึ้น เป็นต้น ในพืชสามารถทำได้ง่ายกว่าในสัตว์ เนื่องจากมีการศึกษาเทคโนโลยีในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อในหลอดทดลอง ซึ่งสามารถสร้างต้นพืชขึ้นใหม่จากเซลล์เนื้อเยื่อ หรือส่วนต่างๆ ของพืชได้เป็นเวลาหลายสิบปีมาแล้ว ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ดังภาพที่17-6 ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
พืชต้านทานต่อโรค นักวิจัยไทยสามารถดัดแปลงพันธุกรรมของมะละกอให้ต้านทานต่อโรคใบด่างจุดวงแหวน ซึ่งเกิดจากไวรัสชนิดหนึ่ง โดยนำยีนที่สร้างโปรตีนเปลือกไวรัส (coat protein gene) ถ่ายฝากเข้าไปในเซลล์มะละกอ แล้วชักนำให้เป็นมะละกอสร้างโปรตีนดังกล่าว ทำให้สามารถต้านทานต่อเชื้อไวรัสได้ นอกจากนี้ยังมีการดัดแปลงพันธุกรรมของมันฝรั่ง ยาสูบ ให้มีความต้านทานต่อไวรัสที่มาทำลายได้ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ดังภาพที่ 17-7 ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
พืชดัดแปลงทางพันธุกรรมที่สามารถต้านสารปราบวัชพืช นำเอายีนที่ต้านทานสารปราบวัชพืชใส่เข้าไปในพืช เช่น ถั่วเหลือง ข้าวโพด ฝ้าย ทำให้สามารถต้านทานสารปราบวัชพืช ทำให้สารเคมีที่ปราบวัชพืชไม่มีผลต่อพืชดังกล่าวและสามารถใช้ประโยชน์จากดินและปุ๋ยอย่างมีประสิทธิภาพ การปลูกพืชหมุนเวียนยังทำได้ง่ายขึ้น ผลผลิตก็เพิ่มมากขึ้นด้วย ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
พืชดัดแปลงทางพันธุกรรมที่มีคุณค่าทางอาหารเพิ่มขึ้น พืชดัดแปลงทางพันธุกรรมที่มีคุณค่าทางอาหารเพิ่มขึ้น ในกรณีของข้าวที่เป็นธัญพืชที่เป็นอาหารหลักของโลก ได้มีนักวิทยาศาสตร์ นำยีนจากแดฟโฟดิล(Daffodils)และยีนจากแบคทีเรีย Erwinia bretaria ถ่ายฝากให้ข้าว ทำให้ข้าวสร้างวิตามินเอ ในเมล็ดได้ เรียกว่า ข้าวสีทอง(golden rice)โดยหวังว่าการสร้างข้าวสีทอง จะมีส่วนช่วยในการลดภาวะการขาดวิตามินในประเทศที่ขาดแคลนอาหารในโลกได้ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ดังภาพที่ 17-8 และ ภาพที่ 17-9 ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ภาพที่ 17-9 ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
กิจกรรมที่ 17.3 สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม 1. นักเรียนแบ่งกลุ่มสืบค้นและรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมหรือ GMOs จากหัวข้อดังนี้ 1.1 ขั้นตอนการสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม 1.2 ประโยชน์ทางด้านการเกษตร 1.3 การตรวจสอบความปลอดภัยทางชีวภาพก่อนนำไปใช้ประโยชน์ 1.4 ความเสี่ยงในการใช้สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมต่อสุขอนามัยของมนุษย์และสัตว์ 1.5 ผลกระทบของสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมต่อสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
