ยีนและโครโมโซม (7)

 7. มิวเทชัน (Mutation)

ให้นักเรียนศึกษาภาพต่อไปนี้

  

 

ภาพที่ 1

จากภาพเป็นภาพอะไร ?

คำตอบ ลักษณะผิวเผือก (albinos)

เกิดจากสาเหตุใด ?

คำตอบ

           ความรู้เดิม จาการศึกษาของ วี เอ็ม อินแกรม ที่ได้ศึกษาโครงสร้างทางเคมีของฮีโมโกลบิน โดยเปรียบเทียบกับฮีโมโกลบินของคนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ ดังภาพ

ภาพที่ 2

           จากภาพจะเห็นว่าลำดับกรดอะมิโนในสายบีตาสายหนึ่งของฮีโมโกลบิน

           คนปกติเป็นกรดกลูตามิก
           ส่วนคนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์เป็นวาลีน

           จากลักษณะพันธุกรรมดังกล่าว ให้นักเรียนพิจารณาคำถามต่อไปนี้ พร้อมกับช่วยกันสืบค้นข้อมูลเพื่อหาคำตอบต่อไป ว่า

           1. การที่กรดกลูตามิกนายบีตาสายหนึ่งของฮีโมโกลบินเปลี่ยนไปเป็นวาลีนได้อย่างไร ? 
           2. สาเหตุใดของการเกิดมิวเทชันในระดับยีนมีอะไรบ้าง ? 
           3. มิวเทชันที่เกิดขึ้นมีผลต่อการแสดงลักษณะของสิ่งมีชีวิตอย่างไร ?
           4. การเกิดมิวเทชันจะเกิดผลไปถึงลูกหลานหรือไม่อย่างไร ?

           จากภาพที่ 1 ลักษณะผิวเผือกของคนและสัตว์ แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงของ DNA และโครโมโซม เรียกลักษณะนี้ว่า มิวเทชัน (mutation) หรือ การกลาย

            มิวเทชัน หมายถึง การเปลี่ยนแปลงลักษณะทางพันธุกรรมอย่างฉับพลันและลักษณะที่เปลี่ยนแปลงนี้สามารถถ่ายทอดจากรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่งได้ ถ้าเป็นการมิวเทชันที่เกิดกับเซลล์สืบพันธุ์ แบ่งออกเป็น 2 ระดับ คือ

           1. มิวเทชันที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครโมโซม อาจจะเป็นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหรือจำนวนของโครโมโซม
           2. การเปลี่ยนแปลงจากยีนหนึ่งไปยังอีกยีนหนึ่ง ซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของนิวคลีโอไทด์ของDNA เช่น โลหิตจาง ชนิดที่เม็ดเลือดแดงมีรูปร่างเป็นเคียว (sickle cell anemia) สิ่งที่ทำให้เกิดมิวเทชันเรียกว่ามิวทาเจน (mutagen) ได้แก่ รังสีต่างๆ สารเคมี ไวรัสบางชนิดเป็นต้น

           มิวเทชันอาจเกิดขึ้นได้กับเซลล์ร่างกายและเซลล์สืบพันธุ์ ถ้าเกิดขึ้นกับเซลล์ร่างกาย การแปรผันของลักษณะต่างๆ จะเป็นแต่เฉพาะตัว เช่น การเกิดมะเร็งที่ผิวหนังจะไม่ถ่ายทอดไปยังรุ่นหลาน แต่ถ้าเกิดขึ้นที่เซลล์สืบพันธุ์จะมีการถ่ายทอดไปยังรุ่นต่อไป การเกิดมิเทชันในพืชและสัตว์ บางครั้งอาจทำให้ได้ลูกที่มีลักษณะทางพันธุกรรมดีกว่างเดิมจึงการคิดค้นสูตรต่างๆ ในการปรับปรุงพันธุ์พืชและสัตว์ เช่น ใช้รังสีแกมมา มาอาบข้าวให้เป็นข้าวพันธุ์ใหม่ จากการศึกษาเรื่องการสังเคราะห์ DNA โดยอาศัย DNA สายเดี่ยวเป็นแม่พิมพ์ หากเบสไม่เข้าคู่กันก็จะประกอบกันได้ยาก อย่างไรก็ตามโอกาสผิดพลาดย่อมเกิดขึ้นได้บ้าง แม้จะเป็นส่วนน้อยก็ตาม ความผิดพลาดที่เกิดขึ้นกับลำดับเบสของ DNA เรียกว่า มิวเทชัน (mutation) ซึ่งเมื่อเกิดขึ้นแล้วจะสืบทอดต่อไปได้ มิวเทชันเกิดขึ้นได้หลายลักษณะ เช่น เบสขาดหายไป เบสมีจำนวนเกินมาหรือเบสเปลี่ยนจากตัวเดิมไปเป็นเบสตัวอื่น ๆ เป็นต้น เมื่อลำดับเบสเปลี่ยนไปการอ่านรหัสพันธุกรรมจะเปลี่ยนไปด้วย อาจยังผลให้พอลิเพปไทด์เปลี่ยนไปจากเดิม ทำให้คุณสมบัติของโปรตีนแตกต่างไปจากเดิมได้ ความผิดปกติจะมีผลดีหรือผลร้ายหรือไม่เพียงใด ย่อมขึ้นอยู่กับตำแหน่งของกรดอะมิโนที่เปลี่ยนไป เมื่อย้อนกลับไปพิจารณากรณีโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ จะพบว่าสาเหตุของโรคนี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงเบสเพียง 1 ตัวเท่านั้น ทำให้กรดอะมิโนเปลี่ยนไป 1 ตัว  คือ กรดอะมิโนลำดับที่ 6 ของสายเบตาของอีโมโกลบินเปลี่ยนจากกรดกลูตามิกเป็นวาลีน และในปัจจุบันเราทราบว่ารังสีต่าง ๆ เช่น รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา รังสีอัลตราไวโอเลตและสารเคมีจำนวนมาก เช่น สารอะฟลาทอกซิน (alflatoxins) จากเชื้อราบางชนิด กรดไนตรัส สีอะคริดีน เป็นต้น โรคโลหิจางชนิดซิกเคิลเซลล์ เป็นตัวอย่างของโรคพันธุกรรมที่เป็นมาจากการเกิดมิวเทชัน โดยปกติ DNA โมเลกุลใหม่ที่มีลำดับการเรียงตัวของเบสและจำนวนเบสเหมือน DNA โมเลกุลเดิมทุกประการ แต่ในบางครั้งในการจำลองตัวเองของ DNA อาจมีความผิดพลาดทำให้เกิดผลต่อสิ่งมีชีวิต ซึ่งการเปลี่ยนแปลงของเบสมีการเปลี่ยนแปลงได้หลายลักษณะ เช่น เบสเปลี่ยนจากชนิดเดิมเป็นชนิดอื่น นิวคลีโอไทด์ขาดกหายไป นิวคลีโอไทด์เพิ่มขึ้น หรือลำดับของนิวคลีโอไทด์เปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเป็น มิวเทชันเฉพาะที่ (point mutation) ดังภาพ มีผลทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนไป สมบัติของโปรตีนหรือพอลิเพปไทด์ที่สังเคราะห์ขึ้นจึงแตกต่างไปจากเดิม

