3d simulation of dna structure - eng.kps.ku.ac.th · โครงสร้างอะตอม...

11
- 1 - บทคัดย่อ การศึกษาโครงสร้างของ DNA จะช่วยให้เข้าใจทฤษฎีที่เกี่ยวข้องได้ง่าย ขึ ้น โดยมีการทาวิจัยที่เกี่ยวข้องกับ DNA เป็นจานวนมาก โดยเฉพาะการทา วิจัยเกี่ยวกับ DNA ของมนุษย์ หนึ ่งในนั ้นคือการหาความสัมพันธ์ระหว่าง บุคคล ซึ ่งถูกนามาประยุกต์ใช้มากมาย เช่น การหาพ่อแม่ที่แท้จริง การหา ตัวผู้ร้าย และอื่นๆอีกมาก ดังนั ้นกลุ่มของข้าพเจ้าจึงคิดทาโครงงานเรื่องการ จาลองโครงสร้างของ DNA แบบสามมิตินี ้ขึ ้นมา เพื่อที่จะช่วยให้ศึกษา และวิเคราะห์ DNA ของมนุษย์ได้ง่ายขึ ้น โดยการสร้างแอพพลิเคชั่นทีสามารถจาลองโครงสร้างของ DNA แบบสามมิติและสามารถเปรียบเทียบ DNA เพื่อหาความสัมพันธ์ของ พ่อ-แม่-ลูก โดยตรวจสอบจากจานวนซ ้า ของเบสในตาแหน่งต่างๆบนสาย DNA ที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการ ตรวจสอบ และได้ใช้ตัวอย่างข้อมูล DNA ของมนุษย์จานวน 10 ครอบครัว ซึ ่งประกอบด้วยพ่อ-แม่-ลูก ที่ได้จาก ห้องปฏิบัติการ มนุษย์พันธุศาสตร์ โรงพยาบาลรามาธิบดี มาทดสอบการเปรียบเทียบ DNA ของแอพพลิเคชั่น ซึ ่งโปรแกรมที่ใช้ในการพัฒนาแอพพลิเคชั่นนี ้คือโปรแกรม UNITY เวอร์ ชั่น 5.2.0f3 และใช้ XAMPP เวอร์ชั่น 3.2.1 ในการทาฐานข้อมูล โดย แอพพลิเคชั่นที่ทาขึ ้นนี ้จะสามารถทางานได้บนระบบปฏิบัติการ Windows เท่านั ้น คาสาคัญ : ดีเอ็นเอ, การจาลอง Abstract The study of the DNA structure may help to understand several theories, especially researches about human DNA. One of these researches is the relationship between persons which is applied to many arean e.g., finding biological parents, finding crimes and etc. So my group think to develop the project of 3D Simulation of DNA Structure in order to support the education of the human DNA. We create an application which can simulate 3D structure of DNA and can compare DNA too. For finding the relationship between father, mother and child by checking from number of same bases on locus of DNA that scientists use to check too. We use human DNA of 10 families consisting of parents and children from the laboratory at Ramathibodi Hospital for testing the DNA comparison of the application. The programs used to develop the application are UNITY V.5.2.0f3 and XAMPP V.3.2.1. This application can work only on Windows. Keyword : DNA, Simulation 1. บทนา เนื่องจากสารพันธุกรรม (DNA) ทาหน้าที่เก็บข้อมูลทางพันธุกรรมของ สิ่งมีชีวิต ทาให้สามารถหาความสัมพันธ์ระหว่างเครือญาติได้ รวมถึง สามารถใช้ระบุตัวบุคคลได้ เช่น ในกรณีที่ต้องการหาตัวผู้ร้าย หรือ การหา ตัวตนของศพที่ไม่สามารถระบุตัวบุคคลได้ เป็นต้น ดังนั ้นการศึกษา เกี่ยวกับโครงสร้างของ DNA จึงมีความสาคัญเป็นอย่างมาก ซึ ่งจะเห็นได้ จากงานวิจัยในหลายๆด้านที่เกี่ยวข้องกับ DNA โดยเฉพาะทางด้านชีวสา รสนเทศศาสตร์ (Bioinformatics) และเพื่อให้เข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างของ DNA มากยิ่งขึ ้น จึงมีการใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อทาการจาลอง โครงสร้างของ DNA ทั ้งแบบสองมิติ (2D) และแบบสามมิติ (3D) รวมถึง การสร้างฟังก์ชันเพื่อหาความสัมพันธ์ของ พ่อ-แม่-ลูก ขึ ้น ดังนั ้นกลุ่มของ ข้าพเจ้าจึงได้คิดพัฒนาโครงงานการจาลองโครงสร้างของ DNA แบบสาม มิติ เพื่อใช้ศึกษาโครงสร้างของ DNA และ เพื่อนาไปประยุกต์ใช้กับข้อมูล ทางพันธุกรรมต่อไป 2. ทฤษฎีและหลักการที่เกี่ยวข้อง 2. 1 ข้อมูลของ DNA ที่เกี่ยวข้อง DNA เป็นชื่อย่อของสารพันธุกรรม มีชื่อทางวิทยาศาสตร์ว่า กรดดี ออกซีไรโบนิวคลีอิก ซึ ่ง DNA จะอยู่ภายในนิวเคลียสของเซลล์ และพบได้ ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด โดยรูปแบบการเรียงลาดับเบสของ DNA ในแต่ละคน จะไม่เหมือนกันและข้อมูลทางพันธุกรรมจะเกิดขึ ้นจากการเรียงลาดับของ เบสทั ้งสี่ตัว (A, T, G, C) ใน DNA [1] [2] DNA ประกอบด้วยหน่วยย่อยของนิวคลีโอไทด์ ที่จับกันด้วยพันธะ Phosphodiester Bond ซึ ่งจะขดตัวเป็นเกลียวสั ้นอยู่ภายใน DNA เรียกว่า โครโมโซม นิวคลีโอไทด์ (Nucleotide) ของ DNA ประกอบด้วย น ้าตาล Deoxyribose หมู่ฟอสเฟตและเบส 4 ชนิด ได้แก่ A, T, C และ G [3] การจาลองโครงสร้างของ DNA แบบสามมิติ 3D Simulation of DNA Structure นาย ภัคพล พิฤทธิ ์บูรณะ นางสาว ศศิกาณบ์ กับตัน และ ผศ.ดร. ฐิติพงษ์ สถิรเมธีกุล ภาควิชาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ กาแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกาแพงแสน 1 หมู6 ต.กาแพงแสน อ.กาแพงแสน จ.นครปฐม 73140 โทรศัพท์ : 034-281075 E-mail: [email protected]

