นักวิจัยประสบความสำเร็จในการผลิตทางชีวภาพ โดยใช้น้ำตาลสังเคราะห์ทางเคมีเป็นครั้งแรกในโลก
การผลิตทางชีวภาพโดยใช้น้ำตาลสังเคราะห์ทางเคมีช่วยให้สามารถจัดหาน้ำตาลได้อย่างยั่งยืนโดยไม่ต้องแข่งขันในด้านอาหาร การผลิตทางชีวภาพโดยใช้น้ำตาลชีวมวล เช่น ข้าวโพด ที่ได้จากการเกษตร กำลังได้รับความสนใจอย่างแพร่หลายเนื่องจากเป็นเทคโนโลยีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่อย่างไรก็ตาม อุปทานของน้ำตาลชีวมวลทั่ว ๆ ไปนั้นมีขีดจำกัดจากความต้องการในการผลิตเชื้อเพลิงและเคมีภัณฑ์ ทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับการแข่งขันในด้านอาหารเนื่องจากมีการใช้ในอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลายมากขึ้น
ปัจจุบันในการศึกษาวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อไม่นานมานี้ในเคมไบโอเคม (ChemBioChem) นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโอซาก้าและพันธมิตรที่ทำงานร่วมกันได้พัฒนาเทคโนโลยีการผลิตทางชีวภาพที่เป็นนวัตกรรมใหม่ โดยใช้น้ำตาลซึ่งไม่ใช่น้ำตาลจากธรรมชาติที่ใช้วิธีการสังเคราะห์ทางเคมีเป็นวัตถุดิบในการแก้ปัญหาที่กล่าวมาข้างต้น การใช้แบคทีเรีย คอรีนแบคทีเรียม กลูตามิค (Corynebacterium glutamicum) และ ซี. กลูตามิค (C. glutamicum) นักวิจัยประสบความสำเร็จในการผลิตแลคเตทโดยการหมักโดยใช้สารละลายน้ำตาลสังเคราะห์เป็นสารตั้งต้น ถือเป็นครั้งแรกในโลกที่มีการผลิตทางชีวภาพโดยใช้น้ำตาลสังเคราะห์เป็นวัตถุดิบ ความสำเร็จนี้จะช่วยให้การจัดซื้อน้ำตาลเกิดความยั่งยืน ไม่เกิดการแข่งขันด้านอาหารและคาดว่าการผลิตทางชีวภาพจะมีการขยายตัวต่อไป
.jpg)
นับตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรม การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลมากเกินไป ผลที่ตามมาคือการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (Greenhouse Gas) ถือเป็นความท้าทายระดับโลกในศตวรรษที่ 21 ซึ่งการผลิตทางชีวภาพถือเป็นวิธีการหนึ่งที่มีประสิทธิภาพในการแก้ไขปัญหาเหล่านี้ และการดำเนินการดังกล่าวกำลังได้รับการส่งเสริมอย่างจริงจัง การผลิตวัตถุดิบหลัก (ชีวมวลรุ่นที่ 1) ในการผลิตชีวมวลในปัจจุบันอาศัยกระบวนการทางการเกษตร เช่น การเพาะปลูกข้าวโพด อย่างไรก็ตามมีความกังวลว่าอุปทานของชีวมวลรุ่นที่ 1 อาจทำให้เกิดการแข่งขันกับอาหารเนื่องจากไม่สามารถตอบสนองความต้องการมหาศาลในการผลิตเชื้อเพลิงและเคมีภัณฑ์ได้ นอกจากนี้การผลิตน้ำตาลที่อาศัยการเกษตรแบบแปลงใหญ่ยังมีข้อเสีย ยกตัวอย่าง การใช้ที่ดินและการใช้ทรัพยากรเช่น น้ำจืด ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส ที่สิ้นเปลืองเป็นอย่างมาก มลพิษทางน้ำที่เกิดจากปรากฏการณ์ยูโทรฟิเคชัน (Eutrophication) หรือปรากฏการณ์สาหร่ายสะพรั่ง และการสูญเสียความหลากหลายทางชีวภาพ
