การศึกษาแบคทีเรียอุณหภูมิสูงที่ย่อยสลายลิกโลเซลลูโลสจากชีวมวลที่ถูกย่อยสลายและดินในเขตร้อนชื้น

ลิกโนเซลลูโลสจากชีวมวลถือเป็นแหล่งวัตถุดิบที่ดีที่ใช้เป็นตัวตั้งต้นสำหรับการผลิตสารมีมูลค่าสูง (high value-added products) เป็นแหล่งวัตถุดิบที่มีการปลูกหมุนเวียนเร็ว โดยประเทศไทยเป็นประเทศอุตสาหกรรมเกษตรที่มีกำลังการผลิต และส่งออกผลผลิตทางการเกษตรเป็นอันดับต้นของโลก ทำให้มีปริมาณวัสดุเหลือทางการเกษตรต่างๆ เป็นจำนวนมากหลังจากเก็บเกี่ยวหรือการผลิต แม้ว่ามีการนำพวกวัสดุเหล่านี้ไปใช้ประโยชน์ แต่ด้วยปริมาณที่มากทำให้เกษตรกรทำลายโดยการเผาเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งก่อให้เกิดมลภาวะทางอากาศ เช่น ปัญหาฝุ่นขนาดเล็ก PM2.5 เป็นต้น ทำให้มีผลเสียต่อสุขภาพของประชากรไทยและประเทศใกล้เคียง ทำให้รัฐต้องสูญเสียงบประมาณเป็นจำนวนมากในการแก้ไขปัญหามลภาวะทางอากาศ และสุขภาพประชาชน นอกจากปัญหามลภาวะทางอากาศแล้วนั้น ปัญหาขยะมูลฝอยชุมชนของประเทศไทย (municipal solid waste) นับว่าเริ่มเป็นปัญหาสําคัญมากขึ้นในปัจจุบัน เนื่องจากปริมาณการผลิตขยะที่เพิ่มขึ้นมาถึง 27.93 ล้านตัน (ข้อมูลปี พ.ศ. 2561) รวมถึงการจัดการขยะที่ไม่เหมาะสมทำให้เป็นปัญหาต่อสิ่งแวดล้อม และส่งผลกระทบต่อสุขอนามัยของประชาชนเช่นกัน โดยปริมาณขยะมีสัดส่วนของเศษอาหารและขยะที่เป็นสารอินทรีย์มากที่สุดถึงร้อยละ 63.57 ซึ่งหนึ่งในขยะที่เป็นสารอินทรีย์เป็นเศษวัสดุเหลือทิ้งจำพวกชีวมวลลิกโนเซลลูโลส คาร์โบไฮเดรท โปรตีน และไขมัน ตามลำดับ จากเหตุผลดังกล่าวทำให้คณะผู้วิจัยมีแนวความคิดในการนำวัสดุเหลือทางการเกษตรเหล่านี้มาเปลี่ยนให้เป็นสารมีประโยชน์และมูลค่าสูงขึ้น เมื่อศึกษาโครงสร้างของชีวมวลเหล่านี้พบว่าส่วนใหญ่เป็นลิกโนเซลลูโลส ที่ประกอบด้วยองค์ประกอบหลัก 3 ส่วน ได้แก่ เซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส และลิกนิก ซึ่งสององค์ประกอบแรกเป็นประเภทพอลิแซคคาไรด์ เมื่อทำการย่อยพอลิแซคคาไรด์เหล่านี้เป็นขนาดเล็กลง จนได้เป็นน้ำตาล สามารถนำน้ำตาลที่ได้ไปเป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารมูลค่าสูงอื่นๆ ได้ต่อไป อย่างไรก็ตามการย่อยสลายวัสดุเหล่านี้สามารถทำได้หลายวิธี แต่มีเพียงวิธีทางชีวภาพเท่านั้นที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและไม่เกิดผลิตภัณฑ์อื่นที่ไม่ต้องการ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการย่อยอื่นเช่น สารเคมี เป็นต้น  เป็นที่น่าสังเกตว่ากระบวนการเปลี่ยนชีวมวลลิกโนเซลลูโลสด้วยกระบวนการทางชีวภาพนั้น ต้องการโดยการใช้จุลินทรีย์ที่ผลิตเอนไซม์ทนต่ออุณหภูมิสูง