พันธุศาสตร์และเทคโนโลยีทาง DNA

หนงั สืออิเลก็ ทรอนิกส์ พันธศุ าสตร์และเทคโนโลยีทาง DNA จดั ทำโดย นำงสำวทศั หทัย ใจชนะ รหัส 61941900508 หลกั สตู รประกำศนยี บัตรวิชำชพี ครู คณะครศุ ำสตร์ มหำวทิ ยำลัยรำชภัฏลำปำง

คานา หนงั สอื อเิ ลก็ ทรอนิกส์ เร่อื ง พนั ธศุ าสตรแ์ ละเทคโนโลยที างดเี อ็นเอ ไดจ้ ัดทาข้ึนเพ่อื ใช้ ประกอบการเรียนการสอน ในรายวชิ า ชวี วทิ ยา 2 สาหรบั นกั เรยี นช้นั มัธยมศึกษาปที ่ี 4 ตลอดจน บุคคลทสี่ นใจ ผ้พู ัฒนาหวังเป็นอย่างยิง่ ว่า เนือ้ หาสาระของหนังสอื อเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ เร่ือง พนั ธศุ าสตรแ์ ละ เทคโนโลยีทางดีเอน็ เอเลม่ นี้ จะเป็นประโยชนแ์ ละใหค้ วามรแู้ กผ่ เู้ รียนและผสู้ นใจท่ัวไป นางสาวทศั หทยั ใจชนะ ประกาศนยี บัตรวิชาชพี ครู ปีการศกึ ษา 2561 คณะครุศาสตร์ มหาวิทยาลยั ราชภฏั ลาปาง

สารบัญ การสรา้ ง DNA รคี อมบแิ นนท.์ .......................................................5 การโคลนยนี ...................................................................................6 การโคลนยนี โดยเทคนคิ พอลิเมอเรสเชนรีแอกชัน..........................8 การสร้างสิง่ มีชีวติ ดดั แปรพนั ธุกรรม...............................................9 การประยกุ ตใ์ ช้เทคโนโลยที างดีเอน็ เอ...........................................15 สรุป...............................................................................................16 แบบทดสอบ..................................................................................17 แหล่งอ้างอิง.................................................................................18

6หนว่ ยการเรียนร้ทู ่ี พันธศุ าสตร์และเทคโนโลยีทาง DNA ตัวช้ีวดั • อธิบายหลกั การสรา้ งสง่ิ มชี วี ิตดัดแปรพันธุกรรมโดยใช้ดีเอน็ เอรีคอมบิแนนท์ได้ • สบื ค้นขอ้ มูล ยกตัวอย่าง และอภิปรายการนาเทคโนโลยที างดเี อ็นเอไปประยุกตท์ ้ังในดา้ นสง่ิ แวดล้อม นติ วิ ิทยาศาสตร์ การแพทย์ การเกษตร และอตุ สาหกรรม และ ข้อควรคานงึ ถึงดา้ นชวี จรยิ ธรรมได้

การสร้าง DNA รีคอมบิแนนท์ กระบวนการสรา้ ง DNA สายใหม่ โดยอาศัยเอนไซม์ 2 ชนดิ - เอนไซม์ตดั จาเพาะ (restriction enzyme) ที่สามารถตัดสาย DNA ในตาแหน่งทีจ่ าเพาะได้ - เอนไซม์ DNA ไลเกส (DNA ligase enzyme) ทสี่ ามารถเชอื่ มต่อ DNA 2 สายเข้าดว้ ยกนั โดยการสร้างพนั ธะโคเวเลนต์ ตาแหนง่ ตัดจาเพาะ DNA โมเลกลุ อ่ืนท่ตี ัดดว้ ย EcoRI DNA รีคอมบิแนนท์ เม่อื มีการตดั สาย DNA ดว้ ยเอนไซม์ตดั จาเพาะ จะไดป้ ลายแบบตา่ ง ๆ ทั้งปลายทแู่ ละปลายเหนยี วขน้ึ อยู่กบั ชนดิ ของเอนไซม์ทใี่ ช้ นา DNA สายอ่ืนท่ตี อ้ งการเชือ่ มตอ่ และถูกตัดดว้ ยเอนไซม์ตดั จาเพาะชนิดเดยี วกนั ซ่งึ จะได้ปลายทีเ่ หมือนกัน เอนไซม์ DNA ไลเกส ช่วยเชอ่ื มต่อ DNA ทงั้ 2 สาย ทาให้เกิดสาย DNA รคี อมบิแนนท์ ท่ีสมบรู ณ์

