(คู่มือ) หนังสือเรียนสสวท เพิ่มเติมชีววิทยา2

ชีววทิ ยา เล่ม 2 บทท่ี 6 | เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ 139 สาระส�ำ คญั ในปจั จบุ นั มกี ารใชเ้ ทคโนโลยที างดเี อน็ เอในดา้ นตา่ ง ๆ เชน่ ใชเ้ ทคนคิ พนั ธวุ ศิ วกรรมตดั ตอ่ และ ถ่ายยีนที่ต้องการจากส่ิงมีชีวิตหนึ่งไปยังสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง ได้เป็นส่ิงมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม การสรา้ งสิ่งมีชวี ติ ดัดแปรพนั ธกุ รรมสามารถท�ำ ได้ทงั้ ในจลุ ินทรีย์ พืช และสัตว์ การเพ่ิมจำ�นวนของ DNA ที่เหมือน ๆ กันน้ันเรียกว่า การโคลนดีเอ็นเอและถ้า DNA บริเวณ ดังกล่าวเป็นยีนเรียกว่า การโคลนยีน การเพิ่มจำ�นวน DNA อาจทำ�ได้โดยใช้พลาสมิดของแบคทีเรีย และเทคนิคพอลิเมอเรสเชนรแี อกชนั หรอื PCR การโคลนยีนโดยใช้พลาสมิดของแบคทีเรียเพื่อสร้างดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ อาจทำ�ได้โดยใช้ เอนไซม์ตัดจ�ำ เพาะตดั สาย DNA ทีม่ ยี นี ทีต่ ้องการและตัดพลาสมิดท่ีจดุ ตัดจำ�เพาะ เม่ือตัดสาย DNA ต่างโมเลกลุ กนั ดว้ ยเอนไซม์ตดั จ�ำ เพาะชนิดเดียวกัน ปลายสาย DNA จะมลี ำ�ดบั เบสทเ่ี ขา้ คกู่ ันได้ และ เชื่อมต่อกันได้ด้วยเอนไซม์ดีเอ็นเอไลเกสทำ�ให้ได้เป็นดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ จากนั้นถ่ายดีเอ็นเอ รีคอมบิแนนท์เข้าสู่เซลล์เจ้าบ้านเพ่ือเพิ่มจำ�นวน การเพิ่มจำ�นวน DNA ด้วยเทคนิค PCR สามารถ เพม่ิ ปรมิ าณของ DNA บริเวณทต่ี อ้ งการจากดีเอ็นเอแม่แบบที่มปี รมิ าณนอ้ ยผ่านกระบวนการจำ�ลอง ดเี อ็นเอซำ�้ กนั หลาย ๆ รอบในหลอดทดลอง ผลติ ภณั ฑ์ DNA ที่ไดจ้ าก PCR สามารถตรวจสอบผลการเพ่มิ ปริมาณ DNA และหาขนาดของ โมเลกลุ DNA ดว้ ยวธิ เี จลอเิ ลก็ โทรฟอรซี สิ ซง่ึ เปน็ เทคนคิ การแยกโมเลกลุ DNA ทม่ี ขี นาดแตกตา่ งกนั ในสนามไฟฟา้ ผ่านตัวกลางทเี่ ป็นวนุ้ แลว้ เปรยี บเทยี บกับการเคลอ่ื นทขี่ องโมเลกลุ ดีเอน็ เอมาตรฐานท่ี ทราบขนาด และสามารถวเิ คราะหห์ าล�ำ ดบั นวิ คลโี อไทดด์ ว้ ยเครอ่ื งหาล�ำ ดบั นวิ คลโี อไทดแ์ บบอตั โนมตั ิ เทคโนโลยที างดเี อน็ เอ สามารถน�ำ ไปประยกุ ตใ์ ชใ้ นดา้ นการแพทยใ์ นการวนิ จั ฉยั โรค และใชใ้ น การสร้างผลิตภัณฑ์ทางเภสัชกรรม การประยุกต์ในด้านการเกษตรในการสร้างพืชหรือสัตว์ท่ีมีสมบัติ ตามต้องการ รวมท้ังประยกุ ต์ใช้ในดา้ นอุตสาหกรรมและสิง่ แวดลอ้ ม ในด้านนิติวทิ ยาศาสตรส์ ามารถ ใช้ลายพิมพ์ดีเอ็นเอในการพิสูจน์ตัวบุคคลและหาความสัมพันธ์ทางสายเลือด อย่างไรก็ตามการใช้ เทคโนโลยที างดีเอน็ เอต้องคำ�นึงถงึ ความปลอดภัยทางชวี ภาพและชวี จริยธรรม สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

140 บทท่ี 6 | เทคโนโลยที างดีเอน็ เอ ชวี วทิ ยา เล่ม 2 เวลาทใ่ี ช้ 5.0 ชัว่ โมง บทน้คี วรใช้เวลาสอนประมาณ 12 ชว่ั โมง 1.0 ชั่วโมง 6.1 พันธวุ ิศวกรรมและการโคลนยนี 4.0 ชัว่ โมง 6.2 การหาขนาดของ DNA และการหาล�ำ ดบั นวิ คลโี อไทด ์ 2.0 ชว่ั โมง 6.3 การประยุกตใ์ ช้เทคโนโลยที างดีเอน็ เอ 6.4 เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอกบั ความปลอดภัยทางชีวภาพ 12.0 ชั่วโมง และชีวจรยิ ธรรม รวม เฉลยตรวจสอบความรูก้ อ่ นเรียน 1. พอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายที่มาเข้าคู่กันใน DNA จะมีทิศทางตรงกันข้าม และมี ล�ำ ดบั เบสเปน็ คู่สม 2. การจ�ำ ลองดเี อน็ เอจะใชเ้ อนไซมด์ เี อน็ เอพอลเิ มอเรสและ DNA แตล่ ะสายเปน็ แมแ่ บบ 3. การสรา้ ง DNA สายใหม่ จะสรา้ งจาก 5′ ไป 3′ โดยนวิ คลโี อไทดจ์ ะเตมิ ทป่ี ลาย 3′ ของ สายใหม่เสมอ 4. โครโมโซมของลูกมี 2 ชุด โดยได้รับโครโมโซม 1 ชุดจากพ่อและ 1 ชุดจากแม่ จึง สามารถหาความสัมพันธข์ องพ่อแม่ลกู ได้ 5. ส่ิงมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมเกิดจากมนุษย์นำ�ยีนจากส่ิงมีชีวิตชนิดหนึ่งใส่ให้กับ ส่ิงมชี วี ิตอีกชนดิ หน่ึง เพือ่ ให้ได้สิง่ มชี วี ิตท่ีมลี กั ษณะตามต้องการ 6. สงิ่ มชี วี ติ ดดั แปรพนั ธกุ รรมมปี ระโยชนม์ ากมาย การน�ำ ไปใชจ้ งึ ไมจ่ �ำ เปน็ ตอ้ งค�ำ นงึ ถงึ ผลกระทบดา้ นสิ่งแวดล้อม 7. ส่ิงมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด จึงห้ามจำ�หน่าย สิ่งมีชีวิตดัดแปรพนั ธกุ รรมทย่ี ังมชี วี ิตในทกุ ประเทศ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชวี วทิ ยา เลม่ 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ 141 แนวการจดั การเรียนรู้ ครนู ำ�เข้าสู่บทเรยี น โดยให้นักเรยี นศกึ ษาภาพน�ำ บทแล้วถามนกั เรยี นวา่ ปลาม้าลายเรอื งแสง ไดอ้ ยา่ งไร และนกั วทิ ยาศาสตรส์ รา้ งปลามา้ ลายเรอื งแสงเพอ่ื อะไร นกั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายโดยใช้ ข้อมูลจากคำ�บรรยายใต้ภาพเพื่อให้ได้ข้อสรุปว่า ปลาม้าลายเรืองแสงเกิดจากการใช้เทคนิค พนั ธวุ ศิ วกรรมเคลอื่ นยา้ ยยนี ทสี่ รา้ งโปรตนี เรอื งแสงจากแมงกะพรนุ หรอื ดอกไมท้ ะเลใสใ่ หป้ ลามา้ ลาย จุดประสงค์ของการทำ�วิจัยปลาเรืองแสงคือ เพ่ือใช้ตรวจสอบคุณภาพนำ้�ของแหล่งนำ้�โดยการ ดัดแปรพันธุกรรมปลาม้าลายให้สร้างโปรตีนเรืองแสงเมื่อถูกกระตุ้นด้วยสารพิษชนิดต่าง ๆ แต่ ในปัจจบุ นั มปี ลามา้ ลายทเี่ รอื งแสงไดต้ ลอดเวลาและนำ�มาเล้ียงเป็นปลาสวยงาม จากนน้ั ทบทวนความรเู้ ดมิ ของนกั เรยี นเรอื่ งสง่ิ มชี วี ติ ดดั แปรพนั ธกุ รรม (GMOs) โดยใชค้ �ำ ถาม และภาพถ่ายของ GMOs ประกอบการอภปิ ราย ครูต้ังค�ำ ถามดังน้ี ตัวอย่าง GMOs ทน่ี ักเรยี นรูจ้ กั มอี ะไรบา้ ง และมลี กั ษณะตา่ งจากสิง่ มชี วี ติ ท่วั ไปอยา่ งไร นกั เรียนตอบค�ำ ถามโดยใชค้ วามรู้เดิม เชน่ - พชื ท่ีสร้างสารทเ่ี ปน็ พิษตอ่ แมลงได้ เชน่ ข้าวโพด BT และฝา้ ย BT ทสี่ ร้างโปรตนี ท่เี ปน็ พิษ ต่อแมลง เม่ือแมลงกินเขา้ ไปจะตาย - พชื ทีท่ นสารพษิ ได้ เชน่ ถว่ั เหลอื งทีท่ นตอ่ สารเคมีฆ่าวชั พืช - พชื ท่ีเก็บไดน้ านข้นึ เชน่ มะเขอื เทศดัดแปรพันธุกรรมที่สุกชา้ - สตั วท์ ่เี จริญเติบโตเรว็ เชน่ ปลาแซลมอนดัดแปรพันธุกรรมท่เี จริญเรว็ กวา่ แซลมอนปกติ - แบคทีเรียที่สร้างอินซูลิน สามารถนำ�อินซูลินมาใช้ลดระดับน้ำ�ตาลในเลือดในผู้ป่วย โรคเบาหวาน นักเรียนทราบหรือไม่ว่า ผลิตภัณฑ์ท่ีเกี่ยวข้องกับชีวิตประจ�ำ วันหลายชนิดมี GMOs เป็น สว่ นประกอบ และทราบได้อยา่ งไร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

142 บทที่ 6 | เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ ชีววิทยา เล่ม 2 นักเรียนอาจจะทราบหรอื ไมก่ ็ได้ ตัวอย่างผลติ ภัณฑท์ ่ีนักเรยี นอาจรู้จกั เชน่ - อาหารกระปอ๋ งทมี่ ี GMOs เปน็ สว่ นประกอบ โดยดจู ากฉลากบนกระปอ๋ ง ดงั รปู 6.1 อยา่ งไร ก็ตาม ผลิตภัณฑ์บางชนิดอาจมี GMOs เป็นส่วนประกอบแต่ไม่ได้แจ้งไว้ที่ฉลากของ ผลติ ภัณฑ์ - วคั ซนี ป้องกันไวรัสตบั อกั เสบชนดิ B - อินซลู นิ สำ�หรับผปู้ ่วยโรคเบาหวาน Milk chocolate (sugar, chocolate, Ingredients: water, tomato puree (water, tomato paste), cocoa butter, skim milk, lactose, high fructose corn syrup, cheddar cheese, vegetable oil milkfat, soy lecithin, salt) peanut, (corn, canola and/or soybean) skim milk, citric acid cornstarch, corn syrup, dextrin Allergy information: contains Partially produced with genetic engineering peanut, milk and soy, may contain tree nuts Salad dressing Ingredients: water, vegetable oils (contains genetically Partially produced with modified soybean oil), sugar, vinegar, modified starch, genetic engineering wheat starch, salt, mustard, egg yolk, thickener, acids, preservatives, colors, antioxidant รูป 6.1 ฉลากทรี่ ะบุว่า มี GMOs เป็นส่วนประกอบ จากน้ันเพ่ือให้นักเรียนเข้าใจถึงเหตุผลของการสร้างส่ิงมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม ครูอาจนำ�รูป ขา้ วโพดหรอื พชื อนื่  ๆ ทเี่ ปน็ พนั ธดุ์ งั้ เดมิ และพนั ธท์ุ ป่ี รบั ปรงุ แลว้ มาใหน้ กั เรยี นศกึ ษา แลว้ ถามนกั เรยี นวา่ ในเม่ือมีการปรับปรุงพันธุ์พืชเพื่อให้ได้พันธุ์ท่ีดีขึ้นแล้ว เพราะเหตุใดจึงมีการสร้างข้าวโพด ดัดแปรพนั ธกุ รรม นกั เรียนอาจตอบไดห้ ลากหลายขนึ้ กบั ความรเู้ ดมิ ซง่ึ ครคู วรชแี้ จงเพมิ่ เตมิ วา่ การปรับปรงุ พนั ธุ์ พืชและสัตว์โดยใช้วิธีคัดเลือกพ่อแม่พันธุ์ที่มีลักษณะท่ีต้องการ เช่น การปรับปรุงพันธุ์ข้าวโพดจาก พอ่ แมพ่ นั ธุท์ ี่มลี ักษณะดังน้ี ต้นพอ่ พันธุ์ ต้นแม่พันธุ์ ต้นสงู ฝกั ใหญ่ หวานน้อย ทนแล้ง ต้นเต้ยี ฝักเล็ก หวานมาก ไมท่ นแล้ง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชวี วทิ ยา เลม่ 2 บทท่ี 6 | เทคโนโลยที างดเี อ็นเอ 143 ในการปรบั ปรงุ พนั ธพ์ุ ชื นน้ั ตอ้ งการใหไ้ ด้ ตน้ เตยี้ เพอื่ ใหเ้ กบ็ เกย่ี วงา่ ย ฝกั ใหญเ่ พอื่ ใหผ้ ลผลติ สงู หวานมากทำ�ใหร้ สดีขึ้นกวา่ เดิม และทนแลง้ เพ่ือปลกู ในฤดแู ล้งได้ เมื่อผสมพันธ์ุกันแล้วจะได้ลูกท่ีมีลักษณะท่ีหลากหลาย เป็นไปตามกฎแห่งการแยกและ กฎแหง่ การรวมกลมุ่ อยา่ งอสิ ระดงั ทไ่ี ดเ้ รยี นมาแลว้ ซง่ึ อาจจะไดล้ กู ทม่ี ลี กั ษณะตามตอ้ งการและลกั ษณะ ทไี่ มต่ อ้ งการอยรู่ ว่ มกนั การจะคดั เลอื กลกู ทมี่ ลี กั ษณะตามตอ้ งการไดท้ งั้ หมดนนั้ ตอ้ งใชร้ ะยะเวลานาน เนื่องจากต้องมีการผสมกันหลายรุ่น เพื่อคัดเลือกยีนท่ีควบคุมลักษณะท่ีต้องการไว้ นอกจากน้ีการ ปรับปรุงพันธ์ุพืชด้วยวิธีนี้ จะทำ�ได้ก็ต่อเมื่อพ่อแม่พันธุ์เป็นส่ิงมีชีวิตสปีชีส์เดียวกันหรือใกล้เคียงกัน เพอื่ ใหส้ ามารถผสมพนั ธกุ์ นั ได้ ไมส่ ามารถน�ำ สง่ิ มชี วี ติ สปชี สี อ์ น่ื ทมี่ ลี กั ษณะทตี่ อ้ งการมาผสมพนั ธด์ุ ว้ ยได้ ในปัจจุบันท่ีเทคโนโลยีทางดีเอ็นเอมีการพัฒนาไปอย่างมาก สามารถคัดเลือกยีนที่ควบคุม ลักษณะที่ต้องการจากจุลินทรีย์ พืช สัตว์ และมนุษย์ แล้วนำ�ยีนน้ันถ่ายเข้าสู่สิ่งมีชีวิตที่ต้องการ ปรับแต่งยีนใหม่ให้มีลักษณะตามต้องการโดยการใช้เทคนิคพันธุวิศวกรรม นอกจากนี้ยังสามารถใช้ เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอในการศึกษายีนที่ควบคุมลักษณะต่าง ๆ และการใช้เครื่องหมายโมเลกุลมา ชว่ ยในการปรับปรุงพันธุพ์ ชื เพอ่ื ลดระยะเวลาได้อกี ด้วย ซึง่ จะได้ศึกษาในบทเรยี นน้ี ครูตงั้ ค�ำ ถามเพอ่ื น�ำ เข้าสู่เนื้อหา ดงั นี้ พันธวุ ศิ วกรรมมกี ระบวนการอยา่ งไร และสามารถนำ�มาใชป้ ระโยชนอ์ ะไรได้บา้ ง นกั เรยี นอภปิ รายรว่ มกนั ซงึ่ ค�ำ ตอบขนึ้ อยกู่ บั ความรเู้ ดมิ ของนกั เรยี น ซง่ึ อาจจะถกู หรอื ไมก่ ต็ าม ครูยังไม่สรุปเพื่อให้นักเรียนได้ศึกษารายละเอียดจากหนังสือเรียนในหัวข้อพันธุวิศวกรรมและ การโคลนยีน และสบื ค้นขอ้ มลู จากแหลง่ เรยี นรูอ้ ืน่  ๆ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

