แบตเตอรี่จุลินทรีย์

แบตเตอรี่แบบใหม่ใช้จุลินทรีย์

(วิธีการได้พลังงานไฟฟ้าจากสิ่งมีชีวิต)

ในขณะที่เกิดความวิตกกังวลถึงปัญหาสิ่งแวดล้อมของโลกที่ทวีความรุนแรงมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องมาจากการเผาผลาญเชื้อเพลิงประเภทน้ำมันดิบและถ่านหิน ก็มีเสียงเรียกร้องถึงการใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์มากยิ่งขึ้น

วิธีการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาเปลี่ยนให้เป็นพลังงานชนิดต่างๆ ได้แก่ งานวิจัยการผลิตแบตเตอรี่แสงอาทิตย์หรือการใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์ หรือจากการใช้สิ่งมีชีวิตที่แม้จะมีขนาดเล็กแต่ก็มีความสามารถเสมือนว่าเป็นโรงงานไฟฟ้าประเภทหนึ่ง ระบบการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์โดยอาศัยการสังเคราะห์ด้วยแสงของสิ่งมีชีวิต เช่น พืชต่างๆ สามารถนำมาพัฒนาเป็นแบตเตอรี่แสงอาทิตย์ได้

หลักการผลิตพลังงานแบบนี้ คือ จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตจะได้อิเล็กตรอนอิสระ อิเล็กตรอนที่ได้ก็คือ “พลังงานไฟฟ้า” ซึ่งเป็นรูปแบบของพลังงานที่มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต “พลังงานไฟฟ้า” ที่กล่าวถึงนี้กำลังอยู่ในระหว่างการวิจัยเพื่อนำมาใช้ประโยชน์ภายนอกเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งงานวิจัยที่ใช้ไฟฟ้าจุลินทรีย์ซึ่งเรียกว่า แบตเตอรี่จุลินทรีย์

ยกตัวอย่างแบตเตอรี่จุลินทรีย์ที่ใช้สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน (blue green algae) ซึ่งเป็นจุลินทรีย์ที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ การผลิตพลังงานไฟฟ้านั้นจำเป็นจะต้องนำเอาอิเล็กตรอนที่ผลิตได้ภายในเซลล์ออกมาสู่ภายนอก แต่ส่วนนอกของเซลล์ประกอบขึ้นจากเยื่อหุ้มเซลล์และผนังเซลล์ ทำให้การนำอิเล็กตรอนออกมาโดยตรงไม่สามารถทำได้ ดังนั้นในกรณีของการสร้างแบตเตอรี่จุลินทรีย์สังเคราะห์ด้วยแสงจึงจำเป็นต้องมีการส่งต่ออิเล็กตรอนด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชัน – รีดักชัน อิเล็กตรอนก็จะถูกขนส่งออกมาจนถึงอิเล็กโทรด ทำให้สามารถใช้พลังงานไฟฟ้าในที่สุด

สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินนั้นจะดูดกลืนเอาพลังงานแสงอาทิตย์เข้าไปและผ่านปฏิกิริยาการใช้แสง (light reaction) เพื่อจะส่งต่ออิเล็กตรอนไปเป็นทอดๆ เหมือนลูกโซ่ ลูกโซ่นี้เกิดขึ้นภายในเซลล์ของสาหร่าย ส่วนตัวรับอิเล็กตรอนจะอยู่ภายนอกเซลล์ ตัวรับอิเล็กตรอนที่อยู่ภายนอกนี้จะเป็นตัวสุดท้าย ตัวรับตัวสุดท้ายนี้จะถูกรีดิวซ์แล้วเคลื่อนที่ไปส่งอิเล็กตรอนให้กับขั้วอิเล็กโทรด ทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้า และเกิดปฏิกิริยาการรับอิเล็กตรอน (reduction) ขึ้นในขั้วตรงกันข้าม ทั้งหมดที่กล่าวมานี้เป็นหลักการของแบตเตอรี่จุลินทรีย์

ประเด็นสำคัญ ·         มีงานวิจัยที่เกี่ยวกับการนำเอาพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นภายในเซลล์ออกมาใช้ภายนอกเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้จุลินทรีย์ที่เรียกว่า แบตเตอรี่จุลินทรีย์