Upload: others

Post on 20-Feb-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 3D Simulation of DNA Structure - eng.kps.ku.ac.th · โครงสร้างอะตอม ชื่อธาตุ สัญลักษณ์ รัศมีอะตอม

- 1 -

บทคดยอ

การศกษาโครงสรางของ DNA จะชวยใหเขาใจทฤษฎทเกยวของไดงาย

ขน โดยมการท าวจยทเกยวของกบ DNA เปนจ านวนมาก โดยเฉพาะการท า

วจยเกยวกบ DNA ของมนษย หนงในนนคอการหาความสมพนธระหวาง

บคคล ซงถกน ามาประยกตใชมากมาย เชน การหาพอแมทแทจรง การหา

ตวผราย และอนๆอกมาก ดงนนกลมของขาพเจาจงคดท าโครงงานเรองการ

จ าลองโครงสรางของ DNA แบบสามมตนขนมา เพอทจะชวยใหศกษา

และวเคราะห DNA ของมนษยไดงายขน โดยการสรางแอพพลเคชนท

สามารถจ าลองโครงสรางของ DNA แบบสามมตและสามารถเปรยบเทยบ

DNA เพอหาความสมพนธของ พอ-แม-ลก โดยตรวจสอบจากจ านวนซ า

ของเบสในต าแหนงตางๆบนสาย DNA ทนกวทยาศาสตรใชในการ

ตรวจสอบ และไดใชตวอยางขอมล DNA ของมนษยจ านวน 10 ครอบครว

ซงประกอบดวยพอ-แม-ลก ทไดจาก หองปฏบตการ มนษยพนธศาสตร

โรงพยาบาลรามาธบด มาทดสอบการเปรยบเทยบ DNA ของแอพพลเคชน

ซงโปรแกรมทใชในการพฒนาแอพพลเคชนนคอโปรแกรม UNITY เวอร

ชน 5.2.0f3 และใช XAMPP เวอรชน 3.2.1 ในการท าฐานขอมล โดย

แอพพลเคชนทท าขนนจะสามารถท างานไดบนระบบปฏบตการ Windows

เทานน

ค าส าคญ : ดเอนเอ, การจ าลอง

Abstract

The study of the DNA structure may help to understand

several theories, especially researches about human DNA. One of these

researches is the relationship between persons which is applied to many

arean e.g., finding biological parents, finding crimes and etc. So my

group think to develop the project of 3D Simulation of DNA Structure in

order to support the education of the human DNA. We create an

application which can simulate 3D structure of DNA and can compare

DNA too. For finding the relationship between father, mother and child

by checking from number of same bases on locus of DNA that scientists

use to check too. We use human DNA of 10 families consisting of parents

and children from the laboratory at Ramathibodi Hospital for testing the

DNA comparison of the application. The programs used to develop the

application are UNITY V.5.2.0f3 and XAMPP V.3.2.1. This application

can work only on Windows.

