พบวิธีใช้ ‘ยีสต์’ เปลี่ยน ‘ฉี่’ เป็น ‘อาหาร’

ทีมวิจัยจากสหรัฐอเมริกา นำโดย มาร์ค เบลนเนอร์ รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีและชีวะโมเลกุล จากมหาวิทยาลัย เคลมสัน ในเมืองเคลมสัน รัฐเซาธ์แคโรไลนา สหรัฐอเมริกา ประสบความสำเร็จในการใช้กรรมวิธีตัดต่อพันธุกรรม เปลี่ยนยีสต์สายพันธุ์หนึ่งให้กลายเป็นยีสต์ที่สามารถเปลี่ยนปัสสาวะให้กลายเป็นสารอาหารที่จำเป็นต่อสุขภาพของนักบินอวกาศได้ ทั้งยังสามารถใช้วิธีเดียวกันผลิตเม็ดพลาดสติกในอวกาศได้อีกด้วย ที่สำคัญก็คือสามารถใช้วิธีการเดียวกันแก้ปัญหาขาดแคลนอาหารบนโลกได้เช่นกัน

ยีสต์สายพันธุ์ดังกล่าวคือ “ยาร์โรเวีย ไลโปลิติกา” (Yarrowia lipolytica) ซึ่งบริโภคยูเรีย สารประกอบที่มีอยู่ในปัสสาวะเป็นอาหาร นอกจากนั้นยังพบได้ในชีส และพบว่ายังสามารถเติบโตบนคราบน้ำมันดิบที่รั่วไหลออกมาอีกด้วย

รองศาสตราจารย์เบลนเนอร์ระบุว่า การสร้างเครื่องมือเพื่อผลิตอาหารจากของเสียในระหว่างการดำเนินภารกิจในห้วงอวกาศ ถือว่ามีประสิทธิภาพสูงกว่าการกักตุนอาหารและเสบียงต่างๆ ขึ้นกลับไปกับยานอวกาศด้วย เนื่องจากเสบียงสัมภาระดังกล่าวนอกจากจะกินเนื้อที่แล้วยังทำให้ยานมีน้ำหนักสูง สิ้นเปลืองเชื้่อเพลิงสูงมากเมื่อต้องออกเดินทางจากโลก

ทีมวิจัยของเบลนเนอร์สามารถทำให้ยีสต์สายพันธุ์นี้ซึ่งผ่านกระบวนการตัดต่อทางพันธุกรรมแล้ว ให้ผลิตกรดไขมัน โอเมกา-3 ได้ 50 มิลลิกรัม และผลิตพลาสติกได้ 250 มิลลิกรัม ในการทดลองเพื่อพิสูจน์แนวความคิดนี้ และนำเสนอผลการทดลองต่อการสาธิตและการประชุมแห่งชาติครั้งที่ 254 ของสมาคมนักเคมีอเมริกัน เมื่อกลางเดือนสิงหาคมที่ผ่านมา

ทีมวิจัยใช้เครื่องมือในการตัดต่อพันธุกรรมหลายชนิดรวมทั้ง กรรมวิธี “คริสเปอร์-คาส์ไนน์” (CRISPR-Cas 9) เพื่อดึงเอาส่วนประกอบทางพันธุกรรมเดิมของยีสต์ออกมา แล้วนำส่วนประกอบใหม่ต่อกลับเข้าไปแทนที่ โดยทีมวิจัยเปลี่ยนยีนส์ 4 ตัวในดีเอ็นเอของ “ยาร์โรเวีย ไลโปลิติกา” เพื่อให้มันสามารถผลิตโอเมกา-3 ที่เป็นกรดไขมันซึ่งจำเป็นต่อการทำงานของหัวใจ, ตา และสมองของมนุษย์ได้ นอกจากนั้นยังปรับแต่งทางพันธุกรรมอีกบางอย่างเพื่อเพิ่มปริมาณการไหลเวียนของคาร์บอนในเซลล์ ที่จะช่วยในการเก็บกักโอเมกา-3 ไว้ภายในผนังเซลล์ และป้องกันไม่ให้ยีสต์บริโภคโอเมกา-3 ที่มันผลิตออกมาเสียเอง

ในการผลิตโอเมกา-3 ยีสต์จำเป็นต้องใช้น้ำตาลและคาร์บอน ซึ่งในการทดลองครั้งนี้ ทีมวิจัยใช้แบคทีเรียที่มีความสามารถในการสังเคราะห์แสงชนิดหนึ่งคือ ไซโนแบคทีเรีย ซึ่งมีความสามารถในการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นพลังงานเพื่อเลี้ยงตัวเอง และสามารถเพาะเลี้ยงในถังได้ทำนองเดียวกับสาหร่าย

ในระหว่างการเดินทางในอวกาศ นักบินอวกาศจะใช้วิธีเปลี่ยนปัสสาวะให้กลายเป็นน้ำดื่ม แบบเดียวกับที่ใช้กันอยู่ในสถานีอวกาศนานาชาติ (ไอเอสเอส) อยู่ในขณะนี้ ของเสียจากกระบวนการดังกล่าวคือยูเรีย จะถูกนำมาใช้เพื่อผลิตโอเมกา-3 ในขณะเดียวกัน คาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเกิดจากการหายใจของนักบินอวกาศจะถูกเก็บกักแล้วส่งผ่านท่อไปยังถังเก็บไซโนแบคทีเรีย เพื่อเปลี่ยนให้เป็นพลังงาน เมื่อต้องการนำมาใช้ในการผลิตโอเมกา-3 ก็ให้ความร้อนกับไซโนแบคทีเรียเพื่อให้โครงสร้างของเซลล์แตกออกแล้วปล่อยน้ำตาลออกมา นำมาผสมกับยูเรียเป็นของเหลวสำหรับใช้เลี้ยงยีสต์ในภาชนะแยกต่อไป

กรดไขมันโอเมกา-3 ที่ผลิตได้จะถูกเก็บกักไว้ในผนังเซลล์ของยีสต์ที่ปรับแต่งทางพันธุกรรมให้เก็บกักได้ในสัดส่วนสูงเมื่อเทียบกับน้ำหนักเซลล์

ในทางทฤษฎี ยีสต์ที่เต็มไปด้วยโอเมกา-3 ดังกล่าวสามารถรับประทานได้ทันที เว้นเสียแต่ว่านักบินอวกาศจะต้องการรสชาติก็ต้องนำมาผ่านการปรุงแต่งต่อไปอีกขั้นตอน

ทีมวิจัยใช้วิธีตัดต่อพันธุกรรมแบบเดียวกัน ทำให้ยีสต์สามารถผลิต “โพลีเอสเตอร์ โพลีเมอร์” แทนที่จะเป็นโอเมกา-3 ซึ่งจะถูกเก็บกักไว้ในเซลล์ของยีสต์ในรูปของเม็ดขนาดเล็ก ซึ่งสามารถนำมาละลายในสารละลายเพื่อใช้เป็น “หมึกพลาสติก” สำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

สำหรับพิมพ์ส่วนประกอบต่างๆ เพื่อใช้ในยานอวกาศ หรือบนพื้นโลกก็ได้เช่นกัน

 

ขอบคุณข้อมูลจากมติชนรายวัน

 

บทความก่อนหน้านี้สตูลจัดแข่งสาน “โคระ” สืบภูมิปัญญา แปรรูปจำปาดะเพิ่มค่าผลไม้ถิ่น
บทความถัดไปผงะผลวิจัย ม.นเรศวร น้ำ-ผัก พบปนเปื้อนเพียบ