ภาพที่ 3 การเกิดมิวเทชันเฉพาะที่

           จากภาพที่ 17-2 การเปลี่ยนแปลงของเบสใน DNA เป็นอย่างไร คำตอบ ในการจำลอง DNA ครั้งแรก มีการจับคู่ของเบสผิดคู่ เบส G ควรจะจับคู่กับเบส C แต่ไปจับคู่กับเบส T แทน และเมื่อสายพอลินิวคลีโอไทด์ที่มีเบส T นี้ไปสร้างพอลินิวคลีโอไทด์สายใหม่ เบส T ก็จะไปจับกับเบส A ดังนั้นลำดับเบสในสาย DNA จะเปลี่ยนแปลงไป การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับ DNA อาจมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของรหัสพันธุกรรมและการสังเคราะห์โปรตีนอย่างไร

           คำตอบ ถ้า DNA สายที่เกิดมิวเทชันไปเป็นแม่พิมพ์ในการสร้าง mRNA ก็จะมีรหัสบนสาย mRNA ในตำแหน่งที่เกิดมิวเทชันเปลี่ยนแปลง การแปลรหัสในการสังเคราะห์โปรตีนก็จะผิดปกติทำให้ได้โปรตีนแตกต่างไปจากเดิม 

            การเกิดมิวเทชันเฉพาะที่ในบริเวณ DNA ที่เป็นตำแหน่งของยีน สามารถจัดได้ 2 ประเภท คือ   
           1. การแทนที่คู่เบส (base-pair substitution) การเกิดมิวเทชันในลักษณะนี้อาจมีผลต่อการแสดงของลักษณะพันธุกรรมหรือไม่ก็ได้ เนื่องจากโคดอนหลายชนิดเป็นรหัสของกรดอะมิโนชนิดเดียวกันได้ เช่น CUU CUC CUAและ CUG หากมีการเกิดมิวเทชันเฉพาะที่ที่มีการการเปลี่ยน รหัส CUC ซึ่งเป็นรหัสของลิวซีนให้กลายเป็น CUGการเกิดมิวเทชันดังกล่าวย่อมไม่มีผลต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิต เพราะยังมีการสร้างสายพอลิเพปไทด์ที่มีลำดับกรดอะมิโนเช่นเดิม การเกิดมิวเทชันเฉพาะที่แบบการแทนที่คู่เบส เมื่อเกิดการแทนที่ของคู่เบสแล้ว มีผลทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนไปเป็นรหัสพันธุกรรมของกรดอะมิโนต่างชนิดกัน ก็จะทำให้สายพอลิเพปไทด์ที่มีลำดับของกรดอะมิโนต่างออกไป การเปลี่ยนแปลี่ยนแปผลงลำดับกรดอะมิโนที่เกิดขึ้นนี้ หากบริเวณดังกล่าวมีความสำคัญต่อการเกิดรูปร่างของโปรตีน หรือมีความจำเพาะต่อการทำงานของโปรตีนชนิดนั้นย่อมมีผลมากต่อฟีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิต ดังการเกิดโรคโลหิตจางชนิดชิกเคิลเซลล์ มีการเกิดมิวเทชันเฉพาะที่ที่โคดอนที่เป็นรหัสพันธุกรรมของกรดอะมิโนตำแหน่งที่ 6 ของสายบีตาสายหนึ่งของฮีโมโกลบินดังภาพที่ 4