Keyword : DNA, Simulation

1. บทน า

เนองจากสารพนธกรรม (DNA) ท าหนาทเกบขอมลทางพนธกรรมของ

สงมชวต ท าใหสามารถหาความสมพนธระหวางเครอญาตได รวมถง

สามารถใชระบตวบคคลได เชน ในกรณทตองการหาตวผราย หรอ การหา

ตวตนของศพทไมสามารถระบตวบคคลได เปนตน ดงนนการศกษา

เกยวกบโครงสรางของ DNA จงมความส าคญเปนอยางมาก ซงจะเหนได

จากงานวจยในหลายๆดานทเกยวของกบ DNA โดยเฉพาะทางดานชวสา

รสนเทศศาสตร (Bioinformatics) และเพอใหเขาใจเกยวกบโครงสรางของ

DNA มากยงขน จงมการใชโปรแกรมคอมพวเตอรเพอท าการจ าลอง

โครงสรางของ DNA ทงแบบสองมต (2D) และแบบสามมต (3D) รวมถง

การสรางฟงกชนเพอหาความสมพนธของ พอ-แม-ลก ขน ดงนนกลมของ

ขาพเจาจงไดคดพฒนาโครงงานการจ าลองโครงสรางของ DNA แบบสาม

มต เพอใชศกษาโครงสรางของ DNA และ เพอน าไปประยกตใชกบขอมล

ทางพนธกรรมตอไป

2. ทฤษฎและหลกการทเกยวของ

2.1 ขอมลของ DNA ทเกยวของ

DNA เปนชอยอของสารพนธกรรม มชอทางวทยาศาสตรวา กรดด

ออกซไรโบนวคลอก ซง DNA จะอยภายในนวเคลยสของเซลล และพบได

ในสงมชวตทกชนด โดยรปแบบการเรยงล าดบเบสของ DNA ในแตละคน

จะไมเหมอนกนและขอมลทางพนธกรรมจะเกดขนจากการเรยงล าดบของ

เบสทงสตว (A, T, G, C) ใน DNA [1] [2]

DNA ประกอบดวยหนวยยอยของนวคลโอไทด ทจบกนดวยพนธะ

Phosphodiester Bond ซงจะขดตวเปนเกลยวสนอยภายใน DNA เรยกวา

โครโมโซม

นวคลโอไทด (Nucleotide) ของ DNA ประกอบดวย น าตาล

Deoxyribose หมฟอสเฟตและเบส 4 ชนด ไดแก A, T, C และ G [3]

การจ าลองโครงสรางของ DNA แบบสามมต

3D Simulation of DNA Structure

นาย ภคพล พฤทธบรณะ นางสาว ศศกาณบ กบตน และ ผศ.ดร. ฐตพงษ สถรเมธกล

ภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอร คณะวศวกรรมศาสตร ก าแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตก าแพงแสน

1 หม 6 ต.ก าแพงแสน อ.ก าแพงแสน จ.นครปฐม 73140 โทรศพท: 034-281075 E-mail: [email protected]

Page 2: 3D Simulation of DNA Structure - eng.kps.ku.ac.th · โครงสร้างอะตอม ชื่อธาตุ สัญลักษณ์ รัศมีอะตอม

- 2 -

2.2 โครงสรางทางเคมของ DNA

ในสงมชวต DNA มกไมปรากฏเปนโมเลกลเดยว แตพบเปนโมเลกล

คทยดกนอยางแนนหนา ซงถกคนพบโดย James D. Watson และ Francis

Crick โดยไดสรางแบบจ าลองโมเลกลของ DNA ดงน [4] [5] [6]

1. พอลนวคลโอไทด (Polynucleotide) 2 สาย ยดกนโดยการจบคกนของเบส โดยในสายพอลนวคลโอไทด ปลาย 3’ ของนวคลโอไทดหนงจะจบกบปลาย 5’ ของนวคลโอไทด อกอนหนง แตละสายมทศทางจากปลาย 5’ ไปยง 3’ เรยงตวกลบสวนทศทางกน (Antiparallel) ดงภาพท 1 [7]

ภาพท 1 การเชอมตอของนวคลโอไทดระหวางปลาย 5’

ของนวคลโอไทด กบปลาย 3’

OH ของอกนวคลโอไทด

2. เบสไทมน (T) ยดกบ เบสอะดนน (A) ดวยพนธะไฮโดรเจนแบบพนธะค (double bonds) สวน เบสไซโตซน (C) ยดกบเบสกวนน (G) ดวยพนธะไฮโดรเจนแบบพนธะสาม (triple bonds) ดงภาพท 2

ภาพท 2 C และ G จบกนดวยสามพนธะไฮโดรเจน สวน A และ

T จบกนดวยสองพนธะไฮโดรเจน

3. พอลนวคลโอไทด 2 สายพนกน บดเปนเกลยวคลายบนไดเวยนขวาโดยม น าตาลดออกซไรโบส (Deoxyribose Sugar) จบกบหมฟอสเฟต (Phosphate group) คลายเปนราวบนได ดงภาพท 3