144 บทท่ี 6 | เทคโนโลยีทางดเี อ็นเอ ชวี วทิ ยา เลม่ 2 6.1 พนั ธุวศิ วกรรมและการโคลนยีน จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. สืบค้นข้อมูลและอธิบายหลักการสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมและการสร้างดีเอ็นเอ รีคอมบแิ นนท์ 2. สบื คน้ ขอ้ มลู อภปิ ราย และอธบิ ายการโคลนยนี โดยอาศยั พลาสมดิ ของแบคทเี รยี และเทคนคิ PCR แนวการจดั การเรียนรู้ ครนู �ำ ภาพของสง่ิ มชี วี ติ ดดั แปรพนั ธกุ รรมชนดิ ตา่ ง ๆ และแหลง่ ของยนี ทนี่ �ำ มาใสใ่ นสง่ิ มชี วี ติ นน้ั มาให้นักเรียนศึกษา เช่น แบคทีเรียที่สร้างอินซูลินท่ียีนควบคุมการสร้างอินซูลินได้มาจากมนุษย์ ข้าวโพด BT ท่ยี ีนควบคมุ การสรา้ งสารพิษไดม้ าจากแบคทเี รีย Bacillus thuringiensis หนูเรอื งแสง ท่ียีนสร้างโปรตีนเรืองแสงได้มาจากแมงกะพรุน แล้วร่วมกันอภิปรายเพ่ือสรุปว่า การสร้างส่ิงมีชีวิต ดัดแปรพันธุกรรมสามารถทำ�ได้ท้ังในจุลินทรีย์ พืช และสัตว์ และแหล่งของยีนท่ีนำ�มาใช้ก็สามารถ ไดม้ าจากทั้งจลุ ินทรีย์ พชื สัตว์ และมนุษย์ ครูชี้แจงเพ่ิมเติมว่า การสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมมีหลายวิธี ในบทเรียนนี้จะกล่าวถึง เฉพาะการใช้เทคนิคพันธุวิศวกรรมสร้างดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ แล้วนำ�ไปใส่ในแบคทีเรียท่ีเป็น เซลลเ์ จา้ บา้ นเพื่อใหเ้ พม่ิ จำ�นวน เรียกวา่ การโคลนยีนโดยใช้พลาสมิดของแบคทีเรีย และนอกจากจะ โคลนยีนในส่ิงมีชวี ิตแลว้ ยงั สามารถโคลนยนี ในหลอดทดลองได้อีกดว้ ย 6.1.1 การโคลนยีนโดยใชพ้ ลาสมิดของแบคทเี รยี ครนู �ำ เขา้ สบู่ ทเรยี นโดยสอบถามความรเู้ ดมิ เกย่ี วกบั เซลลแ์ บคทเี รยี ทมี่ โี ครโมโซมและพลาสมดิ เป็นสารพันธุกรรมภายในเซลล์ และภาพพลาสมิดที่มียีนต้านยาปฏิชีวนะและบริเวณที่เป็น ต�ำ แหน่งตัดของเอนไซมต์ ัดจ�ำ เพาะ จากนัน้ ให้นกั เรยี นอภิปรายโดยใชค้ �ำ ถามดังนี้ การโคลนยนี โดยอาศยั พลาสมิดของแบคทีเรียคืออะไรและมขี น้ั ตอนอย่างไร เพราะเหตุใดจึงใช้พลาสมดิ ทม่ี ียนี ตา้ นยาปฏิชีวนะในการสรา้ งดเี อ็นเอรคี อมบแิ นนท์ เพราะเหตุใดพลาสมดิ จงึ ต้องมีบรเิ วณทีเ่ ปน็ ต�ำ แหน่งตดั ของเอนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะ ครอู าจใหน้ กั เรยี นดวู ดี ทิ ศั นเ์ กย่ี วกบั การโคลนยนี โดยใชพ้ ลาสมดิ ของแบคทเี รยี และใหน้ กั เรยี น สืบค้นจากหนังสือเรียนเพ่ือร่วมกันวิเคราะห์และอภิปรายเพ่ือให้ได้ข้อสรุปว่า การโคลนยีนโดยใช้ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชีววิทยา เล่ม 2 บทท่ี 6 | เทคโนโลยีทางดีเอน็ เอ 145 พลาสมิดของแบคทีเรีย เป็นการเพิ่ม DNA ท่ีต้องการโดยอาศัยพลาสมิดเป็นดีเอ็นเอพาหะนำ�ยีน เขา้ สเู่ ซลลแ์ บคทเี รยี และน�ำ แบคทเี รยี ไปเลย้ี งเพอ่ื เพม่ิ จ�ำ นวน พลาสมดิ ทม่ี ยี นี ทต่ี อ้ งการจะเพม่ิ จ�ำ นวนดว้ ย ครูอาจขยายความรูเ้ พ่มิ เติมใหก้ ับนกั เรยี นว่า พลาสมิดท่ใี ชเ้ ป็นเวกเตอร์ มีสมบตั ิดังนี้ 1. มจี ุดเรมิ่ ตน้ ของการจำ�ลองดีเอ็นเอเพ่ือใหส้ ามารถเพ่มิ จ�ำ นวนไดด้ ว้ ยตวั เอง 2. มียีนสำ�หรบั คดั เลอื กในเซลลเ์ จา้ บ้าน เช่น ยนี ตา้ นทานยาปฏิชวี นะ 3. มบี รเิ วณทเ่ี ปน็ ต�ำ แหนง่ ตดั ของเอนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะหลายชนดิ ส�ำ หรบั แทรก DNA หรอื ยนี ที่ ตอ้ งการ การใช้พลาสมิดท่ีมียีนต้านยาปฏิชีวนะในการสร้างดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์น้ัน เพื่อใช้เป็น เคร่ืองหมายในการคัดเลือกเซลล์ เมื่อนำ�เซลล์แบคทีเรียไปเล้ียงในอาหารเล้ียงเชื้อท่ีมียาปฏิชีวนะ เซลล์แบคทีเรียท่ีได้รับพลาสมิดเท่านั้นท่ีจะเจริญได้ ส่วนเซลล์ที่ไม่มีพลาสมิดจะตายไป ครูอาจให้ ความรูเ้ พิ่มเตมิ ว่า เซลลแ์ บคทีเรียทีน่ ิยมใชใ้ นการโคลน คอื Escherichia coli เน่อื งจากเพาะเลย้ี งงา่ ย เพิ่มจำ�นวนได้รวดเร็วภายในเวลาไม่ก่ีชั่วโมง เป็นแบคทีเรียท่ีมีการศึกษามานานและมีการพัฒนา สายพนั ธุ์ใหเ้ หมาะสมในการท่จี ะรบั เวกเตอร์เข้ามาในเซลล์ การโคลนยีนโดยใช้พลาสมิดของแบคทีเรียมี 3 ข้ันตอน คือ การตัดสาย DNA ด้วยเอนไซม์ ตัดจำ�เพาะ การเชื่อมสาย DNA ต่างโมเลกุลด้วยเอนไซม์ดีเอ็นเอไลเกส และการถ่ายดีเอ็นเอ รคี อมบแิ นนทเ์ ขา้ สเู่ ซลล์แบคทีเรยี ครใู หน้ กั เรยี นสบื คน้ เกยี่ วกบั เอนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะในตาราง 6.1 จากหนงั สอื เรยี นหรอื แหลง่ เรยี นรู้ ตา่ ง ๆ โดยมปี ระเดน็ การอภิปรายดงั นี้ เอนไซม์ตดั จ�ำ เพาะไดม้ าจากสงิ่ มีชีวิตพวกใด เอนไซม์ตัดจำ�เพาะมีความจำ�เพาะในการตัดสาย DNA อย่างไร และเอนไซม์แต่ละชนิด แตกต่างกันหรอื ไม่ อยา่ งไร ตำ�แหน่งการตัดของเอนไซม์ตัดจำ�เพาะท่ีทำ�ให้เกิดปลายทู่และปลายเหนียวแตกต่างกัน อยา่ งไร เอนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะชนดิ เดยี วกนั สามารถตดั สาย DNA ไดท้ ง้ั ปลายเหนยี วและปลายทหู่ รอื ไม่ จากการสืบค้นและการอภิปรายนักเรียนควรสรุปได้ว่า เอนไซม์ตัดจำ�เพาะได้มาจากแบคทีเรีย ท�ำ หนา้ ทตี่ ดั สาย DNA ตรงล�ำ ดบั เบสจ�ำ เพาะ สว่ นใหญเ่ อนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะทนี่ ยิ มน�ำ มาใชใ้ นการโคลน ดีเอ็นเอจะมีลำ�ดับเบสท่ีเป็นบริเวณจดจำ�ส้ัน ๆ และมีจุดตัดจำ�เพาะอยู่ในลำ�ดับเบสเหล่าน้ี ดังน้ัน เอนไซม์ตัดจำ�เพาะแต่ละชนิดจะมีลำ�ดับเบสท่ีเป็นบริเวณจดจำ�และจุดตัดจำ�เพาะท่ีแตกต่างกัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

146 บทท่ี 6 | เทคโนโลยที างดีเอน็ เอ ชีววิทยา เลม่ 2 เช่น EcoRI มีลำ�ดับเบสที่เป็นบริเวณจดจำ� 6 คู่เบส และมีจุดตัดจำ�เพาะเป็น G↓AATTC คือ จดุ ตัดระหว่าง G และ A สว่ น HaeIII มลี ำ�ดบั เบสทเี่ ป็นบริเวณจดจำ� 4 คู่เบส และมีจุดตดั จำ�เพาะเปน็ GG↓CC คือ จุดตัดระหว่าง G และ C อย่างไรก็ตามมีเอนไซม์ตัดจำ�เพาะบางชนิดท่ีมีบริเวณจดจำ� และจดุ ตดั จ�ำ เพาะเหมือนกัน เชน่ XmaI และ XcyI เมื่อเอนไซม์ตัดจำ�เพาะตัดสาย DNA สายคู่ จะทำ�ให้เกิดปลายสายท่ีแตกต่างกันแล้วแต่ชนิด ของเอนไซม์ ถ้าตัดสาย DNA แล้วทำ�ให้เกิดปลายสายเดี่ยวที่มีนิวคลีโอไทด์ยื่นออกมา เรียกว่า ปลายเหนียว ถา้ เอนไซมต์ ัดจำ�เพาะมีจุดตัดอยู่ตรงกันท้งั สองสายของ DNA จะท�ำ ใหเ้ กดิ ปลายทู่ ครูขยายความรู้ให้กับนักเรียนว่า เอนไซม์ตัดจำ�เพาะชนิดเดียวกันจะตัดสาย DNA ที่ จุดตัดจำ�เพาะที่มีลำ�ดับเบสที่เป็นบริเวณจดจำ�เดียวกัน จึงสามารถใช้ตัดสาย DNA จากสิ่งมีชีวิต ทงั้ จุลนิ ทรีย์ พืช สัตว์ หรือ DNA ท่ไี ด้จากการสงั เคราะหข์ นึ้ เชน่ ผลิตภณั ฑ์ PCR คำ�ถามในหนังสือเรยี นมีแนวการตอบคำ�ถามดงั น้ี บรเิ วณจดจำ�ของเอนไซมต์ ดั จำ�เพาะแต่ละชนดิ มีจ�ำ นวนเบสเท่ากันหรอื ไม่ อย่างไร เอนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะแตล่ ะชนดิ อาจมจี �ำ นวนล�ำ ดบั เบสทเ่ี ปน็ บรเิ วณจดจ�ำ เทา่ กนั เชน่ EcoRI และ PstI หรอื ไม่เท่ากันก็ได้ เช่น EcoRI และ HaeIII การเรียงลำ�ดับเบสของ DNA แต่ละสายในบริเวณจดจำ�ของเอนไซม์ตัดจำ�เพาะมีลักษณะ ร่วมกันอยา่ งไร การเรียงล�ำ ดบั เบสในแต่ละสายจากปลาย 5’ ไปปลาย 3’ พบวา่ จะเหมือนกนั ทง้ั สองสาย เช่น 5’… G A A T T C …3’ 3’… C T T A A G …5’ ครูให้นักเรียนสืบค้นเกี่ยวกับการเชื่อมสาย DNA ด้วยเอนไซม์ดีเอ็นเอไลเกสจากหนังสือเรียน หรอื แหลง่ เรยี นรตู้ ่าง ๆ โดยมปี ระเดน็ การอภปิ รายดงั นี้ เอนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะทต่ี ดั สาย DNA ทมี่ ยี นี ทตี่ อ้ งการจากสง่ิ มชี วี ติ และเอนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะที่ ใชต้ ดั พลาสมดิ ควรเป็นชนดิ เดยี วกนั หรือไม่ อยา่ งไร ปลาย DNA ท่ถี ูกตดั ดว้ ยเอนไซมต์ ัดจ�ำ เพาะสามารถเชอ่ื มตอ่ กนั ได้อยา่ งไร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชีววิทยา เล่ม 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดีเอ็นเอ 147 ความรเู้ พิม่ เติมสำ�หรับครู การเรียกช่ือเอนไซม์ตัดจำ�เพาะใช้ระบบอักษร 3 ตัว พิมพ์ตัวเอน ตัวอักษรตัวแรกของ เอนไซม์ คอื อกั ษรตวั แรกของจนี สั แบคทเี รยี ทแ่ี ยกเอนไซมน์ นั้ ออกมา ใชอ้ กั ษรตวั ใหญต่ ามดว้ ย อักษร 2 ตัวแรกของชื่อที่ระบุสปีชีส์ (specific epithet) ของแบคทีเรียใช้อักษรตัวเล็ก ตอ่ ไปเปน็ สายพนั ธขุ์ องแบคทเี รยี ตวั สดุ ทา้ ยเปน็ เลขโรมนั แสดงล�ำ ดบั ของเอนไซมท์ แ่ี ยกไดจ้ าก แบคทเี รียดงั กล่าวซึง่ จะพมิ พต์ ัวตรง เชน่ EcoRI (อ่านว่า อีโคอารว์ ัน) ทไ่ี ดจ้ าก Escherichia coli RY13 E มาจาก Escherichia co มาจาก coli R มาจากสายพนั ธุ์ RY13 I มาจากลำ�ดบั ของเอนไซม์ตัดจ�ำ เพาะทแ่ี ยกได้จากแบคทเี รียสายพนั ธน์ุ ี้ PstI (อ่านว่า พเี อสทีวนั ) ท่ีได้จาก Providencia stuartii P มาจาก Providencia st มาจาก stuartii I มาจากล�ำ ดบั ของเอนไซมต์ ดั จำ�เพาะท่แี ยกได้จากแบคทเี รยี สายพันธน์ุ ้ี จากการสืบค้นและการอภิปรายนักเรียนควรสรุปได้ว่า ถ้าตัดสาย DNA ที่ต้องการโคลนและ พลาสมิดด้วยเอนไซม์ตัดจำ�เพาะชนิดเดียวกันที่ให้ปลายเหนียวจะทำ�ให้มีปลายสายเดี่ยวที่มีเบสคู่สม กันพอดี และสามารถนำ�มาเช่ือมต่อกันได้ด้วยเอนไซม์ดีเอ็นเอไลเกสท่ีสามารถเร่งปฏิกิริยา การสร้างพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ระหว่าง DNA 2 โมเลกุลให้เช่ือมต่อกันทำ�ให้ได้เป็นดีเอ็นเอ รคี อมบิแนนท์ ครูควรเน้นให้นักเรียนเชื่อมโยงได้ว่า การสร้างดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์เป็นเทคนิคการตัดและ เช่ือมต่อ DNA ต่างโมเลกุลเข้าด้วยกัน ซ่ึงเป็นเทคนิคพันธุวิศวกรรม แต่ยังไม่สามารถนำ�ดีเอ็นเอ รีคอมบิแนนท์ไปใช้ประโยชน์ได้ จะต้องมีวิธีการท่ีจะให้ดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์คงอยู่และเพ่ิมจำ�นวน เพื่อนำ�ไปใชป้ ระโยชน์ต่อไป ครูให้นักเรียนสืบค้นเกี่ยวกับการถ่ายดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์เข้าสู่เซลล์แบคทีเรีย และคัดเลือก โคลนทตี่ อ้ งการจากหนงั สือเรยี นหรือแหลง่ เรยี นร้ตู ่าง ๆ โดยมีประเดน็ การอภปิ รายดังน้ี การเพม่ิ จำ�นวนดเี อน็ เอรคี อมบิแนนท์ทำ�ไดอ้ ยา่ งไร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

148 บทท่ี 6 | เทคโนโลยที างดีเอ็นเอ ชีววิทยา เล่ม 2 จากการสืบค้นและการอภิปรายนักเรียนควรสรุปได้ว่า ดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ท่ีมียีนที่ต้องการ น�ำ ไปใชป้ ระโยชนจ์ ะตอ้ งมจี �ำ นวนมากและเหมอื น ๆ กนั ซงึ่ สามารถเพม่ิ จ�ำ นวนดเี อน็ เอรคี อมบแิ นนท์ ได้โดยการถ่ายโอนดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์เข้าสู่เซลล์แบคทีเรีย เม่ือแบคทีเรียแบ่งเซลล์ พลาสมิดจะ จำ�ลองตัวเองและถ่ายทอดไปยังเซลล์ลูกทั้งสองเซลล์ได้ ดังนั้นเมื่อนำ�แบคทีเรียที่ได้รับดีเอ็นเอ รคี อมบแิ นนทไ์ ปเลยี้ งเพอื่ เพมิ่ จ�ำ นวน พลาสมดิ ทม่ี ดี เี อน็ เอทตี่ อ้ งการแทรกอยกู่ จ็ ะเพมิ่ จ�ำ นวนดว้ ย และ เขยี นแผนภาพไดด้ ังรูป 6.3 การโคลนยนี โดยใชพ้ ลาสมดิ ของแบคทีเรยี ครูให้นักเรียนทำ�กิจกรรม 6.1 การสร้างดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ เพื่อให้เข้าใจหลักการและ ขน้ั ตอนการโคลนยีนโดยใช้พลาสมิดของแบคทเี รยี มากขึน้ กจิ กรรม 6.1 การสรา้ งดีเอน็ เอรคี อมบิแนนท์ จดุ ประสงค์ 1. อธบิ ายหลกั การตดั DNA ดว้ ยเอนไซม์ตดั จำ�เพาะและการสรา้ งดีเอน็ เอรีคอมบแิ นนท์ 2. อธิบายความแตกตา่ งของเซลล์แบคทีเรยี ท่ไี ดร้ บั และไม่ไดร้ ับดเี อน็ เอรีคอมบิแนนท์ เวลาที่ใช้ (โดยประมาณ) 60 นาที วสั ดุและอุปกรณ์ 1. กระดาษสเี หลืองและสฟี า้ (หรือกระดาษท่มี สี ีตา่ งกัน) 2. ปากกา 3. เทปใสติดกระดาษ 4. กรรไกร 5. ถงุ ทึบ 6. ถาดกระดาษ การเตรยี มล่วงหนา้ 1. ตัดกระดาษสีเหลอื งใหม้ ขี นาดกว้าง 3 cm และยาว 30 cm จ�ำ นวน 10 ชิน้ 2. ตัดกระดาษสฟี า้ ให้มขี นาดกวา้ ง 3 cm และยาว 20 cm จำ�นวน 10 ช้ิน หรอื download ใบกิจกรรมของพลาสมดิ และ DNA ทมี่ ีลำ�ดับเบสไดจ้ าก QR code ประจ�ำ บทเรยี น 3. พับกระดาษเป็นรูปถาด จ�ำ นวน 5 ถาด สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชวี วทิ ยา เล่ม 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดีเอ็นเอ 149 ขอ้ เสนอแนะสำ�หรับครู 1. ในวิธีการทำ�กิจกรรมข้อ 4 เม่ือตัดตามรอยประสีแดงแล้วจะได้กระดาษ 3 ช้ิน นำ�เฉพาะ กระดาษส่วนท่ีมียีนเท่านั้นไปทำ�กิจกรรมข้อต่อไป อีก 2 ชิ้นไม่ได้นำ�มาใช้เน่ืองจากเป็น สว่ นท่ีไมม่ ยี ีนท่ีต้องการ 2. เม่อื นกั เรยี นนำ�กระดาษที่เปน็ พลาสมิดและช้ิน DNA จ�ำ นวนท้งั หมด 20 ชิน้ ใส่ลงในถงุ ทึบ แล้ว เขย่าถุงให้กระดาษกระจายท่ัวถุง หลังจากน้ันหยิบกระดาษพร้อมกัน 2 ช้ินออกจาก ถงุ และการหยบิ กระดาษจะต้องเปน็ แบบสมุ่ ตวั อย่างผลการท�ำ กจิ กรรม เมอ่ื สุ่มหยบิ กระดาษ 1 ชนิ้ แลว้ น�ำ ไปวางลงในถาดกระดาษทส่ี มมตใิ ห้เป็นเซลล์แบคทีเรยี ทำ�จนครบ 5 คร้ัง เมื่อพิจารณาพลาสมิดและชิ้น DNA ท่ีสุ่มหยิบมาวางในถาดกระดาษจะได้ เปน็ 3 กรณี คือ กระดาษชิน้ สีฟา้ ตอ่ กับสเี หลืองเป็นวง กระดาษช้ินสฟี า้ 2 ช้ินตอ่ เปน็ วง และ กระดาษสเี หลอื งตอ่ เป็นวง อยา่ งไรกต็ ามบางกลุ่มอาจจะสมุ่ หยบิ ไดไ้ ม่ครบทงั้ 3 กรณี ครแู ละนกั เรยี นรว่ มกบั อภปิ รายเกยี่ วกบั กรณที แี่ ตกตา่ งกนั 3 แบบน้ี สง่ ผลตอ่ การเจรญิ ของ แบคทเี รยี ในอาหารเลยี้ งเชอ้ื ทใ่ี สย่ าปฏชิ วี นะแอมพซิ ลิ ลนิ และผลตอ่ การสรา้ งสารของแบคทเี รยี อยา่ งไร ซึ่งสามารถอภปิ รายไดด้ งั น้ี - กระดาษช้ินสีฟ้าตอ่ กบั สีเหลืองเปน็ วง แสดงว่า เซลลแ์ บคทีเรียไดร้ บั ดีเอน็ เอรีคอมบแิ นนท์ ถ้านำ�ไปเลี้ยงในอาหารเล้ียงเช้ือท่ีใส่ยาปฏิชีวนะแอมพิซิลลิน จะเจริญเติบโตได้เน่ืองจาก บนพลาสมิดมียีนต้านยาปฏิชีวนะ และเซลล์แบคทีเรียสร้างสารท่ีต้องการได้เพราะได้รับ ช้นิ ดเี อน็ เอที่มยี นี นนั้ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