ภาพที่ 4 การเกิดมิวเทชันเฉพาะที่แบบการแทนที่ของคู่เบส

           อย่างไรก็ตามการเกิดการแทนที่ของคู่เบส ในบริเวณโคดอนที่ไม่เกี่ยวข้องกับบริเวณที่จำเพาะต่อโปรตีนชนิดนั้น หรือเมื่อมีการแทนที่กรดอะมิโนชนิดใหม่ มีสมบัติใกล้เคียงกับชนิดเดิมก็อาจไม่มีผลต่อการทำงานของโปรตีนชนิดนั้น การเกิดมิวเทชันแบบการแทนที่ของคู่เบสอาจจะเกิดการทำให้การสร้างสายพอลิเพปไทด์สั้นลง เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเป็นการแทนที่คู่เบส แล้วได้เป็นรหัสหยุดของการแปลรหัส ซึ่งการเกิดมิวเทชันในกรณีนี้แทบทุกกรณีจะได้โปรตีนที่ไม่สามารถทำงานได้           

           2. การเพิ่มของนิวคลีโอไทด์ (insertion) หรืทอการขาดหายไปของนิวคลีโอไทด์ (deletion) การเกิดมิวเทชันนี้เป็นการที่มีการเพิ่มขึ้นของคู่นิวคลีโอไทด์ หรือการขาดหายไปของคู่นิวคลีโอไทด์ในบางตำแหน่งของยีน การเกิดมิวเทชันในลักษณะนี้ 1-2 นิวคลีโอไทด์ มักมีการเปลี่ยนแปลงในการทำงานของพอลิเพปไทด์อย่างชัดเจนเนื่องจากการเพิ่มขึ้น หรือลดลงของนิวคลีโอไทด์ ในบริเวณที่เป็๋นโคดอน 1-2 นิวคลีโอไทด์ จะมีผลทำให้ลำดับกรดอะมิโนตั้งแต่ตำแหน่งที่มีการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของโคดอนเปลี่ยนไปทั้งหมด เรียกการเกิดมิเวทชันแบบนี้ว่า เฟรมชิฟท์ มิวเทชัน   (frameshift mutation) ดังภาพ

ภาพที่ 5 การเกิดเฟรมชิฟท์ มิวเทชัน

           จากการศึกษาพบว่าการเกิดมิวเทชันเกิดขึ้นได้ทั้งในเซลล์ร่างกายและเซลล์สืบพันธุ์ ถ้าเกิดกับเซลล์สืบพันธุ์ยีนที่เกิดมิวเทชันจะสามารถถ่ายทอดต่อไปได้ ถ้าเกิดกับเซลล์ร่างกายก็ขึ้นอยู่กับว่าเซลล์ร่างกายนั้นจะมีการพัฒนาให้เกิดการสืบพันธุ์ได้หรือไม่ เช่น ในกรณีของพืช หากเกิดมิวเทชันที่เซลล์เนื้อเยื่อบริเวณตาข้าง ถ้านำกิ่งไปชำหรือขยายพันธุ์ก็จะได้พืชที่มีลักษณะพันธุกรรมต่างไปจากเดิม และหากมีการสร้างดอกและติดผลได้ ลักษณะดังกล่าวก็สามารถถ่ายทอดไปสู่ลูกหลานได้

ตารางที่ เปรียบเทียบการเกิดมิวเทชันแบบการแทนที่คู่เบสและเฟรมชิฟท์ มิวเทชัน  

การแทนที่คู่เบส	เฟรมชิฟท์มิวเทชัน
1. มีการเปลี่ยนแปลงแทนที่คู่เบสในสายพอลินิวคลีโอไทด์ของ DNA เช่น A-T ถูกแทนที่ด้เวย G-C	1. มีการเพิ่มหรือการขาดหายของนิวคลีโอไทด์ 1 หรือมากกว่าในสายพอลินิวคลีโอไทด์ของ DNA
2. มีผลทำให้เปลี่ยนแปลงเฉพาะบริเวณรหัสพันธุกรรม ไม่ทำให้รหัสพันธุกรรมอื่น ๆ เปลี่ยนแปลง	2. มีผลทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนไปจากเดิม ลำดับและชนิดของกรดอะมิโนหลังจากตำแหน่งนี้ไปจะเปลี่ยนแปลงด้วย
3. อาจมีหรือไม่มีผลต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิต คือ ถ้าเกิดการแทนที่คู่เบสในรหัสพันธุกรรมรหัสเดียวกัน มีการเปลี่ยนแปลงเบส แต่อาจไม่เปลี่ยนแปลงกรดอะมิโน จึงไม่มีผลต่อลักษณะพันธุกรรม แต่ถ้าทำให้เปลี่ยนแปลงกรดอะมิโนโปรตีนจะเปลี่ยนไปก็จะมีผลต่อการแสดงลักษณะของสิ่งมีชีวิต เช่น โรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์	3. สมบัติของพอลินิวคลีโอไทด์หรือโปรตีนที่ได้จากการสังเคราะห์โปรตีนจะแตกต่างไปจากปกติ จะมีผลต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิต

