คู่มือการจัดการเรียนรู้ เรื่องพันธุศาสตร์และเทคโนลยี (1)

พันธุศาสตร์และเทคโนโลยีทาง

แนวการจัดการเรียนรู้

การนำเข้าสู่บทเรียน โดยให้นักเรียนวิเคราะห์ภาพนำบทที่แสดงถึงการนำเทคนิคพันธุวิศวกรรม

มาใช้ในการตัดต่อยีนเคลื่อนย้ายยีนระหว่างสิ่งมีชีวิต แล้วตั้งคำถามเพื่อนำไปสู่การอภิปราย โดยมีแนว

คำถาม ดังนี้

จากภาพแบคทีเรียเรืองแสงได้อย่างไร

ถ้านำแบคทีเรียที่เรืองแสงได้ไปใส่ในสิ่งมีชีวิตใด จะทำให้สิ่งมีชีวิตนั้นเรืองแสงได้หรือไม่

นักเรียนสืบค้นจากคำบรรยายใต้ภาพ แล้วร่วมกันอภิปรายจนได้ข้อสรุปว่า เมื่อนำยีนสร้างโปรตีน

เรืองแสงฟลูออเรสเซนต์สีเขียวจากแมงกระพรุนตัดต่อเข้าไปใส่ในเแบคทีเรีย จะทำให้แบคทีเรีย

เรืองแสงได้ และเมื่อนำแบคทีเรียไปใส่ไว้ในสิ่งมีชีวิตอื่น ก็ทำให้สิ่งมีชีวิตนั้นเรืองแสงได้

ครูตั้งคำถามเพื่อนำไปสู่การสืบค้นและการอภิปรายเกี่ยวกับเทคโนโลยีชีวภาพ โดยมีแนวคำถามดังนี้

เทคโนโลยีชีวภาพคืออะไร นำไปใช้ให้เกิดประโยชน์ต่อมนุษย์อย่างไรจากการสืบค้นและการอภิปรายร่วมกัน นำไปสู่ข้อสรุปได้ว่า เทคโนโลยีชีวภาพเป็นการใช้

เทคโนโลยีไปทำให้สิ่งมีชีวิตหรือองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตมีสมบัติตามที่ต้องการ

ครูให้นักเรียนยกตัวอย่างและวิเคราะห์ว่า เทคโนโลยีชีวภาพที่นำมาใช้ในการปรับปรุงพันธ์ุพืช

และพันธ์ุสัตว์ชนิดต่างๆ อะไรบ้าง ซึ่งคำตอบอาจเป็นความรู้เดิมของนักเรียน และได้ข้อสรุปว่าเทคโนโลยี

ที่ใช้ปรับปรุงพันธ์ุพืชและสัตว์ ได้แก่ เทคโนโลยีการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ การถ่ายฝากตัวอ่อน การผสมเทียม

การโคลนนิ่ง เป็นต้นครูอาจชี้แจงเพิ่มเติมเพื่อให้นักเรียนสรุปได้ว่า เทคโนโลยีชีวภาพมีหลายแขนง เทคโนโลยีที่มีการตัดแต่งยีนและเคลื่อนย้ายยีนข้ามชนิดของสิ่งมีชีวิต เพื่อสร้าง DNA สายผสม เรียกว่า เทคโนโลยีชีวภาพเกี่ยวกับDNA

ครูอาจชี้แนะให้นักเรียนเห็นถึงการคัดเลือกพันธ์ุแบบดั้งเดิมที่อาศัยการผสมพันธ์ุแบบอาศัยเพศ

ซึ่งจะเกิดภายในพันธ์ุเดียวกันหรือใกล้ชิดกันทางสายพันธ์ุเท่านั้น และเมื่อสิ่งมีชีวิตทั้ง 2 มีการผสมพันธ์ุ

กันยีนทั้งสองจะมารวมกัน ทำให้ได้ลูกที่มีลักษณะดีและลักษณะไม่ดีอยู่ในต้นเดียวกัน ซึ่งต้องอาศัยช่วง