การโคลนยนี การโคลนยีนโดยอาศัยพลาสมิดของแบคทีเรีย การเพ่ิมปรมิ าณ DNA โดยอาศยั DNA พาหะหรอื เวกเตอร์ เช่น พลาสมดิ (plasmid) ของแบคทเี รีย มีขั้นตอน ดังนี้ 1 แยกดีเอ็นเอบรสิ ุทธ์ิจากเซลล์ แล้วตัดชิน้ ส่วนดเี อ็นเอทม่ี ียนี ที่ต้องการ เซลล์แบคทีเรีย เซลลท์ ่มี ยี ีนทตี่ ้องการ แยกพลาสมิดของแบคทีเรีย ซึ่งเป็นโมเลกุลดีเอ็นเอขนาดเล็กท่ีทาหน้าที่ เปน็ เวกเตอร์ 2 โครโมโซม DNA รคี อมบแิ นนท์ DNA นาชนิ้ ส่วนดีเอน็ เอท่ีมยี นี ทต่ี อ้ งการมาเช่อื มตอ่ กับพลาสมดิ ได้เป็น ดีเอน็ เอ พลาสมิด สายผสม (recombinant DNA) ทีม่ ีคุณสมบัติตามท่ตี อ้ งการ ยนี ทตี่ อ้ งการ 3 เซลล์แบคทเี รีย 4 นาดีเอน็ เอสายผสมใส่กลับเขา้ ส่เู ซลล์แบคทีเรียเพื่อให้แสดงคณุ สมบัติ ท่ีตอ้ งการ 5 นาแบคทเี รยี ไปเพ่ิมจานวน เพ่อื ให้มีจานวนยนี เพิ่มมากขน้ึ มากขนึ้

การโคลนยนี การโคลนยนี โดยเทคนิคพอลิเมอเรสเชนรแี อกชนั (PCR) การเพิ่มชิน้ ส่วน DNA ในหลอดทดลอง โดยอาศัยเคร่ืองเทอร์มอลไซเคลอร์ ที่สามารถควบคุมอุณหภูมิให้ปรับเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็ว กาหนดจานวนรอบ และเวลา สาหรับ ปฏกิ ริ ยิ าในแต่ละข้นั ตอนไดอ้ ยา่ งอตั โนมตั ิ การทา PCR ต้องอาศัยองค์ประกอบ ดงั น้ี 1 DNA แมแ่ บบ เปน็ ช้นิ ส่วนของ DNA ทต่ี ้องการโคลน 2 ไพรเมอร์ (primer) เปน็ DNA สายส้นั ๆ ที่มลี าดบั เบสเปน็ คสู่ มกับ DNA แมแ่ บบ 3 นวิ คลโี อไทด์ทง้ั 4 ชนิด ไดแ้ ก่ เบส A C G T 4 เอนไซม์ DNA พอลเิ มอเรส ทาหน้าท่ีเชื่อมนวิ คลโี อไทด์ *** องค์ประกอบทัง้ หมดจะละลายอยูใ่ นสารละลายบพั เฟอรเ์ พือ่ ควบคมุ ใหเ้ กดิ ภาวะทเ่ี หมาะสมตอ่ การเกิดปฏกิ ิริยา

การโคลนยนี โดยเทคนิคพอลิเมอเรสเชนรีแอกชัน นิวคลโี อไทด์ 5′ 5′ 3′ 3 5′ 3′ DNA แมแ่ บบ 3′ 5′ 3′ 5′ 2 5′ 3′ 5′ 3′ 3′ 5′ 3′ 5′ 1 3′ 5′ ไพรเมอร์ 1 2 3 การแยก DNA เป็นสายเด่ียว(denaturation) การแยกสาย การจับของไพรเมอร์กับ DNA แม่แบบ (annealing of การสร้าง DNA สายใหม่ (primer extension) การสร้างสาย primer) การจับของไพรเมอร์กับ DNA แม่แบบด้วยพันธะ คู่ของ DNA แม่แบบเป็นสายเด่ียว โดยใช้อุณหภูมิประมาณ 90-95 DNA สายใหม่ต่อจากไพรเมอร์ในทิศทาง 5′ ไป 3′ โดยการทางานของ องศาเซลเซียส ไฮโดรเจน โดยลดอุณหภูมิเหลอื ประมาณ 50-55 องศาเซลเซียส เอนไซม์ DNA พอลิเมอเรส โดยใช้อุณหภูมิประมาณ 70-75 องศา เซลเซียส

