แฟ้มสะสมงานออนไลน์: วิทย์ฯ

วิชา ชีววิทยา

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีของ DNA

การประยุกต์ใช้ในเชิงการแพทย์และเภสัชกรรม

1. การวินิจฉัยโรค

ปัจจุบันมีการนำเอาเทคโนโลยีของ DNA มาใช้ในการวินิจฉัยโรคที่เกิดจากการติดเชื้อต่างๆ เช่น เชื้อไวรัส โดยการใช้เทคนิค PCR เพื่อตรวจสอบว่ามีจีโมนของไวรัสอยู่ในสิ่งมีชีวิตนั้นหรือไม่ ซึ่งเป็นเทคนิคที่มีความไวสูง สามารถตรวจพบได้โดยมีตัวอย่างเพียงเล็กน้อย เทคนิคนี้ได้นำมาใช้ในการตรวจวิเคราะห์การติดเชื้อ HIV เป็นต้น

จากความรู้ทางพันธุศาสตร์ การค้นพบเครื่องหมายทางพันธุกรรมเชื่อมโยงกับแอลลีลที่ก่อโรค และลำดับนิวคลีโอไทด์ จึงสามารถนำไปใช้ในการตรวจวินิจฉัยโรคทาง พันธุกรรมก่อนจะมีอาการของโรคหรือเป็นเพียงพาหะ ซึ่งทำให้สามารถป้องกันการถ่ายทอดลักษณะดังกล่าวได้อย่างถูกต้อง

2. การบำบัดด้วยยีน

จากความรู้เกี่ยวกับความผิดปกติต่างๆในคนที่เกิดความบกพร่องของยีน หากสามารถใส่ยีนที่ปกติเข้าไปในเซลล์ร่างกาย หรือเนื้อเยื่อที่แสดงอาการผิดปกติแล้วทำให้ยีนนั้นแสดงออกเมื่อมีสารโปรตีนที่ปกติในบริเวณดังกล่าวจึงอาจเป็นแนวทางหนึ่งที่จะช่วยทำให้บำบัดอาการบกพร่องที่เกิดขึ้นได้

ในปัจจุบันเทคนิคหนึ่งที่ใช้ในการถ่ายยีนปกติ เพื่อใช้ในการทำยีนบำบัด คือการใช้ไวรัสชนิดหนึ่งเป็นตัวนำยีนที่ต้องการถ่ายเข้าสู่เซลล์คน ซึ่งยีนของไวรัสที่เป็นอันตรายต่อคนจะถูกตัดทิ้ง แล้วใส่ยีนของคนที่ต้องการเข้าไปแทนที่ ไวรัสที่สร้างขึ้นใหม่นี้จะมียีนที่ต้องการแทรกอยู่ และจะมีความสามารถในการแทรกจีโนมของตัวมันเข้าสู่โครโมโซม คนได้ แต่ไม่สามารถจำลองตัวเองเองเพิ่มจำนวนได้ เนื่องจากยีนที่ทำหน้าที่ดังกล่าวที่มีอยู่เดิมในไวรัสได้ถูกตัดทิ้งไปแล้ว

การรักษาด้วยยีนบำบัด (gene therapy)

ในสหรัฐอเมริกา การรักษาด้วยยีนบำบัด (gene therapy) แต่ละกรณีจะต้องมีการตรวจสอบอย่างเคร่งครัดในทุกขั้นตอน เพื่อคำนึงถึงความปลอดภัยของผู้รับการรักษา ตัวอย่างของโรคที่มีการรักษาด้วยการบำบัดยีนแล้ว เช่น Severe Combined Immunodefiency Disorder (SCID) ซึ่งโรคนี้เป็นโรคทางพันธุกรรม ผู้ที่เป็นโรคนี้ไม่สามารถสร้างภูมิคุ้มกันได้มักเสียชีวิตจากการติดเชื้อเพียงเล็กน้อย

โรคที่มีการรักษาด้วยการบำบัดยีน โรค Severe Combined Immunodefiency Disorder (SCID)

