Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
พันธุวิศวกรรม (genetic engineering) - Coggle Diagram
พันธุวิศวกรรม (genetic engineering)
กระบวนการที่ได้นำความรู้ต่างๆที่ได้จากการศึกษาชีววิทยาระดับโมเลกุล(molecularbiology) นำมาประยุกต์ใช้ใน การปรับเปลี่ยน, ดัดแปลง, เคลื่อนย้าย หรือ ตรวจสอบ สารพันธุกรรม[ดีเอ็นเอ (DNA)], ยีน(gene) และผลิตภัณฑ์ของสารพันธุกรรมอย่างพวกอาร์เอ็นเอ(RNA)และโปรตีนของสิ่งมีชีวิต เพื่อนำมาใช้ให้เป็นประโยชน์พันธุวิศวกรรม (genetic engineering) จะเป็นการตัดต่อยีน(gene)หรือเป็นการเคลื่อนย้ายยีน (transgenesis)จากสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งใส่เข้าไปกับยีน(gene)ของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง
เกิดการถ่ายทอดของยีน(gene)และลักษณะที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ อาจจะทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตรูป
แบบใหม่(novel)ที่อาจไม่เคยปรากฏในธรรมชาติมาก่อน
การค้นพบที่นำไปสู่พันธุวิศวกรรม
เริ่มขึ้นเมื่อ ค.ศ. 1879 ในขณะนั้น Albrecht Kosselค้นพบ DNA และ RNA ซึ่งส่งผลให้อีก 31 ปีต่อมาKossel ได้รับรางวัลโนเบล
ค.ศ. 1973 Stanley Cohen และ Herbert W.Boyer ได้ทำการทดลองทางพันธุวิศวกรรมเป็นครั้งแรก โดยตัดโมเลกุล DNA ด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะ(restriction enzyme) แล้วแทรกชิ้น DNA นั้นเข้าไปในแบคทีเรีย Escherichia coli (E. coli)
ใน ค.ศ. 2003 โครงการถอดรหัสพันธุกรรมมนุษย์(Human genome project) เสร็จสมบูรณ์ ซึ่งส่งผลให้งานด้านพันธุวิศวกรรมขยายวงกว้างขึ้นมาก
กระบวนการในพันธุวิศวกรรม
(Genetic Engineering Process)
การเตรียมยีน (gene)หรือ DNA ที่สนใจ
1.การเตรียมยีน (gene)หรือ DNA ที่น่าสนใจ การเตรียมชิ้นส่วนยีนหรือ DNA ที่น่า
สนใจมีหลายวิธีดังนี้
1.การสกัด DNA จากเซลล์หรือเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตที่ต้องการศึกษา ซึ่งเป็น DNA ทั้งหมดในจี
โนมของสิ่งมีชีวิตชนิดนั้น เรียกว่า genomic DNA
การเตรียม DNA จาก mRNA – โดยใช้เอนไซม์ reverse transcriptase เรียกว่า
complementary DNA (cDNA) การสังเคราะห์ DNA โดยวิธีทางเคมี
3.สามารถสังเคราะห์ oligonucleotide ให้มีลำดับเบสที่ต้องการโดยเครื่องสังเคราะห์อัตโนมัติ
– มี 2 วิธีที่ใช้กันอย่างกว้างขวางคือ วิธี phosphate triester และวิธี phosphite triester
การตัด DNA อย่างจําเพาะด้วยเอนไซม์ตัดจําเพาะ (Restriction enzyme)