ภาพท 3 โครงสรางนวคลโอไทดของ DNA ทประกอบดวย

ดออกซไรโบสเบส และ หมฟอสเฟต

4. ใน 1 รอบเกลยวของ DNA ประกอบดวย คเบส 10 ค

5. เกลยวแตละรอบหางเทากบ 34 Å (องสตรอม) หรอ 3.4 nm และพอลนวคลโอไทด 2 สาย มเสนผานศนยกลาง 20 Å หรอ 2 nm แตละคเบสหางกน 3.4 Å หรอ 0.34 nm เกลยวเอยงท ามม 36 องศา ดงภาพท 4

Page 3: 3D Simulation of DNA Structure - eng.kps.ku.ac.th · โครงสร้างอะตอม ชื่อธาตุ สัญลักษณ์ รัศมีอะตอม

- 3 -

6. จากการบดหรอพนเกลยวของ DNA ท าใหเกดรองภายนอก จ านวน 2 รอง คอ รองลก (Major Groove) มขนาดประมาณ 12 Å และ รองแคบ (Minor Groove) มขนาดประมาณ 6 Å ดงภาพท 4

ภาพท 4 ระยะหางรองลกและรองแคบตามทฤษฏของ

Watson-Crick Model

7. ขนาดอะตอมของแตละธาตใน DNA แสดงดงตารางท 1 ตารางท 1 ขนาดอะตอมของแตละธาตใน DNA [8]

2.3 การเปรยบเทยบความสมพนธ

การตรวจล าดบเบส เพอพสจนบคคล ไมไดตรวจสอบใหครบทกเบส

ของโครโมโซมทกเสน ซงนกวทยาศาสตรไดศกษาวจยแลวพบวา สามารถ

ใชบางต าแหนงบนโครโมโซม มาเปรยบเทยบ โดยไดก าหนดเกณฑ

มาตรฐานวา ในการพสจนบคคลดวยวธลายพมพ DNA นตองใชการ

เปรยบเทยบต าแหนงอยางนอย 10 โลคส ซง DNA ในสวนนจะมล าดบเบส

ซ าแตกตางกนทงขนาดและจ านวนซ า ดงนนจงใชสวนของเบสซ าอยาง

ตอเนองมาตรวจสอบลายพมพ DNA ทต าแหนงตางๆกน ท าใหสามารถ

พสจนความเปนบคคลไดอยางชดเจนและแมนย า ดงตวอยางในภาพท 5

[9][10]

ภาพท 5 เบสซ า (T, C, A, T) ขนาด 4 เบส

ทมจ านวนซ าอยางตอเนอง 7 ครง

โลคสของ DNA ทเลอกใชในการเปรยบเทยบของโครงงานนม

ทงหมด 15 โลคส ซงมชอต าแหนงและรปแบบของเบสซ าขนาด 4 ตว ทใช

ตรวจสอบในต าแหนงตางๆ ดงภาพท 6 [11]

ภาพท 6 ต าแหนงโลคสตางๆภายใน DNA

แอลลล (Allele) คอ รปแบบของยนทแสดงออกในแบบลกษณะ

ตางๆในลกษณะของทางพนธกรรมหนงๆ เชน ยนควบคมลกษณะทาง

พนธกรรมสของดอกไมชนดหนง มยนทเปนแอลลลกน 2 รปแบบคอ แอล

ลลของยนทแสดงลกษณะสแดงในดอกไมชนดนน กบ แอลลลของยนท

แสดงลกษณะสขาวในดอกไมชนดนน โดยทวไปยนจะมแอลลลอย 2

รปแบบ แตถายนมแอลลลมากกวา 2 รปแบบ เชน 3 หรอ 4 รปแบบ จะถก

เรยกวา มลตเปลแอลลลส (Multiple Alleles) ยนทเปน แอลลลกน คอยนท

เขาคกนไดในการควบคมลกษณะทางพนธกรรมหนงๆ ซงยนทเขาคกนน

โครงสรางอะตอม ชอธาต สญลกษณ

รศมอะตอม

(Å)

ไฮโดรเจน H 0.31

คารบอน C 0.76

ออกซเจน O 0.66

ไนโตรเจน N 0.71

ฟอสฟอรส

P

1.07

Page 4: 3D Simulation of DNA Structure - eng.kps.ku.ac.th · โครงสร้างอะตอม ชื่อธาตุ สัญลักษณ์ รัศมีอะตอม

- 4 -

มกเปนยนทอยบนต าแหนงเดยวกนของโครโมโซมทเปนคกน

(Homologous Chromosome) สวนยนทควบคมการแสดงออกตางลกษณะ

กนจะไมเปนแอลลลกนหรอไมเขาคกน

ดงภาพท 7 [12]