150 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดเี อ็นเอ ชีววทิ ยา เลม่ 2 - กระดาษชิน้ สฟี า้ 2 ช้ินต่อเปน็ วง ซึง่ แสดงว่า เซลลแ์ บคทีเรยี ได้รบั เฉพาะ DNA แต่ไม่ไดร้ ับ ดีเอ็นเอรคี อมบแิ นนท์ ถ้านำ�ไปเลี้ยงในอาหารเล้ยี งเชอื้ ทใ่ี ส่ยาปฏิชวี นะแอมพซิ ิลลนิ จะไม่ สามารถเจรญิ เตบิ โตไดเ้ นอื่ งจากไมม่ พี ลาสมดิ ทม่ี ยี นี ตา้ นยาปฏชิ วี นะ เซลลแ์ บคทเี รยี จะตาย - กระดาษสีเหลืองต่อเป็นวง ซึ่งแสดงว่า เซลล์แบคทีเรียได้รับพลาสมิด แต่ไม่ได้รับดีเอ็นเอ รคี อมบแิ นนท์ ถา้ น�ำ ไปเลย้ี งในอาหารเลย้ี งเชอ้ื ทใี่ สย่ าปฏชิ วี นะแอมพซิ ลิ ลนิ จะเจรญิ เตบิ โต ได้เน่ืองจากบนพลาสมิดมียีนต้านยาปฏิชีวนะ แต่เซลล์แบคทีเรียไม่สามารถสร้างสาร ท่ีตอ้ งการไดเ้ พราะไมไ่ ด้รับช้ินดีเอ็นเอทม่ี ยี นี น้ัน นกั เรยี นอาจบนั ทึกผลการทำ�กิจกรรมได้ดงั นี้ การเจริญเตบิ โต การสร้างสาร ภาพ เจริญ สร้างสาร ดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ DNA ไมเ่ จริญ ไมส่ รา้ งสาร พลาสมิด เจริญ ไมส่ รา้ งสาร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชีววิทยา เลม่ 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดเี อ็นเอ 151 อภิปรายและสรุปผล การโคลนยีนโดยใช้พลาสมิดน้ัน เซลล์แบคทีเรียมีทั้งที่ได้รับและไม่ได้รับพลาสมิด เม่ือนำ� เซลลแ์ บคทเี รยี ไปเลยี้ งในอาหารเลย้ี งเชอื้ ทม่ี ยี าปฏชิ วี นะ เซลลแ์ บคทเี รยี ทไี่ ดร้ บั พลาสมดิ เทา่ นนั้ จะเจริญได้ เน่ืองจากพลาสมิดที่ได้รับน้ันมียีนท่ีต้านยาปฏิชีวนะ แต่เซลล์แบคทีเรียท่ีไม่ได้รับ พลาสมิดจะตายไป อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียท่ีเจริญเติบโตได้น้ันมีท้ังเซลล์ท่ีได้รับเฉพาะ พลาสมิดและได้รับดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ซ่ึงเป็นพลาสมิดท่ีมียีนแทรกอยู่ แต่เฉพาะเซลล์ท่ีได้ รบั ดีเอน็ เอรคี อมบิแนนทเ์ ท่านัน้ ทีส่ ร้างสารทีต่ ้องการ เฉลยค�ำ ถามท้ายกจิ กรรม ถ้านำ�เซลล์แบคทีเรียจำ�นวน 5 เซลล์ที่ได้จากการทำ�กิจกรรมไปเล้ียงในอาหารเลี้ยงเชื้อ ทีใ่ ส่ยาปฏิชวี นะแอมพซิ ลิ ลิน จะมีเซลล์จ�ำ นวนเทา่ ใดที่เจริญได้ จำ�นวนเซลล์ที่เจริญได้ข้ึนกับการทำ�กิจกรรมว่าแบคทีเรียได้รับพลาสมิดทั้งที่ไม่มียีนแทรก (กระดาษสีเหลืองต่อเป็นวง) และมยี ีนแทรก (กระดาษสีฟ้ากบั สีเหลอื งตอ่ เป็นวง) มีจ�ำ นวน เท่าใด เพราะเหตุใดแบคทเี รียบางเซลลจ์ ึงไมส่ ามารถเจริญไดใ้ นอาหารเลยี้ งเชอ้ื ท่ีใสย่ าปฏชิ วี นะ เพราะไม่ได้รับพลาสมิดทม่ี ยี ีนตา้ นยาปฏชิ ีวนะ เซลล์ที่เจริญได้ในอาหารเล้ียงเชื้อที่ใส่ยาปฏิชีวนะแอมพิซิลลินนั้นจะมีเซลล์จำ�นวนเท่าใด ทสี่ ามารถสรา้ งสารทีต่ ้องการได้ เพราะเหตุใด จำ�นวนเซลล์ที่เจริญได้ข้ึนกับการทำ�กิจกรรมว่า มีแบคทีเรียได้รับดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ (กระดาษสีฟ้ากับสีเหลืองมาต่อกันเป็นวง) จำ�นวนเท่าใด และเซลล์สร้างสารที่ต้องการได้ เพราะเซลลเ์ หล่านั้นไดร้ บั พลาสมดิ ที่มียนี ที่ต้องการแทรกอยู่ ถ้าไม่มีเอนไซม์ EcoRI จะสามารถใช้เอนไซม์ตัดจำ�เพาะชนิดใดได้ในการสร้างดีเอ็นเอ รีคอมบิแนนท์ เพราะเหตใุ ด สามารถใช้เอนไซม์ PstI แทนได้เนื่องจากลำ�ดับเบสของพลาสมิดและสาย DNA มี ล�ำ ดบั จดจ�ำ และต�ำ แหนง่ ตดั ของเอนไซม์ตัดจ�ำ เพาะชนิดนี้ (5’ CTGCAG 3’) สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

152 บทท่ี 6 | เทคโนโลยีทางดเี อน็ เอ ชีววทิ ยา เลม่ 2 กรณศี กึ ษา บทความ จากขอ้ มลู ท่ีได้ นกั เรยี นสามารถตอบไดด้ งั นี้ ตดั พลาสมิด ใสช่ ิ้น DNA การเจรญิ ของแบคทเี รยี ที่ไดร้ ับ สขี องโคโลนี ดว้ ยเอนไซม์ ท่ตี ดั ดีเอน็ เอรีคอมบแิ นนท์ในอาหาร แบคทีเรยี ที่ไดร้ ับ ก. ScaI ดว้ ยเอนไซม์ เล้ยี งเช้อื ท่มี ีแอมพิซลิ ลิน ดเี อน็ เอ ข. PvuII รคี อมบแิ นนท์ ค. BamHI ScaI ไม่เจรญิ ง. ScaI PvuII เจริญ - BamHI เจรญิ เจรญิ สฟี ้า - สีขาว สฟี ้า แนวการคดิ ก. ช้ิน DNA แทรกอยู่ในยีนที่ต้านยาปฏิชีวนะแอมพิซิลลิน ทำ�ให้ยีนไม่ทำ�งาน แบคทีเรีย ไมส่ ามารถตา้ นยาปฏิชีวนะได้ จงึ ไม่เจรญิ ในอาหารเลย้ี งเชอื้ ที่มีแอมพซิ ิลลนิ ข. ชนิ้ DNA แทรกอยใู่ นพลาสมดิ แตไ่ มใ่ ชต่ �ำ แหนง่ ทเ่ี ปน็ ยนี ยนี ทต่ี า้ นยาปฏชิ วี นะแอมพซิ ลิ ลนิ จึงทำ�งานได้ แบคทีเรียเจริญได้ในอาหารเลี้ยงเช้ือที่มีแอมพิซิลลิน ยีนที่สร้างเอนไซม์ ท�ำ งานได้ จึงย่อยสารตั้งตน้ ได้เปน็ สฟี า้ สขี องโคโลนีแบคทีเรียจงึ เปน็ สฟี ้า ค. ชิ้น DNA แทรกอยู่ในพลาสมิดในตำ�แหน่งของยีนที่สร้างเอนไซม์ ยีนที่ต้านยาปฏิชีวนะ แอมพิซิลลินยังทำ�งานได้ แบคทีเรียเจริญได้ในอาหารเลี้ยงเช้ือท่ีมีแอมพิซิลลิน ยีนท่ีสร้าง เอนไซม์ไม่ทำ�งาน จึงไม่สามารถย่อยสารตั้งต้นได้เป็นสีฟ้า สีของโคโลนีแบคทีเรียจึงเป็น สขี าว ง. ไมม่ ชี นิ้ DNA แทรกอยใู่ นพลาสมดิ ยนี ทตี่ า้ นยาปฏชิ วี นะแอมพซิ ลิ ลนิ จงึ ท�ำ งานได้ แบคทเี รยี เจริญได้ในอาหารเลี้ยงเชื้อท่ีมีแอมพิซิลลิน ยีนที่สร้างเอนไซม์ทำ�งานได้ จึงย่อยสารต้ังต้น ได้เป็นสีฟา้ สีของโคโลนแี บคทเี รียจึงเป็นสฟี า้ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชวี วิทยา เล่ม 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดีเอ็นเอ 153 ความรูเ้ พ่ิมเตมิ สำ�หรับครู ในปัจจุบันมีการสร้างพลาสมิดที่มีส่วนของยีนที่ต้านยาปฏิชีวนะ เช่น ยีนต้านยา แอมพิซิลลิน (ampR) เพ่ือใช้เป็นเครื่องหมายในการคัดเลือก (selectable marker) เซลล์แบคทีเรียท่ีได้รับพลาสมิดจะเจริญได้ในอาหารเลี้ยงเช้ือที่ใส่ยาปฏิชีวนะแอมพิซิลลิน อย่างไรก็ตามเซลล์แบคทีเรียท่ีได้รับพลาสมิดทุกเซลล์จะเจริญได้แม้ว่าพลาสมิดท่ีอยู่ในเซลล์ นน้ั จะไมม่ ชี ้นิ DNA ที่ต้องการแทรกอยู่จึงไม่สามารถบอกไดว้ ่า แบคทีเรียท่เี จริญน้ันมีดเี อน็ เอ รีคอมบิแนนท์หรือไม่ ดังน้ันในพลาสมิดจึงใส่ยีน LacZ ที่ควบคุมการสร้างเอนไซม์ beta- galactosidase เพอ่ื ใชเ้ ปน็ ยนี รายงานผล (reporter gene) วา่ พลาสมดิ ในเซลลแ์ บคทเี รยี น้นั มี DNA แทรกอยู่หรือไม่ โดยในอาหารเลี้ยงเชื้อจะใส่สาร IPTG ตำแหน�งตดั จำเพาะ สาย DNA ทม่ี ยี ีนทีต่ �องการ ท่ีช่วยเหน่ียวนำ�การสร้างเอนไซม์ และใส่สาร พลาสมดิ X - gal ที่เป็นสารตั้งต้น เอนไซม์นี้จะย่อย สารตงั้ ตน้ จากไมม่ สี ใี หเ้ ปน็ สารสฟี า้ ท�ำ ใหเ้ ซลล์ ตดั พลาสมิดและสาย DNA ด�วยเอนไซม�ตดั จำเพาะ ท่ีได้รับดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์จะมีลักษณะที่ ชนดิ เดยี วกนั ตำแหน�งตัดจำเพาะ สาย DNA ท่ีมยี นี ทตี่ อ� งการ แตกต่างจากเซลล์ท่ีได้รับเฉพาะพลาสมิด พลาสมดิ EcoRI นอXกmจaาIกนี้ในยPีนstILacHZinมdีตIIำ�Iแหน่งตัดจำ�เพาะ ของเอนไซม์ตัดจำ�เพาะชนิดต่าง ๆ ที่สามารถ ตดั พลาสมดิ และสาย DNA ด�วยเอนไซมต� ดั จำเพาะ ตดั และแทรกช้ิน DNA เข้าไปได้ ชนิดเดยี วกัน ตำแหน�งตัดจำเพาะ ผสมพลาสมิดและสาย DNA EcoRI XmaI PstI HindIII ท่ตี ัดด�วยเอนไซม�ตัดจำเพาะแลว� LacZ สาย DNA เชอ่ื มตอ� กับพลาสมดิ ampR ด�วยเอนไซม�ดเี อ็นเอไลเกส ตำแหนง� ตัดจำเพาะ ผสมพลาสมิดและสาย DNA LacZ ท่ีตัดดว� ยเอนไซม�ตดั จำเพาะแล�ว ampR ไดด� เี อ็นเอรคี อมบิแนนท� สาย DNA เชือ่ มต�อกับพลาสมิด ดว� ยเอนไซมด� ีเอน็ เอไลเกส ได�ดเี อน็ เอรคี อมบแิ นนท� สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

154 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดเี อ็นเอ ชีววทิ ยา เล่ม 2 เม่ือมี DNA แทรกในยีน LacZ บนพลาสมดิ ยนี นนั้ ไมส่ ามารถสร้างเอนไซมท์ ที่ �ำ งานได้ จงึ ไม่ยอ่ ยสารต้งั ตน้ ให้สารสฟี า้ โคโลนีบนอาหารเลย้ี งเช้ือจงึ เปน็ สีขาว แต่ถา้ ไม่มี DNA แทรก ยีนจะทำ�งานได้ สร้างเอนไซม์ย่อยสารตั้งต้นได้สารสีฟ้า โคโลนีบนอาหารเล้ียงเช้ือจึงเป็นสีฟ้า ดังนั้นสีของโคโลนีจึงบอกได้ว่าเซลล์แบคทีเรียได้รับดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์หรือไม่ เรียกวิธี การคดั เลือกนี้วา่ blue white screening พลาสมิดที่มี DNA แทรก พลาสมิดที่ไม่มี DNA แทรก บริเวณยีน LacZ ถูกใส่เข้าไป บริเวณยีน LacZ ถูกใส่เข้าไป ในเซลลแ์ บคทีเรีย ในเซลลแ์ บคทีเรยี ไมม่ กี ารแสดงออกของยนี LacZ มีการแสดงออกของยีน LacZ และแบคทีเรียไม่สรา้ งเอนไซม์ และแบคทเี รยี สรา้ งเอนไซมไ์ ด้ ไมม่ เี อนไซมย์ ่อย เอนไซมย์ ่อยสารตง้ั ตน้ สารต้ังต้น ทำ�ให้ ได้สารสฟี ้า ทำ�ให้ มองเห็นโคโลนีของ มองเห็นโคโลนีของ แบคทเี รยี เปน็ สขี าว แบคทเี รยี เป็นสฟี ้า สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชีววทิ ยา เล่ม 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ 155 6.1.2 การเพิ่มจำ�นวน DNA ดว้ ยเทคนคิ PCR ครูนำ�เข้าสู่บทเรียน โดยให้นักเรียนศึกษารูป 6.4 ในหนังสือเรียนท่ีแสดงการเข้าคู่กันของ ไพรเมอรม์ ีลำ�ดับเบสท่ีเป็นเบสคู่สมกบั ล�ำ ดบั เบสบนสายดเี อน็ เอแม่แบบ และรูป 6.5 การเพิม่ ปริมาณ DNA โดยเทคนคิ PCR แลว้ รว่ มกนั วเิ คราะหแ์ ละอภปิ รายเพอื่ น�ำ ไปสกู่ ารสบื คน้ โดยมปี ระเดน็ อภปิ ราย ดงั นี้ ลำ�ดับเบสของไพรเมอรม์ คี วามสำ�คญั อย่างไรตอ่ ต�ำ แหนง่ การเพมิ่ DNA เทคนคิ PCR มีข้นั ตอนอย่างไร การเพิ่มอณุ หภมู ใิ หส้ งู ทำ�ให้ DNA สายคู่ แยกออกจากกันได้อย่างไร การเพิ่มจำ�นวน DNA ทตี่ ้องการจ�ำ นวนมากโดยเทคนคิ PCR นำ�มาประยกุ ต์ใชป้ ระโยชน์ ในดา้ นใดบ้าง จากการสบื คน้ การวเิ คราะห์ และอภปิ ราย นกั เรยี นควรไดข้ อ้ สรปุ วา่ เทคนคิ PCR เปน็ การเพม่ิ จำ�นวน DNA ในหลอดทดลองเพ่ือให้ได้โมเลกุลของ DNA ที่เหมือนกันในปริมาณมาก โดยใช้ เคร่ืองเทอร์มอลไซเคลอร์ โดยทั่วไปในการทำ�ปฏิกิริยา PCR เป็นการเพ่ิมจำ�นวน DNA บางบริเวณ ไม่ไดค้ รอบคลุมทั้งสายของ DNA ต้นแบบ ถา้ ตอ้ งการเพิ่มจำ�นวน DNA ทบ่ี ริเวณใด ให้เลือกไพรเมอร์ ที่มีลำ�ดับเบสเป็นเบสคู่สมกับดีเอ็นเอแม่แบบที่จุดเร่ิมต้นของแต่ละสายซึ่งครอบคลุมบริเวณน้ันของ สายดีเอน็ เอแมแ่ บบซง่ึ มลี �ำ ดบั เบสเปน็ เบสค่สู มกับไพรเมอร์ กระบวนการสงั เคราะหดเี อน็ เอ ท�ำ ได้โดยใช้ดีเอ็นเอแม่แบบ ไพรเมอร์ นวิ คลโี อไทด์ 4 ชนิด คอื นวิ คลีโอไทดท์ ่ีมเี บส A T G และ C และเอนไซมด์ เี อน็ เอพอลเิ มอเรสใสใ่ นหลอดทดลองท่ีมสี ารละลาย บฟั เฟอร์ที่เหมาะสมตอ่ การเกดิ ปฏิกริ ยิ า การเกิดปฏกิ ริ ิยาใน 1 รอบ มลี �ำ ดับขั้นตอน ดังนี้ 1. เพิ่มอุณหภูมิให้สูง ทำ�ให้ดีเอ็นเอแม่แบบสายคู่แยกออกเป็นสายเดี่ยว เน่ืองจากพันธะ ไฮโดรเจนระหวา่ งพอลินวิ คลีโอไทด์ 2 สายถกู ทำ�ลาย 2. ลดอณุ หภมู ิลง ทำ�ให้ไพรเมอร์จับกบั สายดเี อ็นเอแมแ่ บบดว้ ยพนั ธะไฮโดรเจน 3. ปรับอุณหภูมิให้เหมาะสมต่อการทำ�งานของเอนไซม์ดีเอ็นเอพอลิเมอเรส ซ่ึงจะนำ� นิวคลีโอไทดอ์ ิสระมาตอ่ ทป่ี ลาย 3’ ของไพรเมอร์ไปเร่อื ย ๆ ทำ�ให้เกิดการจำ�ลองสาย DNA จากสายดเี อน็ เอแม่แบบ 4. เพิม่ อุณหภูมใิ หส้ ูงขึน้ ท�ำ ใหส้ าย DNA สายคู่ท่เี กดิ จากปฏกิ ริ ิยารอบที่ 1 แยกออกจากกนั และเกิดปฏิกริ ิยาในรอบต่อไป สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