           การเกิดมิวเทชันในธรรมชาติจะเกิดในอัตราต่ำมาก แต่ส่วนใหญ่เกิดจากการชักนำของมนุษย์ทำให้เกิดมิวเทชันในอัตราสูง สิ่งที่เป็นตัวกระตุ้นหรือชักนำให้เกิดมิวเทชันขึ้นกับ DNA เรียกว่า สิ่งก่อกลายพันธุ์ หรือ มิวทาเจน  (mutagent)

           ปัจจัยที่ทําให้เกิดมิวเทชัน ตัวกระตุ้นหรือตัวชักนําให้เกิดมิวเทชัน เรียกว่า สิ่งก่อกลายพันธุ์ (mutagen) เช่น

           1. รังสี (radiation) เช่น รังสีแกมมา รังสีเอกซ์ รังสีอัลตราไวโอเลต
           2. สารเคมี (chemical substance) เช่น สารคลอชิซิน  (colchicine) มีผลทํ าให้จํ านวนชุดโครโมโซมเพิ่มขึ้นเป็นtetraploid (4n) เนื่องจากสารนี้ไปทํ าลายไมโทติก สปินเดิล ในระยะเมทาเฟส
           3. ไวรัส  (virus) ทํ าให้เกิดเนื้องอกและมะเร็ง

           สิ่งก่อกลายพันธุ์ ซึ่งเป็นอันตรายต่อสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดรวมทั้งมนุษย์ด้วย มิวทาเจนหลายอย่างเป็นสารก่อมะเร็ง (carcinogen) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมของเซลล์ร่างกาย เซลล์สืบพันธุ์ ความรู้เรื่องมิวเทชันในระดับ DNA จะช่วยให้เราเข้าใจและหาทางแก้ไขโรคทางพันธุกรรมได้ อย่างไรก็ตามการเกิดมิวเทชันบางอย่างทำให้เกิดพันธุ์ใหม่ ๆ เป็นผลดีแก่มนุษย์ ก่อให้เกิดวิวัฒนาการตามธรรมชาติ 

          ปัจจุบันการชักนำให้เกิดมิวเทชันเฉพาะที่ ถูกนำมาใช้ประโยชน์ในการศึกษาการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตหลายชนิด เช่น ยีสต์ แมลงหวี่ หนอนตัวกลม และอะราบิดอพซิส (Arabidopsis sp.) ซึ่งเป็นพืชชนิดหนึ่งในวงศ์ผักกาด ที่นักวิทยาศาสตร์จากสหรัฐอเมริกา สหภาพยุโรป และญี่ปุ่น ตกลงกันให้เป็นพืชต้นแบบในการจัดทำแผนที่พันธุกรรมและหาลำดับเบสสำเร็จเป็นครั้งแรกเนื่องจากเป็นพืชขนาดเล็กเจริญเติบโตเร็ว วัฏจักรชีวิตสั้น มีขนาดจีโนมประมาณ 120 ล้านคู่เบส ซึ่งการศึกษาตรวจสอบหน้าที่ของโปรตีนแต่ละชนิดเพื่อนำข้อมูลไปเป็นพื้นฐานในการศึกษาและปรับปรุงพันธุ์พืชชนิดอื่น ๆ ที่มีลักษณะตามที่ต้องการ การทำให้เกิดมิวเทชันเฉพาะที่เป็นการยับยั้งการทำงานของโปรตีนชนิดนั้น ๆ จะทำให้สามารถวิเคราะห์ถึงบทบาทหน้าที่ของโปรตีนชนิดนั้น ๆ           

           สรุปการเกิดมิวเทชันระดับโครโมโซม

           1. การเปลี่ยนแปลงด้านโครงสร้างของโครโมโซม มีสาเหตุจากความผิดปกติในการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส รังสีต่าง  ๆ หรือสารเคมี จึงทำให้เซลล์สืบพันธุ์ผิดปกติ เกิดขึ้นได้หลายแบบ เช่น บางส่วนของโครโมโซมขาดหายไป บางส่วนของโครโมโซมเกินมาจากปกติ บางส่วนของโครโมโซมขาดหายไปกลับมาต่อใหม่แต่ต่อกลับด้าน การแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนโครโมโซมต่างคู่กัน การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซม ทำให้จำนวนคู่เบสและลำดับของเบสเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งทำให้รหัสพันธุกรรมและการสังเคราะห์โปรตีนเปลี่ยนไป มีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของฟีโนไทป์ เกิดโรค ต่าง ๆ เช่น กลุ่มอาการคริดูชาต์
           2. การเปลี่ยนแปลงด้านจำนวนโครโมโซม มีสาเหตุมาจากการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสผิดปกติ คือ เกิดปรากฎการณ์นอนดิสจังชัน ซึ่งฮอมอโลกัสโครโมโซมไม่แยกจากกันขณะแบ่งเซลล์ มีผลทำให้เซลล์สืบพันธุ์มีจำนวนโครโมโซมขาดหรือเกินเป็นแท่ง ซึ่งเกิดได้ทั้งออโทโซมและโครโมโซมเพศ เช่น กลุ่มอาการดาวน์ กลุ่มอาการเทอร์เนอร์ นอกจากนี้จำนวนโครโมโซมขาดหรือเกินเป็นชุด เรียกว่า พอลิพลอยด์ มักพบในพืชจะมีประโยชน์มาก แต่ถ้าเกิดกับสัตว์ โดยเฉพาะสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมจะเกิดผลเสียมากกว่าผลดี