เนื่องจากกระบวนการผลิตส่วนใหญ่มีการควบคุมที่อุณหภูมิสูง เพื่อเพิ่มความสามารถในการละลายของสารอินทรีย์ ส่งผลต่ออัตราเร็วในการเกิดปฏิกิริยาสูงขึ้นเนื่องจากลดความหนืด ลดความหนาแน่น และลดแรงตึงผิวของสาร อีกทั้งเพิ่มประสิทธิภาพในการการแพร่กระจายของสาร นอกจากนั้นสามารถลดการปนเปื้อนจากจุลินทรีย์อื่นที่ไม่ต้องการ ดังนั้นการค้นคว้าและศึกษาจุลินทรีย์ชอบร้อนที่มีความสามารถในการย่อยสลายลิกโนเซลลูโลสที่มีประสิทธิภาพยังคงมีความต้องการเพื่อสามารถใช้ประโยชน์จากวัสดุเหลือทางการเกษตรเหล่านี้ให้ได้สูงสุด อีกทั้งยังพบว่ามีการจุลินทรีย์ชอบร้อน (thermophile) ยังมีการศึกษาไม่มากนักเมื่อเปรียบเทียบกับจุลินทรีย์ที่เจริญเติบโตได้ดีที่อุณหภูมิปานกลาง (mesophile)  ประเทศไทยเป็นประเทศที่อยู่ในเขตร้อนชื้น ซึ่งมีความหลากหลายทางชีวภาพรวมถึงจุลินทรีย์ เหมาะสำหรับการศึกษาและค้นหาจุลินทรีย์ที่มีความสามารถย่อยสลายวัสดุเหลือทางการเกษตรพื้นถิ่น (local agricultural residues) ที่ชอบอุณหภูมิสูง

จากข้อมูลดังกล่าวข้างต้นทางคณะผู้วิจัยมีความสนใจคัดเลือกแบคทีเรียชอบอุณหภูมิสูงที่ผลิตเอนไซม์  เซลลูเลส และเฮมิเซลลูเลสประสิทธิภาพสูงต่อการย่อยสลายลิกโนเซลลูโลส และศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของแบคทีเรียและเอนไซม์ สำหรับประยุกต์ใช้ในกระบวนการย่อยสลายชีวมวลด้วยกระบวนการทางชีวภาพเพื่อนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด อาทิเช่น การประยุกต์ใช้จุลินทรีย์และ/หรือเอนไซม์ ในกระบวนการส่งเสริมการผลิตปุ๋ย  การปรับสภาพวัสดุเหลือทางการเกษตรด้วยวิธีทางชีวภาพ  การผลิตสารที่มีคุณสมบัติเป็นพรีไบโอติกจากวัสดุทางการเกษตร เป็นต้น โดยหลังเสร็จสิ้นโครงการคณะผู้วิจัยคาดว่าสามารถสร้างองค์ความรู้ใหม่ รวมถึงกรรมวิธีในการย่อยสลายชีวมวลโดยใช้จุลินทรีย์ที่คัดแยกผ่านต้นแบบเทคโนโลยีหรืออนุสิทธิบัตร/สิทธิบัตร  การตีพิมพ์ผลงานในวารสารระดับนานาชาติ หรือการนำเสนอผลงานวิจัยในงานประชุมทางวิชาการ  อีกทั้งส่งผลต่อการพัฒนากำลังคนทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เช่น การพัฒนานักศึกษาในระดับบัณฑิตศึกษา การส่งเสริมการเรียนการสอนจากงานวิจัย ส่วนผลกระทบเชิงเศรษฐกิจนั้นงานวิจัยดังกล่าวสามารถลดภาระค่าใช้จ่ายของรัฐจากการที่ต้องแก้ไขปัญหาทางด้านสิ่งแวดล้อม และสุขภาพของประชากรในประเทศ  ขณะเดียวกันงานวิจัยดังกล่าวส่งผลกระทบเชิงสังคมค่อนข้างกว้าง เช่น ลดปัญหาด้านสุขภาพ ลดความขัดแย้งของกลุ่มเกษตรกรกับผู้อยู่อาศัยในกรณีการเผาทำลาย รักษาสิ่งแวดล้อม ซึ่งเป็นการแก้ไขปัญหาอย่างยั่งยืน