ทะลุกรอบ | ป๋วย อุ่นใจ

 

ภารกิจสร้างยีสต์สังเคราะห์แสง (3)

 

“ยุคใหม่แห่งความยั่งยืน ต้องเป็นยุคแห่งซิมไบโอซีน (Symbiocene)” มาร์ก บักลีย์ (Marc Buckley) หนึ่งในผู้นำแนวคิดด้านสิ่งแวดล้อมและความยั่งยืนกล่าวในงานประชุม Techsauce Global Summit 2024

เป็นคำกล่าวที่น่าสนใจ เพราะนักวิทย์เชื่อว่าในปัจจุบันปัญหาสภาพแวดล้อมโลกในเวลานี้อยู่ในขั้นวิกฤต ดินฟ้าอากาศก็แปรปรวนวิปริต ส่วนระบบนิเวศก็หายนะจนหลายคนมองว่าเกือบๆ จะถือได้ว่าเป็นการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่อีกครั้งของโลกได้แล้ว

และถ้าเราไม่คิดทำอะไรนอกจาก reduce, replace, reuse, recycle และคาดหวังว่าสังคมมนุษย์จะอยู่กันต่อไปได้อย่างมั่นคง มั่งคั่ง ยั่งยืนนั้น บอกได้เลยว่าคงเป็นไปได้ยาก แม้ว่าเทคโนโลยีจะก้าวไปไกลก็ตาม

เพราะด้วยในเวลานี้ วัฏจักรต่างๆ บนโลกนั้นถูกรบกวนจนผิดเพี้ยนบิดเบี้ยวไปเสียจนยังไงไม่อาจจะฟื้นคืนกลับมาเหมือนเดิมได้ในระยะเวลาอันสั้น

ทว่า คนมีปากท้องที่ต้องเลี้ยง และยังต้องการอากาศบริสุทธิ์ไว้หายใจ เราต้องเริ่มมองโลกและเทคโนโลยีในมุมใหม่ๆ กันบ้าง

“เพราะในเวลานี้ สิ่งที่โลกต้องการคือการฟื้นฟู” มาร์กกล่าว “เทคโนโลยีในยุคใหม่ที่เราควรจะให้ความสำคัญก็คือเทคโนโลยีเพื่อการฟื้นฟูไม่ว่าจะเป็นระบบเศรษฐกิจเพื่อการฟื้นฟู (regenerative economy) การแพทย์ฟื้นฟู (regenerative medicine) การเกษตรเชิงฟื้นฟู (regenerative farming) ไปจนถึงสังคมแห่งการฟื้นฟู (regenerative Society) และ…อื่นๆ อีกมากมาย”

มนุษย์ต้องคิดใหม่ทำใหม่และเริ่มคิดแผนที่จะอยู่กับโลกกันแบบถ้อยทีถ้อยอาศัย “เกื้อกูล” ซึ่งกันและกัน

 

บนสไลด์รูปกระบือสีโทนส้มดูแล้วให้ความรู้สึกร้อนระอุของเขา มีคำว่า “Symbiosis” ขนาดใหญ่โตมโหฬารแปะอยู่ตรงกลางสไลด์อย่างเด่นชัด ชัดเจนว่าในทอล์กนี้ของเขา มาร์กเน้นคำว่า “เกื้อกูล” หรือ “Symbiosis” อย่างที่สุด

เพราะเขาเชื่อว่าการนั่งอยู่เฉยๆ แก้ปัญหาที่ปลายเหตุ และหวังให้โลกแก้ปมแห่งวิกฤตที่มนุษย์สร้างขึ้นมาด้วยตัวมันเองนั้น ก็ไม่ต่างไปจากการนั่งฝันลมๆ แล้งๆ การอยู่ด้วยกันอย่างเกื้อกูลต่างหากที่จะเป็นกุญแจทะลุกรอบ-2297-1สำคัญที่จะทำให้พวกเรารอดพ้นจากวิกฤตในครั้งนี้ได้

ในสไลด์ของเขา มาร์กแนะนำหนังสือหลายเล่ม แต่ที่สะดุดตาผมมากที่สุดคือหนังสือ “Symbiosis as a Source of Evolution Innovation : Speciation and Morphogenesis” หรือถ้าแปลไทยแบบตรงๆ ตัวเลยก็คือ “ภาวะเกื้อกูลในฐานะของแหล่งนวัตกรรมจากการวิวัฒนาการ : การเกิดสปีชีส์ใหม่และการเปลี่ยนรูปร่าง” ของลินน์ มาร์กูลิส (Lynn Margulis) และเรเน่ เฟซเตอร์ (Rene Fester) ที่ตีพิมพ์ออกมากับสำนักพิมพ์เอ็มไอทีตั้งแต่ปี 1991

