นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย (Georgia Tech) ออกแบบเซลล์ยีสต์ชอบแสง ซึ่งควบคุมพลังงานจากแสงได้ ปูทางสู่ความก้าวหน้าในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพและการชราภาพของเซลล์

โดยปกติแล้วยีสต์มักเติบโตได้ดีในที่มืด ซึ่งเป็นเชื้อราที่เปลี่ยนแปลงเป็นคาร์โบไฮเดรต และเป็นส่วนผสมของเบียร์หรือขนมปังเมื่อหมักในที่มืด ยีสต์จึงมักถูกเก็บไว้ในที่แห้งและมืดเพื่อให้เหมาะสมแก่การหมัก นั่นคือยีสต์โดยทั่วไปที่เรารู้จักกัน แต่นักวิทยาศาสตร์ได้ออกแบบยีสต์ที่ขับเคลื่อนด้วยแสง โดยจะทำงานได้ดีขึ้นเมื่อได้รับแสง ถือเป็นการพัฒนาวิวัฒนาการไปอีกขั้นของเชื้อราอย่างยีสต์

นักวิทยาศาสตร์ทำการออกแบบยีสต์ที่ชอบแสงนี้ด้วยการย้ายยีนเพียง 1 ตัวเท่านั้น ซึ่งทำให้เชื้อราชนิดนี้เติบโตเร็วกว่าการอยู่ในความมืดถึง 2% โดยไม่ต้องดูแล หรือเลี้ยงอย่างระมัดระวังแต่อย่างใด ซึ่งการออกแบบยีสต์ให้มีลักษณะเชิงวิวัฒนาการเช่นนี้จะช่วยสร้างความเข้าใจเกี่ยวกับโฟโตโทรฟ (Phototropism) หรือสิ่งมีชีวิตที่สามารถควบคุมและใช้พลังงานจากแสงนั้นว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร และสามารถนำมาใช้เพื่อศึกษาวิวัฒนาการ รวมถึงการผลิตเชื้อเพลิงทางชีวภาพ และอายุของเซลล์ได้ด้วย

งานวิจัยชิ้นนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากการทดลองวิวัฒนาการระยะยาวของสัตว์หลายเซลล์ในธรรมชาติ ซึ่งเปิดเผยว่าสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่เรียกว่า "ยีสต์เกล็ดหิมะ" สามารถพัฒนาความเป็นสัตว์หลายเซลล์ได้มากกว่า 3,000 เซลล์

โดยตลอดการทดลองวิวัฒนาการเหล่านี้ มีข้อจำกัดสำคัญประการหนึ่งสำหรับการวิวัฒนาการหลายเซลล์ปรากฏขึ้น ซึ่งก็คือพลังงาน เนื่องจากการแพร่กระจายออกซิเจนไปในเนื้อเยื่อนั้นค่อนข้างลำบาก แสงจึงเป็นตัวเลือกที่ดีในการให้พลังงานแก่สิ่งมีชีวิตโดยไม่ต้องใช้ออกซิเจน

ทั้งนี้ ยีสต์ไม่ใช่พืชชนิดเดียวที่สามารถเปลี่ยนแสงให้เป็นพลังงานได้ พืชบางชนิดก็สามารถใช้แสงได้เช่นเดียวกันโดยอาศัยโรดอปซิน ซึ่งเป็นโปรตีนที่สามารถเปลี่ยนแสงเป็นพลังงานได้โดยไม่ต้องอาศัยกลไกของเซลล์เพิ่มเติม การแลกเปลี่ยนทางพันธุกรรมเช่นนี้เรียกว่าการถ่ายโอนยีนแนวนอน โดยข้อมูลทางพันธุกรรมจะถูกแบ่งปันระหว่างสิ่งมีชีวิตที่ไม่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด โดยการถ่ายโอนยีนในแนวนอนอาจทำให้เกิดวิวัฒนาการแบบก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในช่วงเวลาสั้น ๆ ได้

ที่มาข้อมูล: inceptivemind, popsci, gatech
ที่มาภาพ: gatech
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

ยีสต์เซลล์แรกของโลกใช้พลังงานจากแสง ต่อยอดไปสู่การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