           ตัวอย่างสิ่งก่อกลายพันธุ์ทั้งที่เป็นรังสีและสารเคมี รวมทั้งความผิดพลาดที่เกิดขึ้นขณะมีการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส ทำให้เกิดมิวเทชันในระดับโครโมโซมได้ ดังตัวอย่างต่อไปนี้

            กลุ่มอาการดาวน์ (Down's syndrome)

ภาพที่ 6 ผู้ป่วยกลุ่มอาการดาวน์และคารีโอไทป

           พบประมาณ 1 ใน 660 คน เกิดจากโครโมโซมคู่ที่ 21 เกินมา 1 เส้น อาการของกลุ่มนี้จะมีลักษณะคือ แรกเกิดตัวอ่อน ใบหน้าจะมีดั้งจมูกแฟบ นัยน์ตาห่าง หาตาชี้ ใบหูผิดรูป ปากปิดไม่สนิท ลิ้นใหญ่จุกปาก นิ้วมือสั้นป้อม ระหว่างนิ้วหัวแม่เท้าและนิ้วชี้มีช่วงกว้าง เส้นลายมือขาด ปัญญาอ่อน มี IQ ประมาณ 20 –50 บางรายมีความพิการของหัวใจและทางเดินอาหารทำให้เสียชีวิตได้ พบบ่อยเมื่อมารดามีอายุมากขึ้น สำหรับกลุ่มมารดาที่มีอายุ 45 ปีขึ้นไป ลูกจะมีอาการผิดปกติแบบนี้สูงถึง 1 ต่อ 50 คน การเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซมมักจะเกิดขึ้นเมื่อมีการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสผิดปกติ โดยออมอโลกัสโครโมโซมจะไม่แยกออกจากกันในระยะแอนาเฟสของไมโอซิส I หรือ ไมโอซิส II โครโมโซมจึงเคลื่อนย้ายไปยังขั้วเดียวกันของเซลล์ เรียกกระบวนการนี้ว่า นอนดิสจังชัน (non-disjunction) ดังภาพที่  7

ภาพที่ 7 นอนดิสจังชัน (non-disjunction)

           กลุ่มอาการคริดูชาด (Cri - du - chat syndrome หรือ Cat-cry syndrome)

ภาพที่ 8 ผู้ป่วยกลุ่มอาการคริดูชาร์และคาริโอไทป์

           กลุ่มอาการคริดูชาร์ เกิดจากโครโมโซมมีรูปร่างผิดปกติ ทำให้ลักษณะของสิ่งมีชีวิตผิดปกติได้ โดยโครโมโซมคู่ที่ 5 มีบางส่วนขาดหายไปทำให้มีแขนข้างสั้นของโครโมโซม สั้นกว่าปกติ อาการนี้ทำให้เด็กไม่เจริญเติบโต ศีรษะมีขนาดเล็ก หน้ากลม ใบหูต่ำ หาตาชี้ และอยู่ห่างกัน ดั้งจมูกแบน ปัญญาอ่อน และมีเสียงร้องเหมือนแมว

 

ภาพที่ 9 ลักษณะของคนกลุ่มอาการคริดูชาร์

           กลุ่มอาการไคลน์เฟลเตอร์ (Klinefelter’s syndrome)

ภาพที่ 10 ผู้ป่วยกลุ่มอาการไคลน์เฟลเตอร์และคารีโอไทป์

           กลุ่มอาการไคลน์เฟลเตอร์ เป็นกลุ่มของผู้ป่วยที่มีความผิดปกติอีกแบบหนึ่งที่เกิดจากโครโมโซมผิดปกติ ความผิดปกติแบบนี้ พบในผู้ป่วยเพศชายมีรูปร่างสูง หน้าอกโต เป็นหมัน และอาจมีปัญญาอ่อนด้วย พบประมาณ 1.3 คน ต่อผู้ชาย 1,000 คน สาเหตุเนื่องจากมีโครโมโซมผิดปกติ คือ โครโมโซมเพศแบบ XXY ทำให้มีจำนวนโครโมโซม 47 โครโมโซม ซึ่งเกินกว่าคนปกติ 1 โครโมโซม (ในบางกรณีผู้ป่วยที่เป็นโรคนี้อาจจะมีโครโมโซมถึง 48 โครโมโซม เพราะมีโครโมโซมเพศแบบ XXXY)

           กลุ่มอาการเทอร์เนอร์ (Turner’s syndrome)

ภาพที่  11 ผู้ป่วยกลุ่มอาการเทอร์เนอร์และคารีโอไทป์

           กลุ่มอาการเทอร์เนอร์พบในผู้ป่วยเพศหญิง มีลักษณะตัวเตี้ย กระดูกหน้าอกกว้าง หัวนมห่าง ที่บริเวณคอเป็นพังผืดกางเป็นปีก ไม่มีประจำเดือน เป็นหมัน และอาจมีปัญญาอ่อน ผู้ป่วยในกลุ่มนี้มีจำนวนโครโมโซม 45 โครโมโซม เนื่องจากมีโครโมโซมเพศ คือ โครโมโซม X เพียงโครโมโซมเดียว พบในผู้หญิง 1 ต่อ 2,500 คน          