ภาพท 7 ลกษณะของแอลลล

วธการตรวจลายพมพ DNA แบบ Direct PCR Amplification Kit

วธการนจะใชโลคสในการเปรยบเทยบเรมตนท 15 โลคสและหากโลคสท

ไดท าการเปรยบเทยบแลวไมตรงกน 1-2 โลคส จงจ าเปนจะตองเพมโลคส

ในการเปรยบเทยบ แลวถาหากวาต าแหนงของโลคสทเพมเขามาไมตรงกน

ทงหมดและต าแหนงทใชในการเปรยบเทยบไมตรงกนมากกวา 2 กถอวา

ไมมความสมพนธทางสายเลอดกน ซงการเปรยบเทยบดวยวธนสามารถหา

ความสมพนธของลกจากพอหรอแมจากคนใดคนหนง หรอจะหาพอหรอ

แมจากลกกได [13]

ตารางท 2 ลกษณะการซ ากนของแตละโลคสทใช

ส าหรบการเปรยบเทยบ DNA เพอหาความสมพนธของลกจากพอ

และแมมขนตอนดงน

1. น า DNA ในแตละโลคสบนโครโมโซม (2 แอลลล) มาหา

จ านวนซ าตอเนองตามรปแบบเบสซ าของแตละโลคส ดงตารางท 2

ตวอยางเชน โลคส vWA บน โครโมโซมแทงท 12 รปแบบเบสซ า : TCTA

DNA ของแอลลลท 1: ... AAGT TCTA TCTA TCTA TCTA AATA ...

DNA ของแอลลลท 2: ... AAGT TCTA TCTA TCTA AGGA AATA ...

ดงนนจ านวนซ าตอเนองของแอลลลท 1 และ 2 คอ 4 และ 3

ตามล าดบ

2. น าคาทไดจากขอ1 มาเปรยบเทยบหาความสมพนธ พอ-แม-ลก

โดยมหลกการ คอ ลกจะตองมจ านวนซ าตอเนองเหมอนกบแมครงหนง

และเหมอนกบพออกครงหนงในต าแหนงเดยวกน ซงจะตองใชโลคสอยาง

นอย 10 โลคสในการหาความสมพนธ เชน ถาลกมจ านวนซ าตอเนองของ

โลคส vWA เปน 4-3 แสดงวาจ านวนซ าตอเนองของโลคส vWA ในพอ

และแม จะตองม 4 หรอ 3 อยางนอย 1 ตว ดงตารางท 3

ตารางท 3 ตวอยางลกษณะการซ ากนของแตละโลคสทใช

Locus ลก พอแท แมแท vWA (4) (3) 5 (4) (3) 10 ... .. .. .. .. .. ..

แตในบางกรณอาจจะเกดการกลายพนธท าใหจ านวนเบสซ าของ

ลกไมเหมอนกบของพอแมซงในทนจะไมเหมอนกนมากสดไมเกน 2

โลคส จากตารางท 4 จะพบวาจ านวนเบสซ าของลกในโลคส D19S433,

TPOX และ TH01 ไมมในพอมากกวา 2 ต าแหนงดงนนจะถอวาไมใชพอ

แทๆ และในโครงงานนไดใชตวอยางขอมล DNA ของมนษยจรงจ านวน 2

ครอบครว (พอ-แม-ลก) จาก หองปฏบตการ มนษยพนธศาสตร

โรงพยาบาลรามาธบด ดงแสดงในตารางท 5 และ 6 [14]

ตารางท 4 ตวอยางลกษณะการซ ากนของแตละโลคสทใช

Locus ลก สงสยวาเปนพอ แมแท vWA (4) (3) 5 (4) (3) 10 D19S433 (10) 5 11 9 (10) 7 TPOX 5 (6) 7 9 6 (6) TH01 4 (11) 8 13 4 (11) ... .. .. .. .. .. ..

Page 5: 3D Simulation of DNA Structure - eng.kps.ku.ac.th · โครงสร้างอะตอม ชื่อธาตุ สัญลักษณ์ รัศมีอะตอม

