พันธุกรรมของรุ่นลูกที่แตกต่างจากรุ่นพ่อแม่และถ่ายทอดได้เกิดจากเทคนิคของอะไรทำไมจึงเป็นเช่นนั้น
กิจกรรมการจัดการเรียนรู้
ขั้นนำ ครูตั้งประเด็นคำถามเพื่อนำไปสู่การอภิปรายในห้องเรียนเพื่อให้คิดเชื่อมโยงกับความรู้เดิม
1. พันธุวิศวกรรมเป็นรูปแบบหนึ่งของการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมหรือไม่อย่างไร
2. ทำไมต้องมีเทคนิคการตัดต่อยีนของสิ่งมีชีวิต
3. พันธุวิศวกรรมเป็นการสืบพันธุ์แบบไหนเพราะอะไร
4. จงสรุปความสำคัญของพันธุกรรมวิศวกรรม
5. ผลที่เกิดจากการใช้เทคนิคพันธุวิศวกรรมมีอะไรบ้าง
ขั้นสอนกิจกรรมเสนอแนะเพื่อฝึกทักษะการคิด
1. นักเรียนไปศึกษาหรือสืบค้นข้อมูลเรื่องเทคโนโลยีทางชีวภาพ
2. ให้นักเรียนเขียนแผนผังเทคนิคพันธุวิศวกรรมทั่วไป
3. ให้นักเรียนสรุปความสัมพันธ์ระหว่างการถ่ายทอดพันธุกรรมกับการเกิด
พันธุวิศวกรรมป็นแผนผังมโนมติ(Mind Concept หรือ Mind Mapping)
การบูรณาการกับกลุ่มสาระการเรียนรุ้อื่นๆ
1. การงานอาชึพและเทคโนโลยี(แหล่งเรียนรู้ภายในโรงเรียนการสืบค้น)
2. ภาษาต่างประเทศ(ศัพท์เทคนิค)
3. ภาษาไทย( การเรียบเรียงรวบรวมเป็นองค์ความรู้ของผู้เรียน
ใบความรู้
พันธุวิศวกรรม(เนื้อหาสำหรับช่วงชั้นที่4มัธยมศึกษาปีที่6)
พันธุวิศวกรรม (genetic engineering) หรือความรู้ที่ได้จากการศึกษาชีววิทยาระดับโมเลกุล(molecular biology) จนทำให้สามารถประยุกต์ใช้ในการปรับเปลี่ยน เคลื่อนย้าย หรือตรวจสอบสารพันธุกรรม (ดีเอ็นเอ) และผลิตภัณฑ์ของสารพันธุกรรม (อาร์เอ็นเอและโปรตีน) ได้การประยุกต์ใช้พันธุวิศวกรรมแบบหนึ่งที่รู้จักกันอย่างกว้างขวางได้แก่ การเคลื่อนย้ายยีน (transgenesis)จากสิ่งมีชีวิตสปีชีส์หนึ่งไปสู่สิ่งมีชีวิตอื่นในสปีชีส์เดียวกันหรือสปีชีส์อื่น ซึ่งทำให้เกิดการถ่ายทอดยีนและลักษณะที่ยีนนั้นควบคุมอยู่ ทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตรูปแบบใหม่ (novel)ซึ่งอาจไม่เคยปรากฏในธรรมชาติมาก่อน ตัวอย่างเช่น การใส่ยีนสร้างฮอร์โมนอินซูลินเข้าไปในแบคทเรียหรือยีสต์ เพื่อให้ผลิตสารดังกล่าว ซึ่งสามารถนำมาสกัดบริสุทธิ์เพื่อใช้รักษาผู้ป่วยโรคเบาหวาน เป็นต้นสิ่งมีชีวิตที่ได้จากกระบวนการเคลื่อนย้ายยีน เรียกว่า สิ่งมีชีวิตเคลื่อนย้ายยีน (transgenic organisms) ซึ่งอาจเป็นได้ตั้งแต่สิ่งมีชีวิตที่มีวิวัฒนาการต่ำอย่างจุลินทรีย์ ไปจนสิ่งมีชีวิตชั้นสูงอย่างพืชและสัตว์ชนิดต่างๆในวงการสื่อ มักเรียกสิ่งมีชีวิตเคลื่อนย้ายยีน(transgenic organisms) ว่าเป็น สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม หรือ สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม(genetically modified organims, GMOs)