อย่างไรก็ดีการบำบัดด้วยยีนยังไม่ที่แพร่หลายและต้องใช้ด้วยความระมัดระวังอย่างยิ่ง เนื่องจากยังมีปัญหาทางด้านเทคนิคในการใช้ ตัวอย่างเช่น การควบคุมกิจกรรมของยีนที่ใส่ให้กับเซลล์ให้มีการผลิตผลิตภัณฑ์ที่ต้องการอย่างเหมาะสมได้อย่างไร การแทรกตัวของยีนเข้าสู่จีโนมของคนทำอย่างไรเมื่อแทรกแล้วจึงจะไม่ไปทำให้เกิดมิวเทชันในยีนอื่นที่ปกติอยู่แต่เดิม และไวรัสที่ใช้เป็นพาหะในการนำยีนเข้าสู่จีโนมคนนั้นสามารถบรรจุยีนได้อย่างจำกัด ไม่สามารถใส่ยีนที่มีขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงต้องมีการศึกษาวิธีการหรือเทคนิคใดมีความเหมาะสมต่อการใช้ยีนบำบัดให้มากขึ้น

นอกจากนี้ในการทำยีนบำบัด ยังมีข้อโต้แย้งเชิงจริยธรรมเกิดขึ้นในสังคม ว่าหากเราทราบความผิดปกติของยีนต่างๆแล้ว เราควรบำบัดข้อบกพร่องในเซลล์ตั้งต้นที่จะสร้างเซลล์ไข่และตัวอสุจิหรือไม่หากอนุญาตให้มีการบำบัดในลักษณะดังกล่าว จะมีผลต่อวิวัฒนาการของมนุษย์หรือไม่ในอนาคต

3. การสร้างผลิตภัณฑ์ทางเภสัชกรรม

การประยุกต์เทคโนโลยีเกี่ยวกับ DNA มาใช้ในเชิงเภสัชกรรมเป็นการประยุกต์ใช้ที่มีมาเป็นเวลาหลายสิบปี โดยมีการสร้างผลิตภัณฑ์ทางเภสัชกรรมเป็นจำนวนมาก ซึ่งส่วนใหญ่เป็นการผลิตโปรตีน

การผลิตฮอร์โมนอินซูลิน เป็นตัวอย่างแรกที่ที่นำเทคนิคทาง DNA มาใช้ในการผลิตสารที่ใช้เชิงเภสัชกรรมเพื่อรักษาโรคเบาหวาน ผู้ป่วยโรคเบาหวานจำเป็นต้องได้รับอินซูลิน เพื่อควบคุมระดับน้ำตาลจากการตัดและต่อ DNA ให้มียีนที่สร้างอินซูลิน แล้วใส่เข้าไปในเซลล์แบคทีเรีย เพื่อให้เกิดการแสดงออกและสร้างพอลิเพปไทด์ที่ต้องการ จากนั้นจึงนำเซลล์ไปเพื่อเพิ่มจำนวนยีนที่สร้างสายพอลิเพปไทด์ดังกล่าวและผลิตอินซูลินที่ทำงานได้
ดังภาพ

ภาพการผลิตฮอร์โมนอินซูลิน

การใช้พันธุวิศวกรรมเพื่อผลิตโปรตีน หรือฮอร์โมนที่บกพร่องในมนุษย์ นอกจากอินซูลินแล้วยังใช้พันธุวิศวกรรมในการผลิตโกรทฮอร์โมน เพื่อที่รักษาเด็กที่เจริญเติบโตเป็นคนแคระ เนื่องจากได้รับโกรทฮอร์โมนไม่เพียงพอ เป็นต้น

นอกจากการผลิตฮอร์โมนเพื่อใช้ทดแทนในคนที่มีความบกพร่องของฮอร์โมน ดังกล่าวข้างต้นแล้ว ยังมีการประยุกต์ใช้ในการผลิตยาเพื่อรักษาโรคบางชนิดอีกด้วย เช่น ใช้ในการผลิตยาที่จะยับยั้งไวรัส HIV โดยอาศัยเทคนิคทางพันธุวิศวกรรมในการสร้างโมเลกุลของโปรตีนที่จะป้องกันหรือเลียนแบบตัวรับที่ HIV ใช้ในการเข้าสู่เซลล์ ซึ่งตัวรับเหล่านี้จะอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ของคน หากมีโมเลกุลที่เลียนแบบตัวรับเหล่านี้อยู่ในกระแสเลือด HIV จะเข้าเกาะกับโมเลกุลเหล่านี้แทนที่จะเกาะที่ตัวรับที่เซลล์เม็ดเลือดขาวแล้วเข้าทำลายเซลล์เม็ดเลือดขาว ตัวยาเหล่านี้จึงสามารถยับยั้งการทำงานของ HIV ได้

การใช้พันธุวิศวกรรมยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการผลิตวัคซีน แต่เดิมนั้นใช้วัคซีนเพื่อกระตุ้นภูมิคุ้มกันโรคที่เกิดจากไวรัส โดยใช้ไวรัสที่ไม่สามารถก่อโรค เพราะได้รับสารเคมีหรือวิธีทางกายภาพบางอย่าง หรือเป็นไวรัสในสายพันธุ์ที่ไม่นำโรคมาฉีดให้กับคน เพื่อกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกัน แต่เมื่อการศึกษาในระดับโมเลกุลเกี่ยวกับไวรัสมีความชัดเจนขึ้น จนทราบว่าโปรตีนชนิดใดที่ผิวของไวรัสที่เป็นตัวกระตุ้นภูมิคุ้มกันในคนได้ ก็สามารถใช้วิธีทางพันธุวิศวกรรมตัดต่อเฉพาะยีนที่เป็นต้นแบบในการสร้างโปรตีนชนิดนั้น แล้วใช้โปรตีนดังกล่าวเป็นแอนติเจนในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันแทนการใช้ไวรัสซึ่งทำให้มีความปลอดภัยยิ่งขึ้น

การประยุกต์ใช้ในเชิงนิติวิทยาศาสตร์

DNA เป็นสารพันธุกรรม ซึ่ง DNA ของคนๆเดียวกันไม่ว่าจะมาจากเซลล์ส่วนใดของร่างกายจะมีรูปแบบที่เหมือนกัน ดังนั้น DNA จึงเป็นเหมือนสิ่งที่บอกให้รู้ว่าคนๆนั้นเป็นใครและแตกต่างจากคนอื่นอย่างไร

โดยทั่วไปแล้วการที่จะบอกได้ว่าคนๆนั้นเป็นใคร จะพิจารณาจากรูปร่างหน้าตา วัน เดือน ปีเกิด ตามข้อมูลในบัตรประชาชน หรือ หนังสือเดินทาง และถ้าจะให้ชัดเจนยิ่งขึ้นอาจดูจากรอยแผลเป็นหรือลายพิมพ์นิ้วมือ อย่างไรก็ตามลักษณะอาจเปลี่ยนแปลงได้ตามอายุ หรือจากอุบัติเหตุ หรือจากสารเคมี แม้ว่าลายพิมพ์นิ้วมือจะไม่ สามารถบอกความสัมพันธ์ทางสายเลือดได้ว่าลายพิมพ์ นิ้วมือของลูกนั้นส่วนใดได้มาจากพ่อหรือแม่ แต่ลายพิมพ์ DNA สร้างมาจาก DNA ที่ได้รับการถ่ายทอดมาจากพ่อและแม่อย่างละครึ่งและเปลี่ยนแปลงไม่ได้ จึงมีลักษณะเฉพาะบุคคลซึ่งทำให้สามารถบอกความ แตกต่างของบุคคลได้ ความแตกต่างที่มีความจำเพาะของแต่ละบุคคลนี้เองเราจึงนำมาใช้ประโยชน์ได้หลายด้าน เช่น การพิสูจน์ตัวบุคคล การพิสูจน์ความสัมพันธ์ทางสายเลือด การตรวจทางนิติเวชศาสตร์เพื่อหาผู้กระทำความผิด เป็นต้น และจากความ แตกต่างที่มีเฉพาะบุคคล จึงทำให้บุคคลมีรูปแบบของ DNA ที่แตกต่างกัน เมื่อใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การใช้ RFLP marker ตรวจสอบ จะเกิดเป็นแถบ DNA รูปแบบของแถบ DNA (DNA band) ที่เป็นความแตกต่างของขนาดชิ้น DNA ที่เป็นเอกลักษณ์ของแต่ละบุคคล เรียกว่า ลายพิมพ์ DNA (DNA fingerprint) เพราะโอกาสที่คนสองคน (ที่ไม่ใช่ฝาแฝดแท้) จะมีรูปแบบของลายพิมพ์ DNA เหมือนกันมีน้อยมาก

ลายพิมพ์ DNA (DNA fingerprint)

นอกจากนี้ได้มีการใช้ลายพิมพ์ DNA เพื่อพิสูจน์ความเกี่ยวพันในคดีอาญาที่รุนแรง เช่น ฆาตกรรม ทำร้ายร่างกาย ซึ่งสามารถใช้เป็นหลักฐานสำคัญอย่างหนึ่งประกอบการพิจารณาคดีศาล ตัวอย่างเช่น ในคดีฆาตกรรมคดีหนึ่ง ได้นำคราบเลือดของฆาตกรที่พบในสถานที่เกิดเหตุและเลือดของผู้ต้องสงสัยจำนวน 7 คน มาทำลายพิมพ์ DNA และนำมาเปรียบเทียบกัน