คณะวิจัยได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับน้ำตาลสังเคราะห์ทางเคมีที่ไม่ใช้ผลผลิตทางการเกษตรและการประยุกต์ใช้น้ำตาลที่ได้กับกระบวนการทางชีวภาพ การสังเคราะห์น้ำตาลเคมีมีข้อดีหลายประการ ดังนี้ 1. มีอัตราการสังเคราะห์ที่สูงมาก (เร็วกว่ากระบวนการทางการเกษตรอย่างน้อยหลายร้อยเท่า) 2. ใช้น้ำน้อยลง (ประมาณ 1/1300 ของกระบวนการทางการเกษตร) 3. การใช้พื้นที่น้อยกว่า (ประมาณ 1/600 ของกระบวนการทางการเกษตร) 4. ไม่ต้องการสารอาหาร เช่น ฟอสฟอรัส และไนโตรเจน แต่อย่างไรก็ตาม น้ำตาลสังเคราะห์ทางเคมีเป็นสารผสมที่มีสารประกอบหลายชนิดซึ่งมีโครงสร้างที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ ดังนั้นจึงมีความท้าทายเป็นอย่างมากในการใช้สารละลายน้ำตาลสังเคราะห์ที่ไม่ได้มาจากธรรมชาติในกระบวนการทางชีวภาพ เช่น มีปัจจัยที่ยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย
ในการศึกษาวิจัยนี้ คณะวิจัยได้กำหนดวิธีการเพาะปลูกที่มีความสเถียรโดยการใช้น้ำตาลสังเคราะห์ทางเคมีเป็นสารตั้งต้น โดยใช้เชื้อซี. กลูตามิค (C. glutamicum) เป็นแบคทีเรียต้นแบบ นอกจากนี้คณะวิจัยยังได้ระบุถึงปัจจัยที่ยับยั้งการเจริญเติบโตในสารละลายน้ำตาลสังเคราะห์ และแสดงให้เห็นว่าสามารถกำจัดปัจจัยดังกล่าวออกได้ด้วยกรรมวิธีการบำบัดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาทุติยภูมิ นอกจากนี้ด้วยการหมักภายใต้สภาวะที่จำกัดปริมาณออกซิเจน คณะวิจัยยังประสบความสำเร็จในการผลิตแลคเตทจากการหมักโดยใช้สารละลายน้ำตาลสังเคราะห์เป็นสารตั้งต้นแม้ว่าจะไม่มีอยู่ในธรรมชาติก็ตาม นี่เป็นครั้งแรกในโลกที่มีการผลิตทางชีวภาพโดยใช้น้ำตาลสังเคราะห์ที่ไม่ใช้ผลผลิตทางการเกษตรเป็นสารตั้งต้น แลคเตทผลิตจากไพรูเวต ซึ่งอยู่ที่ส่วนท้ายของวิถีเมตาบอลิซึมที่เรียกว่าไกลโคไลซิส (Glycolysis) หมายความว่าวิธีการนี้สามารถนำไปใช้ได้อย่างกว้างขวางและโดยทั่วไปสามารถใช้ได้กับการผลิตทางชีวภาพโดยใช้กระบวนการไกลโคไลซิส
ผลการวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าน้ำตาลสังเคราะห์ทางเคมีสามารถนำมาใช้เป็นวัตถุดิบใหม่ในการผลิตทางชีวภาพได้ การใช้น้ำตาลสังเคราะห์ทางเคมีซึ่งสามารถผลิตได้ในอัตราที่สูงและสามารถผลิตได้ ณ แหล่งกำเนิด ซึ่งคาดว่าจะช่วยแก้ปัญหาอุปาทานด้านวัตถุดิบในการผลิตทางชีวภาพ เช่น การแข่งขันกับอาหาร การพึ่งพาอาศัยกันในระดับภูมิภาค การใช้ทรัพยากรสิ้นเปลืองในวงกว้าง และคาดว่าจะเป็นสิ่งที่พลิกฟื้นสถานการณ์ด้านนี้