เวลานานหลายปีในการคัดเลือกพันธ์ุหลายชั่วรุ่นกว่าจะกำจัดยีนที่ไม่ดีออก ส่วนเทคโนโลยีชีวภาพ DNA

เป็นเทคโนโลยีที่มีการพัฒนาพันธ์ุดั้งเดิมโดยการคัดเลือกลักษณะใดลักษณะหนึ่งจากพืช สัตว์ หรือจุลินทรีย์

แล้วนำเข้าสู่พืชอีกต้นหนึ่ง หรือเรียกว่าการย้ายยีนพืชที่ได้รับการปรับแต่งใหม่ ทำให้สัตว์ พืช หรือสิ่งมีชีวิตที่ได้รับการปรับแต่งยีนใหม่แสดงลักษณะเฉพาะที่เราต้องการครูตั้งคำถามต่อไปเพื่อนำไปสู่หัวข้อพันธุวิศวกรรม ดังนี้

เทคนิคพันธุวิศวกรรมคืออะไร มีขั้นตอนอย่างไร

ครูให้นักเรียนตอบคำถาม ซึ่งคำตอบขึ้นอยู่กับความรู้เดิมของนักเรียน จากนั้นให้นักเรียนสืบค้น

หาคำตอบจากหัวข้อ 18.1

จุดประสงค์การเรียนรู้ เพื่อให้นักเรียนสามารถ

1. บอกความหมายของเทคโนโลยีชีวภาพทางด้านพันธุศาสตร์ได้

2. สืบค้นข้อมูล อภิปราย และอธิบายกระบวนการสร้าง DNA สายผสม หรือรีคอมบิแนนท์ DNA

3. สืบค้นข้อมูล อภิปราย และเปรียบเทียบการโคลนยีนโดยอสศัยพลาสมิคและเทคนิคพีซีอาร์

4. สืบค้นข้อมูล อภิปราย และวิเคราะห์การนำเทคเทคโนโลยีของ DNAไปประยุกต์ใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆรวมทั้งผลกระทบทางด้านสังคมและจริยธรรมของมนุษย์

แนวการจัดการเรียนรู้
ครูนำภาพข่าวมะละกอจีเอ็มโอให้นักเรียนดู แล้วร่วมกันอภิปราย โดยมีประเด็นการอภิปราย ดังนี้มะละกอจีเอ็มโอมีลักษณะดีอย่างไร
มะละกอจีเอ็มโอเกิดจากการเปลี่ยนแปลงยีนหรือไม่ และมีการใช้เทคนิคใดจากการอภิปรายนำไปสู่ข้อสรุปได้ว่า มะละกอจีเอ็มโอเกิดจากการปรับแต่งยีน ได้สายพันธ์ุใหม่ที่มีลักษณะดีกว่าพันธ์ุเดิม โดยใช้เทคนิคพันธุวิศวกรรม18.1.1 เอนไซม์ตัดจำเพาะ

ครูให้นักเรียนสืบค้นเกี่ยวกับพันธุวิศวกรรม และเอนไซม์ตัดจำเพาะในตารางที่ 18.1 จากหนังสือเรียนหรือแหล่งเรียนรู้ต่างๆ โดยมีประเด็นการอภิปราย ดังนี้

เอนไซม์ตัดจำเพาะแยกออกมาจากสิ่งมีชีวิตพวกใด มีหน้าที่อย่างไรเอนไซม์ตัดจำเพาะมีความจำเพาะในการตัดสาย DNA อย่างไร และเอนไซม์แต่ละชนิดแตกต่างกันหรือไม่ อย่างไร

เอนไซม์ตัดจำเพาะที่ตัดสาย DNA ที่มียีนที่ต้องการจากสิ่งมีชีวิต และเอนไซม์ตัดจำเพาะที่ตัดพลาสมิดเป็นชนิดเดียวกันหรือไม่ เพราะอะไร

