นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 244

22 นิตยสาร สสวท. ความสามารถในการเรืองแสง ดังนั้น ถ้าหากมีสารที่นำ�มาทดสอบที่เมื่อ ผสมรวมกับ AB-GFP แล้วยังตรวจพบการเรืองแสงได้แสดงว่าสารนั้น มีความเป็นไปได้ที่จะป้องกัน โรคสมองเสื่อม อัลไซเมอร์ได้ กิจกรรม “แบคทีเรียเรืองแสง” ได้ออกแบบให้สอดคล้องกับ เนื้อหาชีววิทยาของนักเรียนชั้นมัธยมศีกษาตอนปลายที่เน้นวิทยาศาสตร์ ในหัวข้อที่เกี่ยวข้องกับพันธุวิศวกรรมโดยเฉพาะหัวข้อเทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ ซึ่งกิจกรรมนี้จะเป็นประโยชน์กับนักเรียน ดังนี้ (1) การเปิดโอกาสให้นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติมและทำ�ความเข้าใจ ในศาสตร์นี้ผ่านการลงมือปฏิบัติจริงภายใต้การดูแลของนักวิจัย/นักวิชาการ ที่มีประสบการณ์ (2) การลงมือปฏิบัติจริง โดยนำ�ยีนที่สร้างโปรตีนเรืองแสง gfpuv มาเป็นตัวอย่างให้นักเรียนโคลนเข้าสู่ดีเอ็นเอพาหะ แล้วนำ�เข้าสู่เซลล์แบคทีเรีย Escherichia coli ทำ�ไห้ E.coli ที่รับเอาดีเอ็นเอของยีน gfpuv เข้าไป สามารถเรืองแสงได้เมื่อได้รับแสง UV เป็นการแสดงให้เห็นถึงขั้นตอนทาง พันธุวิศกรรมที่อาศัยเทคโนโลยีทางดีเอ็นเอมาสร้างสิ่งมีชีวิตที่ถูกดัดแปลง สารพันธุกรรม (Genetic Modified Organism, GMO) อย่างง่าย ที่สามารถ ทำ�ได้ในเวลา 3 วัน และตรวจสอบคุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงไปได้เพียงสังเกต การเรืองแสงภายใต้ไฟฉาย UV วัตถุประสงค์ของกิจกรรม - เพื่อให้นักเรียนได้มีประสบการณ์การทำ�การทดลองที่เกี่ยวกับ เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอผ่านการสร้างแบคทีเรียเรืองแสง - เพื่อให้นักเรียนได้มีประสบการณ์การใช้และเข้าใจหลักการ การทำ�งานของเครื่องมือที่เกี่ยวข้องกับดีเอ็นเอ - เพื่อให้นักเรียนเข้าใจหลักการและขั้นตอนทางพันธุวิศวกรรม ผ่านการสร้าง “แบคทีเรียเรืองแสง” ด้วยตัวเอง เนื้อหาวิชาการ/ภาคปฏิบัติที่เกี่ยวข้อง - การเพิ่มจำ�นวนดีเอ็นเอโดยเทคนิคปฏิกิริยาลูกโซ่ (Polymerase Chain Reaction, PCR) - การแยกดีเอ็นเอภายใต้กระแสไฟฟ้าผ่านเจลอะกาโรส (Agarose Gel Electrophoresis) - การโคลนยีนโดยใช้พลาสมิดของแบคทีเรีย ซึ่งประกอบด้วย การเชื่อมต่อยีนเข้ากับพลาสมิด (Ligation) และการนำ�พลาสมิดลูกผสม (Recombinant Plasmid) เข้าสู่เซลล์แบคทีเรียเจ้าบ้านโดยอาศัยเทคนิค การกระตุ้นด้วยความร้อน (Heat-Shock Transformation) - การตรวจสอบแบคทีเรียที่รับเอาพลาสมิดลูกผสมเข้าสู่เซลล์ด้วย เทคนิค Colony PCR - การสกัดพลาสมิดจากเซลล์แบคทีเรียโดยใช้ชุดสกัดแบบคอลัมน์ (Plasmid Purification Kit) - การตัดดีเอ็นเอด้วยเอนไซม์ตัดจำ�เพาะ (Restriction Enzyme) - ประวัติความเป็นมาของการค้นพบโปรตีนเรืองแสง (GFP) จาก แมงกะพรุนที่เริ่มต้นเมื่อปี ค.