กิจกรรมที่ 17.3 สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม 2.ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอข้อมูลหน้าชั้น และร่วมกันอภิปรายถึงผลกระทบจากการใช้สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมที่มีต่อสิ่งมีชีวิตและมนุษย์ในอนาคต ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
พืชดัดแปลงทางพันธุกรรมเพื่อให้ยืดอายุของผลผลิตได้ยาวนานขึ้น โดยนำยีนที่มีผลต่อเอนไซม์ที่สังเคราะห์เอทิลีนใส่เข้าไปในผลไม้ เช่น มะเขือเทศ ทำให้มะเขือเทศสุกช้าลง เนื่องจากไม่มีการสร้างเอทิลีน ลดความเน่าเสียของมะเขือเทศ สามารถเก็บรักษาได้นานขึ้นและขนส่งได้เป็นระยะทางไกลขึ้น ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
พืชดัดแปลงพันธุกรรมอื่นๆ พืชดัดแปลงพันธุกรรมอื่นๆ ทำให้พืชต้านทานความแห้งแล้ง ต้านทานดินเค็ม ดัดแปลงพืชให้แปลกและแตกต่างไปจากเดิมเพื่อให้เหมาะสมกับตลาดและความต้องการของมนุษย์มากขึ้น แต่อย่างไรก็ตามพืชดัดแปลงพันธุกรรม (Genetically Modified Organism : GMOs) ถึงจะมีประโยชน์มากมายแต่ก็ยังมีข้อโต้แย้งทางสังคมเป็นอย่างมากว่าอาจจะไม่ปลอดภัยกับผู้บริโภคและอาจก่อให้เกิดปัญหาทางด้านพันธุ์พืช พันธุ์สัตว์ ความหลากหลายทางชีวภาพ การมิวเทชันและอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมในอนาคตได้ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การปรับปรุงพันธุ์โดยอาศัยวิธีการของโมเลกูลาร์ บรีดดิง (molecolar breeding) ด้วยเทคโนโลยี DNAนำมาสู่การสร้างแบคทีเรีย และแผนที่เครื่องหมายทางพันธุกรรมต่างๆ ทำให้นักปรับปรุงพันธุ์สามารถนำองค์ความรู้ดังกล่าวมาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์ โดยอาศัยการคัดเลือกจากการตรวจหาจากเครื่องหมายทางพันธุกรรมระดับโมเลกุลทดแทนการคัดเลือกจากลักษณะฟีโนไทป์เพียงอย่างเดียว ซึ่งทำให้การปรับปรุงพันธุ์ต่างๆทำได้รวดเร็วขึ้น และมีความเป็นไปได้ที่จะได้พืชหรือสัตว์พันธุ์ใหม่ที่มีลักษณะต่างๆร่วมกันในเวลาที่เร็วกว่าเดิม ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ตัวอย่างการคัดเลือกสายพันธุ์ โดยอาศัยเครื่องหมายทางพันธุกรรมระดับโมเลกุลที่สามารถเห็นได้ชัดเจน เช่น การปรับปรุงพันธุ์ข้าว ได้มีการศึกษาว่ายีนที่ควบคุมความทนเค็มนั้น ถูกควบคุมด้วยยีนหลายตำแหน่ง และพบว่ายีนเหล่านั้นอยู่บนโครโมโซมแท่งต่างๆซึ่งมีลิงค์เกจกับเครื่องหมายทางพันธุกรรมในระดับโมเลกุล