การผลิตเอ็นไซม์ลูกผสมไซลาเนสและเซลลูเลสทนร้อนในรูปแบบ Dual expression เพื่อเพิ่มมูลค่าให้กับวัสดุชีวภาพเหลือทิ้งทางการเกษตร

ปัจจุบันความต้องการของตลาดสินค้าทางเกษตรทั่วโลกได้ขยายตัวเพิ่มสูงขึ้น จึงส่งผลทำให้ประเทศไทยก้าวขึ้นมาเป็นผู้นำทางด้านอุตสาหกรรมการเกษตรและอาหารของโลก  ซึ่งผลจากการขยายตัวอย่างรวดเร็วของภาคการเกษตร ทำให้ประเทศไทยมีปริมาณวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเป็นจำนวนมากถึง 43 ล้านตันต่อปี และกระจายอยู่ในหลายพื้นที่ทั่วประเทศ อีกทั้งการจัดการกับขยะจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเหล่านี้ ไม่ว่าจะเป็น การฝังกลบ การเผา และการกำจัดโดยใช้สารเคมีต่างๆ ยังเป็นไปอย่างไม่มีประสิทธิภาพ ซึ่งล้วนแล้วนำมาสู่ปัญหาต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรง ทั้งปัญหาดินเสื่อม ปัญหามลภาวะทางอากาศ และมลพิษอื่นๆที่เกี่ยวข้อง อันส่งผลกระทบทั้งทางตรงและทางอ้อมต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของคนในประเทศ

จากปัญหาดังกล่าวข้างต้นทางคณะผู้วิจัยจึงมุ่งเน้นที่จะประยุกต์เอาเทคโนโลยีทางชีวภาพทางด้านเอ็นไซม์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เข้ามาช่วยแก้ไขและจัดการกับปัญหาขยะจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร โดยมีแนวคิดที่จะศึกษาและพัฒนาเอ็นไซม์รวมระหว่างไซลาเนสและเอ็นไซม์เซลลูเลส ให้สามารถแสดงออกในรูปแบบ Dual expression เพื่อให้สามารถผลิตออกมาเป็นเอ็นไซม์รวม (Cocktails enzyme) ที่จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการย่อยวัสดุพืชมากกว่าการใช้เอนไซม์ชนิดใดชนิดหนึ่งเพียงอย่างเดียว โดยในปัจจุบันทางคณะผู้วิจัยประสบความสำเร็จในการพัฒนาและปรับปรุงประสิทธิภาพของเอนไซม์ไซลาเนสโดยอาศัยวิธีทางวิศวกรรมโปรตีน ทำให้มีคุณสมบัติทนต่อความร้อน ทนต่อสภาวะกรด และทนพิษของลิกนิน ซึ่งจากการทดลองในระดับห้องปฏิบัติการชี้ให้เห็นว่า เอ็นไซม์ไซลาเนสที่ได้รับการพัฒนานี้สามารถทนความร้อนได้มากกว่า 80 °C โดยแม้จะบ่มที่อุณหภูมิดังกล่าวนานถึง 5 นาที ก็ยังมีกิจกรรมคงเหลืออยู่ถึง 90.73% ซึ่งคุณสมบัตินี้จะช่วยสร้างข้อได้เปรียบในการนำเอ็นไซม์ไปใช้ในกระบวนการย่อยวัสดุพืชที่มักมีความร้อนสะสมสูงกว่า 60 °C อีกทั้งเอ็นไซม์ไซลาเนสดังกล่าวยังสามารถทำงานได้ในช่วง pH ที่กว้าง และมีความทนทานต่อพิษของลิกนิน โดยยังมีกิจกรรมคงเหลือสูงถึง 70% แม้จะอยู่ภายใต้สภาวะที่มี crude lignin เข้มข้น 2.5% นอกจากนี้เอ็นไซม์ดังกล่าวยังถูกออกแบบให้สามารถผลิตได้ทั้งจากระบบของเชื้อแบคทีเรีย E. coli และเชื้อยีสต์ P. pastoris โดยให้กิจกรรมเอ็นไซม์สูงถึง 100,000 และ 2,800,000 U/L ตามลำดับ ยิ่งไปกว่านั้นจากการทดสอบในเบื้องต้นยังพบว่าการผสมเอนไซม์ไซลาเนสดังกล่าวร่วมกับเอนไซม์เซลลูเลส สามารถให้ผลผลิตน้ำตาลรีดิวซ์สูงขึ้นกว่าเดิมถึง 140-180% ด้วยเหตุนี้ทางคณะผู้วิจัยจึงคาดว่า หากนำเอ็นไซม์ไซลาเนสดังกล่าวมาพัฒนาให้สามารถแสดงออกร่วมกับเอ็นไซม์เซลลูเลส ที่ผ่านการคัดเลือกให้สามารถทนทานต่อความร้อน และมีประสิทธิภาพสูง ในรูปแบบ Dual หรือ Co-expression โดยอาศัยระบบของเชื้อ E. coli หรือ P. pastoris ในการผลิต จะสามารถให้ผลผลิตที่คุ้มค่า มีประสิทธิภาพที่ดี และพร้อมที่จะนำไปพัฒนาต่อยอดเพื่อการแปรรูปวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรให้กลายเป็นปุ๋ยอินทรีย์ ซึ่งจะเป็นการช่วยเพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจ และกระตุ้นให้เกิดเศรษฐกิจหมุนเวียน อีกทั้งยังมีส่วนช่วยในการพัฒนาเศรษฐกิจที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม อันจะนำไปสู่ความยั่งยืนของสิ่งแวดล้อมและระบบเศรษฐกิจของประเทศต่อไปในอนาคต