การสรา้ งสิ่งมีชวี ิตดดั แปรพันธกุ รรม 1 การสร้างพืชดัดแปรพนั ธุกรรม การตัดต่อยีนที่สามารถแสดงออกลักษณะที่ต้องการให้กับพืช เช่น ยีนต้านทานโรค ยีนต้านทานภัยแล้ง ยีนชะลอการสุก โดยใช้พลาสมิด Ti จากแบคทีเรีย Agrobacterium tumefaciens ท่ีสามารถแทรกยีน หรือช้ินส่วน DNA ท่ีมีการแสดงออกลักษณะที่ต้องการให้กับโครโมโซมของเซลล์พืช ทาให้พืชมีการ แสดงออกลกั ษณะของยนี นั้นๆ เรียกพชื เหล่าน้ีวา่ พชื ดดั แปรพนั ธธุกรรม (transgenic plant)

การสร้างพืชดัดแปรพันธกุ รรม แบคทเี รีย A.tumefaciens การเพาะเล้ยี งเนื้อเยื่อ Ti พลาสมิดรคี อมบแิ นนท์ 76 พลาสมิด 1 3 4 5 ยนี ท่สี นใจ Ti พลาสมดิ รคี อมบแิ นนท์ โครโมโซมของเซลล์พืช 2 แยกพลาสมิดออกจากเซลล์แบคทีเรีย A. tumefaciens และ 3 นาชิ้นส่วน DNA แทรกเข้าไปใน DNA ของพลาสมิด ได้เป็น 6 เพ่ิมจานวนเซลล์พืช โดยอาศัยเทคนิคการเพาะเลี้ยงเน้ือเยื่อ Ti พลาสมดิ รีคอมบิแนนท์ (Ti plasmid recombinant) (tissue culture) 1 ตัดช้ินสว่ น DNA โดยใชเ้ อนไซม์ตัดจาเพาะ 4 ใส่ Ti พลาสมดิ รคี อมบแิ นนท์ เขา้ สเู่ ซลล์แบคทเี รยี แยก DNA จากส่ิงมีชีวิตที่มียีนท่ีสนใจ และตัดช้ินส่วน DNA A. tumefaciens อกี คร้ัง 2 โดยใช้เอนไซม์ตัดจาเพาะชนิดเดียวกับท่ีใช้ตัดชิ้นส่วน DNA 5 นาไปเลี้ยงร่วมกบั เซลล์พืช ซึ่งแบคทเี รยี จะแทรก Ti พลาสมิด 7 พืชต้นใหม่จะประกอบด้วยยีนจากสิ่งมีชีวิตที่ต้องการ ซึ่งจะ ของพลาสมิด รีคอมบแิ นนท์ เข้าสู่โครโมโซมของเซลลพ์ ืช แสดงลักษณะหรอื คุณสมบตั ขิ องยนี นั้น

การนามาประยุกตใ์ ชป้ ระโยชน์ เพ่ือให้พืชผลิตสารหรอื แสดงลักษณะตามตอ้ งการออกมา เช่น การตัดต่อยนี ต้านทานโรคใบดา่ งจดุ วงแหวนใหก้ ับมะละกอ การตดั ตอ่ ยนี สร้างวติ ามินเอให้กบั ข้าว การตัดต่อยนี ยดื อายใุ ห้กบั มะเขอื เทศ

2 การสรา้ งสตั ว์ดัดแปรพันธุกรรม การตัดต่อยีนท่ีสามารถแสดงออกลักษณะท่ีต้องการให้กับสัตว์ เช่น หมูมีไขมันต่า วัวผลิตน้านมมากข้ึน แต่จะมีลักษณะแตกต่างจากการสร้างพืชดัดแปรพันธุกรรม เนื่องจากสัตว์มีศักยภาพในการรับยีนจาก ภายนอกได้น้อยกวา่ พืช จึงอาศัยการฉีดยนี เข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์ไข่ เพื่อให้ยีนดังกล่าวแทรกเข้าสู่ จีโนมของนิวเคลียส และแสดงออกตามต้องการได้ แล้วทาการปฏิสนธิในหลอดทดลอง (in vitro fertilization) แล้วจึงถ่ายฝากเข้าเข้าสู่ตัวแม่ เพ่ือให้เจริญเป็นลูกตัวใหม่ที่มียีนท่ีต้องการอยู่ เรียกสัตว์ เหล่านี้ว่า สตั ว์ดดั แปรพันธกุ รรม (transgenic animal)