ภาพที่ 68 แผนภูมิตัวอย่างแสดงแบตเตอรี่จุลินทรีย์สังเคราะห์ด้วยแสง

อธิบายศัพท์ สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน : สิ่งมีชีวิตประเภทโปรคาริโอต (prokaryote) ซึ่งไม่มีนิวเคลียส (nucleus) และพลาสติด(plastid – องค์ประกอบภายในเซลล์ซึ่งเป็นที่อยู่ของสารสี เช่น คลอโรพลาสต์ที่มีคลอโรฟิลล์อยู่ – ผู้แปล)

Continue Reading

พืชพลังงานชนิดใหม่

พืชพลังงานชนิดใหม่

(พืชพลังงานคืออะไร)

นอกจากจะใช้ของเหลือทิ้งมาเป็นสารตั้งต้นสำหรับการผลิตพลังงานชีวภาพแล้ว ยังมีการเพาะปลูกพืชเพื่อนำมาใช้ผลิตพลังงานโดยเฉพาะอีกด้วย พืชเหล่านี้เรียกว่า พืชพลังงาน เนื่องจากพลังงานฟอสซิล (เช่น น้ำมัน ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น – ผู้แปล) แม้จะมีราคาสูงขึ้นมาก แต่การใช้พืชพลังงานก็ยังไม่คุ้มทุนทำให้การเพาะปลูกเพื่อให้ได้สารตั้งต้นมาใช้สำหรับการผลิตพลังงานนั้นยังไม่ได้รับความสนใจจากเกษตรกร นอกจากนี้การสนับสนุนจากภาครัฐเพื่อการผลิตมวลชีวภาพหรือชีวมวลให้เป็นพลังงานทดแทนน้ำมันนั้นยังมีข้อจำกัดอยู่มาก

การผลิตเอทานอลจากมวลชีวภาพนั้นใช้ประโยชน์จากจุลินทรีย์โดยการหมักพืชต่างๆ รวมทั้งข้าวโพดและอื่นๆ ต่างก็มีองค์ประกอบหลักคือเซลลูโลส (cellulose) และลิกนิน (lignin) สำหรับเซลลูโลสนั้น จำเป็นต้องอาศัยเอนไซม์ “เซลลูเลส  (cellulase)” ช่วยเร่งการย่อยสลาย แล้วหมักด้วยจุลินทรีย์ เมื่อนำไปกลั่นจะได้เอทานอลบริสุทธิ์มาใช้ต่อไป

สหรัฐอเมริกานำเอาเอทานอลที่ผลิตได้จากข้าวโพดมาใช้ผสมกับน้ำมันเบนซิน ส่วนในบราซิลมีการผลิตเอทานอลบริสุทธิ์ได้จากอ้อยเป็นสารตั้งต้น ปัจจุบันในบราซิล รถยนต์ราว 30% หันมาใช้เอทานอลแทนน้ำมันเบนซิน อย่างไรก็ตามแม้ราคาของน้ำมันเบนซินจะสูงกว่าเอทานอล แต่ก็ยังมีข้อจำกัดในเรื่องเนื้อที่เพาะปลูก คำนวณกันว่าแม้จะนำข้าวโพดทั้งหมดในโลกมาผลิตเป็นเอทานอล ก็จะครอบคลุมเพียง 10% ของปริมาณการใช้น้ำมันแก๊สโซลีน (เบนซิน)

ดังนั้น การจะพึ่งพาพลังงานจากมวลชีวภาพในการทดแทนน้ำมันได้ยั่งยืนและยาวนาน จำเป็นต้องมีการปฏิรูประบบเกษตรกรรมโดยรวมทั้งหมดเลยทีเดียว

หนึ่งในงานวิจัยเพื่อที่จะพัฒนาการนำมวลชีวภาพมาใช้ทดแทนน้ำมันคือ การปลูกไม้โตเร็วเพื่อใช้เป็นพืชพลังงานให้ได้คุ้มทุน เช่น ต้นป๊อปปลาร์ ต้นหลิว เป็นต้น ต้นไม้เหล่านี้เป็นแหล่งของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ซึ่งคาดว่าน่าจะสามารถเปลี่ยนเนื้อไม้เหล่านี้ให้เป็นเอทานอลได้ ซึ่งจะทำให้เอทานอลที่ผลิตได้ในต่างประเทศมีราคาถูกกว่าน้ำมันเบนซิน (แต่ในประเทศไทย ยังไม่คุ้มทุน – ผู้แปล)