ไม่น่าแปลกใจที่หนังสือของลินน์จะไปปรากฏเป็นหนังสือแนะนำอยู่บนสไลด์ของมาร์ก เพราะถ้าพูดถึงภาวะเกื้อกูล หนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่ดังที่สุดในโลกใบนี้ก็คือลินน์ ทว่า การที่สปีกเกอร์ระดับโลกอย่างมาร์กจะหยิบเอาหนังสือเก่าแก่โบร่ำโบราณที่เนื้อหานั้นถูกเขียนขึ้นมาแล้วกว่าสามสิบปี มาแนะนำที่บนเวทีหลักในงานประชุมเทคขนาดใหญ่ที่มีผู้คนเข้าฟังมากมายหลายร้อยคนแบบนี้นั้นเป็นอะไรที่คาดไม่ถึง

น่าตื่นเต้นเพราะนี่คือหลักฐานที่แสดงให้เห็นชัดเจนว่าหนังสือเล่มหนึ่งจะสร้างแรงกระเพื่อมได้มากเพียงไรในสังคม

เพราะนอกจากมาร์กแล้ว อีกคนที่ได้แรงบันดาลใจเข้าไปเต็มเต็มจากหนังสือเล่มนี้ก็คือ แองกัด เมห์ตา (Angad Mehta) นักเทคโนโลยีชีวภาพมือดีจากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เออร์บานา แชมเปญ (University of Illinois Urbana Champaign)

ทฤษฎีเอนโดซิมไบโอสิส (endorsymbiosis) ของลินน์ที่เสนอว่าภาวะเอนโดซิมไบโอสิสคือต้นกำเนิดของแอร์แกเนลล์สร้างพลังงานสำคัญของเซลล์อย่างไมโทคอนเดรีย เดิมเป็นเซลล์แบคทีเรียที่สังเคราะห์พลังงานทางเคมี (chemoautotroph) ที่ถูกเซลล์ใหญ่กินเข้ามา และต่อมาก็อยู่ร่วมกันกับเซลล์ใหญ่อย่างเกื้อกูลจนในที่สุดก็หลอมรวมเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ใหญ่ คลอโรพลาสต์ก็เช่นเดียวกับไมโตคอนเดรีย เพียงแต่เซลล์ที่ถูกกินเข้ามานั้นไม่ได้สังเคราะพลังงานผ่านทางเคมี แต่ผ่านทางกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (Photosynthesis)

ไอเดียนี้ทำให้แองกัดได้ไอเดียที่จะเปลี่ยนแปลงยีสต์ขนมปังให้กลายเป็นยีสต์ที่สามารถสังเคราะห์แสงสร้างพลังงานขึ้นมาได้

ในปี 2022 แองกัดออกแบบการทดลองเลียนแบบกระบวนการเอนโดซิมไบโอสิส โดยใช้ยีสต์ที่ถูกปรับแต่งพันธุกรรมให้บกพร่องในการสร้างพลังงาน ไปใส่เลี้ยงรวมกับไซแอนโนแบคทีเรียที่โดนลดขนาดจีโนมจนแทบอยู่เดี่ยวๆ ไม่ได้ ก่อนที่จะบีบให้ยีสต์ยอมรับเอาไซแอนโนแบคทีเรียเข้าไปในเซลล์ด้วยวิธีทางเคมี

แองกัดและทีมปรับสภาพสภาพแวดล้อมในการเพาะเลี้ยง เพื่อบีบบังคับให้ยีสต์ที่จะอยู่รอดได้ จำเป็นต้องมีไซแอนโนแบคทีเรียกักเก็บเอาไว้ข้างในเซลล์ และไซแอนโนแบคทีเรียที่จะอยู่รอดได้คือต้องอยู่ภายในเซลล์ยีสต์ นี่คือแรงคัดเลือกจำลองที่แองกัดเอามาใช้เพื่อคัดสายพันธุ์ยีสต์ที่มีไซแอนโนแบคทีเรียอยู่ข้างในทำหน้าที่แทนคลอโรพลาสต์

ผลที่ได้น่าตื่นเต้นมากเพราะแองกัดและทีมสามารถสร้างยีสต์ที่สังเคราะห์แสงขึ้นมาได้จริงๆ จากการเลียนแบบกระบวนการเอนโดซิมไบโอสิส

แองกัดเรียกครึ่งยีสต์ครึ่งไซแอนโนแบคทีเรียของเขาว่าว่า “ไคมีรา (chimera)” ตามชื่อของอสุรกายในปกรณัมกรีกที่มีลักษณะเป็นราชสีห์สองหัว หัวแรกเป็นหัวราชสีห์ดังที่ควรจะเป็น แต่กลับมีหัวแพะงอกออกมาเป็นหัวที่สอง มีหางเป็นงู และหายใจเป็นเพลิงไฟ

แองกัดเผยว่าไคมีราของเขาสามารถแบ่งเซลล์เพิ่มจำนวนได้อย่างน้อยถึง 15 ถึง 20 รุ่น ซึ่งเป็นอะไรที่น่าประทับใจ

 