เมื่อนำลายพิมพ์ DNA ของผู้ต้องสงสัยมาเปรียบเทียบกับลายพิมพ์ DNA ของคราบเลือดฆาตกรพบว่าเป็นดังนี้

ภาพการเปรียบเทียบลายพิมพ์ DNA ของผู้ต้องสงสัยกับคราบเลือดฆาตกร

               จากภาพด้านบนที่มีการเปรียบเทียบลายพิมพ์ DNA ของผู้ต้องสงสัยทั้ง 7 คน  จะเห็นได้ว่า  ผู้ต้องสงสัยหมายเลข 4 มีลายพิมพ์ DNA ใกล้เคียงกับหลักฐานคราบเลือดในที่เกิดเหตุมากที่สุด จึงอาจสรุปได้ว่าเป็นฆาตกร
               ปัจจุบันการตรวจลายพิมพ์ DNA จะใช้เทคนิค PCR เนื่องจากเป็นวิธีที่ง่าย  รวดเร็ว  ประหยัดค่าใช้จ่ายและใช้ตัวอย่างเลือดในปริมาณที่น้อยในประเทศไทย
               การตรวจลายพิมพ์ DNA เริ่มโดยกลุ่มนักวิจัยจากหลายสถาบันร่วมกันทำงานอย่างต่อเนื่อง  โดยการตรวจพิสูจน์ความสัมพันธ์ทางสายเลือด  การหาตัวคนร้ายในคดีฆาตกรรม  การสืบหาทายาทที่แท้จริงในกองมรดก  นอกจากนี้ยังนำมาใช้ในการตรวจคนเข้าเมืองให้ถูกต้อง  กรณีการให้สัญชาติไทยแก่ชาวเขาและชนกลุ่มน้อย เพื่อสืบสาวว่า บรรพบุรุษเป็นชาวเขาที่ตั้งรกรากอยู่ในประเทศไทยหรือเป็นชนต่างด้าวที่อพยพเข้ามา ซึ่งมีผลต่อการพิสูจน์ชาติพันธุ์และการให้สิทธิในการอาศัยอยู่บนแผ่นดินไทยด้วย  นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มว่าในอนาคตอาจมีการนำลายพิมพ์ DNA มาประยุกต์ใช้แทน การใช้ลายนิ้วมือ  เพื่อทำบัตรประชาชน  ทำให้สืบหาตัวบุคคลได้ถูกต้องรวดเร็ว  โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีสืบหาตัวบุคคลที่เสียชีวิตในสภาพที่บอกไม่ได้ว่าเป็น ใคร  เช่น  กรณีเครื่องบินตก หรือ ไฟไหม้
               ปัจจุบันในประเทศไทยมีหน่วยงานที่มีห้องปฏิบัติการที่ตรวจลายพิมพ์ DNA เช่น  สถาบันนิติเวช  กองพิสูจน์หลักฐาน  สังกัดสำนักงานตำรวจแห่งชาติ  โรงพยาบาลต่างๆ เช่น โรงพยาบาลรามาธิบดี โรงพยาบาลศิริราช โรงพยาบาลเชียงใหม่ และสถาบันนิติวิทยาศาสตร์ กระทรวงยุติธรรม เป็นต้น

การประยุกต์ใช้ในเชิงการเกษตร

1. การทำฟาร์มสัตว์เพื่อสุขภาพของมนุษย์

ในการใช้เทคโนโลยี DNA เพื่อปรับปรุงพันธุ์สัตว์ในมีลักษณะที่ดีขึ้น เช่นเดียวกับเป้าหมายหนึ่งคือการในการปรับปรุงพันธุ์สัตว์ที่อาศัยการผสมพันธุ์ และคัดเลือกพันธุ์ดั้งเดิม แต่ด้วยเทคโนโลยี DNA ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถหาได้ว่ายีนที่จะทำให้สัตว์มีลักษณะตามต้องการ เช่น หมูมีไขมันต่ำ วัวให้นมเร็วขึ้นและมากขึ้น เมื่อทราบว่ายีนควบคุมลักษณะนั้นคือยีนใดแล้วจึงย้ายยีนดังกล่าวเข้าสู่สัตว์ที่ต้องการ