เมื่อทำการผสมพันธุ์เพื่อถ่ายทอดลักษณะความทนเค็ม ก็สามารถใช้เครื่องหมายทางพันธุกรรมเป็นตัวคัดเลือกต้นข้าวในรุ่นลูก ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การใช้พันธุศาสตร์เพื่อการศึกษาค้นคว้าหายีนและหน้าที่ของยีน เนื่องจากเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกเซลล์มีโปรตีน เป็นตัวดำเนินกิจกรรมต่างๆของชีวิต ดังนั้นหากมีการยับยั้งการทำงานของโปรตีนหรือทำให้เกิดการทำงานผิดปกติของยีนดังกล่าว จะมีผลต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิตนั้นๆได้ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นที่สามารถสังเกตได้ คือการเปลี่ยนแปลงของฟีโนไทป์นั้น ด้วยการศึกษาย้อนกลับไปว่าการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเกิดขึ้นที่โปรตีนใด ยีนใด ก็จะทราบถึงหน้าที่ของยีนอื่นๆนั้นได้ ซึ่งนั่นคือการชักนำให้เกิดมิวเทชันในสิ่งมีชีวิตหรือการสร้างมิวแทนท์(mutant) ที่มีการเปลี่ยนแปลงของฟีโนไทป์บางประการแล้วอาศัยเทคนิคต่างๆทางชีววิทยาระดับโมเลกุล เพื่อศึกษาว่าเกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้นที่ยีนใด ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
การใช้พันธุศาสตร์เพื่อการศึกษาค้นคว้าหายีนและหน้าที่ของยีน รศ.ดร.อภิชาติ วรรณะวิจิตรและคณะ จากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ศึกษาลักษณะความหอมของข้าว พบว่ายีนที่ควบคุมลักษณะดังกล่าวเป็นยีนด้อย จากการศึกษาแผนที่ยีนร่วมกับเครื่องหมายทางพันธุกรรมรวมทั้งการผสมพันธุ์ การใช้ข้อมูลชีวสารสนเทศ(bioinformation)ของจีโนมข้าว ทำให้สามารถระบุได้ว่ายีนความหอมในข้าวอยู่บนโครโมโซมแท่งที่ 8 และสามารถโคลนยีน Os 2AP ซึ่งควบคุมลักษณะความหอมของข้าวได้สำเร็จ โดยพบว่าโปรตีนที่สร้างจากยีน Os 2 AP จะช่วยยับยั้งสารที่ให้ความหอม ซึ่งถ้ายับยั้งการแสดงออกของยีนนี้ก็จะได้ข้าวที่มีความหอม ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ดังภาพ การศึกษาทางพันธุศาสตร์นั้น สามารถนำไปสู่การค้นพบยีนที่ทำหน้าที่ต่างๆ และหากค้นคว้าอย่างลึกซึ้งถึงกลไกลการทำงานต่างๆของยีนนั้นได้ ก็จะสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆได้อย่างมีประสิทธิภาพ และยั่งยืนในอนาคต ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
17.4 ความปลอดภัยของเทคโนโลยีทาง DNA และมุมมองทางสังคมและจริยธรรม
