นักวิจัยมะกันพบวิธีใช้ ‘ยีสต์’ เปลี่ยน’ ฉี่’ เป็น ‘อาหาร’

ทีมวิจัยจากสหรัฐอเมริกา นำโดย มาร์ค เบลนเนอร์ รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีและชีวะโมเลกุล จากมหาวิทยาลัยเคลมสัน ในเมืองเคลมสัน รัฐเซาธ์แคโรไลนา สหรัฐอเมริกา ประสบความสำเร็จในการใช้กรรมวิธีตัดต่อพันธุกรรม เปลี่ยนยีสต์สายพันธุ์หนึ่งให้กลายเป็นยีสต์ที่สามารถเปลี่ยนปัสสาวะให้กลายเป็นสารอาหารที่จำเป็นต่อสุขภาพของนักบินอวกาศได้ ทั้งยังสามารถใช้วิธีเดียวกันผลิตเม็ดพลาสติกในอวกาศได้อีกด้วย ที่สำคัญก็คือ สามารถใช้วิธีการเดียวกันแก้ปัญหาขาดแคลนอาหารบนโลกได้เช่นกัน

ยีสต์สายพันธุ์ดังกล่าวคือ ยาร์โรเวีย ไลโปลิติกา (Yarrowia lipolytica) ซึ่งบริโภคยูเรีย สารประกอบที่มีอยู่ในปัสสาวะเป็นอาหาร นอกจากนั้นยังพบได้ในชีส และพบว่ายังสามารถเติบโตบนคราบน้ำมันดิบที่รั่วไหลออกมาอีกด้วย

รองศาสตราจารย์เบลนเนอร์ระบุว่า การสร้างเครื่องมือเพื่อผลิตอาหารจากของเสียในระหว่างการดำเนินภารกิจในห้วงอวกาศ ถือว่ามีประสิทธิภาพสูงกว่าการกักตุนอาหารและเสบียงต่างๆ ขึ้นกลับไปกับยานอวกาศด้วย เนื่องจากเสบียงสัมภาระดังกล่าวนอกจากจะกินเนื้อที่แล้วยังทำให้ยานมีน้ำหนักมาก สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงสูงมากเมื่อต้องออกเดินทางจากโลก

ทีมวิจัยของเบลนเนอร์สามารถทำให้ยีสต์สายพันธุ์นี้ซึ่งผ่านกระบวนการตัดต่อทางพันธุกรรมแล้วให้ผลิตกรดไขมัน โอเมก้า-3 ได้ 50 มิลลิกรัม และผลิตพลาสติกได้ 250 มิลลิกรัม ในการทดลองเพื่อพิสูจน์แนวความคิดนี้ และนำเสนอผลการทดลองต่อการสาธิตและการประชุมแห่งชาติครั้งที่ 254 ของสมาคมนักเคมีอเมริกัน เมื่อกลางเดือนสิงหาคมที่ผ่านมา

ทีมวิจัยใช้เครื่องมือในการตัดต่อพันธุกรรมหลายชนิด รวมทั้งกรรมวิธี คริสเปอร์-คาสไนน์ (CRISPR-Cas 9) เพื่อดึงเอาส่วนประกอบทางพันธุกรรมเดิมของยีสต์ออกมา แล้วนำส่วนประกอบใหม่ต่อกลับเข้าไปแทนที่ โดยทีมวิจัยเปลี่ยนยีนส์ 4 ตัวในดีเอ็นเอของ “ยาร์โรเวีย ไลโปลิติกา” เพื่อให้มันสามารถผลิตโอเมก้า-3 ที่เป็นกรดไขมันซึ่งจำเป็นต่อการทำงานของหัวใจ, ตา และสมองของมนุษย์ได้ นอกจากนั้นยังปรับแต่งทางพันธุกรรมอีกบางอย่างเพื่อเพิ่มปริมาณการไหลเวียนของคาร์บอนในเซลล์ ที่จะช่วยในการเก็บกักโอเมก้า-3 ไว้ภายในผนังเซลล์ และป้องกันไม่ให้ยีสต์บริโภคโอเมก้า-3 ที่มันผลิตออกมาเสียเอง

ในการผลิตโอเมก้า-3 ยีสต์จำเป็นต้องใช้น้ำตาลและคาร์บอน ซึ่งในการทดลองครั้งนี้ ทีมวิจัยใช้แบคทีเรียที่มีความสามารถในการสังเคราะห์แสงชนิดหนึ่งคือไซโนแบคทีเรีย ซึ่งมีความสามารถในการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นพลังงานเพื่อเลี้ยงตัวเอง และสามารถเพาะเลี้ยงในถังได้ทำนองเดียวกับสาหร่าย

ในระหว่างการเดินทางในอวกาศ นักบินอวกาศจะใช้วิธีเปลี่ยนปัสสาวะให้กลายเป็นน้ำดื่ม แบบเดียวกับที่ใช้กันอยู่ในสถานีอวกาศนานาชาติ (ไอเอสเอส) ในขณะนี้ ของเสียจากกระบวนการดังกล่าวคือยูเรีย จะถูกนำมาใช้เพื่อผลิตโอเมก้า-3 ในขณะเดียวกันคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเกิดจากการหายใจของนักบินอวกาศจะถูกเก็บกักแล้วส่งผ่านท่อไปยังถังเก็บไซโนแบคทีเรีย เพื่อเปลี่ยนให้เป็นพลังงาน เมื่อต้องการนำมาใช้ในการผลิตโอเมก้า-3 ก็ให้ความร้อนกับไซโนแบคทีเรียเพื่อให้โครงสร้างของเซลล์แตกออกแล้วปล่อยน้ำตาลออกมา นำมาผสมกับยูเรียเป็นของเหลวสำหรับใช้เลี้ยงยีสต์ในภาชนะแยกต่อไป

กรดไขมันโอเมก้า-3 ที่ผลิตได้จะถูกเก็บกักไว้ในผนังเซลล์ของยีสต์ที่ปรับแต่งทางพันธุกรรมให้เก็บกักได้ในสัดส่วนสูงเมื่อเทียบกับน้ำหนักเซลล์

ในทางทฤษฎี ยีสต์ที่เต็มไปด้วยโอเมก้า-3 ดังกล่าวสามารถรับประทานได้ทันที เว้นเสียแต่ว่านักบินอวกาศจะต้องการรสชาติ ก็ต้องนำมาผ่านการปรุงแต่งต่อไปอีกขั้นตอน

ทีมวิจัยใช้วิธีตัดต่อพันธุกรรมแบบเดียวกัน ทำให้ยีสต์สามารถผลิตโพลีเอสเตอร์ โพลีเมอร์แทนที่จะเป็นโอเมก้า-3 ซึ่งจะถูกเก็บกักไว้ในเซลล์ของยีสต์ในรูปของเม็ดขนาดเล็ก ซึ่งสามารถนำมาละลายในสารละลายเพื่อใช้เป็นหมึกพลาสติกสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ สำหรับพิมพ์ส่วนประกอบต่างๆ เพื่อใช้ในยานอวกาศ หรือบนพื้นโลกก็ได้เช่นกัน