บราซิลพัฒนาอ้อยพันธุ์ CRISPR ได้สำเร็จเป็นครั้งแรกของโลก
จากข้อมูลของ Normative Resolution 16 (RN 16) โดยคณะกรรมการแห่งชาติบราซิลว่าด้วยเทคนิคความปลอดภัยทางชีวภาพ (CTNBio) ที่เผยแพร่เมื่อวันที่ 9 ธันวาคม 2564 นักวิทยาศาสตร์จาก Embrapa Agroenergy ได้พัฒนาอ้อยดัดแปลงยีนตัวแรกของโลกที่จัดว่าปราศจากการดัดแปลงพันธุกรรม (โดยผ่านการแก้ไขจีโนมที่ปราศจากดีเอ็นเอ) ต้นอ้อยที่ว่านี้คือพันธุ์ Flex I และ Flex II ซึ่งมีความสามารถในการย่อยได้ตามผนังเซลล์ที่สูงขึ้นตามลำดับและมีซูโครสเข้มข้นในเนื้อเยื่อมากขึ้น โดยอ้อยพันธุ์นี้ตอบสนองอย่างน่าสนใจที่สุดประการหนึ่ง นั่นคือ มีการเพิ่มการเข้าถึงของเอ็นไซม์ไปยังน้ำตาลที่ถูกขังในเซลล์ ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการผลิตเอทานอล (รุ่นที่หนึ่งและสอง) และการสกัดผลิตภัณฑ์ชีวภาพอื่นๆ เป็นต้น
อ้อยพันธุ์ Flex I เป็นผลมาจากการปิดยีนที่ทำหน้าที่สร้างความแข็งแกร่งของผนังเซลล์ โครงสร้างนี้ได้รับการแก้ไขและแสดง “ความสามารถในการย่อย” ที่สูงขึ้น กล่าวคือ มีการปล่อยให้เข้าถึงการโจมตีของเอนไซม์ได้มากขึ้นในระหว่างขั้นตอนการ hydrolysis ด้วยเอนไซม์ ซึ่งเป็นกระบวนการทางเคมีที่สกัดสารประกอบจากชีวมวลของพืช
อ้อยพันธุ์ Flex II มีน้ำตาลซูโครสมากกว่า
ในขณะเดียวกัน อ้อยพันธุ์ที่สองถูกสร้างขึ้นโดยการปิดยีนในเนื้อเยื่อ ซึ่งทำให้เกิดการผลิตซูโครสเพิ่มขึ้นอย่างมากในลำต้นของตัวต้นแบบ นั่นคือ Setaria viridis
อูโก โมลินารี นักวิทยาศาสตร์จาก Embrapa Agroenergy อธิบายว่า เมื่อลักษณะของการสะสมน้ำตาลในลำอ้อยนี้ได้รับการระบุแล้ว จะมีการถ่ายทอดข้อมูลนี้ไปยังต้นอ้อย ซึ่งเป็นเป้าหมายของการวิจัย เพราะน้ำตาลซูโครสในลำอ้อยจะเพิ่มขึ้นอีกประมาณ 15% ควบคู่ไปกับการเพิ่มขึ้นของน้ำตาลอื่นๆ ที่มีอยู่ เช่น กลูโคสและฟรุกโตส ทั้งในตัวอ้อยและในเนื้อเยื่ออ้อย
ทีมนักวิจัยยังได้สังเกตการเพิ่มขึ้นของน้ำตาลในใบอ้อยประมาณ 200% และทำการทดสอบเพื่อดูว่ายีนมีปฏิกิริยาต่อการปรับ กระบวนการ saccharification หรือไม่ ซึ่งเป็นการเปลี่ยนเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาลที่ผลิตในอุตสาหกรรม และมีการเพิ่มขึ้นประมาณ 12%
อูโกยังระบุข้อดีบางประการของอ้อยพันธุ์ Flex II นั่นคือ ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นในการผลิตไบโอเอทานอล รวมทั้งการค้นพบพันธุ์อ้อยที่หลากหลายที่เหมาะสมกับการแปรรูปทางอุตสาหกรรม การรับชานอ้อยที่ย่อยได้สูงขึ้นเพื่อใช้ในอาหารสัตว์ และมูลค่ารวมของอ้อยในห่วงโซ่การผลิตโดยรวม
อูโกยังย้ำว่าในปี 2563/2564 การผลิตน้ำตาลทั้งหมดในโลกอยู่ที่ประมาณ 188 ล้านตัน และบราซิลผลิตได้ 39 ล้านตัน คิดเป็น 21% ของการผลิตทั่วโลก
อีกประเด็นหนึ่งที่นักวิจัยนี้เน้นย้ำคือ การสนับสนุนอ้อยในการเพิ่มศักยภาพพลังงานสะอาด เพราะทุกวันนี้มากกว่า 45% ของส่วนผสมพลังงานที่ใช้ในบราซิลสามารถหมุนเวียนได้ และอ้อยนั้นมีส่วนช่วยมากกว่า 30% ของแหล่งพลังงานหมุนเวียนดังกล่าว
การวิจัยที่ใช้เทคนิคล้ำสมัยในการตัดต่อจีโนม