156 บทท่ี 6 | เทคโนโลยที างดเี อน็ เอ ชีววิทยา เล่ม 2 ปฏกิ ิริยา PCR จะเกดิ ข้นึ ซ�ำ้  ๆ ประมาณ 25 - 40 รอบ โดยสาย DNA ที่เกดิ ขน้ึ แต่ละรอบจะ ถูกใช้เป็นแม่แบบในการสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายใหม่ในรอบต่อ ๆ ไปจนส้ินสุดปฏิกิริยา ดังรูป 6.2 ถา้ ท�ำ ปฏกิ ริ ยิ า 30 รอบ จะใชเ้ วลาประมาณ 2 ชวั่ โมง ในการเพม่ิ ปรมิ าณ DNA พนั ลา้ นเทา่ ของปรมิ าณ เร่มิ ตน้ ไพรเมอร์ที่ใช้ในการทำ� PCR เป็นดีเอ็นเอไพรเมอร์ ส่วนการจำ�ลองดีเอ็นเอในสิ่งมีชีวิตเป็น อาร์เอน็ เอไพรเมอร์ รอบท่ี 3 รอบท่ี 4 รอบที่ 2 รอบที่ 1 รอบที่ 35 DNA แมแ่ บบ รปู 6.2 การเพิ่มจ�ำ นวนสาย DNA ในแต่ละรอบของการทำ�ปฏกิ ริ ิยา จาก DNA แมแ่ บบ 1 โมเลกุล เมอ่ื ผ่านไป 1 รอบ จะได้ 2 โมเลกุล ผ่านไป 2 รอบ ได้ 4 โมเลกุล ผา่ นไป 3 รอบ ได้ 8 โมเลกลุ ดงั นน้ั โมเลกุล DNA ท่เี พิ่มขน้ึ เทา่ กับ 2n เม่อื n = จำ�นวนรอบ จากนน้ั ครใู หน้ กั เรียนตอบคำ�ถามในหนังสอื เรียน ซ่ึงมีแนวการตอบดงั น้ี จ�ำ นวนรอบของ PCR และจ�ำ นวนโมเลกุล DNA ทีไ่ ด้ มคี วามสัมพนั ธ์กันอย่างไร และถา้ เรม่ิ ต้น ปฏิกิริยาจาก DNA 1 โมเลกุล เม่อื สิน้ สดุ ปฏกิ ิริยารอบที่ 10 จะได้ DNA ก่โี มเลกุล 210 หรือ 1,024 โมเลกลุ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชวี วิทยา เลม่ 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดีเอ็นเอ 157 การโคลนยีนโดยเทคนิค PCR มีข้อดี คือ สามารถเพ่ิมปริมาณส่วนของ DNA ท่ีต้องการ ได้ปริมาณมากในเวลาอันรวดเร็ว แต่มีข้อจำ�กัด คือ ไม่สามารถเพ่ิมปริมาณส่วนของ DNA ท่มี ีขนาดใหญ่ได้ และตอ้ งทราบลำ�ดบั เบสของส่วนปลายของ DNA ทตี่ อ้ งการใหไ้ พรเมอร์เข้าจบั 6.2 การหาขนาดของ DNA และการหาลำ�ดับนวิ คลีโอไทด์ จดุ ประสงค์การเรียนรู้ สบื ค้นข้อมลู และอธิบายการหาขนาด DNA โดยใชเ้ ทคนิคเจลอเิ ล็กโทรฟอรซี ิส แนวการจดั การเรียนรู้ 6.2.1 การหาขนาด DNAด้วยเทคนคิ เจลอเิ ลก็ โทรฟอรซี สิ ครใู ช้ค�ำ ถามนำ� เพ่ือนำ�ไปสู่การสืบคน้ และการอภปิ ราย โดยมแี นวค�ำ ถามดงั นี้ เม่ือเพิ่มจำ�นวน DNA ด้วยวิธี PCR แล้ว จะทราบได้อย่างไรว่ามีผลิตภัณฑ์ DNA เพม่ิ จ�ำ นวนข้นึ และผลิตภัณฑ์ DNA นน้ั มขี นาดเทา่ ใด จากการสืบค้นข้อมูลนกั เรยี นควรจะตอบไดว้ า่ สามารถแยกขนาดของ DNA ได้ในสนามไฟฟา้ และหาขนาดได้โดยนำ�ไปเปรียบเทียบกับโมเลกุล DNA ที่ทราบขนาด ซึ่ง DNA ที่โคลนได้น้ันมี จำ�นวนมากและอาจมีขนาดเท่ากันหรือแตกต่างกันได้ซึ่งดูได้จากแถบท่ีมองเห็นบนแผ่นเจล การแยกขนาด DNA โดยเทคนคิ เจลอิเลก็ โทรฟอรีซิส โดยมหี ลกั การโดยสรุป ดงั นี้ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

158 บทที่ 6 | เทคโนโลยีทางดีเอน็ เอ ชีววทิ ยา เลม่ 2 โมเลกลุ DNA ท่ีมีขนาดต่างกัน นำ�มาแยกขนาดภายใต้สนามไฟฟา้ โดยให้ DNA ผ่านตวั กลางทีเ่ ป็นแผ่นวุ้น เชน่ อะกาโรสเจล DNA มปี ระจุลบจึงเคลื่อนที่เขา้ หาข้ัวบวกสนามไฟฟา้ ผา่ นอะกาโรสเจล โมเลกลุ DNA ท่มี ีขนาดใหญ่จะเคลือ่ นที่ชา้ กว่าโมเลกลุ ท่มี ขี นาดเลก็ จึงอยูใ่ กล้กับขว้ั ลบ ส่วนโมเลกลุ DNA ขนาดเลก็ เคลอื่ นทเ่ี ร็วกวา่ ก็จะอย่ใู กลก้ ับข้วั บวก ยอ้ มแผ่นวุน้ ดว้ ยสีอธี ิเดียมโบรไมด์ เพือ่ ใหส้ ามารถมองเหน็ DNA ได้ เมอ่ื ไดร้ ับแสงอลั ตราไวโอเลต การเคล่อื นท่ีของโมเลกลุ DNA ขนาดต่าง ๆ จะเปรียบเทียบกับการเคลื่อนทข่ี อง DNA ทีท่ ราบขนาดแลว้ ท�ำ ใหส้ ามารถประมาณขนาดของโมเลกุล DNA ที่ต้องการศึกษาได้ ครูให้นกั เรยี นตอบค�ำ ถามในหนงั สอื เรยี น ซงึ่ มีแนวการตอบดังน้ี ตวั อย่างในแถวที่ 2 มีแถบโมเลกลุ DNA กีแ่ ถบ และแตล่ ะแถบมขี นาดประมาณเท่าใด แถวท่ี 2 มี 2 แถบ มีขนาด 500 และ 1,000 คูเ่ บส เม่ือทราบขนาด DNA จากข้ันตอนนี้แล้ว สามารถนำ�ผลิตภัณฑ์ DNA ท่ีเพ่ิมขึ้นไปหา ล�ำ ดบั นวิ คลโี อไทดเ์ พอื่ วเิ คราะหต์ อ่ ไปวา่ เปน็ ชว่ ง DNA หรอื ยนี ทตี่ อ้ งการหรอื ไม่ และน�ำ ไปใชป้ ระโยชน์ ต่อไป สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชวี วทิ ยา เล่ม 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดเี อ็นเอ 159 กรณีศึกษา แถบ DNA จากผลติ ภัณฑ์ PCR ที่ได้จากแต่ละตัวอยา่ งเปน็ ดังนี้ M B1 F1 F2 B2 bp 1000 500 400 300 200 100 แนวการคดิ การทำ�ปฏกิ ริ ยิ า PCR นั้น ไพรเมอรจ์ ะจบั กบั ดีเอน็ เอแมแ่ บบในตำ�แหนง่ ที่จ�ำ เพาะ ซ่ึงอาจได้ผลิตภัณฑ์เป็นช้ิน DNA ขนาดแตกต่างกัน ในการตรวจหาการปนเปื้อนของ เชื้อแบคทีเรียในอาหาร เปน็ ดงั นี้ - B1 เปน็ แบคทเี รยี สายพนั ธ์ุไมก่ ่อโรค จะได้ชนิ้ DNA จ�ำ นวน 1 ขนาด คอื 150 คู่เบส - F1 ที่มแี บคทเี รียสายพนั ธ์ุไม่กอ่ โรคและทีก่ ่อโรค จะไดช้ ้ิน DNA จ�ำ นวน 2 ขนาด คอื 150 และ 400 คเู่ บส - F2 ท่ีมีแบคทเี รยี สายพนั ธ์ุไมก่ อ่ โรคจะไดช้ ้ิน DNA จ�ำ นวน 1 ขนาด คือ 150 คู่เบส - B2 เปน็ แบคทเี รยี สายพนั ธกุ์ อ่ โรค จะไดช้ ิน้ DNA จ�ำ นวน 1 ขนาด คือ 400 ค่เู บส สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

160 บทท่ี 6 | เทคโนโลยที างดเี อน็ เอ ชีววิทยา เลม่ 2 6.2.2 การหาลำ�ดับนิวคลโี อไทด์ ครใู ชค้ ำ�ถามนำ�เพอ่ื นำ�ไปสูก่ ารสืบค้นและการอภปิ รายดังนี้ โดยมีแนวคำ�ถามดงั น้ี การหาล�ำ ดบั นวิ คลโี อไทด์น�ำ ไปใช้ประโยชนไ์ ดอ้ ยา่ งไร จากการสืบค้นข้อมูลนักเรียนควรจะตอบได้ว่า การหาลำ�ดับนิวคลีโอไทด์สามารถทำ�ได้โดยใช้ เคร่ืองหาลำ�ดับนิวคลีโอไทด์แบบอัตโนมัติ ซ่ึงเมื่อทราบลำ�ดับนิวคลีโอไทด์ของโมเลกุล DNA แล้ว จะสามารถบอกได้ว่า DNA นั้นเป็นยีนใดโดยนำ�ไปเทียบกับฐานข้อมูลที่มีการศึกษาแล้ว นอกจากน้ี ลำ�ดับนิวคลีโอไทด์ยังสามารถใช้วิเคราะห์การเกิดมิวเทชันได้อีกด้วย รวมท้ังนำ�ลำ�ดับนิวคลีโอไทด์ ไปแปลเป็นลำ�ดับกรดแอมิโนเพ่อื ใชใ้ นการท�ำ นายโครงสรา้ งและการท�ำ งานของโปรตนี ได้ แนวการวัดและประเมนิ ผล ดา้ นความรู้ - หลกั การสร้างสง่ิ มีชีวติ ดดั แปรพันธุกรรมโดยใชด้ เี อ็นเอรีคอมบแิ นนท์ จากการทำ�กจิ กรรม การอภปิ รายรว่ มกนั การทำ�แบบฝกึ หัดและแบบทดสอบ - การโคลนยนี โดยใชพ้ ลาสมิดของแบคทีเรยี และเทคนคิ PCR - การหาขนาด DNA โดยใชเ้ ทคนิคเจลอเิ ล็กโทรฟอรีซิส ด้านทกั ษะ - การสงั เกต และการลงความเห็นจากข้อมลู จากการทำ�กิจกรรมและการอภิปรายร่วมกัน - การส่ือสารสารสนเทศและการเท่าทันสื่อ ความร่วมมือ การทำ�งานเป็นทีม และภาวะผู้นำ� จากการอภิปรายรว่ มกัน และการนำ�เสนอ ด้านจติ วทิ ยาศาสตร์ - การใช้วิจารณญาณ ความอยากรู้อยากเห็น ความใจกว้าง จากการสังเกตพฤติกรรม ในการทำ�กิจกรรม และการอภิปรายรว่ มกัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชีววิทยา เล่ม 2 บทท่ี 6 | เทคโนโลยีทางดเี อ็นเอ 161 6.3 การประยกุ ต์ใชเ้ ทคโนโลยที างดีเอน็ เอ จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. สืบค้นข้อมูล ยกตัวอย่าง และอธิบายการใช้เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอในการสร้างผลิตภัณฑ์ ทางการแพทย์ การวนิ ิจฉยั หรือการตรวจกรองโรค และการรักษา 2. สบื คน้ ขอ้ มลู และยกตวั อยา่ งการใชเ้ ทคโนโลยที างดเี อน็ เอส�ำ หรบั การปรบั ปรงุ พนั ธสุ์ งิ่ มชี วี ติ เพ่ือใช้ประโยชน์ทางดา้ นการเกษตร อุตสาหกรรม และสิ่งแวดล้อม 3. สืบค้นข้อมูลและอธิบายการวิเคราะห์ลายพิมพ์ดีเอ็นเอในการใช้ประโยชน์ด้าน นติ ิวทิ ยาศาสตร์ และวเิ คราะห์ STR แนวการจัดการเรยี นรู้ ครูนำ�นักเรียนเข้าสู่บทเรียนโดยทบทวนการทำ�งานของยีนท่ีควบคุมการสังเคราะห์โปรตีน ซ่งึ น�ำ ไปสู่ฟโี นไทปข์ องสิ่งมชี ีวติ และตั้งคำ�ถามเพ่ือนำ�เข้าสู่การอภปิ ราย ดังน้ี ถา้ ยนี เปลีย่ นแปลงไป จะมีผลต่อลักษณะของส่ิงมชี วี ติ อยา่ งไร ถา้ นกั เรียนตอ้ งการทราบหน้าท่ีของยีนใดยนี หนงึ่ จะทำ�ไดอ้ ย่างไร จากการอภิปรายนักเรียนควรสรุปได้ว่า ถ้ายีนเปล่ียนแปลงไปและมีผลให้โปรตีนเปล่ียนแปลง ไป จะมีผลต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิตน้ัน ๆ ได้ ถ้าทราบว่าลักษณะที่เปลี่ยนแปลงไปเป็นผลมาจากการ เปลยี่ นแปลงทโี่ ปรตนี ใด ยนี ใด จะท�ำ ใหท้ ราบถงึ หนา้ ทขี่ องยนี นน้ั  ๆ ได้ ดงั นนั้ ถา้ นกั เรยี นตอ้ งการทราบ หน้าที่ของยีนใด อาจทำ�ได้โดยทำ�ให้เกิดมิวเทชันท่ียีนนั้นแล้วศึกษาจากฟีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตท่ี เปลี่ยนแปลงไป ครใู หน้ กั เรยี นศกึ ษาตวั อยา่ งการศกึ ษาพนั ธศุ าสตรซ์ งึ่ น�ำ ไปสกู่ ารคน้ พบยนี ทท่ี �ำ หนา้ ทตี่ า่ ง ๆ จาก รูป 6.10 ถงึ 6.12 ในหนงั สือเรียน และร่วมกนั อภิปรายเพอ่ื ให้ได้ขอ้ สรปุ ว่า บนโครโมโซมแท่งที่ 8 ของ ขา้ วมยี นี ที่ทำ�หน้าท่คี วบคมุ การสงั เคราะห์เอนไซมท์ ่ีท�ำ หนา้ ทีใ่ นกระบวนการทส่ี ังเคราะหส์ าร GABA จากการศกึ ษาพบวา่ ขา้ วหอมในธรรมชาตจิ ะมแี อลลลี ดอ้ ยของยนี น้ี ท�ำ ใหไ้ มม่ กี ารสรา้ งเอนไซมด์ งั กลา่ ว สารตั้งตน้ ในกระบวนการสังเคราะห์สาร GABA จึงถกู เปลย่ี นเปน็ สาร 2AP และได้ข้าวทมี่ ีความหอม โดยครูอาจถามนักเรียนว่าแอลลีลด้อยดังกล่าวเกิดจากมิวเทชันแบบใด ซ่ึงคำ�ตอบควรเป็นมิวเทชัน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

162 บทท่ี 6 | เทคโนโลยที างดเี อน็ เอ ชีววิทยา เลม่ 2 แบบใดก็ได้ทท่ี �ำ ใหเ้ กดิ รหัสหยุดกอ่ นรหสั หยุดเดมิ ดงั นัน้ ถา้ ยับยัง้ การแสดงออกของยีนหรือทำ�ใหไ้ มม่ ี การสร้างโปรตีนจากยีนดังกล่าวได้จะทำ�ให้สามารถพัฒนาพันธ์ุข้าวที่มีความหอมได้ และถ้าสามารถ ตรวจหายนี ดังกลา่ วไดจ้ ะท�ำ ใหต้ รวจสอบสายพันธ์ุข้าวทมี่ คี วามหอมได้ นอกจากนค้ี รอู าจขยายความรเู้ พม่ิ เตมิ ใหแ้ กน่ กั เรยี นโดยการอภปิ รายรว่ มกบั นกั เรยี นถงึ การใช้ ประโยชน์ในดา้ นตา่ ง ๆ จากความรู้เก่ยี วกบั ข้อมลู ยนี ทที่ �ำ หนา้ ท่ีควบคุมลกั ษณะทส่ี นใจ รวมทัง้ หน้าที่ ของยีนและโปรตีนท่ีสังเคราะห์ข้ึน เช่น ทำ�ให้สามารถควบคุมลักษณะของสิ่งมีชีวิตได้ สามารถ ตรวจสอบลกั ษณะที่สนใจก่อนท่ลี ักษณะนัน้ จะปรากฏในส่ิงมีชวี ิต เปน็ ตน้ จากนั้นครูอาจนำ�ข่าวตัวอย่างประโยชน์จากการใช้เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ และให้นักเรียน ร่วมกันอภิปรายว่าเป็นการใช้ความรู้พ้ืนฐานเก่ียวกับสมบัติของสารพันธุกรรมในเร่ืองใดบ้าง และใช้ ความรู้เก่ียวกับเทคโนโลยีทางดีเอ็นเอที่นักเรียนได้เรียนมาแล้วในด้านใดบ้าง โดยคำ�ตอบอาจมีได้ หลากหลาย เช่น - ข่าวการสร้างส่ิงมีชีวิต GMO เป็นการใช้ความรู้เก่ียวกับหน้าที่ของสารพันธุกรรมในการ ควบคมุ ลักษณะทางพนั ธุกรรม โดยมียนี ท่คี วบคมุ การสงั เคราะหโ์ ปรตีนซึ่งน�ำ ไปสู่ฟีโนไทป์ ของสิ่งมีชีวิต และใช้เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอในการระบุยีนที่ทำ�หน้าที่ควบคุมลักษณะท่ี ต้องการ ใชเ้ ทคนิคพนั ธวุ ศิ วกรรมในการโคลนยนี การตดั ตอ่ และการถ่ายยนี - ข่าวการตรวจสอบ DNA ช้างบ้านซ่ึงขึ้นทะเบียนถูกต้องตามกฎหมายเพ่ือป้องกันการนำ� ชา้ งปา่ มาแอบอา้ งว่าเป็นชา้ งบ้าน เปน็ การใช้ความรู้เก่ยี วกบั การทสี่ งิ่ มีชวี ิตแต่ละสงิ่ มชี วี ิต มีล�ำ ดบั นวิ คลีโอไทด์ทแี่ ตกตา่ งกนั จึงสามารถใชใ้ นการระบุตัวตนได้ โดยครูอาจช่วยสรุปข้อมูลให้แก่นักเรียนเก่ียวกับการนำ�ความรู้พ้ืนฐานเร่ืองสมบัติของ สารพันธุกรรมและเทคโนโลยที างดเี อน็ เอมาประยกุ ตใ์ ช้ประโยชนใ์ นด้านต่าง ๆ 6.3.1 ด้านการแพทยแ์ ละเภสชั กรรม ครูนำ�เข้าสู่บทเรียนโดยต้ังคำ�ถามเพื่อนำ�ไปสู่การอภิปรายว่า จากความรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยี ทางดีเอ็นเอท่ีนักเรียนได้ศึกษามา สามารถนำ�ไปประยุกต์ใช้ประโยชน์ในทางการแพทย์และ เภสชั กรรมได้อย่างไร ซงึ่ นักเรยี นจะได้ศึกษาในหวั ข้อน้ี บทความ การสรา้ งผลติ ภณั ฑท์ างการแพทยแ์ ละเภสชั กรรม ครูให้นักเรียนศึกษาข้ันตอนการสร้างแบคทีเรียดัดแปรพันธุกรรมท่ีมียีนท่ีควบคุมการผลิต อินซูลินของมนุษย์จากรูป 6.13 ในหนังสือเรียน นอกจากนี้ครูอาจให้ข้อมูลเพิ่มเติมแก่นักเรียนว่า พันธุวิศวกรรมยังสามารถนำ�มาใช้ในการผลิตวัคซีนบางชนิด ซึ่งวัคซีนใช้เพื่อกระตุ้นภูมิคุ้มกันโรค สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชีววทิ ยา เลม่ 2 บทท่ี 6 | เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ 163 ท่ีเกิดจากการติดเช้ือ เช่น ไวรัส โดยท่ัวไปใช้ไวรัสท่ีอ่อนกำ�ลังลงเพราะได้รับสารเคมีหรือผ่านวิธีทาง กายภาพบางอยา่ ง หรอื เปน็ ไวรสั ในสายพนั ธท์ุ ไี่ มก่ อ่ โรคมาฉดี ใหก้ บั มนษุ ยเ์ พอื่ กระตนุ้ ระบบภมู คิ มุ้ กนั ในบางกรณีวัคซีนที่ใช้ป้องกันโรคบางชนิดอาจก่อให้เกิดผลข้างเคียง จึงสามารถใช้เทคนิค พันธุวิศวกรรมในการตัดต่อเฉพาะยีนที่ทำ�หน้าที่สร้างโปรตีนจากเชื้อนั้น แล้วใช้โปรตีนดังกล่าวเป็น แอนตเิ จนในการกระต้นุ ภมู ิคุ้มกนั แทนการใชไ้ วรัสซ่ึงท�ำ ให้มีความปลอดภัยยิง่ ขนึ้ เช่น วคั ซนี ป้องกัน โรคไวรัสตับอักเสบชนิดบี วัคซนี ป้องกันโรคมะเรง็ ปากมดลูกท่เี กดิ จากไวรัส HPV จากนั้นครูให้นักเรียนสืบค้นข้อมูลเกี่ยวกับการใช้พันธุวิศวกรรมเพ่ือสร้างผลิตภัณฑ์ทาง การแพทยอ์ น่ื  ๆ เชน่ ผลิตโกรทฮอร์โมน ผลติ วคั ซนี ผลติ ยารักษาโรค แลว้ ให้นกั เรยี นร่วมกันอภปิ ราย จดุ ประสงคข์ องการใชพ้ นั ธวุ ศิ วกรรมเพอ่ื สรา้ งผลติ ภณั ฑท์ างการแพทย์ ซง่ึ ควรไดข้ อ้ สรปุ วา่ เปน็ การสรา้ ง สงิ่ มชี วี ติ ดดั แปรพนั ธกุ รรมโดยถา่ ยยนี เขา้ สสู่ ง่ิ มชี วี ติ เชน่ แบคทเี รยี เพอื่ ผลติ โปรตนี ทน่ี �ำ มาใชป้ ระกอบ การรักษา ซึ่งทำ�ให้สามารถผลิตสารซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ได้ปริมาณมาก สะดวก รวดเร็ว และท�ำ ให้การรักษามคี วามปลอดภยั ต่อผ้ปู ่วยมากยิ่งข้ึน การวินิจฉยั โรค บทความ ครูให้นักเรียนสืบค้นข้อมูลเก่ียวกับการใช้เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอในการวินิจฉัยโรคจาก หนงั สอื เรยี น โดยครอู าจอธบิ ายการท�ำ PCR เพอ่ื ตรวจคดั โรคทาลสั ซเี มยี ชนดิ หนงึ่ โดยใชร้ ปู 6.14 จาก หนังสอื เรียน และยกกรณีตวั อยา่ งจากสอ่ื อื่น ๆ ซงึ่ ควรได้ขอ้ สรปุ ว่า เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอสามารถใช้ วินิจฉัยโรคต่าง ๆ ได้ เช่น โรคทางพันธุกรรมซ่ึงรวมถึงการเป็นพาหะท่ีอาจไม่แสดงอาการของโรค โรคที่เกิดจากการทำ�งานของยีนที่ผดิ ปกตกิ ่อนมีอาการของโรค โรคท่เี กดิ จากไวรสั เป็นต้น นอกจากนค้ี รอู าจขยายความรู้เพ่มิ เติมใหน้ ักเรียน ดังนี้ - ภาวะแทรกซ้อนจากการรับยา - ยาบางประเภทจะก่อให้เกิดอาการแพ้ในผู้ป่วยท่ีมีลำ�ดับ นิวคลีโอไทด์บางรปู แบบ เช่น ยา carbamazepine ซง่ึ ใชร้ ักษาผปู้ ว่ ยซ่งึ มอี าการลมชัก ยา allopurinol ซง่ึ ใชร้ กั ษาโรคเกาต์ ในปจั จบุ นั ผปู้ ว่ ยทต่ี อ้ งใชย้ าเหลา่ นเ้ี พอ่ื รกั ษาจะไดร้ บั การ แนะนำ�ให้ตรวจสอบลำ�ดับนิวคลีโอไทด์ซึ่งตอบสนองต่อการแพ้ยาเหล่าน้ันก่อน ซ่ึงหาก ตรวจพบแพทยจ์ ะวางแนวทางในการรักษาและเปลย่ี นชนิดยาทีจ่ ะใช้ในการรกั ษา - การตรวจแอลลีลก่อโรค - ผู้ป่วยโรคมะเร็งท่ีมีสาเหตุจากการกลายของยีนมีเพียง 5-10% ของผู้ป่วยโรคมะเร็งท้ังหมดเท่านั้น และการตรวจพบแอลลีลท่ีเกิดจากการกลายของยีน BRCA หมายถงึ มโี อกาสหรอื มคี วามเสย่ี งในการเปน็ โรคมะเรง็ เตา้ นมหรอื มะเรง็ รงั ไข่ ไมไ่ ด้ หมายความว่าผู้มีแอลลีลดังกล่าวจะต้องเป็นโรค ซ่ึงเม่ือปฏิบัติตามคำ�แนะนำ�ของแพทย์ ในการรบั การตรวจทลี่ ะเอยี ดมากขน้ึ และถมี่ ากขนึ้ ในกรณที ผี่ เู้ ขา้ รบั การตรวจเปน็ โรคมะเรง็ จะท�ำ ใหส้ ามารถตรวจพบโรคได้เรว็ ขนึ้ และสง่ ผลใหง้ ่ายต่อการรักษา สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