ความสำคัญของพันธุวิศวกรรม ด้านการแพทย์และสาธารณสุข
เทคโนโลยีชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง องค์ความรู้จากการวิจัยจีโนม ทำให้นักวิจัยรู้สึกถึงระดับยีนสิ่งมีชีวิต รู้ว่ายีนใดอยู่ที่ไหนบนโครโมโฃม หรือนอกโครโมโฃม สามารถสังเคราะห์ชิ้นส่วนนั้นได้ หรือตัดออกมาได้ แล้วนำไปใช้ประโยชน์ในเรื่องต่างๆ
1. การตรวจโรค เมื่อสามารถสังเคราะห์ชิ้นส่วน ดีเอ็นเอ หรือยีนได้แล้ว ก็สามารถพัฒนาเป็น molecular probes สำหรับใช้ในการตรวจโรคต่างๆได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2. การพัฒนายารักษาโรคและวัคฃิน ยารักษาโรค และวัคฃิน ใหม่ๆ ผลิตโดยวิธีพันธุวิศวกรรมในจุลินทรี หรือ recombinant DNA ทั้งสิ้น
3. การสับเปลี่ยนยีนด้อยด้วยยีนดี (gene therapy) ในอนาคต เมื่องานวิจัยจีโนมมนุษย์สำเร็จ ความหวังของคนที่ป่วยเป็นโรคทางพันธุกรรม อาจมีหนทางรักษาโดยวิธีปรับเปลี่ยนยีนได้
ความหมายของพันธุวิศวกรรม
พันธุวิศวกรรมเป็นกระบวนการปรับปรุงพันธุ์สิ่งมีชีวิตชนิดพันธุ์ (species) หนึ่งโดยนำยีนจากอีกชนิดพันธุ์หนึ่งถ่ายฝากเข้าไป เพื่อจุดประสงค์ที่จะให้สามารถทำงานได้ดีขึ้น กระบวนการดังกล่าวมิได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตดังกล่าวมีชื่อเรียกว่า LMO (living modified organism) หรือ GMO (genetically modified organism) ตัวอย่างการวิจัยและพัฒนา รวมถึงการใช้ประโยชน์เชิงการค้ามีมากมาย ซึ่งจะกล่าวถึงเพียงบางอย่างเท่านั้น
1. การตรวจโรค เมื่อสามารถสังเคราะห์ชิ้นส่วน ดีเอ็นเอ หรือยีนได้แล้ว ก็สามารถพัฒนาเป็น molecular probes สำหรับใช้ในการตรวจโรคต่างๆได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2. การพัฒนายารักษาโรคและวัคฃิน ยารักษาโรค และวัคฃิน ใหม่ๆ ผลิตโดยวิธีพันธุวิศวกรรมในจุลินทรี หรือ recombinant DNA ทั้งสิ้น
3. การสับเปลี่ยนยีนด้อยด้วยยีนดี (gene therapy) ในอนาคต เมื่องานวิจัยจีโนมมนุษย์สำเร็จ ความหวังของคนที่ป่วยเป็นโรคทางพันธุกรรม อาจมีหนทางรักษาโดยวิธีปรับเปลี่ยนยีนได้
ค. ด้านการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม
ความเจริญก้าวหน้าของเทคโนโลยีชีวภาพ นำไปสู่การพัฒนาที่ยั่งยืน และช่วยอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมโดยเฉพาะอย่างยิ่ง พืชที่ได้รับการถ่ายฝากยีนต้านทานโรคและแมลง ทำให้ไม่ต้องใช้สารเคมีฉีดพ่นหรือใช้ในปริมาณที่ลดลงมาก พันธุวิศวกรรมอาจนำไปสู่การผลิตพืชที่ใช้ปุ๋ยน้อย และ น้ำน้อย ทำให้เป็นการลดการใช้ปุ๋ยเคมี เป็นการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม และนำไปสู่การสร้างสมดุลทรัพยากรชีวภาพได้
ง. ด้านการพัฒนาอุตสาหกรรม
เมื่อวัตถุดิบได้รับการปรับเปลี่ยนคุณภาพให้ตรงกับความต้องการของอุตสาหกรรม โดยใช้พันวิศวกรรมแล้ว อุตสาหกรรมใหม่ๆจะเกิดตามมากมาย เช่น การเปลี่ยนโครงสร้างแป้ง น้ำมัน และโปรตีน ในพืช หรือการลดปริมาณเซลลูโลสในไม้ เป็นต้น ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชีวภาพในอนาคต จะเป็นการเปลี่ยนรูปโแมอุตสาหกรรมใหม่ โดยเน้นการใช้วัตถุดิบจากสิ่งมีชีวิตมากขึ้น รถยนต์ทั้งคัน อาจทำจากแป้งข้าวโพด สารเคมีทั้งหมดอาจพัฒนาจากแป้ง เชื้อเพลิงอาจพัฒนาจากวัตถุดิบพืช เป็นต้น
ความเสี่ยง (risk) ของ LMOs หรือ GMOs
พืช สัตว์ และจุลินทรีย์ที่ได้รับการตัดแต่งตัดต่อยีน หรือที่เรียกว่า LMOs นั้นอาจเรียกว่าเป็นสิ่งมีชีวิตแปลงพันธุ์ และอาจมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม คน และสัตว์ แตกต่างกันไปซึ่งขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ ดังนี้
1. แหล่งยีน ถ้าเป็นยีนจากชนิดเดียวกัน เช่นยีนจากพืช ถ่ายให้พืช ย่อมมีปัญหาน้อยหรือไม่มีความเสี่ยงเลย ยีนจากสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ที่ทราบกันดีว่าไม่พิษมีภัยก็อาจจัดอยู่ในกลุ่มเสี่ยงน้อยด้วย ถ้าเป็นยีนจากจุลินทรีย์อาจก่อเกิดโรคได้ย่อมมีความเสี่ยงสูงขึ้น และยิ่งเป็นยีนที่ทราบแน่ชัดว่าสกัดมาจากเชื้อโรคยิ่งมีความเสี่ยงสูงมาก
2. ส่วนประกอบของยีน ยีนที่ควบคุมลักษณะหนึ่งนั้นไม่สามารถแสดงออก หากปราศจากยีนช่วยแสดง (promoter) นอกจากนั้นยังต้องมียีนช่วยการเลือกคัด (selectable markers) อีกด้วย ยีนพวกนี้อาจเป็นยีนต้านทานยาปฏิชีวนะ หรือยีนต้านทานสารกำจัดวัชพืช ยีนเหล่านี้ต้องสร้างเป็นส่วนประกอบของดี เอ็น เอ สายเดียวกัน แล้วจึงถ่ายฝากให้พืชตัวรับ ปัญหาที่ตามมาคือ ยีนช่วยเลือกคัดอาจมีพิษภัยต่อสิ่งมีชีวิตก็เป็นได้
สิ่งมีชีวิตแปลงพันธุ์เหล่านี้ต่างจากพันธุ์ธรรมดาตรงที่มียีนแปลกปลอมใหม่ ๆ (novel genes) เข้าไปอยู่ในพันธุ์นั้นทำให้มีความกลัวและคำถามตามมาหลายข้อ เช่น
1. เสถียรภาพของยีนว่าจะอยู่คงทนในพันธุ์นั้นนานแค่ใด กี่ชั่วอายุหรือจะหายไปในชั่วลูกชั่วหลาน
2. ยีนที่มาจากจุลินทรีย์ที่ไม่ก่อเกิดโรค มีโอกาสที่จะกลายพันธุ์เป็นยีนก่อเกิดโรคได้หรือไม่