เอนไซม์ตัดจําเพาะ (Restriction enzyme or restriction endonuclease) แบบที่ 2 (type II) เป็นเอนไซม์ที่ใช้กันมากในการ ตัดต่อยีน ประกอบด้วยโพลีเพพไทด์เพียงชนิดเดียว การตัด DNA จะเกิดที่ตำแหน่งจําเพาะในบริเวณจดจํา (recognition site) หรือจุดใกล้กับบริเวณจดจําทําให้ได้ชิ้นขนาด DNA ที่มีขนาดแน่นอน
การเชื่อมต่อชิ้นส่วนของ DNA ที่แยกได้กับ DNA พาหะ (vector) เช่น
พลาสมิด (plasmid), phage, cosmid
การเชื่อมต่ออาศัยเอนไซม์ ligase
การทําพันธุวิศวกรรมต้องนํา DNA ที่สนใจเข้าสู่ภายในเซลล์ผู้รับ โดยอาศัย DNA พาหะ(vector)
การนําพาหะ (vector) ที่มียีนที่สนใจแทรกอยู่ หรือ DNA สายผสม(recombinant DNA) ใส่เข้าไปในเซลล์ผู้รับ(host)หลังจากนั้นเลี้ยงเซลล์ผู้รับให้แบ่งเซลล์หลายๆครั้ง ทําให้เพิ่มจํานวนเซลล์ หรือเพิ่มปริมาณยีนที่น่าสนใจกระบวนการนี้ เรียกว่าการโคลนยีน (gene cloning)
ขั้นตอนการนํา DNA สายผสมใส่เข้าไปในเซลล์ผู้รับมีหลายวิธี
การคัดเลือกเซลล์ที่มี DNA สายผสมตามที่ต้องการ
การคัดเลือกโดยอาศัยลักษณะ (phenotype)
–เป็นการอาศัยการแสดงออกของยีนเครื่องหมาย (marker gene) และมีการสร้างโปรตีนออกมาเช่น
การสร้างเอนไซม์บางชนิดที่ทำให้เกิด clear zone ในอาหารเลี้ยงเชื้อที่
มี substrate (IPTG) อยู่หรือพบลักษณะการดื้อยาในเซลล์ผู้รับที่ได้รับมาจากพลาสมิด
การคัดเลือกโดย DNA hybridization
–อาศัยการจับคู่กันของสาย DNA ที่เป็นตัวติดตาม (probe) กับ DNA เป้าหมายที่ต้องการตรวจหาที่มีลำดับเบสคู่
สมกัน บน membrane
การคัดเลือกโดยวิธีทางอิมมิวโนวิทยา
–เป็นการตรวจสอบโปรตีนที่เซลล์ผลิตขึ้นโดยใช้แอนติบอดีที่จำเพาะกับโปรตีนที่
ต้องการนั้น
ลายพิมพ์ DNA (DNA Fingerprint)
DNA ทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตประกอบด้วย 2 ส่วน
coding DNA ทําหน้าที่ควบคุมการสร้างโปรตีนที่มีความสําคัญต่อกลไกต่างๆ ภายใน
ร่างกาย ซึ่งจะมีอยู่เพียงร้อยละ 5 ของชุด DNAทั้งหมด
noncoding DNA ร้อยละ 95 มีส่วนหนึ่งที่เป็นเบสซ้ำต่อเนื่อง (tandem repeat) อยู่หลายตําแหน่งเบสซ้ำต่อเนืองนี้เองที่นํามาทําเป็น ลายพิมพ์ดีเอ็นซึ่งเป็นเครื่องหมายพันธุกรรม ทําให้สามารถรู้ลักษณะของจํานวนการซ้ำของท่อน DNA แต่ละชุดในแต่ละตําแหน่งบนสาย DNA ของสิ่งมีชีวิตและบุคคลได้ สามารถใช้ความแตกต่างกันของขนาดและจํานวนการซ้ำของท่อน DNA แต่ละชุดนี้บ่งบอกถึงข้อมูลพันธุกรรม เฉพาะของแต่ละบุคคลได้
หลักการทํางานของเทคโนโลยีลายพิมพ์ DNA
เก็บตัวอย่างเซลล์ตัวอย่างต้องมี DNA ที่มีคุณภาพ ไม่เสื่อมสลาย (ปัจจัยที่ทำให้ DNA เสื่อมสลายคือ ระยะเวลา
อุณหภูมิ ความชื้น แสงแดด สารเคมี จุลินทรีย์ ฯลฯ)
สกัด DNA จากเซลล์ของตัวอย่าง
ลายพิมพ์ดีเอ็นเอ หลักการคือ เลือกตัด DNA ในส่วนที่ แสดงเอกลักษณ์เฉพาะบุคคล โดยใช้ restriction
enzyme จากนั้นนําชิ้นส่วน DNA ที่ถูกตัดมาวิเคราะห์ตามขนาดด้วยวิธี Gel Electrophoresis