(ส่วนการใช้แก๊สโซฮอล์ในประเทศไทยนั้น ในปี พ.ศ. 2550 มีการใช้ชนิด E10 (มีส่วนผสมของเอทานอล 10%) กันแพร่หลาย โดยมีมูลค่าการใช้ประมาณ 5,000 ล้านบาท และกำลังจะมีการนำแก๊สโซฮอล์ชนิด E20 (มีส่วนผสมของเอทานอล 20%) มาใช้ ในอนาคตอาจพัฒนาไปถึงการใช้ชนิด E50 หรือ E85 (ที่มีส่วนผสมของเอทานอลสูงกว่าแก๊สโซฮอล์ที่ใช้ในปัจจุบัน) ก็เป็นได้ – ผู้แปล)

ประเด็นสำคัญ ·         การผลิตพลังงานจากมวลชีวภาพวิธีหนึ่ง คือ ปลูกพืชเพื่อการผลิตพลังงานโดยเฉพาะ ·         การจะพึ่งพาพลังงานจากมวลชีวภาพในการทดแทนน้ำมันได้อย่างยั่งยืนและยาวนานนั้น จำเป็นต้องมีการปฏิรูประบบเกษตรกรรมโดยรวม

Continue Reading

พืชตัดต่อยีน GMO

เทคโนโลยีชีวภาพกับประโยชน์ในชีวิตประจำวัน

(พืชตัดต่อยีนกับประโยชน์เหลือคณานับ)

ผลิตภัณฑ์ทางการเกษตรตัดต่อยีน เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการนำเอายีนที่มีประโยชน์เข้าสู่ต้นพืข การเกษตรสมัยใหม่ต้องการทั้งคุณภาพและปริมาณของผลผลิต ดังนั้นการใช้เทคโนโลยีตัดต่อยีนจึงมีความสำคัญยิ่ง ผลผลิตชนิด       แรกที่ได้รับการตัดต่อยีนคือ มะเขือเทศ ผิวของมะเขือเทศมีสุกนั้นจะอ่อนตัวทำให้มะเขือเทศเน่าเสียง่าย ซึ่งมีสาเหตุมาจาก   เพกทิน (pectin) ซึ่งเป็นองค์ประกอบหนึ่งที่ช่วยให้ผิวมะเขือเทศมีความแข็งแรง ถูกทำลายด้วยเอนไซม์ที่มีชื่อว่า  “พอลิกาแล็กทูโรเนส (polygalacturonase)” ในปัจจุบันด้วย “วิธีแอนติเซนส์” (antisense method – การเติมสายดีเอ็นเออีกสายหนึ่งที่เข้าคู่กันได้กับสายอาร์เอ็นเอของยีนที่สนใจ ทำให้อาร์เอ็นเอไม่สามารถเข้าสู่กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนได้ จึงไม่มีการสร้างโปรตีนหรือเอนไซม์นั้นๆ เกิดขึ้น – ผู้แปล)  ช่วยยับยั้งการสร้างเอนไซม์ชนิดนี้ในเซลล์ ผลลัพธ์คือ ได้มะเขือเทศที่แม้ว่าจะสุกแล้วแต่ผิวก็ไม่อ่อนตัว ยังแลดูสวยงามและแข็งแรง

Pectin

อีกตัวอย่างหนึ่ง คือ การใช้สารกำจัดวัชพืชชนิดที่มีชื่อว่า “ไกลโฟเสต (Glyphosate)” ในการเกษตร มักถูกทำลายด้วยเอนไซม์บางชนิดจากแบคทีเรียในดิน เมื่อนำยีนที่สร้างเอนไซม์ดังกล่าวมาปรับเปลี่ยนให้เหมาะสม แล้วย้ายเข้าสู่ต้นพืช ต้นพืชก็จะทนต่อไกลโฟเสตได้ และเมื่อใช้ไกลโฟเสตในแปลงเพาะปลูก พืชของเราที่มียีนที่สร้างเอนไซม์นี้อยู่จะทนต่อไกลโฟเสต จึงมีแต่เฉพาะต้นหญ้าและวัชพืชเท่านั้นที่จะเหี่ยวตายไป ทำให้สามารถกำจัดวัชพืชได้อย่างมีประสิทธิภาพ