เมื่อเอนไซม์ตัดจำเพาะตัดสาย DNA จะทำให้เกิดปลายเหนียวหรือปลายทู่ ซึ่งแตกต่างกันอย่างไร

DNA สายผสมสร้างขึ้นได้อย่างไรจากการสืบค้นและการอภิปราย นักเรียนควรสรุปได้ว่า เอนไซม์ตัดจำเพาะถูกแยกออกมาจาก

แบคทีเรีย ทำหน้าที่ตัดสาย DNA ทั้งสองสายตรงลำดับเบสจำเพาะ เอนไซม์ตัดจำเพาะแต่ละชนิดมีความจำเพาะในการตัดสายDNA ส่วนใหญ่เอนไซม์ตัดจำเพาะที่นิยมนำมาใช้ในการโคลน DNA จดจำลำดับเบสจำเพาะที่มีความยาว 4 หรือ 5 หรือ 6 คู่เบสในการตัด และมีจุดตัดจำเพาะในลำดับเบสเหล่านี้ ดังนั้นเอนไซม์ตัดจำเพาะแต่ละชนิดแตกต่างกันที่มีลำดับเบสจำเพาะและจุดตัดจำเพาะของสาย

18.1 พันธุวิศวกรรม

DNA ที่ต่างกัน เช่น EcoRI มีลำดับเบสจำเพาะ 6 คู่เบส และมีจุดตัดระหว่าง A-G และ HaeIII มี 4

คู่เบส มีจุดตัดระหว่าง G-C เมื่อเอนไซม์ตัดจำเพาะตัดสาย DNA ทั้งสองสายจะทำให้เกิดปลายสายที่แตกต่าง

กันแล้วแต่ชนิดของเอนไซม์ ถ้าตัดสาย DNA แล้วทำให้เกิดปลายสายเดี่ยวที่มีนิวคลีโอไทด์ยื่นออกมา

เรียกว่า ปลายเหนียว หรือสติกกี้เอนด์ (sticky end) ซึ่งถ้าตัดสาย DNA อื่นด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะชนิด

เดียวกันทำให้ปลายสายเดี่ยวมาเชื่อมต่อกันได้พอดี เอนไซม์ตัดจำเพาะมีจุดตัดอยู่ตรงกันทั้งสองสายของ

DNA จะทำให้เกิดปลายทู่ หรือบลันต์เอนด์ (blunt end) สาย DNA ที่ตัดด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะ

จะรวมเข้ากับพลาสมิดซึ่งตัดด้วย เอนไซม์ตัดจำเพาะชนิดเดียวกัน เชื่อมต่อกันด้วยเอนไซม์ไลเกส ทำให้ได้

DNA สายผสม

ครูอาจให้นักเรียนแต่ละกลุ่มออกแบบ DNA สายผสม โดยใช้เอนไซม์ตัดจำเพาะจากตารางที่18.1 และนำชิ้นส่วน DNAจากสิ่งมีชีวิตอื่นมาต่อ ทั้งนี้เพื่อให้นักเรียนตระหนักว่า นักวิทยาศาสตร์ได้นำเทคโนโลยี DNA สายผสมไปประยุกต์ใช้ประโยชน์อย่างมากมาย ซึ่งนักเรียนจะได้เรียนในหัวข้อต่อไปครูขยายความรู้ให้กับนักเรียนเกี่ยวกับเอนไซม์ตัดจำเพาะว่า เอนไซม์ตัดจำเพาะชนิดเดียวกันจะตัดสาย DNA ที่จุดตัดจำเพาะในตำแหน่งเดียวกัน ไม่ว่า DNA นั้นจะมาจากพืช สัตว์ มนุษย์หรือแบคทีเรียปัจจุบันมีเอนไซม์ตัดจำเพาะหลายร้อยชนิดให้เราเลือกได้ตามความต้องการ เอนไซม์ส่วนใหญ่จะเป็นสินค้านำเข้าและมีราคาแพง  สำหรับคำถามในหนังสือเรียนมีแนวการตอบคำถาม ดังนี้