- 5 -

ตารางท 5 ตวอยางผลการเปรยบเทยบหาความสมพนธของครอบครวท 1

ตารางท 6 ตวอยางผลการเปรยบเทยบหาความสมพนธของครอบครวท 2

3. โปรแกรมทใช

3.1 Xampp

Xampp เปนโปรแกรม Apache web server ส าหรบจ าลอง web

server เพอใชทดสอบเวบไซตในเครองคอมพวเตอร โดยทไมตองเชอมตอ

อนเตอรเนต โปรแกรม Xampp จะมาพรอมกบ ภาษา PHP ส าหรบพฒนา

เวบแอพพลเคชน, MySQL ส าหรบท าฐานขอมล, Apache ท าหนาทเปนเวบ

เซรฟเวอร, Perl, OpenSSL, phpMyadmin เปนระบบบรหารฐานขอมลท

พฒนาโดย PHP เพอใชเชอมตอไปยงฐานขอมล และ SQLite โปรแกรม

Xampp จะอยในรปแบบของไฟล zip, tar, 7z หรอ exe ซงโครงงานนจะใช

MySQL และ Apache ของ Xampp ในการท าฐานขอมล

3.2 Unity

Unity คอ Game Engine ส าหรบการสรางเกมสสามมต ทถก

พฒนาขนมาอยางตอเนอง และจดเปน Cross Platform คอพฒนาแคครง

เดยวแตสามารถ Export ลงในทกๆ Platform ได ไมวาจะเปนระบบปฎบต

การ iOS , Android, Windows Phone , Black Berry หรอบน Web Player

ซง ภาษาทใชพฒนามสองภาษาคอ C# และ JavaScript [15]

โดยจะมองทกอยางของโปรแกรมเปน GameObject ไมวาจะเปน

กอนหนกอนหนงหรอแมลงตวหนงถอเปน GameObject โดย GameObject

จะท างานรวมกบ Component ซง Component เขามาเพม คณสมบตและ

พฤตกรรมหรอความสามารถตางๆใหกบ GameObject ใหสามารถเคลอนท

ได เปลงเสยงได เปนตน [16]

3.3 Avogadro

Avogadro เปนโปรแกรมแกไขเปลยนแปลงโมเลกลขนสงและ

ออกแบบภาพขามแพลตฟอรมพรอมใชในการค านวณทางเคม, การสราง

แบบจ าลองโมเลกล, ชวสารสนเทศ, วสดศาสตร และทางดานอนๆท

เกยวของ โปรแกรมมการแสดงผลทมคณภาพสงพรอมทงมความยดหยน

และมสถาปตยกรรมปลกอนทมประสทธภาพ โปแกรมนจะใชในการท า

ภาพ 3มตใน Unity โดยจะใชคาพกดต าแหนง (x, y, z) ของอะตอมในการ

อางองต าแหนงตางๆ [17]

4. การออกแบบระบบ

ภาพท 8 เปนการแสดงภาพรวมของระบบ ผใชจะตองใสขอมลลงใน

โปรแกรม หรอ น าขอมลในฐานขอมลมาใช จงจะสามารถแสดงภาพ

(2D/3D) หรอแสดงความสมพนธได

Page 6: 3D Simulation of DNA Structure - eng.kps.ku.ac.th · โครงสร้างอะตอม ชื่อธาตุ สัญลักษณ์ รัศมีอะตอม

- 6 -

ภาพท 8 ภาพรวมของระบบ

4.1 สวนของการสรางโครงสราง DNA 3 มต

จาก Flowchart ทแสดงในภาพท 9 เปนการแสดงกระบวนการสราง

object ของโครงสราง DNA 3 มต โดย object แตละตวคอ A, T, C และ G

ซง object แตละตวจะไดต าแหนงพกด (x, y, z) มาจากการ fix คาตามภาพ

DNA ในโปรแกรม Avogadro

ภาพท 9 Flowchart แสดงการสราง object

ในการสรางโครงสราง DNA 3 มต

จาก Flowchart ทแสดงในภาพท 10 เปนการแสดงกระบวนการขยบ

มมกลองในการมองโครงสราง DNA 3 มตเมอมการรบคาจาก คยบอรด

หรอ เมาส

ภาพท 10 Flowchart แสดงการขยบมมกลอง

ในการมองโครงสราง DNA 3 มต

Page 7: 3D Simulation of DNA Structure - eng.kps.ku.ac.th · โครงสร้างอะตอม ชื่อธาตุ สัญลักษณ์ รัศมีอะตอม

- 7 -

จาก Flowchart ทแสดงในภาพท 11 เปนการแสดงกระบวนการ หมน

ภาพโครงสราง DNA 3 มตดวยการกด space bar บนคยบอรด

ภาพท 11 Flowchart แสดงการหมนภาพโครงสราง DNA 3 มต

4.2 สวนของการเปรยบเทยบ DNA

จาก Flowchart ทแสดงในภาพท 12 เปนการแสดงวธการ

เปรยบเทยบ DNA โดยผใชจะตองใสขอมลของพอหรอแม และทกครง

จะตองใสขอมลของลก หลงจากนนโปรแกรมจะท าการเทยบขอมลกน ถา

เหมอนกนทกต าแหนง แสดงวาขอมลทงสองมความสมพนธเกยวของกน

อยางแนนอน (100 %) ถาตางกน 1-2 ต าแหนง แสดงวาขอมลทงสองม

โอกาสทจะมความสมพนธเกยวของกน (1 – 99 %) แตถาตางกนเกน 2

ต าแหนงขนไปจะถอวาไมมความสมพนธเกยวของกนเลย (0 %)