ศ. 1962 ซึ่งต่อเนื่องยาวนานและนำ�ไปสู่รางวัล โนเบลในปี ค.ศ. 2008 ที่มอบให้กับนักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องถึง 3 คน อุปกรณ์/เครื่องมือที่นักเรียนได้ใช้งานและเรียนรู้หลักการทำ�งานเบื้องต้น - อุปกรณ์ดูด-จ่ายสารละลายปริมาตรน้อยแบบอัตโนมัติ (Auto- pipette) - เครื่องเพิ่มจำ�นวนดีเอ็นเอโดยเทคนิคปฏิกิริยาลูกโซ่ (PCR Machine) - ชุดอุปกรณ์แยกดีเอ็นเอด้วยกระแสไฟฟ้า (Gel Electrophoresis Apparatus) - เครื่องปั่นเหวี่ยงความเร็วสูง (Centrifuge) - เครื่องมองภาพเจลแบบใช้แสงแอลอีดีสีฟ้า (Blue Light LED Transilluminator) - เตาไมโครเวฟ - ไฟฉาย UV - ตู้บ่มเชื้อที่อุณหภูมิ 37 o C การจัดกิจกรรมในแต่ละครั้งสามารถรับนักเรียนเข้าร่วม กิจกรรมได้ครั้งละ 16 คน เนื่องจากข้อจำ�กัดด้านพื้นที่และอุปกรณ์ โดย ในภาคปฏิบัติจะแบ่งนักเรียนออกเป็นกลุ่มๆ ละ 4 คน และได้รับการดูแล อย่างใกล้ชิดจากนักวิจัย/นักวิชาการที่มีประสบการณ์ โดยอุปกรณ์ในแต่ละกลุ่ม มีดังนี้ ชุด Autopipette ซึ่งประกอบด้วย Autopipette 4 ขนาด ได้แก่ ขนาด P1000, P200, P20 และ P2 ชุดอุปกรณ์การเตรียมเจลอะกาโรส และชุดทำ� Gel Electrophoresis ตะเกียงแอลกอฮอล์ สารเคมีที่ใช้ - ชุดสารสำ�หรับ PCR: ใช้ ชุด 2X Mastermix ที่มีครบทั้ง เอนไซม์ Taq Polymerase, dNTPs และ บัฟเฟอร์ (Vivantis) - ดีเอ็นเอต้นฉบับที่มียีน gfp (gfpuv: GenBank Accession no. AAB06048) - ไพรเมอร์สาย Forward และ Reverse ที่จำ�เพาะต่อยีน gfpuv - ดีเอ็นเอพาหะที่ใช้ คือ พลาสมิด pJET1.2/blunt (Thermo Fisher Scientific) ที่มาพร้อมกับเอนไซม์ ligase และ บัฟเฟอร์ - ผงวุ้นอะกาโรส (Sigma-Aldrich) - บัฟเฟอร์ TAE ความเข้มข้น 0.5X (Vivantis) - สีย้อมดีเอ็นเอ nontoxic dye (Panreac AppliChem) - ชุดสกัดพลาสมิดแบบใช้คอลัมน์ (Thermo Fisher Scientific) - เอนไซม์ตัดจำ�เพาะ Bgl II แบบทำ�งานเร็ว (Thermo Fisher Scientific) - อาหารเลี้ยงเชื้อ Luria-Bertani (LB) แบบวุ้นแข็ง และแบบเหลว (TM Media) - ยาแอมพิซิลลิน (Panreac AppliChem) - ดีเอ็นเอมาตรฐาน ชุด 1 kb-plus ladder (Thermo Fisher Scientific) - สเปรย์แอลกอฮอล์ (เอทานอลความเข้มข้น 75 - 80%) แบคทีเรียที่ใช้