ความปลอดภัยของเทคโนโลยีทาง DNA และมุมมองทางสังคมและจริยธรรม ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ความหวั่นแกรงต่อความผิดพลาดของสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมที่เกิดขึ้น เริ่มจากความหวาดกลัวว่าจะเป็นแนทางการเกิดเชื้อโรคสายพันธุ์ใหม่ ๆ ที่ดื้อ ยาปฏิชีวนะ เนื่องจากยีนต้านทานยาปฏิชีวนะถูกใช้เป็นเครื่องหมายทางพันธุกรรมสำหรับเทคนิคทางพันธุวิศวกรรมทั้งในจุลินทรีย์ พืชและสัตว์ ดังนั้นในการทดลอง วิจัยในห้องปฏิบัติการจึงต้องมีการควบคุม และมีระบบการกำจัดสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมทุกชนิด มิให้เล็ดลอดออกไปจากห้องปฏิบัติการวิจัยดังกล่าว ซึ่งเป็น จรรยาบรรณของนักวิจัยที่พึงปฏิบัติและศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ หรือไบโอเทค(BIOTEC)ได้ออกระเบียบของปฏิบัติงานวิจัยทางด้านนี้ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ในทางเกษตร ประชาชนในหลายประเทศต่อต้านการใช้พืช GMOs และได้สร้างข้อตกลงเพื่อความปลอดภัยทางชีวภาพว่าอาหารที่ประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม ต้องมีการติดฉลากระบุว่าเป็นพืช GMOs เพื่อสิทธิของผู้บริโภค ทั้งนี้ด้วยความกังวลว่าพืชพันธุ์ที่มียีนของสิ่งมีชีวิตอื่นจะเป็นภัยต่อสุขภาพ และอาจส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม เช่น อาจถ่ายยีนต้านทานโรค ยีนต้านทานแมลง หนือยาฆ่าแมลงไปยังวัชพืชที่ใกล้เคียงกัน ทำให้เกิดวัชพืชที่แข็งแรงจนเป็นภัยต่อการทำการเกษตรโดยรวม เพราะไม่สามารถหาวิธีกำจัดได้ เป็นต้น ทั้งนี้จีงเป็นหน้าที่ของนักวิจัยที่จะศึกษายืนยังว่าผลกระทบที่สังคมกังวลนั้น มีโอกาสเกิดขึ้นมากน้อยเพียงใด และชี้แจงให้สังคมรับทราบในผลการวิจัยที่ถูกต้องเชื่อถือได้ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
นอกจากความตระหนักเกี่ยวกับความปลอดภัยทางชีวภาพที่เนื่องจาก GMOs แล้ว ข้อตระหนักทางสังคมอีกด้านหนึ่งที่เป็นผลมาจากเทคโนโลยีทาง DNA คือ จริยธรรมในการใช้ข้อมูลของจีโนมโดยเฉพาะจีโนมของมนุษย์ ว่าเมื่อค้นคว้าจีโนมมนุษย์สำเร็จ ใครจะสามารถใช้ข้อมูลเหล่นนั้นได้ และใช้เพื่อการใดบ้าง บริษัทประกันภัย ประกันชีวิตจะตรวจยีนของผู้ยื่นขอกรมธรรม์ก่อน การตรวจสุขภาพก่อนเข้าทำงานจะตรวจยีนต่าง ๆ ก่อนได้หรือไม่ ว่ามีการเสี่ยงในด้านสุขภาพ กาย และจิตมากน้อยเพียงใด สิ่งต่าง ๆ เหล่านี้มักเป็นคำถามที่จะตามมาในสังคม เมื่อเทคโนโลยีก้าวไปในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ดีทุกคนควรมีสิทธฺในการรัยทราบความก้าวหน้าของเทคโนโลยีและใช้ข้อมูลต่าง ๆ ในการวิเคราะห์อย่างถี่ถ้วนรอบคอบ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
คำถามท้าย บทที่ 17
