SCI104

เทคโนโลยีชีวภาพ? Biotechnology?

แบบฝกึ หัดก่อนเรยี น จากตวั อยา่ งการหมัดปุย๋ ชีวภาพ นักศกึ ษาคิดวา่ เทคโนโลยชี ีวภาพมคี วามหมายว่าอยา่ งไร???ดาวนโ์ หลดสไลดไ์ ด้ทลี่ งิ ค์https://goo.gl/KFvjLx

ความหมายของเทคโนโลยีชวี ภาพ การใช้ความรู้เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตและผลิตผลของส่ิงมีชีวิตให้เป็นประโยชนก์ ับมนษุ ย์ ไม่ว่าจะเปน็ การผลิตสนิ ค้า เช่น ผงซักฟอกชนิดใหม่ที่มีเอนไซม์ การทาปุ๋ยไว้ใช้เองจากวสั ดุเกษตรเหลอื ท้ิง เชน่ ฟางขา้ ว มลู สัตว์ เปน็ ตน้ หรอื การขจัดปัญหาสง่ิ แวดล้อมเส่อื มโทรม เช่น ปัญหานา้ ทิ้งจากโรงงานอุสาหกรรม โดยการนาน้าเสียไปใช้ประโยชน์แทนท่ีจะปล่อยทิ้งให้เน่าเหม็น รวมท้ังการถ่ายฝากตัวอ่อนสัตว์เพ่ือให้ได้สัตว์พันธุ์ดีไว้ใช้ด้วยต้นทุนที่ต่ากว่าเดมิ เปน็ ตน้

ผลติ ภณั ฑ์ท่ไี ดจ้ ากเทคโนโลยชี วี ภาพ

ววิ ฒั นาการของเทคโนโลยีชีวภาพ• เทคโนโลยเี ทคโนโลยชี วี ภาพแบบด้ังเดิม – เทคโนโลยีการหมกั (Fermentation Technology) เก่าแก่ ทส่ี ุด• เทคโนโลยีเทคโนโลยีชีวภาพแบบสมัยใหม่ – การตัดแต่งพันธกุ รรม (DNA Recombinant Technology)

เทคโนโลยีชวี ภาพ มีความสาคัญอยา่ งไร

* ช่วยลดปริมาณการใช้สารเคมีในเกษตรกรรม ดว้ ยการคิดค้นพนั ธุ์พืชใหม่ที่ต้านทานโรคศัตรพู ืช อัน จะช่วยลดปัญหาการใช้สารเคมีซึ่งเป็นหน่ึงในต้นเหตุของ ปญั หาดา้ นสง่ิ แวดล้อม * เพิม่ พ้นื ทเ่ี พาะปลูกของโลก ด้วยการปรับปรุงพันธุ์พืชใหม่ ท่ีทนทาน ต่อภาวะแหง้ แลว้ หรืออุณหภูมทิ ่ีสูงหรอื ต่าเกินไป

* เพิ่มผลผลิตทางการเกษตรของโลก ด้วยการคดิ ค้นปรับปรงุ พนั ธุพ์ ชื และพนั ธ์ุ สตั วท์ ีท่ นทานต่อโรคภยั และให้ผลติ สงู ขึ้น

* ความพยายามจะคน้ คิดตวั ยาป้องกันและรกั ษาโรคตดิ ต่อหรือโรคร้ายแรงตา่ ง ๆ ท่ียังไมม่ วี ิธีรกั ษาท่ีได้ผล การคิดตัวยาหยุดยั้งการลุกลามของเน้ือเย่ือมะเร็งแทน การใช้สารเคมที าลาย การคดิ คน้ วัคซีนป้องกนั ไวรสั ตบั ต่างๆ

นกั ศกึ ษาคดิ วา่ เทคโนโลยชี วี ภาพสมยั ใหมจ่ ะมี ลักษณะอยา่ งไร???