3. ยีนเหล่านี้มีโอกาสหลุดไปสู่พืชพันธุ์อื่น หรือจุจินทรีได้หรือไม่
4. ผลผลิตจะมีพิษภัยต่อสุขภาพคน และสัตว์หรือไม่
5. ปัญหาราคาผลิตผลทรัพย์สินทางปัญญา และอื่น ๆ ยังมีอีกมาก
1. การปรับปรุงพันธุ์พืชให้ต้านทานโรคและแมลง วิธีการปรับปรุงพันธุ์แบบดั้งเดิม ซึ่งยังคงทำกันอยู่นั้น ใช้วิธีหาพันธุ์ต้านทานซึ่งส่วนใหญ่เป็นพันธุ์ป่าและมีลักษณะไม่ดีอยู่มาก จากนั้นเอาพันธุ์ต้านทานผสมพันธุ์พ่อ-แม่ เข้าด้วยกันรวมทั้งลักษณะต้านทานด้วยเหตุนี้ จึงต้องเสียเวลาคัดเลือก และพัฒนาพันธุ์ต่ออีกอย่างน้อย 8-10 ปี กว่าจะได้พันธุ์ต้านทานและมีลักษณะอื่น ๆ ดีด้วย ดังนั้นวิธีการปรับปรุงพันธุ์โดยการถ่ายฝากยีนที่ได้รับจากชนิดพันธุ์อื่น จึงสามารถลดระยะเวลาการพัฒนาพันธุ์ได้มาก
1.1 พันธุ์พืชต้านทานแมลง มีสารสกัดชีวภาพจากแบคทีเรีย Bacillus thuringiensis หรือ บีที ที่ใช้กำจัดแมลงกลุ่มหนึ่งอย่างได้ผลโดยการฉีดพ่นคล้ายสารเคมีอื่น ๆ เพื่อลดการใช้สารเคมีด้วยความก้าวหน้าทางวิชาการทำให้สามารถแยกยีนบีที จากจุลินทรีย์นี้และถ่ายฝากให้พืชพันธุ์ต่าง ๆ เช่น ฝ้าย ข้าวโพด และมันฝรั่ง เป็นต้นให้ต้านทานแมลงกลุ่มนั้น และใช้อย่างได้ผลเป็นการค้าแล้วในประเทศ
1.2 พันธุ์พืชต้านทานโรคไวรัส โรคไวรัสของพืชหลายชนิด เช่น โรคจุดวงแหวนในมะละกอ (papaya ring-spot virus) สามารถป้องกันกำจัดได้โดยวิธีนำยีนเปลือกโปรตีน (coat protein) ของไวรัสนั้นถ่ายฝากไปในพืช เหมือนเป็นการปลูกวัคซีนให้พืชนั่นเอง กระบวนการดังกล่าวใช้กันอย่างแพร่หลายในพืชต่าง ๆ
2. การพัฒนาพันธุ์พืชให้มีคุณภาพผลผลิตดี
ตัวอย่างได้แก่การถ่ายฝากยีนสุกงอมช้า (delayed ripening gene) ในมะเขือเทศ การสุกในผลไม้เกิดจากการผลิตสาร ethylene เพิ่มมากในระยะสุกแก่ นักวิชาการสามารถวิเคราะห์โครงสร้างยีนนี้ และมีวิธีการควบคุมการแสดงออกโดยวิธีการถ่ายฝากยีนได้ ทำให้ผลไม้สุกงอมช้า สามารถเก็บไว้ได้นาน ส่งไปจำหน่ายไกล ๆ ได้ สหรัฐเป็นประเทศแรกที่ผลิตมะเขือเทศสุกงอมช้าได้เป็นการค้า และวางตลาดให้ประชาชนรับประทานแล้ว
3. การพัฒนาพันธุ์พืชให้ผลิตสารพิเศษ เช่นสารที่เป็นประโยชน์ต่าง ๆ ที่มีคุณค่าทางอาหารสูง อาจเป็นแหล่งผลิตไวตามิน ผลิตวัคซีน และผลิตสารที่นำไปสู่การผลิตทางอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น พลาสติคย่อยสลายได้ และโพลิมเมอร์ ชนิดต่าง ๆ เป็นต้น
4. การพัฒนาพันธุ์สัตว์ มีการพัฒนาพันธุ์โดยการถ่ายฝากยีน ทั้งในปศุสัตว์ และสัตว์น้ำ รวมทั้งน้ำปลา ได้มีตัวอย่างหลายรายการ เช่น การถ่ายฝากยีนเร่งการเจริญเติบโต และยีนต้านทานโรคต่าง ๆ เป็นต้น อย่างไรก็ตามประโยชน์ของพันธุวิศวกรรมในเรื่องการผลิตสัตว์นั้นเป็นเรื่องของการพัฒนาชุดตรวจระวังโรคเป็นส่วนใหญ่
