Alienum phaedrum torquatos nec eu, vis detraxit periculis ex, nihil expetendis in mei. Mei an pericula euripidis, hinc partem.
 

แบคทีเรียในลำไส้สร้างกระแสไฟฟ้าได้

แบคทีเรียในลำไส้สร้างกระแสไฟฟ้าได้

การค้นพบเรื่องราวต่างๆจากโลกใบจิ๋วที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าสร้างความน่าตื่นเต้นให้กับวงการวิทยาศาสตร์ได้เสมอ ล่าสุดทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์ (University of California Berkley) ยืนยันว่าแบคทีเรียก่อโรคในระบบทางเดินทางของมนุษย์ (Listeria monocytogenes) สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าด้วยกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนรูปแบบใหม่ได้

ปกติแล้ว เราสามารถพบแบคทีเรียที่สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้จากบริเวณเหมืองหรือก้นทะเลสาบที่อุดมไปด้วยแร่ธาตุ แต่ไม่มีออกซิเจนซึ่งแบคทีเรียเหล่านี้ใช้ระบบขนส่งอิเล็กตรอนที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ แต่เจ้าแบคทีเรีย L. monocytogenes ตัวเอกของเราในวันนี้ ทำหน้าที่เป็นผู้ย่อยสลายเศษซากพืชในธรรมชาติและเป็นตัวการทำให้เกิดอาหารเป็นพิษได้หากหลุดเข้ามาอยู่ในลำไส้ของมนุษย์ แม้ว่ามันจะไม่มียีนที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดอิเล็กตรอนเหมือนในแบคทีเรียกสายพันธุ์อื่นๆ แต่จากการศึกษาวิจัยกว่า 25 ปีพบว่ามันสามารถรีดิวซ์ไอออนของเหล็กภายนอกเซลล์ได้ ทีมนักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มต้นสำรวจสมบัติทางไฟฟ้าของมันอย่างจริงจัง

ทีมนักวิทยาศาสตร์นำแบคทีเรียกว่า 50,000 โคโลนีที่กลายพันธุ์อย่างสุ่มไปเลี้ยงบนอาหารที่มีไออนของเหล็กที่เรียกว่า เฟอร์ริกไอออน (Fe3+) ผสมอยู่เพื่อใช้คัดเลือกโคโลนีที่ไม่สามารถรีดิวซ์ Fe3+ได้โดยดูจากสีที่จะออกสีเหลืองอ่อนในขณะที่โคโลนีที่ส่งอิเล็กตรอนออกมารีดิวซ์ Fe3+จนเป็น Fe2+จะมีสีชมพูเข้ม

วิธีนี้ทำให้ได้โคโลนีที่ต้องการ 34 โคโลนีซึ่งเกิดการกลายพันธุ์กับยีน 8 ตำแหน่งที่แตกต่างกัน โดยแบคทีเรียสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ด้วยการขับอิเล็กตรอนออกมานอกเซลล์ กระบวนการดังกล่าวเรียกว่า Extracellular electron transfer หรือ EET ซึ่งมีหน้าที่คล้ายกับการหายใจของมนุษย์นั่นเอง

ทีมนักวิทยาศาสตร์วัดกระแสไฟฟ้าได้ราว 20 ไมโครแอมแปร์ต่อแบคทีเรียพื้นที่ 1 ตารางเซนติเมตร

แบคทีเรีย L. monocytogenes เป็นแบคทีเรียแกรมบวก กล่าวคือส่วนห่อหุ้มเซลล์ของมันนั้นเรียบง่ายกว่าพวกแบคทีเรียแกรมลบทำให้มันมีระบบ EET ที่ไม่ซับซ้อนมาก ทีมนักวิทยาศาสตร์พบว่าพวกมันอาศัยฟลาวิน (flavin) ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของวิตามิน B2 มาเป็นตัวช่วยในการขนส่งอิเล็กตรอนที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่พวกมันอาศัยอยู่ ไม่ว่าจะเป็นกองเศษใบไม้เน่าๆหรือในลำไส้มนุษย์ นอกจากนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์ยังพบว่าระบบ EET จะทำงานก็ต่อเมื่อแบคทีเรียอาศัยอยู่ในภาวะที่มีออกซิเจนต่ำเท่านั้น เรียกได้ว่าเป็นระบบสำรองในยามฉุกเฉินนั่นเอง

เมื่อนำยีนทั้ง 8 ไปเปรียบเทียบกับจีโนมของแบคทีเรียสายพันธุ์อื่นๆก็พบว่ากลุ่มแบคทีเรียก่อโรคและกลุ่มที่อาศัยอยู่ในลำไส้ เช่น คลอสตริเดียมและสเตร็ปโตคอกคัส รวมถึงโปรไบโอติกที่พบในผลิตภัณฑ์อาหารหมักดองอย่างแลกโตคอกคัสกับแลกโตบาซิลลัสก็มีชุดยีนดังกล่าวด้วยเช่นกันและสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ด้วยแม้จะไม่แรงเท่า L. monocytogenes ก็ตาม

ซามูเอล ไลต์ (Samuel Light) หัวหน้าทีมวิจัยให้ข้อมูลเพิ่มเติมว่าบางทีเคล็ดลับความอร่อยของอาหารหมักดองที่ทำจากแลกโตบาซิลลัสอย่าง ชีส โยเกิร์ตและเซาเออร์เคราท์ (sauerkraut กะหล่ำดองที่มักรับประทานคู่กับขาหมูทอดเยอรมัน) อาจเกิดขึ้นจากความสามารถในการผลิตกระแสไฟฟ้าของแบคทีเรียก็ได้

ความสามารถของแบคทีเรียที่เคยถูกมองข้ามไปนี้อาจเป็นกุญแจสำคัญในการไขความลับว่าแบคทีเรียเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์ต่อร่างกายของคนเราอย่างไรบ้าง ตั้งแต่การก่อโรคไปจนถึงการทำให้เรามีสุขภาพที่ดีขึ้น

บทความโดย  อาจวรงค์  จันทมาศ

อ้างอิง

https://phys.org/news/2018-09-hundreds-electricity-generating-bacteria-pathogenic-probiotic.html

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0498-z

Date

ตุลาคม 8, 2018

Category

STEM NEWS