164 บทท่ี 6 | เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ ชวี วิทยา เลม่ 2 จากน้นั ใหน้ กั เรียนร่วมกนั อภิปรายขอ้ ดีของการใช้เทคโนโลยที างดเี อ็นเอในการวนิ จิ ฉัยโรค ซึ่ง ควรไดข้ ้อสรุปว่า ทำ�ใหส้ ามารถตรวจพบได้รวดเรว็ มคี วามจ�ำ เพาะ และสามารถตรวจพบได้แมผ้ ปู้ ่วย จะเป็นพาหะหรือยังไม่แสดงอาการของโรค ซ่ึงทำ�ให้การรักษาเป็นไปได้อย่างรวดเร็ว และสามารถ วางแผนการรกั ษาไดอ้ ย่างมีประสิทธภิ าพ การบำ�บดั ด้วยยีน ครูให้นักเรียนสืบค้นข้อมูลเกี่ยวกับการใช้เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ ในการรักษาโรคด้วยเทคนิค การบำ�บัดด้วยยีนและตัวอย่างขั้นตอนการใช้การบำ�บัดด้วยยีนในการรักษาโรคจากหนังสือเรียนและ สื่ออน่ื  ๆ โดยครูอาจอธบิ ายโดยใช้รูป 6.15 จากหนงั สือเรียน ความรู้เพ่ิมเติมส�ำ หรับครู ADA ADA NH2 ความร้เู พ่ิมเติมส�ำ หรบั ครู การเกิดโรคภมู คิ ุม้ กนั บกพร่องรุนแรงชนดิ ADA (adenosine deaminase deficiency) เนื่องจากขาดเอนไซม์ adenosine deaminase ADA ADA ADA ADA NH2 NH2 AbnAoDrAmal AbnAoDrAmal NH2 ADAAbnAoDrAmal ADA สาร deoxyadenosine ซ่ึง ADA เอนไซม์ adeAnDoAsine O NH2 NH2 เกดิ ข้นึ ระหวา่ งกระบวนการ deaminaseOทีบ่ กพรอ่ ง NH2 NH2 สงั เคราะห์ DNA เป็นสารท่ี จะไมส่ ามารถจับกับ NH2 NH2 NH2 NH2 เปน็ พษิ ตอ่ รา่ งกาย deoxyadenosine NH2 AbnAoDrAmal ADA NH2 NH2 ADA AbnAoDrAdเmอealนaไmซiมn์ aasdeenจoะsจiับnกeบั NH2ADA ADA ปรมิ าณ deoxyadenosine NH2 deoxyadenosine NH2 ที่มากขน้ึ จะทำ�ลายเซลล์บี O และเซลล์ทใี นระบบ NH2 ภมู ิคุ้มกันของร่างกาย NH2 จงึ ทำ�ใหผ้ ปู้ ่วยเส่ียง ADA NH2 NH2 ตอ่ การติดเชอ้ื AbnAoDrAmal NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 ADA ADA NH2 O ADA และเปลี่ยนให้อยู่ในรูป ADA ทไ่ี ม่เปน็ พิษต่อรา่ งกาย O O NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ADA O

ชีววิทยา เล่ม 2 บทท่ี 6 | เทคโนโลยที างดเี อน็ เอ 165 ครอู าจตง้ั ค�ำ ถามเพิ่มเตมิ เพ่อื ใหน้ ักเรยี นร่วมกนั อภิปรายวา่ การรักษาโรคโดยการบ�ำ บัดด้วย ยนี จะใชไ้ ดก้ บั โรคทมี่ ลี กั ษณะอยา่ งไร จากนน้ั ครแู ละนกั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายเกยี่ วกบั การรกั ษาโดย เทคนิคการบำ�บัดด้วยยีน ซ่ึงควรได้ข้อสรุปว่า เป็นการรักษาโรคทางพันธุกรรมรวมถึงอาการผิดปกติ ตา่ ง ๆ ทเ่ี กดิ ขน้ึ จากยนี โดยการถา่ ยแอลลลี ทปี่ กตเิ ขา้ สเู่ ซลลห์ รอื เนอ้ื เยอื่ ทแ่ี สดงอาการผดิ ปกติ เพอื่ ให้ ยีนนนั้ แทรกเขา้ สู่จโี นมของมนษุ ยแ์ ละควบคมุ ใหม้ ีการแสดงออกและสรา้ งโปรตนี ทปี่ กติ นอกจากน้ีครอู าจขยายความรเู้ พ่มิ เติมให้นักเรียน โดยยกตวั อยา่ งเทคโนโลยอี ืน่  ๆ ทพี่ ัฒนาข้นึ ปัจจุบนั เช่น - การใชพ้ นั ธวุ ศิ วกรรม มีการทดลองใช้รกั ษาทารก 2 คน ท่ีป่วยเป็นโรคมะเรง็ เมด็ เลือดขาว ชนิดหนึ่งซึ่งการรักษาด้วยเคมีบำ�บัด (chemotherapy) ไม่ประสบความสำ�เร็จและ จะรับการถ่ายเซลล์เม็ดเลือดขาวจากผู้บริจาค ดังนั้น เพ่ือป้องกันไม่ให้ระบบภูมิคุ้มกัน ของผู้ป่วยเกิดการต่อต้านเซลล์ของผู้บริจาค จึงใช้เทคนิคทางพันธุวิศวกรรมมาปรับแต่ง เซลล์เม็ดเลือดขาวของผู้บริจาคให้เข้ากับทารกท้ังสอง ก่อนจะถ่ายเข้าสู่ร่างกายของทารก ซ่งึ พบวา่ ผลการรักษาประสบความสำ�เรจ็ และยงั มีการติดตามผลอย่างตอ่ เนอ่ื ง - การรักษาโรคด้วยการตรวจแก้จีโนม ซ่ึงมีทั้งเพิ่มระดับการแสดงออกของยีน ยับยั้ง การแสดงออกของยีน การน�ำ ยนี ทีม่ อี ยู่เดิมออก และการใสย่ นี ใหมท่ ี่ต้องการลงไปในจโี นม ของสงิ่ มชี วี ติ โดยหนงึ่ ในเทคนคิ ทมี่ กี ารศกึ ษาอยู่ คอื CRISPR-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats - Cas9 protein) ซง่ึ เปน็ เทคนคิ ทสี่ ามารถระบุ บริเวณในจีโนมที่ต้องการปรับแต่งยีนได้ โดยเทคนิคดังกล่าวถูกนำ�มาใช้รักษาผู้ป่วย โรคมะเร็งปอด ถงึ แม้วา่ จะยังไม่มีข้อมูลเก่ียวกับผลการรักษา (3 ก.พ. 2560) แต่กถ็ ือไดว้ ่า เปน็ พฒั นาการดา้ นหนงึ่ ของการน�ำ เทคโนโลยที างดเี อน็ เอมาประยกุ ตใ์ ชใ้ นการรกั ษาโรคใน มนษุ ย์ จากนน้ั ใหน้ กั เรียนตอบคำ�ถามชวนคิดในหนังสือเรียน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

166 บทที่ 6 | เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ ชีววทิ ยา เล่ม 2 ชวนคดิ ในปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์ครีมบำ�รุงผิวหน้าที่มีการโฆษณาว่ามีส่วนประกอบของช้ินส่วน DNA ซึ่งมีขนาดเลก็ สามารถซมึ เข้าสู่เซลล์ และท�ำ ให้เซลลส์ ามารถซอ่ มแซม DNA ได้ อยา่ งรวดเรว็ นกั เรยี นคดิ ว่าข้อความในโฆษณาดังกลา่ วมคี วามเป็นไปไดเ้ พียงใด จากเทคโนโลยีทางดเี อน็ เอในปจั จุบนั ยังไมน่ า่ เป็นไปได้ เนือ่ งจาก 1. DNA เป็นสารโมเลกุลใหญ่ และมีสมบัติเป็นสารมีข้ัว ไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ เพอ่ื เข้าส่นู วิ เคลยี ส และไปยงั โครโมโซมได้ 2. ถึงแม้ DNA ที่ถูกใส่เข้าไปอาจจะผ่านเข้าสู่เซลล์ได้ แต่เซลล์มีกลไกในการทำ�ลาย DNA แปลกปลอม 3. ถงึ แม้ DNA ทีถ่ ูกใสเ่ ขา้ ไปจะไมถ่ ูกท�ำ ลายโดยกลไกภายในเซลล์ แตเ่ ฉพาะ DNA ไม่ สามารถทจ่ี ะซ่อมแซม DNA ของเซลลไ์ ด้ 4. ถึงแม้ DNA ทีถ่ ูกใส่เข้าไปจะสามารถซอ่ มแซม DNA ของเซลล์ได้ แตก่ ไ็ ม่สามารถ ก�ำ หนดจุดหรอื บริเวณจำ�เพาะในการซ่อมแซมได้ การจะนำ�ชิ้นส่วนของ DNA เข้าสู่เซลล์และเข้าสู่นิวเคลียสจนถึงการซ่อมแซม DNA ดั้งเดิมภายในเซลล์ได้น้ันจึงต้องอาศัยวิธีการหรือตัวพาที่จำ�เพาะ เช่น การใช้ไวรัส การใช้กระแสไฟฟ้า ดังนั้นความเป็นไปได้ท่ี DNA ที่ผสมอยู่ในครีมจะสามารถทำ�ได้ ตามที่กล่าวอ้างน้นั จึงต�ำ่ มาก 6.3.2 ด้านการเกษตรและอุตสาหกรรม ครูนำ�เข้าสู่บทเรียนโดยอาจยกตัวอย่างการปรับปรุงพันธุ์ข้าวแบบดั้งเดิม ซึ่งต้องใช้การผสม ระหว่างพันธ์ุปลูกเพื่อการค้ากับพันธุ์ที่มีลักษณะที่ต้องการหลาย ๆ รุ่น และใช้เวลาในการตรวจสอบ ลักษณะในแต่ละรุ่นนานเน่ืองจากต้องรอให้ต้นข้าวแสดงลักษณะที่ต้องการตรวจสอบก่อน เช่น ความเหนียวของเมล็ดข้าวหุงสุก ความหอมของเมล็ดข้าว ปริมาณผลผลิต ความสูงของต้น การตา้ นทานโรค การทนเคม็ ครใู หน้ กั เรยี นสบื คน้ ขอ้ มลู การน�ำ เทคโนโลยที างดเี อน็ เอมาประยกุ ตใ์ ชใ้ นการปรบั ปรงุ พนั ธพุ์ ชื และสตั วโ์ ดยการใชเ้ ครอ่ื งหมายโมเลกลุ โดยอาจศกึ ษาจากตวั อยา่ งการปรบั ปรงุ พนั ธขุ์ า้ วขาวมะลเิ พอื่ ให้มีลักษณะทนเค็มจากรูป 6.16 ในหนังสือเรียน และการสร้างส่ิงมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมโดยอาจ ศกึ ษาจากตวั อยา่ งการสรา้ งตน้ กหุ ลาบดอกสนี �้ำ เงนิ จากรปู 6.17 ในหนงั สอื เรยี น จากนน้ั ครแู ละนกั เรยี น สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชวี วทิ ยา เลม่ 2 บทท่ี 6 | เทคโนโลยีทางดเี อน็ เอ 167 ร่วมกันสรุปความแตกต่างระหว่างการปรับปรุงพันธุ์แบบดั้งเดิม การปรับปรุงพันธ์ุแบบด้ังเดิมท่ีใช้ เครื่องหมายโมเลกุลในการคัดเลือก การใช้มิวทาเจน และการสร้าง GMO ซ่ึงควรได้ข้อสรุป ดังตาราง การปรับปรุงพนั ธ์ุ การปรับปรุงพนั ธ์ุ การใชม้ วิ ทาเจน + การสรา้ ง GMO + แบบด้งั เดิม แบบด้งั เดิม + การใช้เครือ่ งหมาย การใชเ้ คร่ืองหมาย การใชเ้ คร่ืองหมาย โมเลกุล โมเลกุล โมเลกลุ ใช้เวลาน้อย สามารถได้ ใชร้ ะยะเวลานานเน่ืองจาก ใช้ระยะเวลาสัน้ ลง ใชเ้ วลานอ้ ย สามารถได้ สง่ิ มชี ีวติ ท่มี ลี กั ษณะที่ ต้องการภายใน 2-3 รุ่น - ต ้องรอให้ส่งิ มีชีวติ แต่ละ เน่ืองจากสามารถ ส่ิงมชี วี ติ ทมี่ ีลักษณะท่ี ร่นุ เจริญเตบิ โตและแสดง ตรวจสอบไดจ้ าก DNA ตอ้ งการภายใน 2-3 รุ่น ลกั ษณะท่ีต้องการก่อนจะ โดยตรง ไมต่ อ้ งตรวจสอบ ระยะเวลา นำ�ไปผสมร่นุ ตอ่ ไป ลักษณะทีต่ อ้ งการในทุกรนุ่ - ต อ้ งผา่ นการผสมหลาย แต่ยงั คงต้องผา่ นการผสม ชัว่ รุน่ จงึ จะไดส้ ง่ิ มชี ีวติ ทีม่ ี หลายชว่ั รุน่ เพื่อให้ได้ ลกั ษณะตามทีต่ ้องการท้งั ส่ิงมชี ีวิตทมี่ ีลกั ษณะตามท่ี ลกั ษณะเดิมของพันธท์ุ ี่ ตอ้ งการทั้งลักษณะเดมิ ของ ปลกู เพือ่ การคา้ และ พนั ธทุ์ ่ีปลูกเพอ่ื การคา้ และ ลกั ษณะที่ตอ้ งการ ลักษณะท่ตี อ้ งการปรบั ปรงุ ปรบั ปรงุ ลักษณะ ่ที ้ตองการ ต้องเป็นลักษณะท่ีพบใน ตอ้ งเป็นลักษณะทพ่ี บใน มักเปน็ ลกั ษณะทีเ่ กดิ ขนึ้ เป็นลกั ษณะทพี่ บใน ส่งิ มีชวี ติ สปชี สี เ์ ดียวกนั สิ่งมีชวี ิตสปชี ีสเ์ ดียวกนั แบบส่มุ ส่งิ มีชวี ิตสปีชสี เ์ ดยี วกนั นัน่ คือสามารถผสมกบั น่ันคอื สามารถผสมกับ หรือตา่ งสปีชสี ์กนั กไ็ ด้ สิ่งมชี ีวติ ท่ตี ้องการได้ ส่ิงมีชวี ติ ท่ีตอ้ งการได้ ครยู กตวั อยา่ งการสรา้ งสง่ิ มชี วี ติ ดดั แปรพนั ธกุ รรมเพอ่ื การใชป้ ระโยชนใ์ นเชงิ อตุ สาหกรรม เชน่ การใช้ในอตุ สาหกรรมการผลติ เนยแข็งหรือชสี จากนั้นใหน้ กั เรยี นสืบคน้ ข้อมลู เพือ่ ยกตัวอยา่ งการใช้ สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมในอุตสาหกรรม และสรุปร่วมกันว่าการสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม สามารถนำ�มาใชป้ ระโยชน์ในเชงิ อตุ สาหกรรรมไดเ้ ชน่ เดียวกัน โดยอาจเปน็ การสรา้ งสารที่น�ำ มาใช้ใน กระบวนการผลิต จากน้ันครูอาจยกตัวอย่างเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้ประโยชน์ในด้านอ่ืน ๆ เช่น ด้าน ส่ิงแวดล้อม มีการศึกษาเก่ียวกับการใช้แบคทีเรียดัดแปรพันธุกรรมเพ่ือย่อยน้ำ�มันที่ปนเป้ือนใน แหล่งนำ้� ย่อยขยะท่ีเป็นผลิตภัณฑ์พลาสติก การใช้ยีสต์ดัดแปรพันธุกรรมเพ่ือเปลี่ยนโลหะหนักที่ ปนเป้ือนในแหล่งน้ำ�หรือดินให้อยู่ในรูปที่ไม่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ เป็นต้น ซ่ึงยังอยู่ในข้ันตอน การศกึ ษา สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