เทคโนโลยีชวี ภาพสมยั ใหม่ เป็นเทคโนโลยีชีวภาพที่ต้องใช้ความรู้ทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคนิควิธีการทางชีววิทยาช้ันสูง เนื่องจากเก่ียวข้องกับการตัดแต่งสารพันธุกรรมเพ่ือก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมเพื่อก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวติ

โครงสร้างของสารพนั ธกุ รรม

ยนี (gene)• หน่วยที่ควบคุมลักษณะต่างๆ จากพ่อแม่พันธ์ุผ่านทางเซลล์สืบพันธุ์ไปยังลูกหลาน ซ่ึงอยู่บนโครโมโซม ยีนมีองค์ประกอบท่ีสาคัญ คือ สารประกอบDNA ซ่ึงเป็นโปรตีนและกรดมีบทบาทสาคัญในการถ่ายทอดลักษณะพันธกุ รรมโครมาโซม  DNA  ยีน(Deoxyribonucleic Acid) (Gene)

การประยกุ ต์ใช้ประโยชน์ จาก DNA

พนั ธุวิศวกรรม(Genetic Engineering) เป็นเทคนคิ การนา DNA จากสิง่ มีชวี ติ หนึ่งไปตอ่ กับ DNA อกี สิ่งมีชวี ติ หน่ึง ประโยชน์ - สงิ่ มชี ีวิตทไ่ี ด้รับยนี ใหม่จะสามารถสร้างโปรตีนเหมอื น สิ่งมีชีวติ ท่ีเปน็ ผใู้ หไ้ ด้ ท้งั นีส้ ิง่ มชี วี ติ น้นั อาจจะเปน็ พืช สตั ว์ หรอื แม้กระทั่งแบคทีเรียก็ได้

GMOsGenetically Modified Organismsความหมาย การนาเทคโนโลยที างด้านพันธวุ ศิ วกรรมมาประยุกตใ์ ช้ ในการดดั แปลงยนี ของส่งิ มชี วี ิตท่เี ราตอ้ งการปรับปรุง เพอ่ื ใหม้ ีลักษณะตามท่ีตอ้ งการ

ยุงตัดตอ่ พนั ธุกรรมที่มคี วามต้านทานเชือ้ มาลาเรยี (ใส่ยนี เรืองแสงเข้าไปในยงุ จเี อม็ เพื่อให้ยงุ มีตาสเี ขยี วงา่ ยตอ่ การคดั แยกจากยงุ ปกติ)“หมูเรอื งแสง” ฉีดโปรตนี ทสี่ กดั จากแมงกะพรนุ เข้าไปในนวิ เคลยี สของเซลลต์ วั อ่อนหมูตดั ต่อยีนของแบคทเี รยี ทค่ี วบคมุ การสร้างเอนไซม์ซ่งึ สามารถทาลายสารกอ่ มะเรง็ ใส่ให้กับต้นปอปลาร์ (poplar tree) นกั วิจัยอสิ ราเอลทามะเขือเทศหลากกลิ่น หลายรส ทงั้ กล่นิ กุหลาบ มะนาว ตะไคร้

\"golden rice \" มสี ารเบต้าแคโรทีนมากกว่าข้าวปกติ 23 เทา่ เพ่อื ชว่ ยแก้ปัญหาตาบอดในเด็กทีม่ จี านวนผู้ป่วยปีละเกือบ 5 แสนรายBt cotton contains a genefrom the bacteriumBacillus thuringiensis.

Transgenic salmon “Super Salmon”Vaccines could be added to food

ไทย ต้านทานไวรสั ใบดา่ งจดุ วงแหวน (ทดสอบภาคสนาม) มะละกอ พรกิ ตา้ นทานไวรสั มะเขือเทศ ตา้ นทานไวรสัในหอ้ งทดลอง ข้าว ทนเคม็ , ต้านทานไวรัส กล้วยไม้ สดี อก, ต้านทานราสนิมและเพลยี้ ไฟ

ประโยชน์ของ GMOs1. เพื่อการปรบั ปรงุ พันธุ์ เช่น ผลิตพืชหรือสตั ว์ใหม้ คี วามตา้ นทานโรค2. เพอื่ ลดการใชป้ ริมาณสารเคมี เช่น สารเคมกี าจดั ศัตรูพืช หรือเพื่อลด ปรมิ าณการใชย้ าปฏชิ วี นะในสัตว์3. เพิ่มคุณค่าทางโภชนาการของสิ่งมชี ีวติ ท่ีถกู นามาเปน็ อาหารทั้งของ คนและสัตว์4. เพ่อื เพิ่มผลผลิต หรือเปน็ การสรา้ งสรรคพ์ ชื และสัตว์พนั ธุใ์ หมท่ ี่มี คุณสมบัติโดดเด่นและเปน็ ประโยชน์ในแงเ่ ศรษฐกจิ เพ่ิมมูลคา่ หรือ พฒั นาสายพนั ธุจ์ ลุ ินทรียใ์ หผ้ ลิตสารพิเศษบางอยา่ งทีม่ นุษยต์ ้องการ