การสรา้ งสัตวด์ ัดแปรพันธกุ รรม 1 เซลลไ์ ข่ 2 1 โคลนยีนทตี่ อ้ งการจากสิง่ มชี วี ิตท่ีทาหนา้ ท่ีเป็นผใู้ ห้ 2 แยกเซลลไ์ ข่ออกจากเพศเมียซงึ่ ทาหนา้ ทีเ่ ป็นผรู้ บั ยนี ผู้รบั 3 ฉีดยนี ทีต่ อ้ งการเข้าไปในนิวเคลยี สของเซลล์ไข่ 3 4 4 ทาการปฏิสนธใิ นหลอดทดลอง (in vitro fertilization) นิวเคลยี สของเซลล์ไข่ การปฏสิ นธใิ นหลอดทดลอง 5 นาเซลล์ไข่ท่ีผ่านการปฏิสนธิในหลอดทดลอง และมียีนท่ีต้องการใส่กลับเข้าไป ในเพศเมียซงึ่ เปน็ ผรู้ บั 65 6 ตัวอ่อนเกิดการพัฒนาได้อย่างสมบูรณ์ และเม่ือคลอดออกมาจะสามารถแสดง ลักษณะหรือคณุ สมบตั ิของยีนนน้ั ได้

การนามาประยกุ ตใ์ ชป้ ระโยชน์ เพ่ือให้สตั ว์ผลติ สารหรือแสดงลกั ษณะตามตอ้ งการออกมา เช่น การตดั ต่อยนี เพือ่ ใหห้ มูมไี ขมันตา่ และมีเน้ือมากขน้ึ การตดั ต่อยีนเพ่อื ใหว้ ัวผลติ น้านมเรว็ และมากขึ้น

การประยุกต์ใชเ้ ทคโนโลยีทางดีเอน็ เอ การประยกุ ต์ใช้ในเชงิ นิติวทิ ยาศาสตร์ การประยุกตใ์ ชใ้ นเชงิ การแพทย์ • ตรวจหาผู้กระทาผดิ ในคดีอาญชญากรรม • ตรวจสอบความสัมพนั ธท์ างสายเลอื ด • การวินจิ ฉัยโรค • การบาบดั ด้วยยีน การประยกุ ต์ใช้ในด้านสงิ่ แวดลอ้ ม • การสรา้ งผลิตภัณฑท์ างเภสัชกรรม • การสรา้ งสง่ิ มชี วี ติ ดัดแปรพนั ธกุ รรมทีส่ ามารถยอ่ ย การประยกุ ตใ์ ชใ้ นเชงิ การเกษตร สลายสารพษิ ตกคา้ งในสง่ิ แวดลอ้ ม • การสร้างพชื และสตั ว์ดัดแปรพันธุกรรม ท่ีมลี กั ษณะ หรอื คุณสมบัติตามต้องการ การประยุกต์ใช้ในเชงิ อตุ สาหกรรม • การสร้างส่ิงมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมที่ใช้ใน อุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น อุตสาหกรรม อาหาร เครอื่ งดืม่ และยา