168 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดเี อ็นเอ ชีววิทยา เลม่ 2 6.3.3 ด้านนติ ิวิทยาศาสตร์ ครนู �ำ ภาพขา่ วการใชเ้ ทคโนโลยที างดเี อน็ เอหรอื การใชล้ ายพมิ พด์ เี อน็ เอเปน็ หลกั ฐานประกอบ การพจิ ารณาคดี เชน่ การพสิ จู นค์ วามสมั พนั ธท์ างสายเลอื ด การพสิ จู นผ์ ตู้ อ้ งสงสยั ในคดฆี าตกรรม หรอื การตรวจพิสูจน์เพื่อระบตุ วั ตนผเู้ สยี ชีวติ จากภยั พิบตั ิ ครูให้นักเรียนสืบค้นข้อมูลการนำ�องค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์มาใช้ประโยชน์ในเชิงกฎหมาย โดยเทคโนโลยที างดเี อ็นเอเป็นอีกหนึ่งในองค์ความรทู้ ถ่ี ูกนำ�มาใช้ในการตรวจวตั ถพุ ยานทางชวี วทิ ยา เช่น การตรวจเส้นผม คราบอสุจิ คราบเลือด ซ่ึงในการพิสูจน์บางอย่างอาจไม่สามารถใช้เพียงข้อมูล ทาง DNA พสิ จู นไ์ ดโ้ ดยสน้ิ เชงิ อาจตอ้ งใชห้ ลกั ฐานอน่ื  ๆ ประกอบดว้ ย จากนนั้ ใหน้ กั เรยี นสบื คน้ ขอ้ มลู เพ่ือตอบค�ำ ถามชวนคิดในหนงั สือเรยี น บทความ บทความ ชวนคิด น้ำ�ลาย อสุจิ เสน้ ผม เส้นขน และเล็บสามารถน�ำ มาเปน็ วตั ถุพยานทางชีววทิ ยา เพ่อื ใช้ ในการระบุบคุ คลไดห้ รอื ไม่ ได้ทั้งหมด โดยในน�้ำ ลายมเี ซลลท์ ่หี ลดุ ออกมาจากเนื้อเยือ่ ในบริเวณชอ่ งปากซง่ึ สามารถ นำ�มาสกัดหา DNA ได้ ในส่วนของอสุจิน้นั สามารถสกัด DNA ไดจ้ ากนิวเคลยี ส ในสว่ น ของเส้นผมและเส้นขนนั้นสามารถตรวจหา DNA ได้จากเซลล์ราก นอกจากน้ีในส่วน ของเสน้ ผมหรอื เสน้ ขนทไ่ี มม่ เี ซลลร์ ากกส็ ามารถสกดั DNA ไดเ้ ชน่ กนั แต่ DNA ในบรเิ วณ ดงั กล่าวจะมีปรมิ าณนอ้ ย และแตกหักไม่สมบรู ณเ์ ชน่ เดยี วกบั ในส่วนของเล็บ ครใู หน้ กั เรยี นสบื คน้ ขอ้ มลู STR ซงึ่ ครอู าจอธบิ ายเพม่ิ โดยใชร้ ปู 6.19 ในหนงั สอื เรยี น และตอบ คำ�ถามในหนงั สือเรียนซึง่ มแี นวค�ำ ตอบดังนี้ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชวี วิทยา เลม่ 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดเี อ็นเอ 169 ระบุลำ�ดับเบสในแต่ละซำ้�ของ STR และจำ�นวนซ้ำ�ของ STR ในบุคคลหน่ึงจากข้อมูลต่อไปนี้ ลงในตารางด้านล่าง ลำ�ดบั เบสในแตล่ ะซ�้ำ ของ จ�ำ นวนซ�ำ้ ของ STR STR โครโมโซม แอลลลี ที่ 1 แอลลีลท่ี 2 คทู่ ่ี 1 GGA 6 11 คู่ที่ 2 ACGCT 66 จากนัน้ ใหน้ กั เรียนสบื คน้ ข้อมูลการวิเคราะห์ STR จากในหนงั สือเรียน โดยครอู าจอธบิ ายเพิม่ โดยใชร้ ูป 6.20 ในหนงั สอื เรยี น เพอื่ ให้ได้ขอ้ สรปุ ว่า STR คอื บริเวณที่มกี ารซ้ำ�กนั ของลำ�ดับเบสสั้น ๆ ต่อเนอื่ งกัน พบกระจายทวั่ ไปในจโี นมของสิ่งมีชีวติ การวเิ คราะห์ STR คอื การตรวจหาจ�ำ นวนซ�้ำ ของ STR ในแตล่ ะต�ำ แหนง่ ซงึ่ STR ในต�ำ แหนง่ เดยี วกนั จะมคี วามยาวตา่ งกนั ในแตล่ ะแอลลลี เมอ่ื ท�ำ PCR เพอ่ื ตรวจสอบ STR ในหลาย ๆ ต�ำ แหนง่ จะท�ำ ใหเ้ กดิ เปน็ รปู แบบเฉพาะบคุ คล เรยี กวา่ ลายพมิ พด์ เี อน็ เอ ซ่ึงสามารถนำ�มาใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ ได้ แล้วให้นักเรียนศึกษาตัวอย่างการใช้ประโยชน์จาก หนังสือเรียน โดยครูอาจให้นักเรียนอภิปรายถึงเหตุผลหรือความจำ�เป็นของการใช้ลายพิมพ์ดีเอ็นเอ ตามตวั อยา่ งในหนงั สือเรียน ซ่ึงควรได้ขอ้ สรปุ ดงั น้ี - ใช้ระบุตัวบุคคล เน่ืองจากแต่ละบุคคลจะมีรูปแบบของลายพิมพ์ดีเอ็นเอที่แตกต่างกัน ออกไป ดังนั้นในการระบุตัวตนผู้เสียชีวิตจากอุบัติเหตุท่ียากต่อการระบุตัวตนด้วยวิธีอื่น เช่น เครื่องบินตกหรือไฟไหม้ หรือการระบุผู้กระทำ�ความผิดในคดีฆาตกรรมโดยอาศัย การตรวจวตั ถพุ ยานทางชวี วทิ ยา เชน่ เสน้ ผม คราบอสจุ ิ คราบเลอื ด การใชล้ ายพมิ พด์ เี อน็ เอ จะทำ�ให้ระบตุ วั บคุ คลได้ถูกตอ้ งและรวดเรว็ ย่งิ ข้ึน - ใช้ระบุตัวตนของสิ่งมีชีวิต เนื่องจากสัตว์แต่ละตัวจะมีรูปแบบของลายพิมพ์ดีเอ็นเอท่ี แตกตา่ งกนั ออกไปเชน่ เดยี วกบั มนษุ ย์ ดงั นนั้ ในการระบตุ วั สตั วท์ แ่ี ตเ่ ดมิ ใชก้ ารดจู ากลกั ษณะ ภายนอกหรือตำ�หนิต่าง ๆ ซ่ึงอาจเกิดการเปลี่ยนแปลงและยากต่อการสังเกต การใช้ ลายพิมพด์ เี อ็นเอจะท�ำ ใหส้ ามารถระบุตัวสัตวไ์ ดอ้ ยา่ งถกู ตอ้ ง จึงใช้ในการขึ้นทะเบียนสตั ว์ เพื่อป้องกันการสวมสิทธ์ิโดยสัตว์ชนิดเดียวกันจากแหล่งอ่ืน ๆ ท่ีไม่ถูกกฎหมายได้ เช่น ปอ้ งกนั การน�ำ ชา้ งปา่ หรอื ชา้ งทนี่ �ำ มาจากแหลง่ อน่ื มาสวมสทิ ธว์ิ า่ เปน็ ชา้ งบา้ นซงึ่ ขนึ้ ทะเบยี น ถกู ตอ้ งตามกฎหมาย สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

170 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดเี อน็ เอ ชีววิทยา เล่ม 2 - ใช้ตรวจพิสูจน์ความสัมพันธ์ทางสายเลือด เน่ืองจากมนุษย์ได้รับ DNA มาจากพ่อและ แมอ่ ยา่ งละครงึ่ ผา่ นการสบื พนั ธแุ์ บบอาศยั เพศ จงึ มรี ปู แบบของลายพมิ พด์ เี อน็ เอ ครง่ึ หนงึ่ เหมอื นพอ่ และอกี ครงึ่ หนงึ่ เหมอื นแม่ ดงั นนั้ ในการตรวจพสิ จู นค์ วามสมั พนั ธท์ างสายเลอื ด ของพ่อแม่กับลูก รวมท้ังความสัมพันธ์ในหมู่เครือญาติซ่ึงยากต่อการหาหลักฐาน การใช้ ลายพิมพ์ดีเอน็ เอจะชว่ ยในการพิจารณารวมถงึ ชว่ ยยืนยันความสัมพันธด์ งั กล่าวได้ - ใชจ้ �ำ แนกสงิ่ มชี วี ติ ในระดบั ประชากร เนอ่ื งจากประชากรคอื สงิ่ มชี วี ติ ชนดิ เดยี วกนั อยใู่ น บริเวณเดียวกันในช่วงเวลาใดเวลาหน่ึง สามารถผสมพันธุ์กันได้ ในแต่ละประชากรจึง อาจมีรูปแบบของลายพิมพ์ดีเอ็นเอ หรือแอลลีลที่เป็นลักษณะเฉพาะ ดังนั้นในการระบุ เชอ้ื ชาตขิ องมนษุ ยจ์ ากชนิ้ สว่ นรา่ งกายซง่ึ ไมท่ ราบทม่ี าหรอื จากวตั ถพุ ยานทางชวี วทิ ยา หรอื การระบุถนิ่ ทอ่ี ยขู่ องสงิ่ มชี วี ติ จากชนิ้ สว่ นของสง่ิ มชี ีวติ เชน่ งาช้าง การใชล้ ายพมิ พด์ เี อน็ เอ จะท�ำ ใหส้ ามารถคาดเดาเชอ้ื ชาตจิ ากวตั ถพุ ยานทางชวี วทิ ยาเพอื่ ชว่ ยในการตดั สนิ คดี หรอื คาดเดาถิ่นที่อยู่ของสิ่งมีชีวิตเพ่ือป้องกันการลักลอบนำ�เข้าช้ินส่วนสิ่งมีชีวิตอย่าง ผิดกฎหมายได้ - ใช้ในการระบุสปีชีส์ของส่ิงมีชีวิต เน่ืองจากส่ิงมีชีวิตแต่ละสปีชีส์มีลักษณะท่ีจำ�เพาะ ซ่ึงเกิดจากลำ�ดับนิวคลีโอไทด์ท่ีจำ�เพาะต่อลักษณะนั้น จึงมีรูปแบบของลายพิมพ์ดีเอ็นเอ ทเ่ี ปน็ ลกั ษณะเฉพาะของสง่ิ มชี วี ติ แตล่ ะสปชี สี ด์ ว้ ย ท�ำ ใหร้ ะบไุ ดว้ า่ หลกั ฐานชน้ิ เนอ้ื เยอ่ื หรอื ช้ินส่วนที่พบเป็นของมนุษย์หรือส่ิงมีชีวิตอ่ืน นอกจากน้ียังสามารถใช้เพื่อตรวจสอบ การปนเป้ือนของอาหารว่ามีส่วนประกอบหรือมีการปนเป้ือนของส่ิงมีชีวิตในอาหารที่ ขดั กบั หลกั ความเชอื่ ทางศาสนาหรอื ไม่ เชน่ เนอื้ หมใู นอาหารฮาลาล หรอื การปนเปอ้ื นของ ส่ิงมีชีวิตท่ีอาจเป็นอันตรายต่อผู้บริโภค เช่น เนื้อปลาปักเป้าในลูกชิ้นปลา ซึ่งยากต่อ การตรวจสอบจากลักษณะของอาหาร จากนนั้ ครอู าจขยายความรเู้ พมิ่ เตมิ ใหน้ กั เรยี น วา่ ในการตรวจพสิ จู นค์ วามสมั พนั ธท์ างสายเลอื ด สามารถใช้ DNA ในไมโทคอนเดรยี หาความสมั พันธข์ องพนี่ ้องรว่ มมารดา หรือญาติท่รี ่วมสายมารดา เนอื่ งจากในการปฏสิ นธิ ลกู จะไดร้ บั เฉพาะนวิ เคลยี สจากสเปริ ม์ แตจ่ ะไดท้ ง้ั นวิ เคลยี สและไซโทพลาซมึ จากเซลลไ์ ข่ ลกู จึงไดร้ ับสารพันธกุ รรมในไมโทคอนเดรยี ซ่ึงอยใู่ นไซโทพลาซมึ จากเซลลไ์ ข่ของแมด่ ้วย จึงสามารถใช้การตรวจสอบ DNA ในไมโทคอนเดรียเพ่ือหาความสัมพันธ์ของพี่น้องร่วมมารดา หรือ ญาตทิ ร่ี ่วมสายมารดาได้ นอกจากนี้ ครูอาจให้นักเรียนสืบค้นข้อมูลหรือยกตัวอย่างกรณีคดีที่เคยได้ยินมาซึ่งนักเรียน คิดวา่ สามารถใช้ประโยชน์จากการวิเคราะห์ STR ได้ พรอ้ มท้ังบอกแนวทางในการใช้ประโยชน์ เช่น สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชีววทิ ยา เลม่ 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยีทางดเี อ็นเอ 171 - คดีฆ่าห่ันศพใส่ตู้แช่แข็งซึ่งจากการตรวจสอบทาง DNA เบื้องต้นสามารถระบุได้ว่าเป็น ชายชาวยุโรป - คดีพิสูจน์ท่ีมาของงาช้างหรือซากลูกเสือ หรือการระบุช้ินส่วนสัตว์ท่ีนำ�มาขายว่าเป็น สตั วส์ งวนหรือไม่ - คดพี สิ จู น์ความเป็นพ่อแม่ลูก จากน้ันครูอาจให้นักเรียนทำ�กิจกรรมเสนอแนะในหนังสือเรียนเรื่อง การตรวจพิสูจน์ ความสมั พนั ธท์ างสายเลอื ดดว้ ยการวิเคราะห์ STR กจิ กรรมเสนอแนะ การตรวจพสิ จู นค์ วามสมั พนั ธท์ างสายเลอื ดดว้ ยการวเิ คราะห์ STR จดุ ประสงค์ 1. อธบิ ายหลกั การวเิ คราะห์ STR 2. วเิ คราะห์ลายพมิ พ์ดีเอน็ เอในการพิสูจนค์ วามสัมพันธท์ างสายเลอื ด เวลาที่ใช้ (โดยประมาณ) 60 นาที ตอนท่ี 1 แนวการจดั กิจกรรม 1. ให้นกั เรยี นศกึ ษาข้อมูลล�ำ ดบั เบสบนโครโมโซม 3 คู่ ของเด็กคนหนึง่ ซ่งึ ใช้ในการวิเคราะห์ STR ในรูป 1 และข้อมูลลำ�ดับเบสของคู่ไพรเมอร์ 3 คู่ที่นำ�มาใช้ทำ� PCR เพ่ือวิเคราะห์ STR ในตาราง 1 จากน้ันใหน้ กั เรียนท�ำ กิจกรรม โดย 1. วงรอบบรเิ วณล�ำ ดบั เบสในต�ำ แหนง่ ทไ่ี พรเมอรม์ าจบั บน DNA สายเดย่ี วแตล่ ะสายบน แท่งโครโมโซม 2. หาลำ�ดับเบสในแตล่ ะซำ�้ ของ STR จ�ำ นวนซำ้�ของ STR และขนาดของผลิตภัณฑท์ ่ีได้ จากการทำ� PCR โดยใชไ้ พรเมอรแ์ ตล่ ะคู่ และบันทึกผลในใบบันทึกผล สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี STR บน 264 bp 172 บทท่ี 6 | เทคโนโลยที างดีเอน็ เอ โครโมโซม 5′ … C A G G C A C T T A G G ……… A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G ……… A C C T G T G T G G T T … 3′ คทู่ ่ี 2 3′ … G T C C G T G A A T C C ……… T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C ……… T G G A C A C A C C A A … 5′ 5′ … C A G G C A C T T A G G ……… A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G A A T G ……… A C C T G T G T G G T T … 3′ 3′ … G T C C G T G A A T C C ……… T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C T T A C ……… T G G A C A C A C C A A … 5′ 224 bp STR บน 315 bp โครโมโซม 5′ … C C A A G G A C T A G C ……… A G A T A G A T A G A T A G A T A G A T A G A T A G A T A G A T A G A T A G A T ……… G A A G A T G G C C A G … 3′ ค่ทู ่ี 5 3′ … G G T T C C T G A T C G ……… T C T A T C T A T C T A T C T A T C T A T C T A T C T A T C T A T C T A T C T A ……… C T T C T A C C G G T C … 5′ 5′ … C C A A G G A C T A G C ……… A G A T A G A T A G A T A G A T A G A T A G A T ……… G A A G A T G G C C A G … 3′ 3′ … G G T T C C T G A T C G ……… T C T A T C T A T C T A T C T A T C T A T C T A ……… C T T C T A C C G G T C … 5′ 299 bp STR บน 211 bp ตาราง 1 ขอ้ มลู ล�ำ ดบั ชีววทิ ยา เลม่ 2 โครโมโซม เบสของคู่ไพรเมอร์ที่ใช้ 5′ … C C T A T G G A T T G G ……… A A A T A A A T A A A T A A A T A A A T A A A T A A A T ……… A T G T A G T C T C A T … 3′ ในการวเิ คราะห์ STR คู่ที่ 15 3′ … G G A T A C C T A A C C ……… T T T A T T T A T T T A T T T A T T T A T T T A T T T A ……… T A C A T C A G A G T A … 5′ ไพรเมอร์ 5′ GGCACTTAGG 3′ 5′ … C C T A T G G A T T G G ……… A A A T A A A T A A A T A A A T A A A T A A A T A A A T ……… A T G T A G T C T C A T … 3′ คทู่ ี่ 1 (P1) 3′ TGGACACACC 5′ 3′ … G G A T A C C T A A C C ……… T T T A T T T A T T T A T T T A T T T A T T T A T T T A ……… T A C A T C A G A G T A … 5′ 5′AAGGACTAGC 3′ ไพรเมอร์ 3′ CTTCTACCGG 5′ 211 bp คูท่ ี่ 2 (P2) 5′ TATGGATTGG 3′ 3′ TACATCAGAG 5′ ไพรเมอร์ คู่ท่ี 3 (P3) รปู 1 ขอ้ มูลลำ�ดบั เบสบนโครโมโซม 3 คู่ที่ใชใ้ นการวเิ คราะห์ STR ของเดก็ คนหน่ึง

ชวี วทิ ยา เลม่ 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยีทางดเี อ็นเอ 173 ใบบนั ทกึ ผล ตารางบนั ทกึ ล�ำ ดบั เบสในแตล่ ะซ�้ำ ของ STR จ�ำ นวนซ�ำ้ ของ STR และขนาดของผลติ ภณั ฑ์ ทไ่ี ดจ้ ากการทำ� PCR โดยใชไ้ พรเมอรแ์ ตล่ ะคู่ คู่ไพรเมอร์ ลำ�ดบั เบสใน จำ�นวนซ�้ำ ของ STR ขนาดของผลติ ภัณฑ์ (bp) P1 แต่ละซ�ำ้ ของ แอลลลี ท่ี 1 แอลลีลที่ 2 แอลลลี ที่ 1 แอลลลี ท่ี 2 STR AATG 16 6 264 224 P2 AGAT 10 6 315 299 P3 AAAT 7 7 211 211 2. ให้นักเรียนนำ�ข้อมูลที่บันทึกไว้มาทำ�แผนภาพลายพิมพ์ดีเอ็นเอในใบบันทึกผลซ่ึงจะได้คำ� ตอบ ดังนี้ M P1 P2 P3 bp 350 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 ลายพิมพด์ ีเอ็นเอจากการวิเคราะห์ STR สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