คำถาม 1.กำหนดให้ในหลอดทดลอง 4หลอด แต่ละหลอดมี DNA 2 ชิ้น คือ DNA X และ DNA Y โดยที่ DNA X และ DNA Y มีขนาดเท่ากันที่ 1,000 คู่เบส (bp) ถ้า DNA X มีจุดตัดจำเพาะโดยเอนไซม์ตัดจำเพาะ 3 ชนิด และ DNA Y มีจุดตัดจำเพาะโดยเอนไซม์ตัดจำเพาะ 1 ชนิด ดังแสดงในภาพ จงระบายสีลงใน เพื่อแสดงแถบ DNA ที่ปรากฏในเจลอิเล็กโทรโฟริซีสของชิ้น DNA ในหลอดทดลองทั้ง 4 หลอด ซึ่งใส่เอนไซม์ตัดจำเพาะทั้ง 4 ขนาด ซึ่งใส่เอนไซม์ตัดจำเพาะชนิดต่างๆ ลงไปเพื่อตัดชิ้น DNA ทั้ง 2 ชิ้นอย่างสมบูรณ์ดังนี้ หลอดทดลองที่ 1 ใส่ HindIII เพียงชนิดเดียว หลอดทดลองที่ 2 ใส่ BamHI เพียงชนิดเดียว หลอดทดลองที่ 3 ใส่ EcoRI และ HindIII หลอดทดลองที่ 4 ใส่ BamHI , EcoRI และ HindIII ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
คำถาม ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
แนวคำตอบ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ในหลอดทดลองที่ 1 ใส่เอนไซม์ตัดจำเพาะ 1 ชนิด คือ HindIII ซึ่งมีจุดตัดจำเพาะอยู่บน DNAX เท่านั้น และ เมื่อตัด DNAX อย่างสมบูรณ์ด้วยเอนไซม์ดังกล่าว จะได้ DNA 2 ชิ้น ขนาด 600 และ 400 คู่เบส ดังนั้นเมื่อนำ DNA ในหลอดทดลองที่ 1 ไปทำเจลอิเล็กโทรโฟริซีส จะเกิดแถบ DNA ปรากฏบนแผ่นเจล 3 แถบ คือ แถบขนาด 400 และ 600 คู่เบส ของ DNA X ส่วนอีก 1 แถบเป็นขนาด 1000 คู่เบส DNAY ซึ่งไม่ถูกตัดด้วย HindIII ในหลอดทดลองที่ 2 ใส่เอนไซม์ตัดจำเพาะ 1 ชนิด คือ BamHI ซึ่งจะมีจุดตัดจำเพาะอยู่บนทั้ง DNAX และ DNAY เมื่อตัด DNA ทั้ง 2 ชิ้น อย่างสมบูรณ์ด้วยเอนไซม์ดังกล่าว จะได้ DNA รวม 4 ชิ้น ดังนั้นเมื่อนำ DNA ในหลอดทดลองที่ 2 ไปทำเจลอิเล็กโทรโฟริซีส จะเกิดแถบ DNA ปรากฏบนแผ่นเจล 4 แถบ ซึ่งมีขนาด 300 และ 700 คู่เบส จาก DNAX 400 และ 600 คู่เบสจากDNA Y ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ในหลอดทดลองที่ 3 ใส่เอนไซม์ตัดจำเพาะ 2 ชนิด คือ EcoRI และ HindIII ซึ่งมีจุดตัดจำเพาะอยู่บน DNAX เท่านั้น เมื่อตัด DNAX อย่างสมบูรณ์ด้วยเอนไซม์ดังกล่าวจะได้ DNA ขนาด 200 คู่เบส 1 ชิ้น และ 400 คู่เบส 2 ชิ้น รวม 3 ชิ้น ดังนั้นเมื่อนำ DNA ในหลอดทดลองที่ 3 ไปทำเจลอิเล็กโทรโฟริซีส จะเกิดแถบ DNA ปรากฏบนแผ่นเจล 3 แถบซึ่งมีขนาด 200 จาก DNAX 400 คู่เบสจาก DNAX 2 ชิ้นที่มีขนาดเท่ากันปรากฏอยู่ในแถบเดียวกัน และ DNAY ขนาด 1000 คู่เบสซึ่งไม่ถูกตัดด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะทั้ง 2 ชนิด ในการทดลองที่ 4 ใส่เอนไซม์ตัดจำเพาะ 3 ชนิด คือ BamHI , EcoRI และ HindIII ซึ่งจะมีจุดตัดจำเพาะอยู่ทั้ง DNA X และ DNAY เมื่อตัด DNA ทั้ง 2 ชิ้นอย่างสมบูรณ์ด้วยเอนไซม์ดังกล่าว จะได้ DNA ขนาด 100, 200,300 และ400 คู่เบสรวม 4 ชิ้น จาก DNAX ส่วน DNAY ถูกตัดด้วย BamHI ได้ DNA ขนาด 400 และ 600 คู่เบสรวม 2 ชิ้น ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ดังนั้นเมื่อนำ DNA ในหลอดทดลองที่ 4 ไปทำเจลอิเล็กโทรโฟริซีส จะเกิดแถบ DNA ปรากฏบนแผ่นเจล 5 แถบซึ่งปรากฏอยู่ในแถบเดียวกัน และขนาด 600 คู่เบส จาก DNA Y ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