สรุป เทคโนโลยชี วี ภำพ (Biotechnology) เป็นการใช้เทคโนโลยีเพื่อทาให้สง่ิ มีชวี ติ หรอื องคป์ ระกอบของ สิง่ มีชวี ติ มสี มบตั ิตามตอ้ งการในอดตี เริ่มมีการใชเ้ ทคโนโลยชี วี ภาพต้งั แตก่ ารทีม่ นษุ ยใ์ ช้จลุ ินทรยี ์ในการหมัก แอลกอฮอล์ ปลารา้ การทาซีอว้ิ การทาเต้าเจย้ี ว ตลอดจนการพฒั นาปรบั ปรงุ พนั ธ์ุพชื และพนั ธุ์สตั วช์ นิดต่างๆ โดยใช้ ความรูท้ างเทคโนโลยชี ีวภาพ การใชเ้ ทคโนโลยเี กย่ี วกับ DNA เพ่ือสร้างรคี อมบแิ นนท์ DNA ในหลอดทดลอง หรอื ท่ีเรียกว่า พนั ธุวศิ วกรรม(genetic engineering) น้นั ก่อให้เกดิ การประยุกต์ใชอ้ ย่างมากมายหลากหลายดา้ น ทง้ั ทางด้าน เกษตรกรรม การแพทย์ ตลอดจนการใช้ประโยชน์ทางสงั คม โดยมบี ทบาทในการตรวจสอบอาชญากรรมตา่ ง ๆ ท่ี เกิดขึน้ แต่ส่ิงสาคัญทกี่ อ่ ให้เกิดประโยชน์อย่างมหาศาลต่อสังคมคอื การประยกุ ตใ์ ชเ้ ทคโนโลยเี กี่ยวกับ DNA น้ี ในการ วิจยั เก่ยี วกบั ความเป็นไปของสิ่งมีชวี ิตชนดิ ตา่ ง ๆ ซ่งึ ในอดีตไม่สามารถหาคาตอบทช่ี ดั เจนได้การใช้เทคโนโลยีดังกลา่ ว ในการศกึ ษาจโี นมของสงิ่ มชี ีวติ ชนดิ ตา่ งๆไม่วา่ จะเป็นแบคทีเรีย พืช สัตว์ รวมทง้ั มนษุ ย์ เป็นความหวังวา่ จะทาให้เรา เข้าใจกลไกการดารงชีวติ ของสงิ่ มีชวี ติ ตา่ ง ๆ ได้ดีข้ึน และนาไปสกู่ ารดารงชีวิตอยรู่ ่วมกันไดด้ ีย่งิ ขึ้นในอนาคต

แบบทดสอบ คำชแ้ี จง : ให้นักเรยี นตรวจสอบความเขา้ ใจ โดยพจิ ารณาขอ้ ความตอ่ ไปนี้ว่าถูกหรอื ผิด ……….. 1. การตัดต่อยนี จากส่งิ มชี วี ิตจะใช้เอนไซมต์ ดั จาเพาะตดั ยนี ทีส่ นใจ แลว้ นาไปเช่อื มตอ่ กับสาย DNA ของ ส่งิ มีชีวิตโดยใช้เอนไซม์ Ligase ……….. 2. การโคลนโดยอาศยั พลาสมดิ ของแบคทีเรียมีความเร็วกว่าการโคลนยีนโดย PCR เน่ืองจากแบคทเี รีย สามารถเพิ่มจานวนไดอ้ ยา่ งรวดเรว็ ……….. 3. สตั วม์ ศี กั ยภาพในการรับยีนจากภายนอกมากกวา่ พืช จงึ สามารถสรา้ งสัตวด์ ัดแปรพนั ธกุ รรมไดง้ ่ายกวา่ พืชดดั แปรพนั ธุกรรม ……….. 4. การบาบัดด้วยยนี จะทากับเซลลไ์ ขกระดูกหรือเซลล์ตน้ กาเนิดเมด็ เลอื ดแดง เนื่องจากเป็นเซลลท์ ม่ี ี ความสามารถในการแบ่งเซลลต์ ลอดชีวิต ……….. 5. ลายพิมพ์ DNA ของแต่ละบุคคลมลี าดับนิวคลโี อไทด์ต่างกันจงึ ถูกนามาใช้ระบเุ อกลักษณข์ องแตล่ ะ บุคคลได้

แหล่งอา้ งองิ https://sites.google.com/site/biologyroom610/dna-technology/dna- technology4 https://www.scribd.com/doc/134518378/%E0%B9%80%E0%B8%A3%E0 %B8%%B5-DNA http://www.trueplookpanya.com/learning/detail/23961 https://sites.google.com/site/uthaiwan5481136313/bth-thi3-sar-khemi- ni-sell-sing-mi-chiwit

ผู้จดั ทา นางสาวทศั หทยั ใจชนะ รหสั นักศกึ ษา 61941900508 สาขาประกาศนียบตั รวชิ าชพี ครู ปกี ารศึกษา 2561 คณะครศุ าสตร์ มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั ลาปาง