อูโกอธิบายว่า Embrapa Agroenergy ได้ศึกษายีนที่เกี่ยวข้องกับ Acyltransferases ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่มีหน้าที่ในการสร้างและดัดแปลงโครงสร้างของผนังเซลล์และเปิดให้เข้าถึงน้ำตาลได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของอ้อยพันธุ์ Flex II กลุ่มนักวิจัยดังกล่าวได้กล่าวถึงยีนที่เป็นตัวเลือกซึ่งมาจากตระกูล acyltransferases ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าเป็นสินทรัพย์ชีวภาพที่มีศักยภาพสูงและมีความเป็นไปได้ในการเพิ่มการผลิตน้ำตาลในต้นหญ้า
การศึกษาวิจัยทั้งสองที่กล่าวมาข้างต้นใช้กระบวนการ CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Shorts Palindromic Repeats) ซึ่งเป็นเทคนิคล้ำสมัยเพื่อจัดการกับยีนที่ค้นพบในปี 2555 โดยเทคโนโลยีนี้ใช้เอนไซม์ Cas9 เพื่อตัดดีเอ็นเอในจุดที่กำหนด โดยปรับเปลี่ยนเนื้อที่เฉพาะ การค้นพบนี้ทำให้เอ็มมานูแอล ชาร์เพ็นเทียร์และเจนนิเฟอร์ เอ โดด์นาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2020 ซึ่งทั้งสองได้ตีพิมพ์งานวิจัยในเรื่องดังกล่าวนี้เป็นครั้งแรก
การพัฒนาอ้อยพันธุ์ Flex I และ II จึงไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงดีเอ็นเอ แต่เกี่ยวข้องกับการปิดของยีนเท่านั้น นั่นคือเหตุผลที่คณะกรรมการเทคนิคแห่งชาติว่าด้วยความปลอดภัยทางชีวภาพ (CTNBio) ได้จัดประเภทพันธุ์อ้อยใหม่นี้ว่าไม่ผ่านการดัดแปลงพันธุกรรมหรือไม่มีการดัดแปลงพันธุกรรมใดๆ เลย
อูโกยังรายงานเพิ่มเติมว่าข้อโต้แย้งเกี่ยวกับการใช้พืชดัดแปลงพันธุกรรมในการเกษตรทำให้แต่ละประเทศในโลกสร้างเกณฑ์เฉพาะในเรื่องดังกล่าว ซึ่งทำให้ต้นทุนในการดัดแปลงพันธุกรรม (GM) ในตลาดเพิ่มสูงขึ้น ทุกวันนี้ มีการเพิ่มขึ้นของเทคโนโลยีใหม่ๆ มากมาย การแก้ไขจีโนมโดยการใช้การลำดับจีโนมจากสปีชีส์อื่น ๆ ภายนอกเข้าสู่จีโนมของสปีชีส์เป้าหมายนั้นไม่มีความจำเป็นอีกต่อไป
มีนักวิทยาศาสตร์กล่าวว่า แม้ว่ายีนแปลงพันธุ์ยังคงเป็นกลยุทธ์สำคัญในการแก้ปัญหามากมายในการเกษตรและเพิ่มมูลค่าให้กับสายพันธุ์พืช แต่การแก้ไขจีโนมด้วยเทคนิคเช่น CRISPR จะช่วยให้จัดการดีเอ็นเอได้อย่างแม่นยำ รวดเร็ว และประหยัดมากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับการดัดแปลงพันธุกรรมอื่น
อูโกกล่าวเพิ่มเติมว่า เทคโนโลยี CRISPR ทำให้เกิดการยอมรับในการนำมาใช้เทคโนโลยีชีวภาพในการเกษตร ไม่เพียงแต่จากมุมมองของบริษัทและสถาบันต่างๆ ที่เข้าร่วมในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่เข้าถึงตลาดมากขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยให้สายพันธุ์อื่นๆ ที่น่าสนใจได้รับประโยชน์มากยิ่งขึ้น โดยค่าใช้จ่ายโดยประมาณสำหรับการพัฒนาโรงงานดัดแปลงพันธุกรรมนี้อยู่ที่ประมาณ 136 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ และระหว่าง 30% ถึง 60% ของค่าใช้จ่ายนี้มุ่งเป้าไปที่ขั้นตอนการยกเลิกกฎระเบียบเก่าๆ
การพัฒนาเทคโนโลยีการปลูกอ้อยอย่างสม่ำเสมอเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดการขยายของภาคส่วนต่างๆ เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่กลุ่มนักวิจัยต่างๆ ทั่วโลกได้ทุ่มเทความพยายามในการวิจัยขั้นพื้นฐานเพื่อความเข้าใจการเผาผลาญน้ำตาลในพืชและการควบคุมที่ดีขึ้นในระหว่างการพัฒนาพืชในสายพันธุ์ต้นแบบ การเผาผลาญน้ำตาลเป็นที่รู้จักกันดีในขณะนี้ เนื่องจากพบการรวมตัวของเอ็นไซม์หลายชนิดรวมทั้งกระบวนการเผาผลาญของการส่งและการสะสมเอ็นไซม์