อีกรูปแบบหนึ่งของการทำฟาร์มในอนาคต คือ การสร้างฟาร์มสัตว์ที่เสมือนเป็น โรงงานผลิตยาเพื่อสกัดนำไปใช้ในการแพทย์ ตัวอย่างเช่น การสร้างแกะที่ได้รับการถ่ายยีนเพื่อให้สร้างโปรตีนที่มีอยู่ในเลือดของคน และให้แกะผลิตน้ำนมที่มีโปรตีนนี้ โปรตีนชนิดนี้จะยับยั้งเอนไซม์ที่ก่อให้เกิดการทำลายเซลล์ปอดในผู้ป่วยที่เป็นโรคซิสติกไฟโปรซิส (cystic fibrosis) และโรคระบบทางเดินหายใจที่เรื้อรังชนิดอื่นๆ

ในการสร้างสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม (transgenic animal) จะเริ่มจากการแยกเซลล์ไข่ออกจากเพศเมียและฉีดยีนที่ต้องการเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์ไข่ (microinjection) ซึ่งจะมีเซลล์ไข่บางเซลล์ยอมให้ยีนดังกล่าวแทรกเข้าในจีโนมของนิวเคลียสและแสดงออกได้ จากนั้นทำการผสมพันธุ์ในหลอดทดลอง (in vitro fertilization) และถ่ายฝากเข้าในตัวแม่ผู้รับ เพื่อให้เจริญเป็นตัวใหม่ซึ่งจะมียีนที่ต้องการอยู่โดยไม่จำเป็นต้องมาจากสปีชีส์เดียวกัน

ภาพแอนดี (ANDi) ลิงดัดแปลงพันธุกรรมเรืองแสงตัวแรกของโลก

2. การสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรม(trensgenic plant)

การสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อให้มียีนของลักษณะตามที่ต้องการ เช่น การชะลอการสุกของผลไม้ หรือเพื่อยืดเวลาการเก็บรักษาผลผลิต มีความต้านทานโรคและแมลง มีความต้านทานต่อสารฆ่าแมลงมีคุณค่าด้านอาหารมากขึ้น เป็นต้น ในพืชสามารถทำได้ง่ายกว่าในสัตว์ เนื่องจากมีการศึกษาเทคโนโลยีในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อในหลอดทดลอง ซึ่งสามารถสร้างต้นพืชขึ้นใหม่จากเซลล์เนื้อเยื่อ หรือส่วนต่างๆ ของพืชได้เป็นเวลาหลายสิบปีมาแล้ว ดังนั้นถ้าสามารถถ่ายยีนเข้าสู่เซลล์พืชได้ และพืชนั้นมีเทคโนโลยีการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชรองรับอยู่แล้ว ก็สามารถสร้างพืชดัดแปลงทางพันธุกรรมได้

