แบคทีเรียผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดเล็ก

นักวิจัย UMass Amherst ได้ค้นพบว่า จุลลินทรีย์ผลิตสายนำไฟฟ้าขนาดเล็กมากได้UMass Amherst Mass- นักวิจัยจาก มหาวิทยาลัย Massachusetts Amherst ได้ค้นพบโครงสร้างทางชีววิทยาขนาดเล็ก ซึ่งมีความสามารถในการนำไฟฟ้าสูง การค้นพบครั้งนี้ช่วยในการอธิบายว่า จุลชีพสามารถทำความสะอาดน้ำ และผลิตกระแสไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานที่นำกลับมาใช้ได้ใหม่ ได้อย่างไร และสามารถนำไปสู่การดัดแปลงพัฒนาไปใช้ในงานทางด้าน nanotechnology ซึ่งพัฒนาวัตถุดิบอันก้าวหน้าและอุปกรณ์ต่างๆที่มีขนาดเล็กเป็นอย่างมาก การค้นพบของนักจุลชีววิทยา Derek R. Lovley ซึ่งเป็นผู้หนึ่งในทีมนักวิจัยที่ค้นพบครั้งนี้ ได้เผยแพร่งานของเขาในนิตยสาร Nature ซึ่งเป็นนิตยสารวิทยาศาสตร์ นานาชาติ เมื่อวันที่ 23 มิถุนายน กลุ่มนักวิจัยพบว่า โครงสร้างที่นำไฟฟ้าได้ ซึ่งเรียกว่า “microbial nanowires,” นี้ ผลิตโดยจุลชีพที่รู้จักกันในนามว่า Geobacter เป็นที่เหลือเชื่อว่า nanowire มีขนาดความกว้างเพียง 3 – 5 นาโนเมตร (เล็กกว่าเส้นผมมนุษย์ ถึง 20,000 เท่า) แต่มีความทนทาน และมีความยาวมากกว่า 1,000 เท่าของความกว้าง “สิ่งที่มีความยาว และนำไฟฟ้าได้แบบนี้ ไม่เคยพบมาก่อนเลยในทางชีววิทยา” Lovey กล่าว “สิ่งนี้ได้เปลี่ยนมโนคติของเราอย่างสิ้นเชิงว่า จุลชีพสามารถจัดการกับ อิเลกตรอน ได้อย่างไร และยังดูเหมือนว่า nanowire ที่สร้างจาก แบคทีเรีย เหล่านี้ จะสามารถใช้เป็นวัสดุในการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กมากอย่างยิ่งยวดได้อีกด้วย“โลกของเหล่าจุลชีพไม่เคยทำให้เราหยุดประหลาดใจได้เลย” กล่าวโดย Dr. Aristides Patrinos จากกระทรวงพลังงานแห่ง สหรัฐอเมริกา ที่ให้ทุนในการศึกษา Geobacter นี้ การค้นพบที่น่าทึ่งและไม่ได้ความหมายไว้ครั้งนี้ ของ โครงสร้างจุลชีพ ซึ่งประกอบมาเป็น microbial nanowires นี้ช่วยให้กลุ่มของจุลชีพในเขตปนเปื้อนขยะ สามารถสร้างสายส่งกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก ซึ่งสามารถนำจุลชีพนี้มาใช้ในการบำบัดฟื้นฟูบริเวณที่ปนเปื้อนของเสียได้ เพื่อส่งเสริมกระบวนการรับสัญญาณทางสิ่งแวดล้อมขนาดจิ๋ว และเพื่อผลิตสิ่งเล็กๆโดยทางชีววิทยา การค้นพบครั้งนี้ยังแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์อย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์กายภาพ กับการค้นพบทางชีววิทยาในปัจจุบันกาลEugene Madsen นักวิจัยทางด้านจุลชีววิทยาจากมหาวิทยาลัย Cornell กล่าวด้วยว่า “ผมได้เป็นผู้อ่านและตัดสินผลงานของผู้ที่ส่งมาตีพิมพ์ในนิตยสาร Nature งานที่สร้างความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่น่าทึ่งของ Dr. Lovley นั้นมีมากมาย ตั้งแต่ปี 1987 และงานครั้งล่าสุดนี้ เรื่อง microbial nanowires เป็นผลงานชิ้นใหญ่ที่สำคัญมากอีกชิ้นหนึ่ง เพราะมันอาจนำไปสู่ยุคใหม่ของการค้นพบของทั้ง การหายใจระดับจุลชีพ และไฟฟ้าชีวภาพ (Bio–electronics)” เขากล่าวว่า การค้นพบครั้งนี้ช่างมีความหวัง และน่าตื่นเต้นยิ่งนัก