คำถาม 2. เมื่อทดลองนำ DNA จำนวนหนึ่งที่ได้จากการทำ PCR ของยีนที่ประกอบด้วย 10 โคดอนมาตัดด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะชนิดต่างๆ จะได้ชิ้นส่วน DNA จำนวนมาก ให้นักเรียนหาลำดับเบสของยีนนี้ โดยอาศัยข้อมูลจากชิ้นส่วน DNA 7 ชิ้น ดังภาพ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ลำดับเบสของยีนนี้ประกอบด้วย 10 โคดอน จึงต้องมีขนาด 30 คู่เบส ลำดับเบส คือ 5’ CCGGATCCGTTTGAATTCGGCCAAGCTTCC 3’ วิธีการหาลำดับเบสของยีนดังกล่าวทำได้โดย หาลำดับเบสส่วนที่ซ้ำกันของ DNA แต่ละชิ้น เมื่อนำมาเรียงต่อกันจะได้ยีนขนาดดังกล่าว ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
คำถาม 3. ชิ้นส่วนของ DNA ที่มียีน X ยีน Y และ ยีน Z ดังแสดงในภาพ ก. ที่เกิดจากการตัดด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะชนิดต่างๆ ถ้านักเรียนต้องการนำยีนทั้ง 3 ชนิดนี้ ใส่เข้าในแบคทีเรีย นักเรียนจะเลือกใช้เวกเตอร์ชนิดใดบ้างจากภาพ ข. เพราะเหตุใดจึงเลือดเวกเตอร์เหล่านั้น โดยใช้ข้อมูลของเอนไซม์ตัดจำเพาะของตารางที่ 17.1 ในหนังสือเรียน ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
คำถาม ภาพ ก.แสดงลำดับเบสที่ปลาย 5’และปลาย 3’ของยีน x ยีน y และ ยีน z ภาพ ข.แสดงเวกเตอร์ซึ่งมีจุดตัดจำเพาะของเอนไซม์ตัดจำเพาะชนิดต่างๆ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ยีน X ใช้เวกเตอร์ V หรือ เวกเตอร์ VI ยีน Y ใช้เวกเตอร์ I หรือ เวกเตอร์ III ยีน Z ใช้เวกเตอร์ IV เหตุที่เลือกใช้เวกเตอร์เหล่านี้ เพราะ เมื่อพิจารณาลำดับเบสที่ปลาย 5’ และ ปลาย 3’ ของยีน X พบว่าทั้ง 2 ด้านของยีน X มีลำดับเบสที่เหมือนกันแสดงว่าเกิดจากการตัดของเอนไซม์ตัดจำเพาะชนิดเดียวกันและการตัดทำให้เกิดปลายทู่ ดังนั้นเวกเตอร์ที่เลือกใช้จึงต้องมีตำแหน่งตัดจำเพาะที่ตัดด้วยเอนไซม์ ตัดจำเพาะ ที่ทำให้เกิดปลายทู่ คือ เวกเตอร์ V และเวกเตอร์ VI ซึ่งมีตำแหน่งตัดจำเพาะสำหรับ HaeIII ที่ตัดตำแหน่งระหว่างเบส G-C และเกิดปลายทู่ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ยีน Y และ Z มีส่วนปลายของ DNA เป็นสายนิวคลีโอไทด์สายเดียวหรือปลายเหนียวทั้งสองด้าน ดังนั้นการเลือกใช้เวกเตอร์ จะต้องมีตำแหน่งตัดจำเพาะของเวกเตอร์ที่ตัดด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะแล้วให้ปลายเหนียว