           โรคเกิดที่โครโมโซมธรรมดา ลักษณะเด่น ได้แก่ นิ้วเกิน เท้าแสนปม ประสาทเสื่อม (สั่นกระตุก) ลักษณะด้อย ได้แก่  ทาลัสซีเมีย โลหิตจาง (ซิกเคิลเซลล์) ผิวเผือก เอนไซม์ตับบกพร่อง ( P K U ) 
          โรคเกิดที่โครโมโซมเพศ  ได้แก่ ตาบอดสี กล้ามเนื้อแขน – ขาลีบ โลหิตไหลไม่หยุด           

            ระดับการเกิดมิวเทชัน

            1. มิวเทชันของยีน  (gene mutation หรือ point mutation) มิวเทชันของยีนจะเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของเบส  (A, T, C, G) โดยอาจเปลี่ยนที่ชนิดของเบส โครงสร้างหรือลําดับของเบส ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงชนิดกรดอะมิโนในสายพอลิเพปไทด์ที่สร้างขึ้น ทํ าให้โปรตีนที่สร้างขึ้นมานั้นเปลี่ยนสมบัติทางเคมีไปจากเดิม หรือหมดสภาพไป เช่น โรคโลหิตจางชนิดเม็ดเลือดแดงมีรูปร่างเหมือนเคียวเกี่ยวข้าว  (sickle cell anemia) โดยเกิดจากการที่กรดอะมิโนในลํ าดับที่ 6 ของพอลิเพปไทด์สายบีตาของฮีโมโกลบิน เปลี่ยนจาก กรดกลูตามิก  (ในคนปกติ)ไปเป็น วาลีน (คนเป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์) เนื่องจากรหัสพันธุกรรมใน เปลี่ยนจาก CTC ไปเป็น CAC           2. มิวเทชันของโครโมโซม  (chromosomal mutation) มิวเทชันของโครโมโซม มี 2 ประเภท คือ

               2.1 การเปลี่ยนแปลงรูปร่างโครงสร้างภายในของโครโมโซม โดยโครโมโซมอาจขาดหายไป  (deletion) ทํ าให้ยีนขาดหายไปด้วย เช่น กรณีการเกิดโรคกลุ่มอาการคริดูชาต์ โดยโครโมโซมคู่ที่ 5 เส้นหนึ่งมีบางส่วนขาดหายไป หรืออาจเพิ่มขึ้นมา  (duplication) หรือเปลี่ยนสลับที่  (translocation)

               2.2 การเปลี่ยนแปลงจํ านวนโครโมโซม จํ านวนโครโมโซมอาจเพิ่มขึ้น/ลดลง 2 ลักษณะ คือ

                     1) แอนูพลอยดี  (aneuploidy) จํ านวนโครโมโซมเพิ่มขึ้นหรือลดลงจากปกติ 1-2 ท่อน (2n + 1 หรือ 2n + 2)เช่น ผู้ป่วยกลุ่มอาการดาวน์ ซึ่งมีโครโมโซม 47 ท่อน  (2n = 47) ซึ่งเกิดจากโครโมโซมคู่ที่ 21 เกินมา 1 เส้น  (trisomic-21)
                     2) ยูพลอยดี (euploidy) จํ านวนโครโมโซมเพิ่มหรือลดเป็นจํ านวนชุด  (2n + n หรือ 2n + 2n) ส่วนใหญ่เกือบทั้งหมดเท่าที่พบเกิดในพืช ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิตและเป็นกลไกลสํ าคัญที่ทํ าให้เกิดวิวัฒนาการของพืช แต่ในสัตว์เมื่อเกิดแล้วมักทํ าให้เป็นหมัน

           จากตัวอย่างความผิดปกติโครโมโซมของคนที่กล่าวมาแล้ว แสดงให้เห็นว่าโครโมโซมเป็นแหล่งของพันธุกรรม ความผิดปกติที่เกิดขึ้นกับโครโมโซมย่อมส่งผลต่อความผิดปกติทางพันธุกรรมด้วย จากตัวอย่างที่กล่าวมาแล้วนั้นจัดเป็นโรคร้ายแรงที่ผู้ป่วยไม่สามารถสืบทอดลูกหลานได้ ความบกพร่องของโครโมโซมส่วนใหญ่จึงเกิดขึ้นเฉพาะตัวบุคคลเท่านั้น ไม่สืบทอดไปยังลูกหลาน แต่อย่างไรก็ตามยังมีความบกพร่องบางประการที่สืบทอดไปยังลูกหลานได้ นอกจากนี้จำนวนโครโมโซมที่ผิดปกติบางประเภท เช่น มีจำนวนโครโมโซม 4 ชุด หรือ 4n หากเกิดขึ้นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม ส่วนใหญ่จะตายเสียตั้งแต่ยังเป็นตัวอ่อน มีเพียงส่วนน้อยมากที่รอดมาได้แต่ก็จะเสียชีวิตตั้งแต่วัยเด็ก แต่หาก 4n เกิดขึ้นในพืช บางชนิดทำให้ผลผลิตที่มีขนาดใหญ่ เช่น ใบใหญ่ หรือผลใหญ่กว่าปกติ ดังนั้นในการปรับปรุงพันธุ์พืช การทำให้โครโมโซมผิดปกติอาจก่อให้เกิดผลผลิตที่มนุษย์พอใจและมีคุณค่าทางเศรษฐกิจได้ นอกจากนี้การเพิ่มจำนวนชุดโครโมโซมยังเป็นกลไกสำคัญในวิวัฒนาการของพืชชั้นสูงอีกด้วย