แปลผลลายพิมพ์ DNA โดยการอ่านผลจากลักษณะตําแหน่งของแถบดีเอ็น หรือกราฟที่ได้
ประโยชน์ ของลายพิมพ์ DNA
ใช้พิสูจน์ความสัมพันธ์ทางสายเลือด
ใช้ในการติดตามการรักษาผู้ป่วยที่ได้รับการปลูกถ่ายไขกระดูก ในการรักษาลูคีเมีย ผู้ป่วยต้องรับการปลูกถ่ายไขกระดูกจากผู้ให้ หากลายพิมพ์ดีเอ็นเอเลือดผู้ป่วยเปลี่ยนไป แต่ลายพิมพ์เซลล์อื่นเหมือนเดิมแสดงว่าร่างกายไม่มีปฏิกิริยาต่อต้านไขกระดูกจากผู้ให้
ใช้พิสูจน์หลักฐานทางนิติเวชศาสตร์
การใช้ประโยชน์จาก พันธุวิศวกรรม
(Applications of genetic engineering)
เป็นกระบวนการปรับปรุงพันธุ์สิ่งมีชีวิต โดยนำยีน(gene)จากสิ่งมีชีวิตชนิดพันธุ์หนึ่ง (species) ถ่ายฝากเข้าไปอีกชนิดพันธุ์หนึ่ง เพื่อจุดประสงค์ที่จะปรับปรุงสายพันธุ์ให้ดีขึ้นกระบวนการดังกล่าวไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตดังกล่าวมีชื่อเรียกว่า LMO (living modified organism) หรือ GMO (genetically modified organism)
ทางด้านการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม
ความเจริญก้าวหน้าของเทคโนโลยีชีวภาพ นำไปสู่การอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมโดยเฉพาะอย่างยิ่ง พืชที่ได้รับการถ่ายฝากยีน(gene)ต้านทานโรคและแมลง ทำให้ไม่ต้องใช้สารเคมีฉีดพ่นหรือใช้ในปริมาณที่ลดลงมาก พันธุวิศวกรรม(genetic engineering)อาจนำไปสู่การผลิตพืชที่ใช้ปุ๋ยน้อย และ น้ำน้อย ทำให้เป็นการลดการใช้ปุ๋ยเคมี เป็นการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม และนำไปสู่การสร้างสมดุลทรัพยากรชีวภาพได้
ด้านเกษตร
-พันธุ์พืชต้านทานแมลง มีสารสกัดชีวภาพจากแบคทีเรียBacillus thuringiensis หรือ บีที ที่ใช้กำจัดแมลงกลุ่มหนึ่งอย่างได้ผลโดยการฉีดพ่นคล้ายสารเคมีอื่น ๆ เพื่อลดการใช้สารเคมีด้วยความก้าวหน้าทางวิชาการทำให้สามารถแยกยีนบีที จากจุลินทรีย์นี้และถ่ายฝากให้พืชพันธุ์ต่าง ๆ เช่นฝ้าย ข้าวโพด และมันฝรั่ง เป็นต้น ให้ต้านทานแมลงกลุ่มนั้น และใช้อย่างได้ผลเป็นการค้าแล้วในบางประเทศ
-พันธุ์พืชต้านทานโรคไวรัส โรคไวรัสของพืชหลายชนิด เช่น โรคจุดวงแหวนในมะละกอ (papaya ring-spot virus)
สามารถป้องกันกำจัดได้โดยวิธีนำยีน(gene)เปลือกโปรตีน (coat protein) ของไวรัสนั้นถ่ายฝากไปในพืช
ทางด้านการพัฒนาอุตสาหกรรม
เมื่อวัตถุดิบได้รับการปรับเปลี่ยนคุณภาพให้ตรงกับความต้องการของอุตสาหกรรม โดยใช้พันธุวิศวกรรม(genetic engineering)แล้ว อุตสาหกรรมใหม่ๆจะเกิดตามมากมาย เช่น การเปลี่ยนโครงสร้างแป้ง น้ำมัน และโปรตีน ในพืช หรือการลดปริมาณเซลลูโลสในไม้ เป็นต้น ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชีวภาพในอนาคต จะเป็นการปฏิรูปแบบอุตสาหกรรมใหม่ โดยเน้นการใช้วัตถุดิบจากสิ่งมีชีวิตมากขึ้น รถยนต์ทั้งคัน อาจทำจากแป้งข้าวโพด สารเคมีทั้งหมดอาจพัฒนาจากแป้ง เชื้อเพลิงอาจพัฒนาจากวัตถุดิบพืช เป็นต้น