ตัวอย่างการสร้างพืชดัดแปลงทางพันธุกรรม ได้แก่

พืชดัดแปลงทางพันธุกรรมที่มีความสามารถในการต้านทานแมลง
โดยการถ่ายยีนบีทีที่สร้างสารพิษจากแบคทีเรีย(Bacillua Thuringiensis;BT) สารพิษนี้สามารถทำลายตัวอ่อนของแมลงบางประเภทอย่างเฉพาะเจาะจง โดยไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น เมื่อนำยีนที่สร้างสารพิษไปใส่ในเซลล์ของพืช  เช่น ฝ้าย ข้าวโพด มันฝรั่ง ยาสูบ มะเขือเทศ พืชเหล่านี้สามารถผลิตสารทำลายตัวหนอนที่มากัดกิน ทำให้ผลผลิตของพืชเหล่านี้เพิ่มขึ้น ลดการใช้สารเคมีหรือไม่ต้องใช้เลย
พืชต้านทานต่อโรค นักวิจัยไทยสามารถดัดแปลงพันธุกรรมของมะละกอให้ต้านทานต่อโรคใบด่างจุดวงแหวน ซึ่งเกิดจากไวรัสชนิดหนึ่ง โดยนำยีนที่สร้างโปรตีนเปลือกไวรัส (coat  protein  gene) ถ่ายฝากเข้าไปในเซลล์มะละกอ แล้วชักนำให้เป็นมะละกอสร้างโปรตีนดังกล่าว ทำให้สามารถต้านทานต่อเชื้อไวรัสได้ นอกจากนี้ยังมีการดัดแปลงพันธุกรรมของมันฝรั่ง ยาสูบ ให้มีความต้านทานต่อไวรัสที่มาทำลายได้
พืชดัดแปลงทางพันธุกรรมที่สามารถต้านสารปราบวัชพืช   เช่น  นำเอายีนที่ต้านทานสารปราบวัชพืชใส่เข้าไปในพืช  เช่น  ถั่วเหลือง ข้าวโพด ฝ้าย ทำให้สามารถต้านทานสารปราบวัชพืช ทำให้สารเคมีที่ปราบวัชพืชไม่มีผลต่อพืชดังกล่าวและสามารถใช้ประโยชน์จากดินและปุ๋ยอย่างมีประสิทธิภาพ การปลูกพืชหมุนเวียนยังทำได้ง่ายขึ้น ผลผลิตก็เพิ่มมากขึ้นด้วย
พืชดัดแปลงทางพันธุกรรมที่มีคุณค่าทางอาหารเพิ่มขึ้น
เช่น ในกรณีของข้าวที่เป็นธัญพืชที่เป็นอาหารหลักของโลก ได้มีนักวิทยาศาสตร์ นำยีนจากแดฟโฟดิลและยีนจากแบคทีเรีย Erwinia bretaria ถ่ายฝากให้ข้าว  ทำให้ข้าวสร้างวิตามินเอในเมล็ดได้ เรียกว่า ข้าวสีทอง(golden rice)โดยหวังว่าการสร้างข้าวสีทอง จะมีส่วนช่วยในการลดภาวะการขาดวิตามินในประเทศที่ขาดแคลนอาหารในโลกได้
พืชดัดแปลงทางพันธุกรรมเพื่อให้ยืดอายุของผลผลิตได้ยาวนานขึ้น
โดยนำยีนที่มีผลต่อเอนไซม์ที่สังเคราะห์เอทิลีนใส่เข้าไปในผลไม้ เช่น มะเขือเทศ ทำให้มะเขือเทศสุกช้าลงเนื่องจากไม่มีการสร้างเอทิลีนลดความเน่าเสียของมะเขือเทศ สามารถเก็บรักษาได้นานขึ้นและขนส่งได้เป็นระยะทางไกลขึ้น
พืชดัดแปลงพันธุกรรมอื่นๆ
เช่น  ทำให้พืชต้านทานความแห้งแล้ง ต้านทานดินเค็ม  ดัดแปลงพืชให้แปลกและแตกต่างไปจากเดิมเพื่อให้เหมาะสมกับตลาดและความต้องการของมนุษย์มากขึ้น  แต่อย่างไรก็ตามพืชดัดแปลงพันธุกรรม (Genetically  Modified  Organism : GMOs) ถึงจะมีประโยชน์มากมายแต่ก็ยังมีข้อโต้แย้งทางสังคมเป็นอย่างมากว่าอาจจะไม่ปลอดภัยกับผู้บริโภคและอาจก่อให้เกิดปัญหาทางด้านพันธุ์พืช พันธุ์สัตว์ ความหลากหลายทางชีวภาพ การมิวเทชันและอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมในอนาคตได้

3. การปรับปรุงพันธุ์โดยอาศัยวิธีการของ molecolar  breeding
              ด้วยเทคโนโลยี DNAนำมาสู่การสร้างแบคทีเรีย และแผนที่เครื่องหมายทางพันธุกรรมต่างๆ ทำให้นักปรับปรุงพันธุ์สามารถนำองค์ความรู้ดังกล่าวมาใช้ในการปรับปรุงพันธุ์ โดยอาศัยการคัดเลือกจากการตรวจหาจากเครื่องหมายทางพันธุกรรมระดับโมเลกุลทดแทนการคัดเลือกจากลักษณะฟีโนไทป์เพียงอย่างเดียว ซึ่งทำให้การปรับปรุงพันธุ์ต่างๆทำได้รวดเร็วขึ้นและมีความเป็นไปได้ที่จะได้พืชหรือสัตว์พันธุ์ใหม่ที่มีลักษณะต่างๆร่วมกันในเวลาที่เร็วขึ้น
               ตัวอย่างการคัดเลือกสายพันธุ์ โดยอาศัยเครื่องหมายทางพันธุกรรมระดับโมเลกุลที่สามารถเห็นได้ชัดเจน เช่น การปรับปรุงพันธุ์ข้าวได้มีการศึกษาว่ายีนที่ควบคุมความทนเค็มนั้น ถูกควบคุมด้วยยีนหลายตำแหน่งและพบว่ายีนเหล่านั้นอยู่บนโครโมโซมแท่งต่างๆซึ่งมีลิงค์เกจกับเครื่องหมายทางพันธุกรรมในระดับโมเลกุล เมื่อทำการผสมพันธุ์เพื่อถ่ายทอดลักษณะความทนเค็ม ก็สามารถใช้เครื่องหมายทางพันธุกรรมเป็นตัวคัดเลือกต้นข้าวในรุ่นลูก