           การเกิดมิวเทชันมีผลต่อมนุษย์อย่างไร

           การเกิดมิวเทชันจะมีผลต่อสิ่งมีชีวิตต่างกันไป เช่นถ้าบังเอิน ยีนที่แสดงสีตาเปลี่ยนไปจากสีดำเป็นสีฟ้าตั้งแต่ยังเป็นไซโกต จำทำให้เติบโตขึ้นมามีตาสีฟ้าแทนที่จะเป็นตาสีดำ การที่มีตาสีฟ้าย่อมไม่ทำให้การดำรงชีวิตแตกต่างไปจากคนที่มีตาเป็นสีดำ แต่ถ้าบังเอิญ เป็นยีนที่ควบคุนลี้นของหัวใจ เช่น ขนาดของลิ้นหัวใจผิดปกติ ย่อมมีสุขภาพไม่สมบูรณ์ (ความผิดปกติจะมีผลดี หรือผลร้ายขึ้นอยุ่กับตำแหน่งและชนิดของกรดอะมิโนที่เปลี่ยนไป)ถ้าเราพบต้นพุทราต้นหนึ่งออกผลแต่ไม่มีเมล็ด ซึ่งอาจเป็นผลจากการเปลี่ยนของยีน  เราคงจะพอเข้าใจเพราะกินพุทราได้สดวก เราอาจขยายพันธุ์โดยการตอนกิ่ง หรือต่อกิ่งแต่ถ้าบังเอิญ ต้นพุทราต้นนี้อยู่ในป่าลึก ไม่มีใครเข้าไป่ถึง พุทราต้นนี้คงจะตายไปโดยไม่ได้ทิ้งลูกหลานไว้ให้สืบพันธุ์ มิวเทชันในกรณีนี้อาจมีประโยชน์ต่อมนุษย์ แต่อาจเป็นอันตรายต่อการขยายพันธุ์ของพืช แต่อย่างไรก็ตามยีนที่เกิดมิวเทชัน มักจะเป็นยีนด้อยและเมื่อเป็นเฮเทอโรไซกัส ส่วนใหญ่ก็จะไม่แสดงฟีโนไทป์ให้เห็นตังนั้นการแต่งงานในระหว่างพี่กับน้องจะมีผลต่อการแสดงออกของยีนที่เป็นอันตราย

           บทสรุป มิวเทชันเกิดขึ้นได้ 2 แบบ คือ

           1. มิวเทชันของเซลล์ร่างกาย เมื่อเกิดแล้วจะไม่ขยายไปสู่เซลล์อื่น (อาจมีผลต่อลูกหลานเล็กน้อย)โดยที่  mutant gene อาจทำให้เซลล์ตายหรือเป็นมเร็งได้ แต่เมื่อเจ้าของเซลลืตายยีนก็จะตายไปด้วย 
           2. มิวเทชันของเซลล์สืบพันธุ์ เมื่อเกิดแล้วมีผลต่อเนื่องสืบต่อกันไปได้ทำให้มีการเปลี่ยนแปลง species  ด้วย(เป็น recessive gene ที่เป็นอันตราย)

           สาเหตุการเกิดมิวเทชัน

           การเกิดมิวเทชันอาจเกิดระหว่างการเจริญเติบโต  ส่วนมากเกิดจากเบสพิวลีนและไพริมิตีน เปลี่ยนสภาพไปจากปกติ ทำให้มี code ผิดไปเกิด mutatant ขึ้นในเซลล์ลูกเรียกการเกิดมิวเทชันนี้ว่าเป้น มิวเทชันที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ นอกจากนี้ยังใช้รังสีมักทำใหี้สิอ่งมีชีวิตมีลักษณะผิดไปจากปกติ ที่สำคัญ คือทำให้โครโมโซมขนาดเ)็นท่อนๆ หรือทำให้ยีนเปลี่ยนแปลงไปเป็นผลทำให้เกิดมิเทชันขึ้นกับเซลล์ร่างกาย ได้แก่ X-Ray Ultavioiet ซึ่งเป็นปัจจัยทางกายภาพ (Physical agent ) และยังพบว่า  สารเคมีบางชนิด อาจทำให้ยีนเปลี่ยนแปลงได้ มีผุ้ทดลองใช้สารโคลซีลีนกับต้นกล้าของทานตะวัน พบว่ากลีบเลี้ยงและกลิบดอกหลอมหลวมกันเป็นแผ่นอับเลณูหายไป และมีจำนวนโคลโมโซมเพิ่มขึ้น ลำต้นแข็งแรง ใบกว้าง หนา ดอกใหญ่ แต่ช่อดอกมักผิดปกติเมล็ดไม่มีเอมบริโอ สารโคซิซีนนี้สามารถชักนำ ทำให้เกิดการเพิ่มจำนวนโคลโมโซมในแตงดมบางพันธุ์และกระตุ้นให้รังไข่เจริญกลายเป็นผลไม่มีเมล็ด ทั้งปัจจัยทางกายภาพและปัจจัยทางเคมี เป็นมิวเทชันที่เกิดขึ้นโดยได้รับการกระตุ้นตัวกระตุ้นหรือตัวชักนำ ทำให้เกิด มิวเทชันกับ DNA เรียกว่า สิ่งก่อกลายพันธุ์ หรือ มิวทาเจนมิวทาเจนหลายชนิดเป็นสารก่อมะเร็งซึ่งอันตราย