ภาพท 12 Flowchart แสดงวธการเปรยบเทยบ DNA

5. ผลการด าเนนงาน

5.1 การพฒนาโปรแกรม

โปรแกรมทพฒนาขนนมฟงกชนการท างานหลกอย 2 สวน คอ สวน

ของการจ าลองโครงสราง DNA เพอแสดงโครงสรางของ DNA แบบ 2 มต

หรอ 3 มต และ สวนของการเปรยบเทยบ DNA เพอตรวจสอบ

ความสมพนธระหวางบคคล เมอเรมตนเปดโปรแกรมจะแสดงหนาแรก

ของโปรแกรมดงภาพท 13

ภาพท 13 หนาแรกของโปรแกรม

Page 8: 3D Simulation of DNA Structure - eng.kps.ku.ac.th · โครงสร้างอะตอม ชื่อธาตุ สัญลักษณ์ รัศมีอะตอม

- 8 -

ส าหรบหนา DNA Structure (ภาพท 14) ผใชสามารถเลอกวธการ

Input ขอมลเพอทจะน ามาจ าลองโครงสราง DNA ได 3 แบบคอ รบขอมล

จากการพมพทางคยบอรดหรอ Upload ขอมลจากไฟล (เฉพาะไฟล .dat,

.txt) หรอ Upload ขอมลจาก Database

ภาพท 14 หนา DNA Structure

ส าหรบหนาแสดงโครงสรางของ DNA (ภาพท 15) เมอกดป ม

Option จะปรากฏหนาตางทอธบายวธการแสดงภาพโดยสามารถใชเมาส

หรอ คยบอรดในการเลอกมมมองของภาพ หรอ การท าใหภาพเคลอนไหว

ผใชสามารถดขอมลของ DNA โดยกดทป ม Detail DNA หรอ ดขอมลของ

อะตอมแตละตว โดยกดทป ม Detail Atom

ภาพท 15 หนาแสดงโครงสรางของ DNA

ส าหรบหนาแสดงความสมพนธ (ภาพท 16) ผใชสามารถเลอก

สถานะทจะกรอกขอมลเขาไป โดยโปรแกรมจะบงคบใหผใชตองกรอก

ขอมลทกชองยกเวนชองปเกดจากนน โปรแกรมน าขอมลมาเปรยบเทยบ

กนแลวแสดงผลการตรวจสอบความสมพนธวามความสมพนธกบบคคล

ไหนบางในฐานขอมลมาทางหนาจอ

ภาพท 16 หนาแสดงความสมพนธระหวางบคคล

5.2 การทดสอบการแสดงโครงสรางของ DNA

จากการทดสอบการแสดงโครงสรางของ DNA โดยทดสอบฟงกชน

การสรางภาพ Adenine, Thymine, Cytosine และ Guanine ดงภาพท 17,

18, 19 และ 20 ตามล าดบ และ ตวอยางผลการแสดงโครงสรางของ DNA 3

มต ดงภาพท 21 พบวา ทกฟงกชน สามารถท างานไดอยางถกตองทกครง

ภาพท 17 ตวอยางผลการแสดงโครงสรางของ DNA 3 มต(Adenine)

Page 9: 3D Simulation of DNA Structure - eng.kps.ku.ac.th · โครงสร้างอะตอม ชื่อธาตุ สัญลักษณ์ รัศมีอะตอม

- 9 -

ภาพท 18 ตวอยางผลการแสดงโครงสรางของ DNA 3 มต(Thymine)

ภาพท 19 ตวอยางผลการแสดงโครงสรางของ DNA 3 มต(Cytosine)

ภาพท 20 ตวอยางผลการแสดงโครงสรางของ DNA 3 มต(Guanine)

ภาพท 21 ตวอยางผลการแสดงโครงสรางของ DNA 3 มต

5.3 การทดสอบการเปรยบเทยบ DNA

จากการทดสอบการเปรยบเทยบ DNA โดยทดสอบฟงกชนการ

เปรยบเทยบ แบงเปนไมมความสมพนธกบบคคลในฐานขอมล และ ม

ความสมพนธกบบคคลในฐานขอมลและมโอกาสทจะมความสมพนธ ดง

ภาพท 22 และ 23 ตามล าดบ พบวา ทกฟงกชน สามารถท างานไดอยาง

ถกตอง

ภาพท 22 ตวอยางผลการเปรยบเทยบ DNA ในกรณทไมเจอใครเลย

Page 10: 3D Simulation of DNA Structure - eng.kps.ku.ac.th · โครงสร้างอะตอม ชื่อธาตุ สัญลักษณ์ รัศมีอะตอม