พืชที่มีการตัดต่อยีนต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นถั่วเหลือง เรปซีด (rape-seed) และข้าวโพด ก็ล้วนแต่บริโภคแล้วไม่ก่อให้เกิดปัญหาใดๆ ต่อร่างกายมนุษย์

ในอีกด้านหนึ่ง ผลผลิตจากการตัดต่อยีนที่ใช้เป็นยารักษาโรคได้รับความสนใจมาก คาดกันว่าทั่วโลกมีผู้ติดเชื้อไวรัสตับอักเสบชนิดบีมากกว่า 300 ล้านคน จึงมีแนวคิดที่จะผลิตวัคซีนต้านโรคดังกล่าวในหัวแครอท เมื่อรับประทานหัว แครอทแล้วก็จะสามารถป้องกันการติดเชื้อได้ นอกจากนี้ยังมีข้าวที่ได้รับยีนที่สร้างเฟอร์ริทิน (ferritin) เฟอร์ริทินเป็นโปรตีนที่ช่วยเก็บรักษาธาตุเหล็กในเซลล์ ด้วยวิธีนี้จะช่วยรักษาผู้ป่วยโรคโลหิตจางที่มีอาการจากการขาดธาตุเหล็กได้ หรือว่าจะเป็นมะเขือเทศที่มีไลโคปีนในปริมาณมากกว่าปกติ ซึ่งเป็นที่ทราบกันว่าไลโคปีนช่วยลดความเสี่ยงในการเกิดโรคมะเร็งได้ สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นผลผลิตทางการเกษตรที่มีการตัดต่อยีนเพื่อใช้เป็นยาสำหรับการป้องกันและบำบัดรักษาโรคต่างๆ

นอกจากนี้ยังมีประเด็นของการพัฒนาผลิตภัณฑ์เครื่องสำอาง โดยใช้ความรู้ด้านยีนและดีเอ็นเอ เป็นที่ทราบกันดีว่า เมื่อผิวหนังของเราได้รับรังสีอัลตราไวโอเล็ตจากแสงอาทิตย์ ผิวหนังจะมีการสร้างเมลานินมากขึ้น โดยสร้างจากกรดอะมิโนชนิด  “ไทโรซีน” ปฏิกิริยาเร่งด้วยเอนไซม์ “ไทโรซิเนส (tyrosinase)” ดังนั้นด้วยการใช้วิธีแอนติเซนส์ทำให้สามาถยับยั้งการทำงานของไทโรซิเนส และลดการสังเคราะห์เมลานินให้น้อยลงได้ ผิวจึงคล้ำได้ยากขึ้น เรียกได้ว่าเป็นเครื่องสำอางเพื่อความงามระดับสุดยอด

Continue Reading

colorblind แฟชั่นที่กำลังมาแรงจากกัมพูชา

 colorblind

ก่อตั้งขึ้นโดยนักออกแบบชาวฝรั่งเศส jean-Benoît Lasselin ในปี 2011

Continue Reading

ชะลอความชรา

Telomere

เข้าใกล้กลไกความชรา

(ชะลอความชราเป็นไปได้หรือ)

ผลจากอภิมหาโครงการทางเทคโนโลยีชีวภาพ “โครงการพันธุกรรมมนุษย์” ทำให้ทราบว่ามียีนที่เกี่ยวข้องกับความชราอยู่มากมาย ส่วนกลไกความชราก็ค่อยๆ เป็นที่เข้าใจกระจ่างชัดขึ้นมาทีละน้อยๆ ด้วยเหตุนี้จึงคิดกันว่า แม้เราจะหลีกหนีความชราไปได้ไม่พ้น แต่ก็น่าจะสามารถชะลอความชราให้ช้าลงได้

คำอธิบายถึงกลไกความชรามีมากมาย ข้อหนึ่งกล่าวถึง “เทเลเมียร์ (telomere)” ที่เป็นส่วนปลายสุดของสายดีเอ็นเอซึ่งเมื่อเซลล์มีการแบ่งตัวครั้งใด ปลายเทเลเมียร์นี้ก็จะหดสั้นลงเรื่อยๆ จนในที่สุดเซลล์ก็หมดความสามารถในการแบ่งตัว อีกสาเหตุหนึ่งก็คือ การทำลายของเหล่าออกซิเจนในรูปทำลายล้าง (reactive oxygen) ทั้งหลายที่ใช้อธิบายกลไกของความชราได้

Continue Reading