           ความรู้เพิ่มเติม
           มิวเทชันเกิดขึ้นได้ในเซลล์ร่างกาย และเซลล์สืบพันธุ์ ซึ่งสามารถถ่ายทอดไปสู่ลูกหลานได้ เมื่อมิวเทชันเกิดขึ้นกับเซลล์สืบพันธุ์ แต่ถ้าเกิดขึ้นกับเซลล์ร่างกายที่จะพัฒนาให้เกิดการสืบพันธุ์ได้ เช่น มิวเทชันที่เกิดกับตาข้างที่จะเจริญไปเป็นกิ่งที่มีลักษณะต่างไปจากเดิม เมื่อขยายพันธุ์โดยการปักชำหรือการตอนก็จะได้ต้นที่มีลักษณะต่างไปจากต้นเดิมเช่นนี้ก็จะสามารถถ่ายทอดไปสู่ลูกหลายได้
            มิวเทชันที่เกิดจากการชักนำโดยมนุษย์จะทำให้เกิดมิวเทชันอัตราสูงกว่าที่เกิดโดยธรรมชาติ และการอธิบายถึงสิ่งก่อกลายพันธุ์ หรือมิวทาเจน ได้แก่ รังสี ความร้อน สารเคมี ฯลฯ            
           ให้นักเรียนสืบค้นข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสิ่งก่อกลายพันธุ์ที่เป็นสารก่อมะเร็งการเกิดมิวเทชันระดับโครงสร้างของโครโมโซม เพื่อนำมามาเสนอหน้าชั้นเรียนและจัดป้ายนิเทศในประเด็นสำคัญดังนี้

           1. สิ่งก่อกลายพันธุ์ที่ก่อให้เกิดโรคมะเร็ง 
           2. การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซม มีสาเหตุจากการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส รังสีต่าง ๆ หรือสารเคมี จึงทำให้เกิดเซลล์สืบพันธุ์ที่ผิดปกติ เกิดขึ้นได้หลายอย่าง เช่น การขาดหายไปของโครโมโซม บางส่วนของโครโมโซมเกินมาจากปกติ บางส่วนของโครโมดซมที่ขาดหายไปกลับมาต่อใหม่แต่ต่อกลับกัน การแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนโครโมโซมต่างคู่กัน จากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซม ทำให้จำนวนของเบสและลำดับของเบสเปลี่ยนไป ทำให้รหัสพันธุกรรมและการสังเคราะห์โปรตีนเปลี่ยนไป มีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของฟีโนไทป์ เกิดโรคต่าง ๆ เช่น กลุ่มอาการคริดูชาต์ 
           3. การเปลี่ยนแปลงด้านจำนวนโครโมโซม มีสาเหตุจากการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสผิดปกติ คือ เกิดปรากฏการณ์นอนดิสจังชัน ซึ่งฮอมอโลกัสโครโมโซมไม่แยกจากันขณะแบ่งเซลล์ มีผลทำให้เซลล์สืบพันธุ์มีจำนวนโครโมดซมขาดหรือเกินเป็นแท่ง ซึ่งเกิดขึ้นได้ทั้งออโทโซมและโครโมโซมเพศ ความผิดปกตินี้ทำให้เกิดโรคในกลุ่มอาการดาวน์ซินโดรม กลุ่มอาการเทอร์เนอร์ซินโดรม ฯลฯ นอกจากนี้จำนวนโครโมโซมขาดหรือเกินเป็นชุด เรียกว่า พอลิพลอยด์ มักพบในพืชจะมีประโยชนฒาก แต่ถ้าเกิดกับสัตว์โดยเฉพาะสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมมักจะเกิดผลเสียมากกว่าผลดี

แบบฝึกเสริมประสบการณ์ เรื่อง มิวเทชัน

ชื่อ – สกุล ..........................................................................................ชั้น.....................เลขที่...............

ให้นักเรียนเขียนตอบคำถามต่อไปนี้

1. มิวเทชัน หมายถึงอะไร?
2. อยากทราบว่าคนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดริกเกิลเชลล์ เบสตัวใดของ mRNA ที่เปลี่ยนแปลงไป?
3. ความผิดพลาดที่เกิดขึ้นกับลำดับเบสของ DNA เกิดขึ้นได้อย่างไร?
4. สาเหตุการเกิดมิวเทชันระดับยีนมีอะไรบ้าง?
5. การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับยีนและโครโมโซมเกี่ยวข้องกับการเกิดวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตอย่างไร ?