แม้จะปลื้มปริ่มกับความสำเร็จในการสร้างยีสต์ไคมีรา ทว่า วิธีการในการสร้างไคมีรานั้น ยังยากเย็นเข็ญใจ กว่าจะได้มาสักโคลน

แองกัดรู้ดีว่า แม้กระบวนการสร้างไคมีราของเขาถือได้ว่าเป็นจุดพลิกผันของวงการชีววิทยา แต่ยังไม่น่าตื่นเต้นสำหรับวงการเทคโนโลยีชีวภาพและชีววิทยาสังเคราะห์ที่สนใจการนำไปใช้ในระดับอุตสาหกรรม

ก็ถ้ามันยากมากกว่าจะได้สักตัว อีกทั้งยังต้องทำในห้องทดลองของเขาเท่านั้น ใครที่ไหนจะมาถ่ายทอดเทคโนโลยีเอาไปใช้ได้

และนั่นทำให้แองกัดและทีม บุกตะลุยทำงานนี้ต่ออย่างมุ่งมั่น เพื่อปรับปรุงวิธีการให้ง่ายขึ้น

สองปีผ่านไป ในปี 2024 แองกัดและทีมก็ทำได้สำเร็จ พวกเขาได้พัฒนาวิธีการใหม่เพื่อสร้างไคมีราขึ้นมาในห้องปฏิบัติการ เรียกว่า Directed endosymbiosis หรือการกำกับการเกื้อกูลจากภายใน ที่สามารถนำไปใช้ได้กับยีสต์หลากหลายสายพันธุ์รวมทั้งสายพันธุ์มาตรฐานที่นิยมใช้กันทั่วไปในแล็บต่างๆ ได้

แต่แค่นั้นยังไม่พอ สังเคราะห์แสงสร้างพลังงานได้ก็เป็นอะไรที่ดี แต่ลองจินตนาการดูว่ามันจะน่าตื่นตาตื่นใจแค่ไหน ถ้ายีสต์ที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้นั้น มีอีกฟังก์ชั่น คือสามารถตรึงเอาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไปใช้ในการเจริญเติบโตได้ด้วยโดยไม่ต้องพึ่งแหล่งอาหารคาร์บอนประเภทอื่นๆ

เพื่อทำให้ยีสต์สามารถตรึงเอาคาร์บอนไดออกไซด์มาใช้ได้ แองกัดและทีมปรับแต่งพันธุกรรมในไซแอนโนแบคทีเรียเพื่อให้เซลล์ของไซแอนโนแบคทีเรียที่มีความสามารถในการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ได้อยู่แล้ว ยอมปล่อยสารโมเลกุลเล็ก ที่พวกมันสร้างขึ้นมาจากคาร์บอนไดออกไซด์ เช่น กลูโคส และสารพลังงานสูงอย่างเอทีพี (ATP) ออกมาให้เซลล์ยีสต์แบ่งเอาไปใช้ในการดำรงชีวิต

ซึ่งหมายความว่าไคมีราระหว่างยีสต์-ไซแอนโนแบคทีเรียตัวใหม่นี้สามารถเอาคาร์บอนไดออกไซด์มาใช้ในการเจริญได้เลย ไม่ต่างจากพืชและสาหร่าย

ผลต่อมายิ่งน่าตื่นเต้น เพราะแองกัดตัดสินใจทดลองปรับแต่งจีโนมของยีสต์ไคมีราและนำเอาวิถีในการสร้างสารลิโมนีน ซึ่งเป็นสารที่ให้กลิ่นหอมของเลมอน

และพบว่าไคมีราของพวกเขาก็สามารถสร้างลิโมนีนได้ตามที่ออกแบบ แม้จะเลี้ยงแบบบังคับให้สังเคราะห์ด้วยแสงเพียงอย่างเดียวก็ตาม

 

น่าจับตามอง เพราะหนึ่งในจุดอ่อนของเทคโนโลยี CCUS (Carbon Capture Utilization and Storage) ในตอนนี้คือไม่รู้จะเอาคาร์บอนไดออกไซด์ไปทำอะไรให้เกิดประโยชน์และมีมูลค่ามากกว่าอัดลงไปใต้บาดาล หรือเอามาทำเป็นหินปูนแบบในเวลานี้

เพราะถ้าสักวัน น่าจะไม่นานหลังจากนี้ มีใครเอาคาร์บอนไดออกไซด์มาเลี้ยงไคมีราให้ผลิตสารออกฤทธ์ราคาแพงเว่อร์วังได้สำเร็จ บางทีปัญหาเรื่องความคุ้มทุนของเทคโนโลยี CCUS ก็อาจจะไม่เป็นปัญหาอีกต่อไป

แต่ เอ! ถ้ากินคาร์บอนไดออกไซด์ได้แบบนี้ ต้องคิดคาร์บอนเครดิตให้มั้ยเนี่ย…?

ไม่แน่ว่าบางที “ยุคซิมไบโอซีน” ที่มาร์กพูดถึง อาจจะมาไวกว่าที่คิด…

 

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022