5. การพัฒนาสายพันธุ์จุลินทรีย์ ให้มีคุณลักษณะพิเศษบางอย่าง เช่นให้สามารถกำจัดคราบน้ำมันได้ดี เป็นต้น
ข. ด้านการแพทย์และสาธารณสุขก. ด้านการเกษตรและอาหารพันธุวิศวกรรมหมายถึงพันธุวิศวกรรม (genetic engineering) หมายถึง เทคโนโลยีที่ทำการเคลื่อนย้ายยีน (gene) จากสิ่งมีชีวิตสายพันธุ์หนึ่งไปสู่สิ่งมีชีวิตอีกสายพันธุ์หนึ่ง เพื่อสร้างสิ่งมีชีวิตรูปแบบใหม่ (novel) เทคนิคเหล่านี้เป็นวิธีการทางวิทยาศาสตร์ที่สลับซับซ้อน ในการเปลี่ยนแปลงหน่วยพันธุกรรม หรือ DNA ของสิ่งมีชีวิต โดยอาศัยเทคโนโลยีทางพันธุวิศวกรรม นักวิทยาศาสตร์สามารถเคลื่อนย้ายยีนที่อยู่เหนือกฎเกณฑ์ธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นอาจมียีนลูกผสมแบบใหม่ ทำให้เกิดคุณลักษณะแบบใหม่ ซึ่งไม่เคยปรากฏในธรรมชาติมาก่อน
ประโยชน์ของพันธุวิศวกรรม ผลกระทบต่อสังคมไทย
ผลกระทบต่อเศรษฐกิจและสังคมของไทย และนานาชาติ ที่เกิดจากการผลิตและใช้ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดยพันธุวิศวกรรม หรือที่เรียกว่า จีเอ็มโอ (GMOs) นั้น ในขณะนี้มีค่อนข้างสูง นับเป็นกระแสของผู้บริโภค และคนทั่วไปทั่วโลกที่มีความเป็นห่วงในเรื่องต่างๆ ดังต่อไปนี้
1. เทคโนโลยีนี้ ค่อนข้างใหม่ มีการวิจัยและพัฒนาในบางประเทศเท่านั้น คนทั่วไปจึงไม่รู้ว่าผลิตภัณฑ์ที่เรียกว่า จีเอ็มโอ นั้นคืออะไร มีประโยชน์และอาจมีโทษอย่างไร
2. เทคโนโลยีอยู่ในมือของบริษัทข้ามชาติใหญ่ๆ ทำให้ประชาชนมีความวิตกกังวลว่าจะ เป็นการผูกขาดตลาดหรือไม่ ราคาจะสูงเกินไปหรือไม่
3. ผลิตผล จีเอ็มโอ มีความปลอดภัยต่อสุขภาพมนุษย์ และสัตว์ หรnอไม่เพียงใด แม้มีการทดสอบความปลอดภัยทางชีวภาพมามากในประเทศอื่น ยังมีคำถามอยู่ว่าแม้ปลอดภัยในตอนนี้ แต่ในอนาคต 10-20 ปี จะเป็นอะไรหรือไม่ ซึ่งนับว่าเป็นเรื่องยาก ที่จะหาคำตอบ
4. มีผลกระทบต่อความหลากหลายทางชีวภาพหรือไม่ ซึ่งเรื่องนี้ คงขึ้นอยู่กับมุมมอง ที่ต่างกันของนักวิชาการ กลุ่มหนึ่งอาจมองไปว่า จะเป็นการนำไปสู่การปลูกพืชเชิงเดี่ยวมากขึ้น และแท้จริงแล้วอาจเป็นการสร้างความหลากหลายให้มากขึ้น จากการพัฒนาสิ่งมีชีวิต ที่มียีนใหม่ๆ ที่ไม่เคยมีตามธรรมชาติเลย ความจริงแล้วมนุษย์ได้ปรับเปลี่ยนพันธุ์พืช สัตว์ และจุลินทรี โดยวิธีผสมพันธุ์กันอยู่ แล้ว การใช้พันธุวิศวกรรมจึงเป็นเพียงเครื่องมืออย่างหนึ่งเท่านั้น