- 10 -

ภาพท 23 ตวอยางผลการเปรยบเทยบ DNA ในกรณทถกตอง 100%

และการเกด mutation

6. สรปผล

การจ าลองโครงสรางของ DNA แบบ 3 มต และ การเปรยบเทยบ DNA

ชวยใหเขาใจเกยวกบ DNA และโครงสรางของ DNA มากขน ผใชสามารถ

ก าหนดเบสทตองการแสดงผลได อกทงยงสามารถปรบเปลยนมมมองของ

โครงสรางไดตามความตองการ และในสวนของการเปรยบเทยบ DNA

ผใชสามารถน าจ านวนซ าตามรปแบบการซ าของรหสพนธกรรมในแตละ

โลคสมาใชในการเปรยบเทยบเพอพสจนความสมพนธของพอ-แม-ลกได

ส าหรบการพฒนาตอยอดงานในอนาคต สามารถทจะเพมฟงกชนการท างานในสวนของการเปรยบเทยบโลคส จากการทจะตองใชโปรแกรมอน

เพอหาต าแหนงทจะน ามาใชเปรยบเทยบ ถาสามารถเพมฟงกชนการท างาน

ในสวนนไดกจะท าใหผใชไดรบความสะดวกสบายมากยงขน

7. เอกสารอางอง

[1] DNA [ออนไลน], 10 มนาคม 2558, แหลงทมา :

http://th.wikipedia.org/wiki/ DNA

[2] พรทพย โรจนสนนท. ความรเบองตนเรอง DNA fingerprint. วารสาร

บทบณฑตย. 2544 ; (57 ตอน 1) 86-100.

[3] กรดนวคลอก (Nucleic acid) [ออนไลน], 13 มนาคม 2558, แหลงทมา :

http://conf.agi.nu.ac.th/webnewasp/ereading/gene/unit1.pdf

[4] ดร. สรนทร วโมกขสนถว, ดร. ภญโญ พานชพนธ 2518. เกลยวชวต.

แพรพทยา, กรงเทพมหานคร. แปลจาก James D. Watson. The Double

Helix.

[5] โครงสรางของ DNA (Structure of DNA ) [ออนไลน], 10 มนาคม

2558, แหลงทมา :

http://www.curtisdna.com/markecurtis_dna_art_geometry/DNA_geom

etry.html

[6] โครงสรางของ DNA (Structure of DNA ) [ออนไลน], 12 มนาคม

2558, แหลงทมา :

http://www.thaibiotech.info/structure-of-DNA.php

[7] DNA structure (Nucleic acid) [ออนไลน], 13 มนาคม 2558,

แหลงทมา:

http://www.chm.bris.ac.uk/webprojects2002/bdavies/dna_structurepg

%202.htm

[8] รศมโคเวเลนต [ออนไลน], 1 มนาคม 2558, แหลงทมา :

https://th.wikipedia.org/wiki/รศมโคเวเลนต

[9] DNA411.doc – มหาวทยาลยขอนแกน [ไฟลดาวนโหลด], 5 มนาคม

2558, แหลงทมา :

http://forenmed.md.kku.ac.th/site_data/myort2_74/3/DNA411.doc

[10] ธนเศรษฐ เสนาวงศ. 2557. การถายแบบดเอนเอและการแสดงออก

ของยน. สถาบนไทยศกษา จฬาลงกรณมหาวทยาลย, กรงเทพมหานคร.

[11] Variable number tandem repeat [ออนไลน], 9 เมษายน 2559,

แหลงทมา :

https://en.wikipedia.org/wiki/Variable_number_tandem_repeat

[12] แอลลล (Allele) [ออนไลน], 9 เมษายน 2559, แหลงทมา :

http://www.thaibiotech.info/what-is-allele.php

[13] การเปรยบเทยบ DNA ในการพสจนบคคล [ไฟลดาวนโหลด], 13 มนาคม 2558, แหลงทมา :

http://web.ku.ac.th/schoolnet/snet4/genetics/pcr1.htm [14] HUMAN Identification [ออนไลน], 22 มนาคม 2559,

แหลงทมา :

http://www.macrogen.com/eng/business/human_id.html

[15] ท าความรจกกบ Unity [ออนไลน], 22 มนาคม 2559, แหลงทมา :

https://www.unity3d.in.th/unity-intro/

[16] ท าความรจกกบ Unity [ออนไลน], 22 มนาคม 2559, แหลงทมา :

http://www.cooltech.me/2015/06/unity-game-engine.html

[17] อธบายโปรแกรม avogadro [ออนไลน], 9 เมษายน 2559, แหลงทมา :

http://avogadro.cc/wiki/Main_Page

Page 11: 3D Simulation of DNA Structure - eng.kps.ku.ac.th · โครงสร้างอะตอม ชื่อธาตุ สัญลักษณ์ รัศมีอะตอม

- 11 -

ไดรบการพจารณาเหนชอบโดย

..............................................................

(ผศ.ดร.ฐตพงษ สถรเมธกล)

ประธานกรรมการโครงงาน

..............................................................

(อ.ดร.จกกรช พฤษการ)

รองประธานกรรมการโครงงาน

..............................................................

(อ.ดร.พเชษฐ สบสายพรหม)

กรรมการโครงงาน