คำถาม   เอนไซม์ตัดจำเพาะแต่ละชนิดมีลำดับเบสจำเพาะเท่ากันหรือไม่

คำตอบ เอนไซม์ตัดจำเพาะแต่ละชนิดมีลำดับเบสจำเพาะอาจเท่ากันหรือไม่เท่ากัน เอนไซม์ตัดจำเพาะที่มีลำดับเบสจำเพาะจำนวนเท่ากัน ก็จะมีคู่เบสและจุดตัดจำเพาะต่างกัน

คำถาม  ลำดับเบสจำเพาะของเอนไซม์ตัดจำเพาะแต่ละชนิด มีลักษณะร่วมกันอย่างไร

คำตอบ เอนไซม์ตัดจำเพาะแต่ละชนิดมีลักษณะร่วมกันคือ การเรียงลำดับเบสในบริเวณลำดับเบสจำเพาะที่มีทิศทางจาก 5 ไพร์ไปสู่ 3 ไพร์ เหมือนกันทั้งสองสายของ DNA

ความรู้เสริมสำหรับครูการเรียกชื่อเอนไซม์ตัดจำเพาะ มีหลักในการเรียกชื่อจากแบคทีเรียที่แยกเอนไซม์นั้นๆออกมา ตัวอักษรตัวแรกของเอนไซม์ คือ อักษรตัวแรกของจีนัสของแบคทีเรียใช้อักษรตัวเอียงและอักษรตัวใหญ่ตามด้วยอักษร 2 ตัวแรกของชื่อสปีชีส์ของแบคทีเรียใช้อักษรตัวเอียงและอักษรตัวเล็ก ต่อไปจึงเป็นสายพันธ์ุของแบคทีเรีย ตัวสุดท้ายคือเลขโรมันแสดงลำดับการค้นพบเอนไซม์ตัวอย่างเช่น EcoRIE มาจาก Escherichiaco มาจาก coliR มาจาก สายพันธ์ุ RY13   I มาจาก เอนโดนิวคลีเอสตัวแรก

18.1.2 การเชื่อมต่อสาย DNA ด้วยเอนไซม์ DNA ไลเกส

ให้นักเรียนศึกษาภาพที่ 18-1 หรือแผ่นภาพโปร่งใส แล้วร่วมกันอภิปรายการทำงานของ เอนไซม์ตัดจำเพาะ และเอนไซม์ DNA ไลเกส ในการสร้าง DNA สายผสม โดยใช้คำถามในหนังสือเรียนมีแนวคำตอบ ดังนี้

คำถาม  การเชื่อมสาย DNA ปลายทู่ จะเหมือนหรือแตกต่างจากการเชื่อมสาย DNA ปลายเหนียวอย่างไร

คำตอบ  เหมือนกัน

ครูให้นักเรียนวิเคราะห์ต่อไปเกี่ยวกับลำดับขั้นการสร้าง DNA สายผสม จากการวิเคราะห์นักเรียนสรุปได้ดังนี้

1. ตัดสาย DNA ด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะ

2. ตัดสาย DNA ในโมเลกุลอื่นด้วยเอนไซม์ตัดจำเพาะชนิดเดียวกัน

3. เชื่อมต่อสาย DNA จาก DNA ต่างโมเลกุลกันด้วยเอนไซม์ DNA ไลเกส เกิดเป็น DNAสายผสม หรือรีคอมบิแนนท์ DNA

จากนั้นครูควรเน้นให้นักเรียนเชื่อมโยงได้ว่า การสร้าง DNA สายผสมเป็นเทคนิคการตัดและเชื่อมต่อ DNA ต่างโมเลกุลเข้าด้วยกัน ซึ่งเรียกว่าเทคนิคพันธุวิศวกรรม

(มีต่อภาค 2)