174 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดเี อน็ เอ ชวี วิทยา เลม่ 2 ตอนท่ี 2 แนวการจัดกิจกรรม ให้นักเรียนเปรียบเทียบผลลายพิมพ์ดีเอ็นเอของบุคคลท่ีกล่าวอ้างเป็นพ่อแม่ของเด็กกับ ลายพมิ พ์ดเี อน็ เอของเด็กท่ีนกั เรียนได้จากการท�ำ กิจกรรมตอนที่ 1 เพอื่ หาพอ่ และแมท่ แ่ี ทจ้ รงิ และตอบค�ำ ถามท้ายกจิ กรรม เฉลยคำ�ถามท้ายกิจกรรม จากการวิเคราะหบ์ คุ คล 4 คน บคุ คลใดบ้างทมี่ โี อกาสเป็นพ่อและแม่ของเดก็ เพราะเหตุใด มีเพียงบคุ คลที่ 1 และบคุ คลที่ 3 ทเี่ ป็นพอ่ และแมข่ องเดก็ เนอื่ งจากทารกมีขอ้ มลู ลายพมิ พ์ ดเี อน็ เอ ครง่ึ หนงึ่ เหมอื นกบั บคุ คลที่ 1 และอกี ครงึ่ หนง่ึ เหมอื นกบั บคุ คลท่ี 3 ดงั ภาพดา้ นลา่ ง M P1 P2 P3 M P1 P2 P3 bp bp 350 350 300 300 260 260 220 220 180 180 140 140 100 100 บุคคลที่ 1 M P1 P2 P3 บุคคลที่ 3 เด็กจากตอนที่ 1 bp 350 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 รูปแสดงผลการเปรยี บเทียบลายพมิ พ์ดีเอน็ เอของบคุ คลท่ี 1 และบคุ คลท่ี 3 กับเดก็ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชวี วทิ ยา เลม่ 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดีเอ็นเอ 175 จากการวิเคราะห์บุคคล 4 คน ตำ�แหน่ง STR ซ่ึงวิเคราะห์โดยไพรเมอร์คู่ท่ี 2 มีจำ�นวน แอลลีลทงั้ หมดเทา่ ใด ไพรเมอรค์ ทู่ ่ี 2 ใช้วิเคราะห์ STR มีจ�ำ นวนแอลลลี 4 แอลลีล แนวการคิด เม่ือพิจารณาลายพิมพ์ดีเอ็นเอในรูป 2 จากกิจกรรมในหนังสือเรียนจะพบว่า ผลจากการใช้ไพรเมอร์คู่ที่ 2 ของบุคคลท้ัง 4 จะได้ผลิตภัณฑ์ท่ีมีขนาดต่างกัน 4 ขนาด ดังรปู ด้านลา่ ง M P1 P2 P3 M P1 P2 P3 bp bp ≈ 260 bp ≈ 240 bp 350 350 300 ≈ 299 bp 300 260 260 ≈ 240 bp 220 220 180 180 140 140 100 100 บุคคลท่ี 1 บคุ คลท่ี 2 M P1 P2 P3 M P1 P2 P3 bp bp ≈ 299 bp ≈ 240 bp 350 350 ≈ 315 bp 300 300 260 260 220 220 180 180 140 140 100 100 บุคคลท่ี 3 บุคคลที่ 4 รูปแสดงผลิตภัณฑข์ นาดตา่ ง ๆ ทไี่ ด้จากการวเิ คราะห์ STR โดยไพรเมอรค์ ู่ที่ 2 ของ บคุ คลที่ 1-4 สว่ นไพรเมอร์ค่ทู ่ี 1 และ 3 จะไดผ้ ลติ ภณั ฑท์ ม่ี ีขนาดต่างกนั 3 ขนาด สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

176 บทที่ 6 | เทคโนโลยีทางดเี อ็นเอ ชีววทิ ยา เล่ม 2 ถ้าวิเคราะห์ STR โดยใชไ้ พรเมอรค์ ูท่ ่ี 1 และ 2 ขอ้ มูลทไ่ี ด้จะสามารถระบุบคุ คลทีเ่ ป็นพอ่ และแม่ของเด็กได้หรอื ไม่ เพราะเหตุใด ไมไ่ ด้ เนื่องจากเมือ่ พิจารณาจากขอ้ มลู ของไพรเมอรค์ ่ทู ี่ 1 และ 2 จะพบวา่ มบี ุคคล 3 คน ท่ี มีโอกาสเป็นพ่อและแมข่ องเด็ก คือ บคุ คลที่ 1 บคุ คลท่ี 3 และบุคคลที่ 4 นอกจากน้ีครูอาจขยายความรู้ให้แก่นักเรียนโดยต้ังคำ�ถามว่า เพราะเหตุใดประเทศไทย ใช้การวิเคราะห์ STR 16 ตำ�แหน่ง และสหรัฐอเมริกาใช้การวิเคราะห์ STR 20 ตำ�แหน่ง ซ่ึงนักเรยี นควรตอบไดว้ า่ เนอ่ื งจากจำ�นวนประชากรทแ่ี ตกตา่ งกนั โดยประเทศสหรฐั อเมริกามี ประชากรมากกว่าประเทศไทย (จากข้อมูลปี พ.ศ. 2559 ประเทศสหรัฐอเมริกามีประชากร ประมาณ 324 ลา้ นคน ประเทศไทยมปี ระชากรประมาณ 66 ลา้ นคน) ซงึ่ ในประชากรกลมุ่ ใหญ่ จะมโี อกาสในการพบรปู แบบลายพมิ พด์ เี อน็ เอทเ่ี หมอื นกนั จงึ ตอ้ งใชก้ ารวิเคราะหท์ ม่ี ตี �ำ แหนง่ มากข้ึนเพื่อให้เกิดรูปแบบท่ีมีความจำ�เพาะต่อบุคคลมากขึ้น และมีโอกาสที่จะมีความซำ้�ซ้อน กันระหวา่ งบคุ คลนอ้ ยลง ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายเก่ียวกับการนำ�เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอมาใช้ในด้านต่าง ๆ เช่น ดา้ นการแพทย์ การเกษตรและอตุ สาหกรรม และดา้ นนติ วิ ทิ ยาศาสตร์ ซง่ึ กอ่ ใหเ้ กดิ ประโยชนต์ อ่ มนษุ ย์ มากมาย อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีทางดีเอ็นเอยังถือว่าเป็นเทคโนโลยีท่ีใหม่และมีการพัฒนาไป อย่างรวดเร็ว จึงควรมีการศึกษาข้อมูลความก้าวหน้า ข้อจำ�กัดและข้อควรระวัง รวมถึงผลกระทบใน ด้านต่าง ๆ จากการใชเ้ ทคโนโลยที างดเี อน็ เอดว้ ยเช่นกนั สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชีววทิ ยา เล่ม 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดีเอน็ เอ 177 6.4 เทคโนโลยที างดเี อน็ เอกบั ความปลอดภยั ทางชวี ภาพและชวี จรยิ ธรรม จุดประสงค์การเรียนรู้ สบื คน้ ขอ้ มลู และอภปิ รายเกยี่ วกบั ความปลอดภยั ทางชวี ภาพ และชวี จรยิ ธรรมในการประยกุ ต์ ใช้เทคโนโลยที างดเี อ็นเอ แนวการจดั การเรียนรู้ ครอู าจน�ำ นกั เรยี นเขา้ สบู่ ทเรยี นโดยใชภ้ าพขา่ วหรอื ภาพยนตรซ์ ง่ึ แสดงใหเ้ หน็ ถงึ ความกงั วลของ คนในสงั คมตอ่ การใชเ้ ทคโนโลยที างดเี อน็ เอ เชน่ ภาพยนตรท์ กี่ ลา่ วถงึ การใชเ้ ทคโนโลยที างดเี อน็ เอใน การพยากรณล์ กั ษณะหรอื ความเสย่ี งของการเกดิ โรคตา่ ง ๆ จากจโี นมของแตล่ ะบคุ คล เพอื่ น�ำ มาตดั สนิ ชนช้ันและโอกาสในการทำ�งาน ซ่ึงแสดงให้เห็นถึงความกังวลเก่ียวกับความเหล่ือมล้ำ�ของมนุษย์จาก การแบ่งชนช้นั โดยใช้ขอ้ มูล DNA ขา่ วการบกุ ท�ำ ลายแปลงทดลองมะละกอดัดแปรพันธกุ รรม ครูช้ีแจงนักเรียนเกี่ยวกับความปลอดภัยทางชีวภาพ ชีวจริยธรรม และมุมมองทางสังคมซ่ึง นักเรียนควรตระหนักถึงจากการใช้เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ โดยอาจยกตัวอย่างข้อควรคำ�นึงเก่ียวกับ การใช้เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอในการสร้าง GMO รวมทั้งแนวทางในการป้องกันและแก้ไขผลกระทบ ด้านต่าง ๆ ท่ีอาจเกิดขึ้นจากหนังสือเรียน จากน้ันครูอาจให้นักเรียนทำ�กิจกรรมข้อกังวลเก่ียวกับ ผลกระทบทีอ่ าจเกิดข้นึ จากการใชเ้ ทคโนโลยที างดเี อน็ เอในหนังสอื เรยี น สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

178 บทที่ 6 | เทคโนโลยีทางดเี อ็นเอ ชวี วิทยา เล่ม 2 กจิ กรรมเสนอแนะ ประโยชนแ์ ละขอ้ ควรค�ำ นงึ ถงึ ในการใชเ้ ทคโนโลยที างดเี อน็ เอ จุดประสงค์ 1. สบื คน้ ขอ้ มลู วเิ คราะห์ และอภปิ รายแนวทางในการน�ำ เทคโนโลยที างดเี อน็ เอมาใชป้ ระโยชน์ โดยค�ำ นงึ ถึงความปลอดภยั ทางชวี ภาพ ชวี จรยิ ธรรม และผลกระทบต่อสังคม 2. สืบค้นขอ้ มลู วเิ คราะห์ และอธิบายความนา่ เชอ่ื ถอื ของแหล่งข้อมูล แนวการจัดกิจกรรม ครใู หน้ กั เรยี นแบง่ กลมุ่ และเลอื กตวั อยา่ งเทคโนโลยที างดเี อน็ เอทถี่ กู น�ำ มาใชจ้ รงิ เพอ่ื สบื คน้ ขอ้ มลู และอภปิ รายในดา้ นตา่ ง ๆ ทง้ั ในแงข่ องประโยชน์ ความปลอดภยั ทางชวี ภาพ ชวี จรยิ ธรรม และผลกระทบต่อสังคม รวมทั้งแนวทางป้องกันและแก้ไขเก่ียวกับผลกระทบท่ีอาจเกิดข้ึน ตามข้อกังวลเหล่านั้น และให้นักเรียนนำ�เสนอผลการสืบค้นและอภิปรายของแต่ละกลุ่มใน รปู แบบตา่ ง ๆ เช่น น�ำ เสนอหน้าชนั้ เรยี น จดั ท�ำ แผ่นพบั เขยี นบทความลง blog ในอินเทอร์เนต็ ตวั อยา่ งประเดน็ ขอ้ กงั วลเกย่ี วกบั ผลกระทบทอ่ี าจเกดิ ขนึ้ จากการใชเ้ ทคโนโลยที างดเี อน็ เอ - อาจมกี ารรวั่ ไหลของสง่ิ มชี วี ติ ดดั แปรพนั ธกุ รรมในระบบนเิ วศ ซง่ึ สง่ ผลกระทบตอ่ สงิ่ มชี วี ติ อ่ืน ๆ ในระบบนิเวศ หรือทำ�ให้สิ่งมีชีวิตท่ีมีอยู่ในธรรมชาติสูญพันธ์ุและถูกแทนที่โดย สิ่งมชี วี ติ ดัดแปรพนั ธุกรรม - อาจมีการถ่ายยีนจากส่ิงมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมออกสู่ส่ิงแวดล้อม ทำ�ให้วัชพืชหรือ พืชอ่ืน ๆ ในธรรมชาติมียีนต้านทานโรคหรือยีนต้านทานยาปราบศัตรูพืช หรือทำ�ให้ส่ิงมี ชวี ติ ในธรรมชาตมิ คี วามเรว็ ในการเตบิ โตหรอื ใชอ้ าหารมากกวา่ เดมิ หรอื เกดิ เชอื้ โรคสายพนั ธ์ุ ใหม่ ๆ ท่ีด้ือยาปฏิชีวนะ เน่ืองจากมีการใช้ยีนต้านทานยาปฏิชีวนะเป็นเครื่องหมายใน การคดั เลอื กในการสร้างสิ่งมชี ีวิตดัดแปรพันธุกรรม - อาจเกิดการเปิดเผยหรือรั่วไหลของข้อมูลทางพันธุกรรมซ่ึงเป็นความลับส่วนบุคคล และ อาจท�ำ ใหเ้ กดิ ความเหลอ่ื มล�้ำ และการละเมดิ สทิ ธสิ ว่ นบคุ คลของเจา้ ของขอ้ มลู เชน่ สทิ ธใ์ิ น การทำ�ประกันสุขภาพ สิทธิ์ในการเข้าทำ�งาน จากการใช้ข้อมูลทางพันธุกรรมเป็นเงื่อนไข ในการเข้าถงึ สทิ ธ์ดิ งั กล่าว - อาจเกิดการกระทำ�ท่ไี ม่ถกู ตอ้ งตามหลักจริยธรรมในการคดั เลือกตวั อ่อนของส่ิงมชี วี ติ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชวี วทิ ยา เล่ม 2 บทท่ี 6 | เทคโนโลยที างดีเอน็ เอ 179 - อาจท�ำ ใหผ้ เู้ ปน็ มารดาเกดิ ความวติ กกงั วลจนสง่ ผลตอ่ สขุ ภาพในกรณที ต่ี รวจพบวา่ ตวั ออ่ น ในครรภ์เปน็ โรคทางพันธกุ รรม นอกจากนี้ยังอาจส่งผลต่อการตดั สินใจยุตกิ ารตั้งครรภ์ ซ่ึง อาจขดั ต่อจริยธรรมและผิดกฎหมายในบางประเทศ ตวั อย่างแนวทางในการปอ้ งกนั และแก้ไขข้อกงั วล เช่น - การจัดทำ�ระบบป้องกันอันตรายทางชีวภาพ ที่มีการระบุถึงข้อพึงปฏิบัติและเคร่ืองมือที่ เกย่ี วข้องในขณะท่ีปฏบิ ตั งิ าน - การจัดทำ�ระบบป้องกันส่ิงมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมไม่ให้มีการรั่วไหลหรือปนเป้ือนสู่ ระบบนเิ วศ ท้งั จากการนำ�มาใช้ในเชิงพาณิชย์ การเกษตร รวมถงึ การน�ำ มาใชใ้ นด้านอื่น ๆ - เมื่อเสร็จสิ้นการทดลองหรือการใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมจะ ตอ้ งถกู ท�ำ ลายใหส้ ญู เสยี ความสามารถในการด�ำ รงชีวิตและสบื พนั ธ์ุดว้ ยวิธที เ่ี หมาะสม - การจ�ำ หนา่ ยสง่ิ มชี วี ติ ดดั แปรพนั ธกุ รรมเพอ่ื เปน็ อาหารและการใชใ้ นกระบวนการผลติ ตอ้ ง มฉี ลากระบุข้อมลู ชัดเจนและเพยี งพอตอ่ ผู้บรโิ ภค - จดั ท�ำ ระบบรกั ษาความปลอดภัยของข้อมลู ทางพนั ธุกรรม การปกปดิ ข้อมลู ทางพันธุกรรม ซงึ่ ท�ำ ใหไ้ มส่ ามารถระบตุ วั ตนของผทู้ เี่ ปน็ เจา้ ของขอ้ มลู รวมถงึ การจ�ำ กดั สทิ ธใิ์ นการเขา้ ถงึ ข้อมูลทางพันธุกรรมเพ่ือป้องกันไม่ให้เกิดการเข้าถึงหรือการใช้ประโยชน์ของข้อมูลจาก ผู้ทีไ่ ม่ใชเ่ จา้ ของข้อมลู หรือผ้ทู ี่ไม่ไดร้ ับอนญุ าตจากเจ้าของข้อมูล - จัดทำ�ระบบป้องกันการกระทำ�ที่ไม่ถูกต้องตามหลักจริยธรรมในการทำ�การทดลองกับ สิง่ มชี วี ติ รวมถงึ ขั้นตอนปฏิบตั ิในการทดลองกบั สิ่งมชี วี ิตหรอื ตัวออ่ นของส่งิ มชี ีวิต จากการสืบค้นและการอภิปราย ครูควรบันทึกสรุปผลการอภิปรายและแยกประเด็น เพื่อ ให้นักเรียนเห็นความสำ�คัญและภาพรวมของหัวข้อน้ี ซึ่งการสรุปผลและการอภิปรายของ นักเรียนอาจมีความคิดเห็นท่ีหลากหลาย ครูควรให้อิสระแก่นักเรียนในการแสดงความคิดเห็น โดยเนน้ ย�้ำ ใหน้ กั เรยี นหาขอ้ มลู หรอื หลกั ฐานทางวชิ าการมาสนบั สนนุ ขอ้ คดิ เหน็ ของตนอยา่ งมี เหตผุ ล และตอบค�ำ ถามท้ายกจิ กรรม สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

180 บทท่ี 6 | เทคโนโลยีทางดีเอน็ เอ ชีววิทยา เล่ม 2 เฉลยคำ�ถามทา้ ยกิจกรรม นักเรียนคิดว่าเทคโนโลยีทางดีเอ็นเอมีประโยชน์และความจำ�เป็นต่อมนุษย์หรือไม่ เพราะ เหตุใด ค�ำ ตอบอาจมไี ดห้ ลากหลาย นกั เรยี นอาจตอบวา่ มปี ระโยชนห์ รอื ไมม่ ปี ระโยชนก์ ไ็ ด้ มคี วาม จำ�เป็นหรือไม่จำ�เป็นก็ได้ ให้พิจารณาจากเหตุผลที่นักเรียนใช้ประกอบคำ�อธิบาย รวมท้ัง ข้อมูลหรือหลกั ฐานทางวิชาการทใ่ี ชส้ นับสนุนขอ้ คิดเหน็ ของตนอย่างมเี หตุผล ยกตวั อยา่ งแนวทางปอ้ งกนั และแกไ้ ขเกย่ี วกบั ผลกระทบทอี่ าจเกดิ ขน้ึ จากการใชเ้ ทคโนโลยี ทางดีเอ็นเอท่ีนักเรยี นคิดวา่ น่าสนใจและเป็นประโยชน์ ค�ำ ตอบมไี ดห้ ลากหลาย ขนึ้ อยกู่ บั ประสบการณแ์ ละผลการสบื คน้ ของนกั เรยี น ใหพ้ จิ ารณา จากเหตุผลที่นักเรียนใช้ประกอบคำ�อธิบาย รวมทั้งข้อมูลหรือหลักฐานทางวิชาการท่ีใช้ สนบั สนนุ ข้อคดิ เหน็ ของตนอย่างมีเหตุผล สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชวี วิทยา เล่ม 2 บทท่ี 6 | เทคโนโลยีทางดเี อน็ เอ 181 ครูตั้งคำ�ถามเพื่อให้นักเรียนอภิปรายร่วมกันว่า จากภาพข่าวหรือภาพยนตร์ท่ีครูนำ�มาใช้ใน ขั้นนำ�นักเรียนคิดว่าข้อกังวลดังกล่าวสามารถเป็นจริงได้หรือไม่ ข้อมูลที่สื่อเหล่านั้นนำ�เสนอ นา่ เชอื่ ถอื เพยี งใด และมแี นวทางในการปอ้ งกนั หรอื แกไ้ ขขอ้ กงั วลเหลา่ นน้ั อยา่ งไร ซง่ึ ค�ำ ตอบอาจ มไี ดห้ ลากหลายขน้ึ อยกู่ บั ความรทู้ น่ี กั เรยี นไดจ้ ากการสบื คน้ ขอ้ มลู ในกจิ กรรมเสนอแนะ รวมถงึ มมุ มอง ของนักเรียน เช่น น่าเช่ือถือเนื่องจากน่าจะมีนักวิทยาศาสตร์ช่วยเป็นที่ปรึกษา หรือไม่น่าเช่ือถือ เน่ืองจากส่ือภาพยนตร์มักจะมีการเสริมสรา้ งสถานการณ์ใหเ้ กินจริงเพอ่ื ความสนุกของภาพยนตร์ ครูควรชี้แจงให้นักเรียนตระหนักถึงความสำ�คัญของการหาข้อมูลหรือหลักฐานทางวิชาการ ในการใช้ประกอบข้อคิดเห็นต่าง ๆ โดยแสดงให้นักเรียนเห็นว่าข้อมูลท่ีนักเรียนได้จากการสืบค้นน้ัน อาจมีท้ังข้อมูลท่ีเป็นจริง ข้อมูลที่คลาดเคลื่อนจากความจริง และข้อมูลท่ีเกินความจริง รวมท้ัง ความน่าเชื่อถือของแหล่งท่ีมาของข้อมูล โดยครูอาจยกตัวอย่างข้อมูลให้นักเรียนพิจารณาว่ามาจาก แหล่งที่มาที่น่าเชื่อถือหรือไม่ เพื่อเน้นยำ้�ให้เห็นถึงความสำ�คัญในการหาและคัดกรองข้อมูลที่จะใช้ สนบั สนนุ หรือคัดคา้ นข้อคดิ เหน็ ต่าง ๆ จากนนั้ ครแู ละนกั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายเกยี่ วกบั การใชเ้ ทคโนโลยที างดเี อน็ เอกบั ความปลอดภยั ทางชีวภาพ และมุมมองทางสังคมและชีวจริยธรรม เพื่อนำ�ไปสู่ข้อสรุปที่ว่า เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอมี การพัฒนาอย่างรวดเร็วและต่อเน่ืองตลอดเวลา สามารถนำ�มาประยุกต์ใช้ประโยชน์ได้หลายด้าน ซ่ึง ควรจะเปน็ ไปโดยระมดั ระวงั ค�ำ นงึ ถงึ ผลกระทบทอ่ี าจเกดิ ขนึ้ ในดา้ นตา่ ง ๆ และชวี จรยิ ธรรม เชน่ ความ ปลอดภัยต่อชีวิตและสุขภาพของมนุษย์ การป้องกันการสูญเสียความหลากหลายทางชีวภาพ การ ปฏิบตั ิต่อส่ิงมีชีวิตอยา่ งมีคุณธรรม โดยไม่ทำ�รา้ ยหรือท�ำ อนั ตรายต่อสงิ่ มีชวี ติ ครูเน้นย้ำ�ให้นักเรียนตระหนักถึงความก้าวหน้าของเทคโนโลยีทางดีเอ็นเอซึ่งจะส่งผลต่อชีวิต ของตวั นกั เรยี นเอง และความส�ำ คญั ในการพจิ ารณาขอ้ มลู ขา่ วสารจากทง้ั ฝา่ ยสนบั สนนุ และฝา่ ยคดั คา้ น ซงึ่ อาจมีทัง้ ขอ้ มูลที่เป็นจริง ขอ้ มูลทีค่ ลาดเคลอื่ นจากความจริง และข้อมูลท่ีเกนิ ความจรงิ นอกจากนี้ ยังมีท้ังข้อมูลที่มาจากแหล่งที่น่าเชื่อถือและไม่น่าเช่ือถือ ทั้งนี้ทุกคนควรรู้ถึงความก้าวหน้าของ เทคโนโลยีทางดีเอน็ เอ และมสี ิทธ์ใิ นการตดั สินใจท่จี ะสนบั สนุนหรือคัดค้าน รวมถงึ สิทธ์ใิ นการใช้หรอื ไม่ใช้เทคโนโลยีหรือผลิตภัณฑ์ที่เกิดข้ึนจากเทคโนโลยีดังกล่าว ซึ่งควรสืบค้นข้อมูลให้รอบด้านและ อาศัยข้อมูลที่น่าเช่ือถือในการตัดสินใจสนับสนุนหรือคัดค้านไม่ว่าจะเป็นฝ่ายใดก็ตาม นอกจากนี้ ทกุ คนมสี ทิ ธทิ์ จี่ ะตดั สนิ ใจ จงึ ควรรบั ฟงั และยอมรบั ในความเหน็ ของทกุ ฝา่ ย แมว้ า่ จะเปน็ ความคดิ เหน็ ท่แี ตกต่างจากตนเองก็ตาม สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