บรูนู ลาวิโอลา รองหัวหน้าฝ่ายวิจัยและพัฒนาจาก Embrapa Agroenergy กล่าวว่า การพัฒนาพันธุ์อ้อยใหม่ๆ ด้วยเทคนิค CRISPR ถือเป็นการความรู้ใหม่ขั้นแนวหน้า เพราะพันธุ์อ้อยดังกล่าวเป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น และเป็นการปูทางสำหรับการพัฒนาและส่งมอบพันธุ์อ้อยอื่นๆ ให้กับภาคการผลิต โดยมีลักษณะเฉพาะที่จะส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตอ้อยและการลดต้นทุนการผลิตอีกด้วย
อ้อย Flex II ให้ผลตอบแทนการลงทุนขั้นต่ำ 10% ต่อปี
โรซานา กีดุชชี นักวิจัยด้านเศรษฐศาสตร์ของ Embrapa Agroenergy กล่าวว่า อ้อยพันธุ์ Flex II ได้รับการวิเคราะห์ในสถานการณ์การนำไปใช้หลากหลาย และมีการประเมินผลกระทบทางเศรษฐกิจในภาคน้ำตาลและพลังงาน การวิเคราะห์นี้อยู่ในวิทยานิพนธ์ปริญญาโทสาขาการบริหารธุรกิจซึ่งเขียนโดยอูโกและมีโรซานาเป็นที่ปรึกษาร่วมในงานนี้
งานวิทยานิพนธ์ดังกล่าวมีจุดมุ่งหมายเพื่อประเมินความอยู่รอดทางเศรษฐกิจของอ้อยพันธุ์ใหม่นี้เกี่ยวกับการเพิ่มขึ้นของปริมาณน้ำตาลและการใช้ประโยชน์จากชานอ้อยและซางอ้อยที่ดีขึ้นในการผลิตเอทานอลรุ่นที่สอง
เพื่อประเมินผลกำไรด้วยการนำเทคโนโลยีมาใช้ การศึกษาดังกล่าวได้ประเมินสถานการณ์ที่เป็นไปได้สองสถานการณ์ นั่นคือ สถานการณ์ในแง่ดีและสถานการณ์ที่เป็นไปตามกฎเกณฑ์เดิมๆ โดยสถานการณ์แรกจะเป็นการขยายการใช้อ้อย Flex II ทีละน้อยในปริมาณ 1% ต่อปี จนถึง 10% ของการผลิตที่สังเกตได้ในการเก็บเกี่ยวอ้อยในปี 2563/2564 ในบราซิลภายในสิบปีนี้
ในสถานการณ์แบบที่สอง โรซานาอธิบายว่า อัตราการขยายตัวจะอยู่ที่ 0.5% ต่อปี ซึ่งสูงถึง 5% ของผลผลิตอ้อยที่สังเกตได้ในการเก็บเกี่ยวปี 2563/2564 ในทั้งสองสถานการณ์นี้ โรงงานแบบมาตรฐานจะแปรรูปการผลิตดังกล่าว โดยอ้อยร้อยละ 50 จะใช้เพื่อผลิตน้ำตาลและอีกร้อยละ 50 จะใช้สำหรับเอทานอลรุ่นแรก และซางและชานอ้อยอีก 60% จะใช้เพื่อผลิตเอทานอลรุ่นที่สองในโรงงานน้ำตาล
การวิเคราะห์ความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจของกระแสรายได้จะพิจารณาถึงข้อดีที่พยากรณ์ได้จากอ้อยพันธุ์ Flex II ที่ได้จากการผลิตน้ำตาล และเอทานอลรุ่น 1 และ 2 เมื่อเปรียบเทียบกับอ้อยทั่วไป
ในการขยายโครงสร้างพื้นฐานและความสามารถในการประมวลผลของโรงงานน้ำตาลนั้น มีการพิจารณาการลงทุนประมาณ 2 พันล้านเรียลบราซิล (ในสถานการ์ที่เป็นไปในทางบวก) และการเบิกจ่าย 2 ครั้งมูลค่า 1 พันล้านเรียลบราซิล (ในสถานการณ์ที่เป็นไปตามเกณฑ์เดิม) โดยทั้งสองสถานการณ์มีค่าใช้จ่ายบำรุงรักษาประจำปีประมาณ 100 ล้านเรียลบราซิล
การวิเคราะห์ขั้นสุดท้ายระบุว่าการลงทุนจะเป็นไปได้ เมื่อกำไรเพิ่มเติมที่คาดหวังจากอ้อย Flex II มีอัตราผลตอบแทนภายในที่ 27% และ 16% และมูลค่าสุทธิปัจจุบันอยู่ที่ 4.19 ล้านดอลลาร์สิงคโปร์และ 982,700 เรียลบราซิล ในสถานการณ์ที่เป็นไปในทางบวกและสถานการณ์ที่เป็นไปตามเกณฑ์เดิม ตามลำดับ
ศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ Citizen Attention Service (SAC) www.embrapa.br