และต้องตัดแล้วได้ปลายที่มีลำดับเบสเป็นคู่สมกับ นิวคลีโอไทด์ที่ปลาย DNA หรือยีน Y และยีน Z ด้วย เมื่อพิจารณาปลายทั้ง 2 ด้านของยีน Y พบว่าเป็นปลายเหนียวที่มีลำดับเบสเป็น 5’TCGAC…3’ เหมือนกันทั้ง 2 ด้าน ซึ่งตรงกับลำดับเบส ของตำแหน่งตัดจำเพาะของ SalI ดังนั้นเวกเตอร์ที่เลือกใช้จึงป็นเวกเตอร์ I หรือ เวกเตอร์ III ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
เมื่อพิจารณาปลายทั้ง 2 ด้านของยีน Y พบว่าเป็นปลายเหนียวที่มีลำดับเบสเป็น 5’TCGAC…3’ เหมือนกันทั้ง 2 ด้าน ซึ่งตรงกับลำดับเบส ของตำแหน่งตัดจำเพาะของ Sallดังนั้นเวกเตอร์ที่เลือกใช้จึงป็นเวกเตอร์ I หรือ เวกเตอร์ III เมื่อพิจารณาปลายทั้ง 2 ด้าน ของยีน Z พบว่าเป็นปลายเหนียวทั้ง 2 ด้าน เช่นกันแต่มีลำดับเบสที่ปลายทั้ง 2 ด้าน แตกต่างกัน แสดงว่าเกิดจากการตัดด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะ 2 ชนิด ปลายด้านหนึ่งมีลำดับเบสเป็น 5’AATTC…3’ ซึ่งตรงกับลำดับเบสจุดตัดจำเพาะของ EcoRI ส่วนปลายอีกด้านหนึ่งมีลำดับเบสเป็น 3’…CCTAG 5’ ซึ่งตรงกับลำดับเบสของจุดตัด จำเพาะของ BamHI ดังนั้นเวกเตอร์ที่เลือกใช้ คือ เวกเตอร์ IV ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
คำถาม 4. สาร A ผลิตมาจากยีนซึ่งมีขนาด 750 bp และมีคนได้ศึกษาลำดับนิวคลีโอไทด์ ของยีนไว้แล้ว ถ้านักเรียนพบว่าสิ่งมีชีวิตที่นักเรียนศึกษามียีนที่ผลิตสาร A แต่เจริญเติบโตได้ช้า และผลิตสาร A ได้น้อยนักเรียนจะทำอย่างไรเพื่อที่จะผลิตสาร A ได้เป็นจำนวนมาก ในระยะเวลาสั้น ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ใช้เทคนิคพันธุวิศวกรรม หรือ เทคโนโลยี DNA รีคอมบิแนนท์ โดยสกัด DNA ของสิ่งมีชีวิตที่ผลิตสาร A ได้นำมาเพิ่มจำนวนยีน ที่ผลิตสาร A ด้วยเทคนิค PCR ไปเชื่อมต่อกับพลาสมิดได้เป็น DNA รีคอมบิแนนท์ แล้วจึงนำพลาสมิดนั้นใส่เข้าไปในเซลล์ E. coli ทำการคัดเลือกโคโลนีของ E. coliที่มี DNA รีคอมบิแนนท์ซึ่งมียีนที่ผลิตสาร A แทรกอยู่และมีการแสดงออกของยีนทำให้ผลิตสาร A ได้ จากนั้นจึงนำ E. coli ไปเพาะเลี้ยงเพื่อเพิ่มจำนวน เพื่อนำมาสกัดสาร A ในปริมาณมากจาก E. coli ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
คำถาม 5. จงอธิบายถึงการบำบัดด้วยยีน (Gene therapy) แนวคำตอบ การบำบัดด้วยยีนเป็นเทคโนโลยีชีวภาพ ที่มุ่งบำบัดรักษาโรค ที่เกิดจากความบกพร่อง ของยีนใดยีนหนึ่ง โดยการใส่ยีนที่ทำงานได้ดีเข้าไปทดแทนหรือเสริมยีนที่บกพร่องในร่างกายของคนไข้มีขั้นตอนหลักคือ นำยีนปกติถ่ายเข้าสู่ร่างกาย หรือเนื้อเยื่อที่บกพร่อง ยีนปกตินี้จะรวมกับจีโนมของเซลล์ เมื่อยีนแสดงออกก็จะสร้างโปรตีน ที่ปกติหรือ ผลผลิตที่ต้องการ ปัจจุบันการทำยีนบำบัดที่ใช้กันมากคือ เทคนิคการนำเซลล์ที่ต้องการเปลี่ยนแปลงยีนออกมา นอกร่างกาย แล้วทำการเปลี่ยนแปลงยีนโดยใช้ไวรัส เป็นตัวนำยีนปกติเข้าสู่เซลล์ด้วยเทคนิคพันธุวิศวกรรม ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