ขอ้ กงั วลเก่ยี วกับ GMOs1. เกิดการถ่ายทอดยีนออกสู่สิ่งแวดล้อม ทาให้เกิดผลกระทบ ต่อความหลากหลายทางชีวภาพเนื่องจากมีพืช สัตว์ สายพันธ์ุใหม่ ๆ ท่ีเหนือกว่าสายพันธุ์ด่ังเดิมในธรรมชาติ หรือลักษณะสาคัญบางอย่างถูกถ่ายทอดไปยังสายพันธ์ุอ่ืน ท่ีไม่พึงประสงค์ หรืออาจเกิดการวัชพืช, แมลงศัตรูพืช พันธุ์ใหม่ ที่มีความสามารถต้านทานต่อยาปราบศัตรูพืช \"super weed\" , \"super bug\"

2. สารพิษบางชนิดท่ีใช้ปราบแมลงศัตรูพืช เช่น BT อาจมี ผลกระทบต่อแมลงที่มีประโยชน์ชนิดอ่ืน ๆ เช่น ผีเส้ือ Monarch, แมลงเตา่ ทอง3. สารอาหารท่ีได้จาก GMOs อาจมีคุณค่าทางโภชนาการไม่เท่า อาหารปกติ เช่น ถ่ัวเหลอื ง GM มี isoflavone มากกว่าถัว่ เหลือง ธรรมดา ซ่ึงสารนี้อยู่ในกลุ่ม phytoestrogen เกิดความกังวลว่า การเพิ่มขึ้นของฮอร์โมน estrogen อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อ ผ้บู รโิ ภค หรอื ไม่

มะเขือเทศจเี อ็มโอทใ่ี ห้กลิม่ หอมของพชื พันธน์ุ านาชนิด แต่พบว่าผลมะเขือจะมีสีแดงสว่างหรือสีแดง เข้มน้อยลงจากมะเขือเทศปกติ ทั้งนี้เพราะการ ดัดแปลงพันธุกรรมนี้มีผลให้มะเขือเทศจีเอ็มโอสร้าง สารไลโคพนี (lycopene) ลดลงถึงครึ่งหน่ึงของมะเขือ เทศทั่วไป แต่ไปเพ่ิมการสร้างสารเทอร์พีนอยด์ (terpenoid) มากข้ึน ซึง่ เป็นสารท่ีทาให้เกิดกล่ินหอม ระเหย * ไลโคพีนเป็นสารท่ีทาให้เกิดสีแดงในมะเขือเทศ และเป็นอนุพันธ์ของแคโรทีนอยด์ (carotenoid) หรือสารท่ีทาให้เกดิ สเี หลืองหรือส้มในผักและผลไม้ต่างๆ ท้ังไลโคพีนและแคโรทีนอยด์มีคุณสมบัติเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ(antioxidant)

4. การเกิดสารภมู แิ พ้ (allergen) ทไ่ี ดม้ าจากแหลง่ เดมิ ของยนี ทน่ี ามาใช้ทา GMOs เชน่ การใช้ยีนจากถว่ั บราซิล (Brazil nut) เพ่มิ คุณค่าโปรตีนในถัว่ เหลือง พบว่ามผี ้บู รโิ ภคกลุ่ม หนึ่งเกิดอาการแพ้เนืองจากไดร้ ับโปรตีนท่ีเป็นสารภูมิแพ้จาก ถั่วสายพันธน์ุ ้ี

5. เกดิ การดือ้ ยาในมนุษย์ เนือ่ งจากการใช้ marker gene ที่สรา้ งสาร ตอ่ ต้านยาปฏิชีวนะ(antibiotic resistance) - ถา้ ผบู้ ริโภคอยใู่ นระหว่างการใชย้ า จะทาให้การรักษาไม่ไดผ้ ล หรือไม่ เนื่องจากมีสารต้านยาปฏชิ ีวนะอยู่ในรา่ งกาย - ถ้าเช้อื แบคทเี รยี ท่ีมอี ยู่ตามปกตใิ นร่างกายคน ไดร้ บั marker gene ดังกลา่ วเข้าไป จะทาใหเ้ กดิ สายพันธุ์ใหม่ท่ีมฤี ทธิ์ต้านทานยา ปฏิชีวนะหรือไม่