182 บทท่ี 6 | เทคโนโลยที างดเี อ็นเอ ชีววิทยา เลม่ 2 แนวการวดั และประเมนิ ผล ดา้ นความรู้ - การนำ�เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอไปประยุกต์ทั้งในด้านการแพทย์ การเกษตร อุตสาหกรรม สงิ่ แวดลอ้ ม และนติ วิ ทิ ยาศาสตร์ และขอ้ ควรค�ำ นงึ ถงึ ดา้ นชวี จรยิ ธรรม จากการตอบค�ำ ถาม ตรวจสอบความเข้าใจ การอภปิ ราย และการทำ�แบบฝึกหัด ด้านทักษะ - การสงั เกต และการลงความเหน็ จากขอ้ มูล จากการตอบคำ�ถาม และการอภิปราย - การส่ือสารสารสนเทศและการรูเ้ ทา่ ทนั ส่อื ความรว่ มมอื การทำ�งานเป็นทมี และภาวะผนู้ �ำ จากการสบื ค้นขอ้ มูล การตอบคำ�ถาม และการอภิปราย ดา้ นจิตวทิ ยาศาสตร์ - การใช้วิจารณญาณ ความใจกวา้ ง การยอมรบั ความเหน็ ตา่ ง ความซอื่ สัตย์ ความรอบคอบ เจตคติที่ดีต่อวิทยาศาสตร์ การเห็นคุณค่าทางวิทยาศาสตร์ และคุณธรรมและจริยธรรม ท่ีเกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ จากการสืบค้นข้อมูล การตอบคำ�ถาม การอภิปราย และ การมีส่วนร่วมในการเรียนการสอน โดยประเมินตามสภาพจรงิ ระหวา่ งเรียน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชวี วทิ ยา เลม่ 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยีทางดเี อน็ เอ 183 เฉลยแบบฝกึ หัดทา้ ยบทท่ี 6 1. จงใสเ่ ครอ่ื งหมายถกู (√) หนา้ ขอ้ ความทถี่ กู ตอ้ ง ใสเ่ ครอ่ื งหมายผดิ (×) หนา้ ขอ้ ความทไี่ มถ่ กู ตอ้ ง และขดี เสน้ ใตเ้ ฉพาะค�ำ หรอื สว่ นของขอ้ ความทไี่ มถ่ กู ตอ้ ง และแกไ้ ขโดยตดั ออกหรอื เตมิ ค�ำ หรือข้อความท่ถี ูกต้องลงในช่องวา่ ง ..√... 1.1 เอนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะแตล่ ะชนดิ ตดั สาย DNA ไดเ้ ปน็ ปลายทหู่ รอื ปลายเหนยี ว อยา่ ง ใดอยา่ งหน่ึง ..√... 1.2 เมอ่ื ตดั สาย DNA ดว้ ยเอนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะชนดิ หนงึ่ ไดป้ ลายทู่ และตดั พลาสมดิ ดว้ ย เอนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะอกี ชนดิ หนง่ึ ไดป้ ลายทู่ จะสามารถตอ่ ชนิ้ DNA กบั พลาสมดิ ได้ ถึงแม้ถกู ตดั ด้วยเอนไซม์ตัดจำ�เพาะต่างชนิดกนั ..√... 1.3 ถา้ ใชเ้ อนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะ XmaI ตดั สาย DNA และใช้ XcyI ตดั พลาสมดิ จะสามารถ ตอ่ ชิ้น DNA กบั พลาสมิดได้ ..×... 1.4 โมเลกุล DNA มปี ระจรุ วมเปน็ บวก แกไ้ ขเปน็ ลบ แนวการคิด DNA มีประจุรวมเป็นลบเน่ืองจากหมู่ฟอสเฟตในโครงสร้างของ นิวคลโี อไทด์ ..√... 1.5 เมื่ออยู่ในอะกาโรสเจลเดียวกัน โมเลกุล DNA สายตรงขนาดเล็กจะเคลื่อนท่ีใน สนามไฟฟ้าไดเ้ รว็ กวา่ โมเลกลุ DNA สายตรงขนาดใหญ่ ..√... 1.6 อะกาโรสเจลท่ีมีความเข้มข้นสูงกว่าจะทำ�ให้ขนาดช่องว่างภายในอะกาโรสเจล เล็กลง จงึ มีผลตอ่ การเคลื่อนท่ขี องช้ิน DNA ..×... 1.7 ชิ้น DNA ขนาดเท่ากันจะเคล่ือนที่ในอะกาโรสเจลที่มีความเข้มข้นสูงได้ เร็วกวา่ ในอะกาโรสเจลท่มี ีความเขม้ ข้นตำ่� แกไ้ ขเป็น ชา้ กวา่ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

184 บทท่ี 6 | เทคโนโลยีทางดีเอน็ เอ ชวี วทิ ยา เลม่ 2 2. จากภาพแสดงพลาสมิดท่มี ียีนต้านยาปฏิชีวนะแอมพิซิลลิน ampR BamHItetR HaeIII PstI (ampR) และยีนตา้ นยาปฏชิ วี นะเตตราไซคลิน (tetR) โดยที่ ภายในยีน ampR มีตำ�แหน่งตัดจำ�เพาะของเอนไซม์ PstI และภายในยีน tetR มีตำ�แหน่งตัดจำ�เพาะของเอนไซม์ BamHI ถา้ มชี นิ้ DNA แทรกภายในยนี ตา้ นยาปฏชิ วี นะใด ๆ ตรงต�ำ แหน่งทเี่ อนไซมต์ ดั จะท�ำ ใหย้ นี นน้ั ไม่ท�ำ งาน จงใส่เคร่ืองหมายถูก (√) หน้าข้อความที่ถูกต้อง ใส่เคร่ืองหมายผิด (×) หน้าข้อความที่ ไมถ่ ูกต้อง และขดี เสน้ ใต้เฉพาะค�ำ หรือสว่ นของขอ้ ความทไ่ี มถ่ กู ตอ้ ง และแกไ้ ขโดยตัดออก หรือเตมิ คำ�หรือขอ้ ความทถี่ กู ตอ้ งลงในชอ่ งวา่ ง ..√... 2.1 ถ้าตัดพลาสมิดด้วยเอนไซม์ PstI แล้วใส่ DNA ท่ีตัดด้วยเอนไซม์ชนิดเดียวกัน แบคทีเรียท่ีได้รับพลาสมิดน้ีจะเจริญได้ในอาหารเลี้ยงเช้ือที่ใส่เตตราไซคลิน แต่ เจรญิ ไม่ได้ในอาหารเลย้ี งเชอ้ื ที่ใส่แอมพซิ ลิ ลิน แนวการคิด เนื่องจากเอนไซม์ PstI มีตำ�แหน่งตัดจำ�เพาะอยู่ภายในยีน ampR ดงั นั้น DNA ที่ถกู ตดั ด้วยเอนไซม์ PstI จะมปี ลายทเ่ี ขา้ กนั ได้กบั พลาสมิดที่ถกู ตัด ด้วยเอนไซม์ PstI เหมือนกัน จึงทำ�ให้ชิ้น DNA นั้นสามารถเข้าไปแทรกภายใน ยีน ampR ได้ ส่งผลให้ยีน ampR ไม่ทำ�งาน แบคทีเรียจึงไม่สามารถต้านทานต่อ ยาปฏิชวี นะแอมพซิ ิลลินได้ ..×... 2.2 ถ้าตดั พลาสมิดดว้ ยเอนไซม์ HaeIII แลว้ ใส่ DNA ทตี่ ดั ดว้ ยเอนไซม์ชนิดเดียวกนั แบคทเี รยี ทไี่ ดร้ บั พลาสมดิ นจ้ี ะเจรญิ ไมไ่ ดใ้ นอาหารเลยี้ งเชอ้ื ทใี่ สย่ าปฏชิ วี นะเตตรา ไซคลิน แก้ไขเป็น เจริญได้ในอาหารเลี้ยงเช้ือท่ีใส่ยาปฏิชีวนะเตตราไซคลินและ ยาปฏิชีวนะแอมพซิ ลิ ลิน แนวการคดิ ถ้าตัดพลาสมดิ ด้วยเอนไซม์ HaeIII แลว้ ใส่ DNA ทต่ี ดั ดว้ ยเอนไซม์ ชนิดเดียวกัน แบคทีเรียท่ีได้รับพลาสมิดน้ีจะเจริญได้ในอาหารเลี้ยงเช้ือที่ใส่ ยาปฏชิ วี นะเตตราไซคลนิ และยาปฏชิ วี นะแอมพซิ ลิ ลนิ ได้ เนอื่ งจากเอนไซม์ HaeIII มีตำ�แหน่งตัดจำ�เพาะอยู่ภายนอกยีน tetR และยีน ampR จึงไม่ส่งผลยีนต้าน ยาปฏชิ ีวนะ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชีววทิ ยา เลม่ 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดเี อ็นเอ 185 ..×... 2.3 ถา้ ตดั พลาสมดิ ดว้ ยเอนไซม์ HaeIII และ PstI พร้อมกนั จะได้ DNA 3 ชน้ิ แกไ้ ขเปน็ 2 ชนิ้ 3. หอยเชลลแ์ ช่แข็งส่วนมากทว่ี างขายตัดมาเฉพาะสว่ นกล้ามเนือ้ ยดึ เปลือก กลา้ มเน้ือ ยดึ เปลอื ก หอยเชลล์แบบมเี ปลอื ก กล้ามเนือ้ ยดึ เปลือกของหอยเชลล์ หอยเชลล์สปีชีส์ A B C และ D มีกล้ามเน้ือยึดเปลือกที่คล้ายกันมากจนไม่สามารถแยก ได้จากลกั ษณะภายนอก ทำ�ให้บางครง้ั มีการน�ำ สปชี ีส์ B C และ D ซง่ึ ราคาถูกกว่ามาขายปนกับ สปีชีส์ A ที่มีราคาแพง บริษัทที่ทำ�ธุรกิจนำ�เข้าและส่งออกอาหารทะเลจึงมีการสุ่มตรวจ หอยเชลลแ์ ชแ่ ขง็ ทวี่ างขายและตดิ ปา้ ยบอกวา่ เปน็ สปชี สี ์ A ซง่ึ ผลติ จาก 3 โรงงาน คอื X Y และ Z โรงงานละ 3 ถุงจากร้านค้าต่าง ๆ แล้วนำ�ไปวิเคราะห์ DNA โดยใช้เครื่องหมายพันธุกรรม วา่ มีการปลอมปนหอยเชลล์หรอื ไม่ โดยเปรียบเทียบกับ DNA ท่ีทราบขนาด (M) ผลการตรวจ หอยเชลลส์ ปชี ีส์ A B C และ D ไดผ้ ลดังแผนภาพท่ี 1 และผลการตรวจหอยเชลลจ์ ากโรงงาน X Y และ Z ได้ผลดังแผนภาพท่ี 2 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

186 บทท่ี 6 | เทคโนโลยที างดเี อน็ เอ ชีววทิ ยา เลม่ 2 MA B C D M X1 X2 X3 Y1 Y2 Y3 Z1 Z2 Z3 bp bp 1000 1000 500 500 400 400 300 300 200 200 100 100 แผนภาพท่ี 1 แผนภาพที่ 2 3.1 โรงงานใดมีการปลอมปนหอยเชลล์มากสปีชีส์ท่ีสุด และมีหอยเชลล์ท่ีไม่ใช่สปีชีส์ A ก่ีชนดิ อะไรบา้ ง และทราบไดอ้ ย่างไร โรงงาน Y มีการปลอมปนหอยเชลล์มากสปชี ีส์ทีส่ ุด และมีหอยเชลล์ทไี่ มใ่ ช่สปีชีส์ A 3 ชนิด คอื สปีชสี ์ B  C และ D ทราบไดจ้ ากขนาดของแถบ DNA ทีป่ รากฏซง่ึ มขี นาด เท่ากบั ตัวอย่างของท้งั สปีชีส์ B C และ D ในแผนภาพที่ 1 3.2 ถา้ นกั เรยี นท�ำ งานอยบู่ รษิ ทั น�ำ เขา้ และสง่ ออกอาหารทะเลและตอ้ งการหาซอ้ื หอยเชลล์ สปชี สี ์ A เพอ่ื สง่ ขายทว่ั โลก จะซอ้ื หอยเชลลจ์ ากโรงงาน X Y และ Z หรอื ไม่ เพราะเหตใุ ด ไมซ่ อ้ื เพราะมกี ารปลอมปนหอยเชลลแ์ ชแ่ ขง็ ทตี่ ดิ ฉลากวา่ เปน็ สปชี สี ์ A ดว้ ยหอยเชลล์ สปีชีสอ์ ื่น ๆ ถ้าประเทศทสี่ ่งไปขายตรวจพบว่ามกี ารปลอมปน กจ็ ะสง่ สินคา้ กลบั และ ไมไ่ ด้รับความเชื่อถือ 4. โรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ซ่ึงเป็นโรคที่ควบคุมโดยแอลลีลด้อยบนออโตโซม เกิดจาก ล�ำ ดับเบส GAG ตำ�แหน่งหน่ึงภายในยีน β globin เปลย่ี นเปน็ GTG โดย DNA ทมี่ ลี ำ�ดบั เบส GAG ถกู ตดั ไดด้ ว้ ยเอนไซมต์ ดั จ�ำ เพาะ DdeI แต่ DNA ทล่ี �ำ ดบั เบส GTG จะไมส่ ามารถ ถูกตัดได้ และการศกึ ษาการถา่ ยทอดโรคโลหติ จางชนดิ ซกิ เคิลเซลล์ของครอบครัวหนึง่ ที่มี ลูก 3 คน โดยลูกคนที่ 1 เป็นโรค ส่วนลูกคนที่ 2 และ 3 ไม่แสดงอาการของโรค ดังแสดงในพันธุประวัติ และเมื่อใช้เอนไซม์ตัดจำ�เพาะ DdeI ตัดชิ้นยีนและนำ�ไป ตรวจสอบดว้ ยเจลอเิ ล็กโทรฟอรซีิ ิสไดผ้ ลดังภาพ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ชีววิทยา เลม่ 2 บทที่ 6 | เทคโนโลยที างดเี อน็ เอ 187 กำ�หนดให้ ( ) เป็นต�ำ แหน่งตัดจำ�เพาะด้วยเอนไซมต์ ัดจ�ำ เพาะ DdeI แอลลลี ปกติ 31 bp 180 bp 65 bp แอลลีลก่อโรค 31 bp 245 bp พันธปุ ระวัติ รนุ่ พอ่ แม่ พ�อ แม� รุ่นลูก 12 3 ภาพแสดงผลเจลอิเลก็ โทรฟอรีซิส ลูกคนท่ี 1 ลกู คนที่ 2 ลกู คนที่ 3 bp 245 180 65 31 4.1 จากผลการตรวจ DNA ขา้ งตน้ ลกู คนที่ 2 และ 3 มีแอลลีลกอ่ โรคหรอื ไม่ ลูกคนท่ี 2 มีทง้ั แอลลลี ปกติและแอลลีลก่อโรค จึงเป็นพาหะ ลกู คนที่ 3 มีเฉพาะแอลลีลปกติ 4.2 พ่อและแม่ไมเ่ ปน็ โรคโลหิตจางชนดิ ซกิ เคิลเซลล์ ถา้ ตรวจ DNA ในยนี β globin ของ พ่อและแม่ ผลการทำ�เจลอเิ ลก็ โทรฟอรซี สิ เป็นอย่างไร จงเขยี นแถบ DNA ลงในภาพ และเขยี นแอลลลี ลงในพนั ธปุ ระวัติ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

188 บทที่ 6 | เทคโนโลยีทางดีเอน็ เอ ชีววทิ ยา เลม่ 2 โดยกำ�หนดให้ แอลลีล A เปน็ แอลลีลปกติ แอลลีล a เปน็ แอลลลี กอ่ โรค เม่ือน�ำ DNA ไปทำ�เจลอเิ ลก็ โทรฟอรีซสิ ได้ชนิ้ DNA มีขนาดดงั นี้ รุน่ พ่อแม่ Aa Aa รุน่ ลูก aa Aa AA ลูกคนท่ี 1 ลูกคนท่ี 2 ลูกคนท่ี 3 พ่อ แม่ bp 245 180 65 31 5. การเกิดมิวเทชันในไมโทคอนเดรียเป็นสาเหตุของการเกิดโรคได้ จึงมีการคิดวิธีท่ีจะทำ� เด็กหลอดแก้ว สำ�หรับแม่ท่ีมีไมโทคอนเดรียผิดปกติ โดยใช้เซลล์ไข่ท่ีได้รับจากผู้บริจาค ทม่ี ไี มโทคอนเดรยี ปกติ โดยวธิ นี มี้ กี ารน�ำ เอานวิ เคลยี สของเซลลไ์ ขจ่ ากแมท่ มี่ ไี มโทคอนเดรยี ผดิ ปกตอิ อกมาใสใ่ นเซลลไ์ ขข่ องผบู้ รจิ าคซงึ่ ไดน้ �ำ นวิ เคลยี สออกแลว้ หลงั จากนนั้ จงึ น�ำ อสจุ ิ จากพอ่ มาผสม ดังภาพ เซลลไ์ ขข่ องผ้รู ับบรจิ าค (A) เซลล์ไข่หลังการย้าย นิวเคลียส (C) ไมโทคอนเดรียผดิ ปกติ นำ�นิวเคลียสออก การปฏิสนธิ จากเซลลไ์ ข่ เซลลไ์ ขข่ องผู้บริจาค (B) สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี