พันธุวิศวกรรม

พันธุวิศวกรรม

พันธุวิศวกรรม เป็นเทคนิคการสร้าง   DNA สายผสม หรือรีคอมบิแนนท์  DNA (recombinant DNA)  ให้ได้สิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะตามความต้องการ ซึ่งเทคนิคนี้ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว  ภายหลังจากการค้นพบเอนไซม์ในแบคทีเรียที่สามารถตัดสาย DNA  บริเวณที่มีลำดับเบสจำเพาะซึ่งเรียกว่า เอนไซม์ตัดจำเพาะ(restrictionenzyme) และสามารถเชื่อมสายDNAที่ถูกตัดแล้วมาต่อกันได้ด้วย  เอนไซม์ DNA ไลเกส (DNA ligase enzyme)  ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถออกแบบรูปแบบ DNA  สายผสมได้ หากทราบตำแหน่งหรือลำดับเบสในตำแหน่งของเอนไซม์ตัดจำเพาะชนิดต่างๆ                      เอนไซม์ตัดจำเพาะ                      เอนไซม์ตัดจำเพาะค้นพบเป็นครั้งแรกโดย  แฮมิลตัน  สมิธ (Hamilton  Smith)  และคณะ แห่งสถาบันแพทย์ศาสตร์จอห์น ฮอปกินส์  สหรัฐอเมริกา ในปี พ.ศ.2513  และต่อมาได้มีการค้นพบเอนไซม์ที่มีลักษณะเช่นนี้  แต่ตัดจำเพาะในตำแหน่งลำดับเบส ต่างออกไปจนถึงปัจจุบันนี้มีการ ค้นพบเอนไซม์ตัดจำเพาะมากกว่า 1,200 ชนิด  ตัวอย่างในตาราง      (เอนไซม์ตัดจำเพาะ ลำดับเบสที่เป็นตำแหน่งที่ตัดและผลผลิตจากการตัดของเอนไซม์)                  จากตารางจะเห็นว่าเอนไซม์ที่ตัดจำเพาะแต่ละชนิดมีบริเวณลำดับเบสจำเพาะ  และจุดตัดจำเพาะที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เอนไซม์ EcoRI จะมีลำดับเบสจำเพาะ ในการตัดจะมีจำนวน 6 คู่เบส ในขณะที่ HeaIII จะใช้เพียงสี่คู่เบส  จุดตัดจำเพาะที่เกิดขึ้น  จะได้สาย DNA หลังจากถูกตัดแล้วใน 2 รูปแบบ เช่นในกรณีของการตัดด้วยเอนไซม์ Eco RI   จุดตัดจำเพาะจะอยู่ระหว่างเบส G และ A ซึ่งหลังจากการตัดจะทำให้ได้ปลายสายเดี่ยว ทั้ง 2 ปลายที่รอยตัดของสาย DNA ซึ่งมีนิวคลีโอไทด์สายเดี่ยวยื่อนออกมา เรียกปลายสาย  DNA ที่เกิดขึ้นเช่นนี้ว่า “ปลายเหนียว (sticky end)” แต่ในกรณีของ HeaIII  จุดตัดจำเพาะอยู่ระหว่าง GและC (ดังตาราง)เมื่อตัดแล้วจะไม่เกิดปลายสาย  DNA เป็นสายนิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว เนื่องจากจุดตัดของสาย DNA  ทั้งสองเส้นอยู่ตรงกันพอดี ปลายรอยตัด DNA เช่นนี้  เรียกว่า “ปลายทู่ ( bluntend )”                 แม้ว่าตำแหน่งการตัดจำเพาะของเอนไซม์ตัดจำเพาะแต่ละชนิดจะแตกต่างกัน  แต่หากนักเรียนสังเกต จะพบว่าลักษณะร่วมกัน คือ การเรียงลำดับเบส  ในบริเวณดังกล่าวในทิศทางจาก 5’  ไปสู่ 3’ จะเหมือนกันทั้งสองสายของสาย DNA                             การเชื่อมต่อสาย DNA ด้วยเอนไซม์ DNA ไลเกส               จากการตัดสาย DNA  ของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างชนิดกัน จะนำมาเชื่อมต่อกัน ได้ด้วยเอนไซม์ DNA ไลเกส  ซึ่งสามารถเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะโคเวเลนซ์ ระหว่างสองโมเลกุลของ DNA  ให้เชื่อมต่อกันได้จากการตัดและการเชื่อมต่อสาย  DNA  นี้ทำให้เกิดสาย DNA  สายผสมเกิดขึ้น ดังภาพ (การใช้เอนไซม์ตัดจำเพาะและเอนไซม์ดีเอ็นเอไลเกสในการสร้างโมเลกุลดีเอ็นเอสายผสม)