6. ทาให้การเพาะปลูกในภาคเกษตรตอ้ งพ่งึ พาสารเคมมี ากเกนิ ไป7. ทาใหส้ ารเคมีตกค้างในพชื มากเกินไป8. อาจเกิดการผูกขาดระบบเกษตรกรรม

การโคลนนง่ิ (Cloning) ความหมายของการโคลนน่งิ (Cloning) การสรา้ งสิง่ มชี วี ิตท่มี ลี กั ษณะทางพันธกุ รรมเหมือนสิง่ มีชวี ิตต้นแบบทกุ ประการและโดยไมต่ อ้ งผ่านการสบื พันธุ์แบบใช้เพศวัตถุประสงค์ของการโคลนน่งิ 1. การโคลนเพ่ือการบาบดั รักษา (therapeutic cloning) 2. การโคลนเพ่อื การสืบพนั ธุ์ (reproductive cloning)



เซลลเ์ ตา้ นม(2n) (2n) แกะสีขาว กระต้นุ ดว้ ยไฟฟา้ ฯลฯ(Finn Dorset) เซลล์ไข่ยังไมผ่ สม(1n) ใสใ่ นมดลูก แกะหน้าดา แกะหนา้ ดา(Scottish Blackface) Dolly

\"คอปปี แคท \" (Copy Cat) หรือ ซซี ี (CC)แมวตวั แรกของโลกท่ีโคลนข้ึนโดยทีมนักวจิ ัยของมหาวิทยาลัยเทก็ ซสั เอแอนดเ์ อ็ม (Texas A&M University) ลกู แพะโคลนนิง (กลาง) กับแพะตน้ แบบเพศผู้(ขวา) โดยมีแม่อุ้มบุญ (ซา้ ย) ท่ีไมม่ คี วามข้องเกีย่ วทาง พันธกุ รรมยืนอยู่ขา้ งๆ โดย ดร.รงั สรรค์ พาลพา่ ย มหาวิทยาลัยเทคโนโลยสี รุ นารี (มทส.)



กรงุ เทพธุรกิจออนไลน์ 22 มกราคม พ.ศ. 2551 นกั วทิ ย์สหรัฐโคลนตวั ออ่ นมนษุ ย์ บริษัทสเตมมาเจน ประกาศวา่ ประสบความสาเร็จในการโคลนตัวอ่อนมนษุ ย์ เปน็คร้ังแรกจากเซลลผ์ วิ หนงั ของผ้ใู หญ่ โดยใช้เทคนคิ เดยี วกบั การโคลนแกะดอลล่ี โดยการเจาะเซลล์ไข่สตรที ไ่ี ด้รบั บรจิ าค และฉดี นวิ เคลยี สของเซลลผ์ ิวหนังผชู้ ายลงไป ตวั อ่อนที่ได้จากโคลนน่ิง แลดูแข็งแรง แมจ้ ะไมม่ ผี ู้ใดทราบว่า ตัวอ่อนทไี่ ดจ้ ากการโคลนน่ิงจะแขง็ แรงพอจนสามารถเติบโตเปน็ ทารกตอ่ ไปไดห้ รือไม่

ถา้ เทคนคิ การโคลนนงิในมนุษยป์ ระสบผลสาเร็จนกั ศึกษาจะคิดทาโคลนของตัวเองหรือไม่ เพราะเหตใุ ด

ประโยชน์ของการโคลนนง่ิ• มนษุ ยส์ ามารกาหนดลกั ษณะและคณุ ภาพของพืชหรือสตั วท์ ่ี ตอ้ งการได้• สามารถใช้วธิ ีโคลนน่ิงในการอนรุ ักษพ์ ันธส์ ตั วห์ รือพืชท่ีหายาก หรอื กาลังจะสูบพนั ธุ์ได้

What are Stem Cells ???

Stem cells หรือ เซลลต์ ้นกาเนดิ เป็นเซลล์อ่อนท่ีไม่มีหน้าท่ีของเซลล์ท่ีเฉพาะเจาะจงสามารถแบ่งตัวเองข้ึนมาใหม่ได้ และ พร้อมจะเจริญเติบโตเปล่ียนแปลงเพ่ือไปทาหน้าที่ใดหน้าท่ีหน่ึงท่ีเฉพาะเจาะจงได้ หรือกลายเปน็ เซลลข์ องเนือ้ เย่อื ชนดิ ต่างๆในร่างกายได้

จุดทส่ี ามารถพบ Stem cells พบไดจ้ ากตวั ออ่ นระยะ blastocyst และในเน้ือเย่ือที่โตเต็มวัย เช่น เลือด ฟันน้านม ผิวหนัง สายสะดือ ไขกระดูก โดยสเต็มเซลล์ (Stem Cell) หรือ เซลลต์ ้นกาเนดิ จากไขกระดูกในผู้ใหญ่น้ันมีหน้าท่ีสร้างเม็ดเลือดชนิดต่าง ๆ ในระบบเลือด รวมถึงเซลล์ที่เกี่ยวกับระบบภูมิคุ้มกันในร่างกายอีกด้วย ดังน้ันไขกระดูกจึงมีความสาคัญมากในทางการแพทย์

ประโยชนข์ อง Stem Cells 1. สามารถรักษาอาการป่วยอันเนื่องมาจากเซลล์ เนื้อเยื้อ หรืออวัยวะท่เี สียหายหรือเสื่อมสภาพไป โดยหวงั ว่า stem cells จะพฒั นาไปเปน็อวัยวะตามตอ้ งการ 2. นกั วิทยาศาสตร์และนักวิจัยมากมายท่สี นใจในการนาสเต็มเซลล์(Stem Cell) หรอื เซลล์ต้นกาเนิดมาใช้ในการรักษาโรค เช่น โรค ลิวคิเมีย(Leukemia) ธาลัสซีเมีย(Thalassemia) อัลไซเมอร์(Alzheimer) กล้ามเน้ือหัวใจขาดเลือด เบาหวาน พาร์กินสัน(Parkinson) อัมพาตไขสันหลัง ให้หายขาดได้

ตัวอยา่ งการปลูกถา่ ยเซลลต์ น้ กาเนดิ

การรักษาด้วย Stem Cells



“Stem Cells”แบง่ เป็น 2 ประเภทตามแหล่งกาเนดิ คอื สเตมเซลลจ์ ากตวั ออ่ น (Embryonic stem cell) และสเตมเซลลร์ ่างกาย (adult stem cell)



สเตม เซลล์จากตัวออ่ น (Embryonic stem cell)

สเตมเซลล์รา่ งกาย(Adult stem cell หรอื Somatic stem cell หรอื Mature stem cell)

Adult stem cellรก ไขกระดูก  เซลลไ์ ขมันสายสะดือ เซลลร์ ากฟัน (จากการผา่ ตัดลดนา้ หนักเลือด เซลลผ์ ิวหนงั  ฯลฯ

การบรจิ าคเซลลต์ ้นกาเนดิ1. ผ่านทางเส้นเลือดดาใหญ่ในร่างกาย มีการนาเคร่ืองเก็บ เซลล์ตน้ กาเนิดมาใช้ในขน้ั ตอนการเก็บเซลล์ตน้ กาเนดิ2. วธิ กี ารเจาะดูดเลอื ดทีม่ เี ซลลต์ ้นกาเนิดจากไขกระดกู3. ผ่านทางรกได้ ซึ่งสูตินรีแพทย์จะทาการเก็บเซลล์ต้น กาเนิดจากรกหลังจากทาคลอดผู้บริจาคและเด็กเสร็จ สมบรู ณแ์ ลว้

โรคทีส่ ามารถรักษาไดด้ ว้ ยการปลูกถ่าย Stem Cellโรคมะเรง็ เมด็ เลอื ดขาว (Leukemia)มะเร็งเม็ดเลือดขาว (Multiple myeloma)โรคมะเร็งต่อมน้าเหลืองชนิดNon Hodgkin และ Hodgkin Lymphomaโรคมะเร็งชนิดต่างๆ เชน่ มะเรง็ เซลลป์ ระสาทวยั ออ่ น (neuroblastoma) มะเรง็ รงั ไข่ หรือ มะเรง็ ท่ีเกดิ ขนึ้ ท่ีบรเิ วณรงั ไข่ชนิด germinoma มะเรง็ ที่เกิดขนึ้ บรเิ วณ อัณฑะชนดิ seminoma เปน็ ตน้ไขกระดกู ฝอ่โรคภูมิคุ้มกันบกพร่องแตแ่ รกเกดิ (primary immune deficiency)โรคธาลัสซเี มียทม่ี คี วามรนุ แรงมากหรอื ปานกลางโรคทางเมตาบอลิซมึ ทางกระดูก (metabolic bone disease)โรคทางพันธกุ รรมเมตาบอลซิ ึม (Inborn error of metabolism)โรคแพ้ภูมิตนเอง (autoimmune disease)