ประโยชน์ต่อผู้บริโภค
– ทำให้เกิด พืช ผัก ผลไม้ มีคุณค่าทางโภชนาการเพิ่มมากขึ้น เช่น ทำให้มะเขือเทศมีวิตามินอีมากขึ้น ทำให้ส้มหรือมะนาวที่มีวิตามินซีเพิ่มมากขึ้น ทำให้กล้วยมีวิตามินเอเพิ่มขึ้น เป็นต้น
– ทำให้ลดการขาดแคลนอาหารได้ เนื่องจากการปรับปรุงพันธุ์ให้มีผลผลิตและความต้านทานต่างๆมากขึ้น ทำให้มีผลผลิตที่เพิ่มมากขึ้น ตอบสนองต่อความต้องอาหารที่เพิ่มมากขึ้น
ประโยชน์ด้านการพาณิชย์
– ลดขั้นตอนและระยะเวลาของการผสมพันธุ์พืช ซึ่งหากช่วงชีวิตของพืชที่ต้องการปรับปรุงพันธุ์ด้วยวิธีเดิมยาวนานกว่าจะได้ผล และต้องทำการคัดเลือกพันธุ์อยู่หลายครั้ง การทำ GMOsทำให้ขั้นตอนนี้เร็วและแม่นยำยิ่งขึ้นกว่าเดิมมาก
– ทำให้เกิดพืชพันธุ์ใหม่ๆ ที่มีประโยชน์ในการพาณิชย์ เช่น ดอกไม้หรือพวกไม้ประดับที่มีรูปร่างแปลกกว่าเดิม มีขนาดใหญ่กว่าเดิม สีสันแปลกไปจากเดิม (เช่น กุหลาบสีน้ำเงิน) หรือมีความคงทนกว่าเดิม
การโคลนนิ่ง (Cloning)
คือ กระบวนการสืบพันธุ์โดยไม่อาศัยเพศชนิดหนึ่ง โดยสิ่งมีชีวิตที่ถูกโคลนออกมาจะมีลักษณะทางพันธุกรรม โดยรวมถึงมีลักษณะทางกายภาพเหมือนกับสิ่งมีชีวิตต้นแบบ หรือ สิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ก่อนแล้วทุกประการโดยคำว่าโคลน (Clone) นั้นมาจากภาษากรีกจากคำว่า “Klone” ซึ่งแปลว่า แขนง กิ่ง ก้าน โดยใช้อธิบายการแบ่งตัวแบบไม่อาศัยเพศ (Asexual) ของในพืชและสัตว์
ประโยชน์ หรือ ข้อดี ของการโคลนนิ่ง (Advantages of Cloning)
ช่วยในการเพิ่มจำนวนพันธุ์สัตว์และพันธุ์พืชหายาก
ช่วยในการเพิ่มจำนวนสัตว์ที่มีลักษณะทางพันธุกรรมที่ดี เช่น หมูที่ให้เนื้อในปริมาณมากหรือโคที่ให้น้ำนมในปริมาณมากที่มีความต้านทานโรคสูง เป็นต้น
ช่วยในการเพิ่มจำนวนสัตว์ที่ได้มีการปรับปรุงลักษณะทางพันธุกรรม
ช่วยในการทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่ต้องใช้สัตว์ทดลองที่มีพันธุกรรมและลักษณะที่เหมือนกันเป็นจำนวนมาก
เพื่อช่วยในการผลิตอวัยวะของสัตว์ที่มีลักษณะเหมือนกันเพื่อที่จะใช้ในการย้ายฝาก
ช่วยในการปลูกถ่ายทดแทนอวัยวะของมนุษย์ ซึ่งอาจได้อวัยวะที่เข้ากันได้โดยภูมิคุ้มกันตัวเอง
แต่การโคลนนิ่ง(cloning)ยังมีปัญหาทางด้านจริยธรรมจากการปลูกถ่ายทดแทนอวัยวะของมนุษย์เพราะต้องโคลนนิ่ง(cloning)คนที่เหมือนกันแล้วนำอวัยวะของโคลนมาใช้กับคนที่เป็นเจ้าของเดิมทำให้คนที่ถูกโคลนออกมามีอวัยวะไม่ครบ แต่ถึงอย่างนั้นยังมีวิธีการอื่นที่ไม่ใช่การโคลนนิ่ง(cloning)ในการสร้างอวัยวะอยู่ เช่น สเต็มเซลล์(stem cell)เป็นต้น