ยีนจะแทรกเข้าสู่โครโมโซม ของเซลล์ จากนั้นจึงนำเซลล์ดังกล่าวใส่กลับเข้าสู่ร่างกายอีกครั้งหนึ่ง ตัวอย่างการบำบัดโรคด้วยยีน เช่น การบำบัดโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
คำถาม 7. จงอธิบายถึงการนำเทคนิคพันธุวิศวกรรมมาใช้ในการคัดเลือกพันธุ์พืช แนวคำตอบ เมื่อก่อนหน้านี้ การคัดเลือกพันธุ์พืช จะใช้วิธีการผสมพันธุ์พืชที่เป็นชนิดเดียวกัน หลายๆชั่วรุ่น จึงใช้เวลาหลายปีกว่าจะได้สายพันธุ์ที่มีลักษณะดีตามที่ต้องการ แต่ในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ ได้ใช้เทคนิคพันธุวิศวกรรม ในการคัดเลือกพันธุ์เป็นวิธีที่ทำได้กับพืชต่างชนิดกัน โดยการสร้าง DNA รีคอมบิแนนท์ ซึ่งนำ DNAที่มียีนที่ต้องการจากพืชชนิดหนึ่งมาใส่มาใส่ในยีนของพืชอีกชนิดหนึ่งเพื่อให้ได้พืชสายพันธุ์ใหม่ พืชที่ได้รับการดัดแปลงยีนจะมีลักษณะดีตามที่ต้องการ แตกต่างไปจากต้นเดิม ดังนั้นวิธีนี้จึงเป็นวิธีคัดเลือกพันธุ์พืช ได้ในระยะเวลาอันสั้น อาจเพียงหนึ่งชั่วรุ่นของพืช และมีประสิทธิภาพสูงด้วย ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
คำถาม 8. จงอธิบายถึงอันตรายที่อาจเป็นไปได้ที่ผลิตภัณฑ์อาหาร ได้มาจากสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม แนวคำตอบ ผลิตภัณฑ์ อาหารที่มาจากสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม อาจส่งผลกระทบต่อสุขภาพ ของมนุษย์และสัตว์ ซึ่งอาจมีความเสี่ยง หรืออันตรายที่เกิดจากการบริโภคอาหาร GMOs เช่น ความเสี่ยงต่อการเกิดสารภูมิแพ้ เนื่องจากการถ่ายทอดยีนจะทำให้มีการผลิตโปรตีนบางชนิด และโปรตีนคือสิ่งที่กระตุ้นปฏิกิริยาภูมิแพ้ เช่น มีการนำยีนจากถั่วบราซิลมาทำ GMOs เพื่อเพิ่มปริมาณโปรตีนในถั่วเหลือง อาจมีผู้บริโภคถั่วเหลืองสายพันธุ์ใหม่เกิดอาการภูมิแพ้ เนื่องจากได้รับโปรตีนที่เป็นสารภูมิแพ้จากถั่วบราซิล นอกจากนี้ยังอาจทำให้เชื้อโรคในร่างกายเกิดการดื้อยาได้ ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี
เนื่องจากมักใช้ยีนที่สร้างสารต่อต้านยาปฏิชีวนะเป็นยีนคัดเลือก ถ้าแบคทีเรียในร่างกายของคน ได้รับยีนนี้เข้าไป จะทำให้ได้แบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่ที่ดื้อยาปฏิชีวนะ การรักษาโรคจึงไม่ค่อยได้ผล ครูฐิติรัตน์ กันนะ : โรงเรียนโพธาวัฒนาเสนี