Omics study for polyethylene terephthalate degradation by marine bacterium isolated from Thai sea

หนึ่งในปัญหาของประเทศไทยและโลก คือ ปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม เช่น ปัญหาขยะล้นเมือง ปัญหาน้ำเสียจากภาคเกษตรและอุตสาหกรรม ปัญหาการปนเปื้อนไมโครพลาสติก ซึ่งมีผลกระทบต่อคุณภาพชีวิตของมนุษย์และความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต มีการคาดการณ์ว่ามีปริมาณพลาสติกมากกว่า 4.8 ล้านตันต่อปี ถูกทิ้งลงทะเล และมีรายงานวิจัยพบไมโครพลาสติกหรือพลาสติกที่มีขนาดเล็กกว่า 5 มิลลิเมตร สะสมในสัตว์น้ำและระบบนิเวศใกล้เคียงทั้งในประเทศไทย เช่น หอยแครงและหอยสองฝาในบริเวณชายฝั่งตะวันออกของประเทศไทย ชายหาดที่จังหวัดภูเก็ต รวมทั้งทะเลและมหาสมุทร การสะสมของไมโครพลาสติกในสัตว์น้ำและแหล่งน้ำแสดงถึงการปนเปื้อนไมโครพลาสติกในระบบนิเวศและห่วงโซ่อาหาร ส่งกระทบต่อสุขภาพของสัตว์น้ำ สุขอนามัยของมนุษย์ซึ่งเป็นผู้บริโภค รวมถึงการเปลี่ยนแปลงในระดับยีนและสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต หนึ่งในพลาสติกที่มีการใช้มากที่สุด คือ พอลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (polyethylene terephthalate; PET) ในกลุ่มโพลีเอสเทอร์ จากข้อมูลของ Ellen MacArthur Foundation and World Economic Forum ในปี 2014 พบว่า ถึงแม้จะมีกระบวนการจัดการขยะพลาสติก เช่น การรีไซเคิล การฝังกลบ หรือการเผาไหม้ มีขวด PET ร้อยละ 32 ที่หลุดรอดออกไปยังสิ่งแวดล้อม การจัดการให้สุขภาพและคุณภาพชีวิตของมนุษย์ดีขึ้นเป็นหนึ่งในเป้าหมายระดับโลกเพื่อการพัฒนาที่ยั่งยืน (global goal for sustainable development)

หนึ่งในการแก้ปัญหาไมโครพลาสติกคือการบำบัดทางชีวภาพ (Bioremediation) โดยใช้เชื้อจุลินทรีย์ย่อยสลายพลาสติกจนกระทั่งได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ จากงานวิจัยก่อนหน้านี้ เชื้อจุลินทรีย์ในทะเลบางชนิดมีคุณสมบัติในการผลิตเอนไซม์เพื่อย่อยพลาสติก เช่น  Ideonella sakaiensis 201-F6 ที่มีคุณสมบัติย่อย polyethylene terephthalate (PET) จนเป็นกรดเทเรพธาลิกและเอธิลีนไกลคอล ซึ่งเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม รวมทั้งเชื้อกลุ่มแอคติโนแบคทีเรียที่สามารถย่อย Polylactic Acid (PLA) งานวิจัยบ่งชี้ว่า เอนไซม์ PETase รวมทั้งเอนไซม์กลุ่มไลเปสและคิวตินเนสเกี่ยวข้องกับการย่อยสลายพลาสติก PET การศึกษาหาเชื้อแบคทีเรียที่มีความสามารถย่อยพลาสติก PET จะนำมาสู่การค้นพบเอนไซม์ที่มีคุณสมบัติย่อย PET จะนำมาสู่การย่อยสลายพลาสติกประเภท PET โดยใช้เชื้อจุลินทรีย์หรือเอนไซม์ ซึ่งเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมได้

จากงานวิจัยก่อนหน้านี้ของผู้วิจัยและคณะในโครงการ ความหลากหลายของเชื้อจุลินทรีย์จากบริเวณทะเลไทยที่มีการปนเปื้อนของไมโครพลาสติก ที่ได้รับการสนับทุนวิจัยด้านววน. ปีพ.ศ. 2564 สามารถแยกเชื้อแบคทีเรียและเชื้อราจากชายหาดคุ้งวิมาน จังหวัดจันทบุรี สามารถคัดแยกเชื้อแบคทีเรีย จำนวน 54 ไอโซเลท และเชื้อรา จำนวน 62 ไอโซเลท และทำการทดสอบคุณสมบัติการย่อยพลาสติกของเชื้อจุลินทรีย์ที่คัดแยกได้ โดยทดสอบบนอาหารเลี้ยงเชื้อ MSM ที่ผสมพลาสติก BHET หรือ PLA พบเชื้อแบคทีเรียที่สามารถย่อยสลายพลาสติก PLA และ BHET จำนวน 1 และ 14 ตัว ตามลำดับ พบเชื้อราที่สามารถย่อยสลายพลาสติก PLA และ BHET จำนวน 15 และ 19 ตัว ตามลำดับ และยังพบเชื้อแบคทีเรียและเชื้อราที่สามารถย่อยพลาสติกได้ทั้ง PLA และ BHET จำนวน 1 และ 7 ตัว ตามลำดับ จากการศึกษาพบว่า เชื้อแบคทีเรีย 4 สายพันธุ์ได้แก่ Planococcus plakortidis PP5, Shewanella baltica PS1, Jonesia quinghaiensis PET 4 และ Kocuria rosea Sand 3 มีความน่าสนใจ สามารถย่อย BHET ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของ PET ได้

ดังนั้นผู้วิจัยจึงเห็นความสำคัญในการศึกษาความสามารถย่อย PET ของเชื้อแบคทีเรียเหล่านี้ โดยเลี้ยงเพิ่มจำนวนเชื้อแบคทีเรียจากทะเลไทยจำนวน 4 สายพันธุ์ ยืนยันการย่อยสลาย PET ด้วยการทดลองต่างๆ เช่น การวัดน้ำหนักพลาสติกที่ลดลง การวิเคราะห์หมู่ฟังชั่นที่เปลี่ยนแปลงบนพื้นผิวพลาสติก หรือการเพิ่มจำนวนของเชื้อในสภาวะที่มีพลาสติก นอกจากนี้ยังเตรียมส่งวิเคราะห์จีโนมของแบคทีเรียเหล่านี้ เพื่อค้นหากลุ่มยีนที่สามารถสร้างเอนไซม์ย่อยพลาสติก โดยศึกษา RNA sequencing จะนำมาซึ่งข้อมูลการแสดงออกของกลุ่มยีนในสภาวะที่เชื้อแบคทีเรียอยู่ร่วมกับพลาสติกต่อไป ผู้วิจัยคาดว่า ผลการทดลองทั้งหมดจะทำให้ผู้วิจัยสรุปกลไกการย่อยสลาย PET ในเชื้อแบคทีเรียดังกล่าว และคาดหวังว่าการค้นพบดังกล่าวจะนำมาสู่การประยุกต์ใช้เชื้อจุลินทรีย์หรือเอนไซม์เพื่อลดปริมาณขยะ และไมโครพลาสติกในแหล่งน้ำและแหล่งธรรมชาติอย่างปลอดภัยและยั่งยืน