วิชา เคมี

พอลิเมอร์

พอ ลิเมอร์ (Polymer) คือ สารประกอบที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ และมีมวลโมเลกุลมากประกอบด้วยหน่วยเล็ก ๆ ของสารที่อาจจะเหมือนกันหรือต่างกันมาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์

มอนอเมอร์ (Monomer) คือ หน่วยเล็ก ๆ ของสารในพอลิเมอร์ ดังภาพ

ประเภทของพอลิเมอร์ แบ่งตามเกณฑ์ต่าง ๆ ดังนี้

1. แบ่งตามการเกิดเป็นเกณฑ์ เป็น 2 ชนิด คือ

ก . พอลิเมอร์ธรรมชาติ เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น โปรตีน แป้ง เซลลูโลส ไกโคเจน กรดนิวคลีอิก และยางธรรมชาติ (พอลีไอโซปรีน)
ข . พอลิเมอร์สังเคราะห์ เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากการสังเคราะห์เพื่อใช้ประโยชน์ต่าง ๆ เช่น พลาสติก ไนลอน ดาครอน และลูไซต์ เป็นต้น

2. แบ่งตามชนิดของมอนอเมอร์ที่เป็นองค์ประกอบ เป็น 2 ชนิด คือ

ก . โฮมอลิเมอร์ (Homopolymer) เป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์ชนิดเดียวกัน เช่น แป้ง(ประกอบด้วยมอนอเมอร์ที่เป็นกลูโคสทั้งหมด) พอลิเอทิลีน PVC (ประกอบด้วยมอนอเมอร์ที่เป็นเอทิลีนทั้งหมด)

ข . เฮเทอโรพอลิเมอร์ (Heteropolymer) เป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์ต่างชนิดกัน เช่น โปรตีน (ประกอบด้วยมอนอเมอร์ที่เป็นกรดอะมิโนต่างชนิดกัน) พอลิเอสเทอร์ พอลิเอไมด์ เป็นต้น

3. แบ่งตามโครงสร้างของพอลิเมอร์ แบ่งออกเป็น 3 แบบ คือ

ก. พอลิเมอร์แบบเส้น (Chain length polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์สร้างพันธะต่อกันเป็นสายยาว โซ่พอลิเมอร์เรียงชิดกันมากว่าโครงสร้างแบบอื่น ๆ จึงมีความหนาแน่น และจุดหลอมเหลวสูง มีลักษณะแข็ง ขุ่นเหนียวกว่าโครงสร้างอื่นๆ ตัวอย่าง PVC พอลิสไตรีน พอลิเอทิลีน ดังภาพ

ข. พอลิเมอร์แบบกิ่ง (Branched polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ยึดกันแตกกิ่งก้านสาขา มีทั้งโซ่สั้นและโซ่ยาว กิ่งที่แตกจาก พอลิเมอร์ของโซ่หลัก ทำให้ไม่สามารถจัดเรียงโซ่พอลิเมอร์ให้ชิดกันได้มาก จึงมีความหนาแน่นและจุดหลอมเหลวต่ำยืดหยุ่นได้ ความเหนียวต่ำ โครงสร้างเปลี่ยนรูปได้ง่ายเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ตัวอย่าง พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ ดังภาพ

ค. พอลิเมอร์แบบร่างแห (Croos -linking polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ต่อเชื่อมกันเป็นร่างแห พอลิเมอร์ชนิดนี้มีความแข็งแกร่ง และเปราะหักง่าย ตัวอย่างเบกาไลต์ เมลามีนใช้ทำถ้วยชาม ดังภาพ

หมายเหตุ พอลิเมอร์บางชนิดเป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากสารอนินทรีย์ เช่น ฟอสฟาซีน ซิลิโคน

การเกิดพอลิเมอร์

พอลิเมอร์เกิดขึ้นจากการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันของมอนอเมอร์
พอลิเมอร์ไรเซชัน (Polymerization) คือ กระบวนการเกิดสารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ ( พอลิเมอร์) จากสารที่มีโมเลกุลเล็ก ( มอนอเมอร์)

ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชัน

1. ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันแบบเติม (Addition polymerization reaction) คือปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันที่เกิดจากมอนอเมอร์ของสารอินทรีย์ชนิดเดียวกันที่มี C กับ C จับกันด้วยพันธะคู่มารวมตัวกันเกิดสารพอลิเมอร์เพียงชนิดเดียวเท่านั้น ดังภาพ

2. ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันแบบควบแน่น (Condensation polymerization reaction) คือปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันที่เกิดจากมอนอเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันมากกว่า 1 หมุ่ ทำปฏิกิริยากันเป็นพอลิเมอร์และสารโมเลกุลเล็ก เช่น น้ำ ก๊าซแอมโมเนีย ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ เมทานอล เกิดขึ้นด้วย ดังภาพ

วิชา ฟิสิกส์

กระแสไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าเกิดจากประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องบนตัวนำไฟฟ้า กระแสเป็นปริมาณสเกลาร์ แต่มีการกำหนดทิศทางเพื่อความสะดวกในการคำนวณวงจรไฟฟ้า

การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในตัวนำจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ซึ่งเราได้กำหนดนิยามขนาดและทิศทางของกระแสไฟฟ้าไว้ดังนี้

“ขนาดของกระแสไฟฟ้าในตัวนำใด ๆ ย่อมมีค่าเท่ากับปริมาณประจุไฟฟ้าที่วิ่งผ่าน หน้าตัดใดหน้าตัดหนึ่งของตัวนำในหนึ่งหน่วยเวลา”

“ทิศทางของกระแสไฟฟ้าโดยทั่วไป กำหนดให้มีทิศตามการเคลื่อนที่ของประจุบวก และตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของประจุลบ”

การหาขนาดของกระแสไฟฟ้าจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า

โดย q คือ ผลรวมของประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านหน้าตัดใดหน้าตัดหนึ่ง มีหน่วยเป็นคูลอมบ์ (C)

t คือ เวลาที่ประจุไฟฟ้าใช้ในการเคลื่อนที่ มีหน่วยเป็นวินาที (s)

I คือ กระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)

จากรูปสนามไฟฟ้า E ในหลอดบรรจุก๊าซมีทิศจาก A ไป B ทำให้ประจุบวกและลบเกิดการเคลื่อนที่
โดยประจุบวกเคลื่อนที่ในทิศเดียวกับสนามไฟฟ้า และประจุลบเคลื่อนที่ในทิศตรงข้ามกับสนามไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุบวกและลบจะมีทิศจาก A ไป B ดังรูปที่ 1 ถ้าให้ q+ และ q- เป็นจำนวน ประจุบวกและลบที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดที่แรกเงาของหลอดบรรจุก๊าซตามลำดับ จะได้ประจุรวมที่ผ่านพื้นที่แรเงา มีค่าเท่ากับผลรวมของประจุบวกและลบ เช่น ประจุบวก 3q กับประจุลบ 3q เคลื่อนที่ผ่านหน้าตัดตัวนำ

ให้ q เป็นผลรวมของประจุที่ผ่านพื้นที่แรเงาจะได้ q = 6q และถ้าให้ประจุ q ผ่านพื้นที่แรเงาในเวลา 1 วินาที ทำให้เกิดกระแส I จะได้ความสัมพันธ์ I,q และ t

แทนค่า q = 6q และแทนค่าเวลา t = 1

กระแสไฟฟ้าในตัวนำโลหะ

เนื่องจากในโลหะกระแสเกิดจากการเคลื่อนของอิเล็กตรอนอิสระเท่านั้น จึงแทนค่า q ด้วยประจุของอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ผ่านพื้นที่หน้าตัด เช่น มีอิเล็กตรอนเคลื่อนผ่านจำนวน N อนุภาค อิเล็กตรอนแต่ละอนุภาคมีประจุไฟฟ้าเท่ากับ e (1.6 x10^-19 คูลอมบ์) รวมประจุ q เท่ากับ Ne จึงหากระแสได้จาก สมการ

การหากระแสในตัวนำโลหะอีกวิธีหนึ่ง หาได้โดย

n = จำนวนอิเล็กตรอนอิสระต่อลูกบาศก์เมตร ของโลหะตัวนำ (เปลี่ยนแปลงตามชนิดของโลหะ)
v = ความเร็วลอยเลื่อนของอิเล็กตรอนอิสระ
A = พื้นที่หน้าตัดตัวนำโลหะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่าน
e = ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน 1 อนุภาค
N= จำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ผ่านหน้าตัด ในเวลา t
q = ประจุอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ผ่านหน้าตัดจากรูป จำนวนอิเล็กตรอนวิ่งจาก พื้นที่หน้าตัดซ้ายไปขวา N = nsAแต่ระยะทาง s = vt แทนค่าจะได้ N = nvtA

ประจุทั้งหมดที่ผ่านหน้าตัด q = Ne = nvtAeหากระแสจาก