ถึงแม้ว่าเขาจะเน้นว่าข้อมูลนี้จะต้องได้รับการยืนยันโดยอิสระ และต้องถูกประเมินโดย นักจุลชีววิทยา และนักชีวกายภาพอื่นๆอีกGeobacter เป็นหัวข้อที่ทำการค้นคว้ากันอย่างเข้มข้น เพราะเป็นสิ่งมีชีวิตที่นำมาใช้ประโยชน์ในการบำบัดการปนเปื้อนของมลพิษ เช่น สารพิษ โลหะกัมนตรังสี และ ปิโตรเลียม ด้วยวิธีทางชีววภาพ (Bioremediation) นอกจากนี้มันยังสามารถเปลี่ยนของเสียจากมนุษย์และสัตว์มาเป็นพลังงานไฟฟ้าได้อีกด้วย เพื่อที่จะดำเนินกระบวนการเหล่านี้ Geobacter จะต้องขนส่ง อิเลกตรอนออกนอกเซลล์สู่โลหะ หรือตัวรับอิเลกตรอน (electrodes) งานวิจัยครั้งนี้ได้ให้คำอธิบายว่าสิ่งเหล่านั้นเกิดขึ้นได้อย่างไรผลงานก่อนหน้านี้ของ Dr. Lovley ได้อธิบายว่า Geobacter ได้สร้างวัสดุคล้ายเส้นผมขนาดเล็กที่ปราณีตมาก ซึ่งเป็นที่รู้จักว่า pili บนด้านหนึ่งของ เซลล์ ทีมของ Dr. Lovley พิจจารณาว่า pili นี้น่าจะเป็นเหมือนสายไฟขนาดเล็กที่ยื่นออกจาก เซลล์ ที่เปิดโอกาสให้ Geobacter มีความสามารถที่เป็นเอกลักษณ์ในการขนถ่าย อิเลกตรอน ออกนอกเซลล์สู่โลหะ หรือตัวรับอิเลกตรอนอื่นๆ ซึ่งการศึกษานี้ ได้รับการยืนยันอีกครั้งจากการศึกษาของ Gemma Ruegera นักจุลชิววิทยา, Mark T. Tuominen และ Kelvin T Mckathy นัก Physics ซึ่งทดสอบ pili นี้ด้วย กล้อง atomic force microscope พวกเขาค้นพบว่า pilli นำไฟฟ้าได้ดีมาก ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อ Geobacter ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมให้ไม่มีการสร้าง pili Geobacter ก็จะไม่สามารถขนส่ง อิเลกตรอนได้อีกต่อไป“ผลการทดลองนี้ช่วยให้เราเข้าใจว่า Geobacter สามารถอยู่ในสิ่งแวดล้อมที่ขาด ออกซิเจน และมีความสามารถเฉพาะในการกำจัดสารอินทรย์ที่เป็นมลพิษ และโลหะจากน้ำใต้ดิน ได้อย่างไร” Lovley กล่าว Geobacter สามารถดำรงชีวิตอยู่ที่ที่ที่ไม่มี ออกซิเจนได้ เพราะความสามารถในการขนส่ง อิเลกตรอน ออกไปให้กับแร่เหล็กภายนอกเซลล์ได้ ซึ่งแร่เหล่านี้เป็นองค์ประกอบทั่วไปตามธรรมชาติในดิน อย่างไรก็ตาม ก่อนอื่นจะต้องค้นหาให้ได้ก่อนว่า pili ที่นำไฟฟ้าได้นี้ ขนส่ง อิเลกตรอน ได้อย่างไร ซึ่งยังเป็นเรื่องที่ยังคงไม่มีใครรู้pili ที่นำไฟฟ้าได้ซึ่งสร้างขึ้นโดย Geobacter นี้ อาจถูกนำมาใช้เป็นทางเลือก เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรม อิเลกทรอนิก ได้ สายส่งไฟฟ้าอันปราณีตสูง มักหมายถึง nanowire นี้ จำเป็นสำหรับการพัฒนา การย่อขนาดอุปกรณ์ทางไฟฟ้าต่อไปในอนาคต การผลิต nanowire จากวัสดุดั้งเดิม เช่น เหล็ก ซิลิกา หรือ คาร์บอน นั้น ทำได้ยากและราคาแพง แต่เราสามารถผลิต Geobacter ได้นับล้านล้านและเก็บผลผลิตที่ได้ ภายในห้องปฏิบัติการ ยิ่งไปกว่านั้น หากมีการเปลี่ยนแปลงลำดับ DNA ของ ยีน ที่ใช้สร้าง microbial nanowire นี้ ก็จะสามารถผลิต nannowire ที่มีคุณลักษณะ และหน้าที่ที่ต่างออกไปได้สิ่งเกี่ยวข้องอย่างอื่นที่น่าสนใจของงานวิจัยนี้ คือการเสนอกลไกสำหรับจุลชีพที่มช้ในการแบ่งพลังงานในสายไฟฟ้าขนาดจิ๋วนี้ nanowire pili ของ Geobacter แต่ละตัว มักจะเชื่อมเข้าหากัน ซึ่งน่าจะเป็นวิธีที่ Geobacter แบ่งกระแสไฟฟ้าซึ่งกันและกันGeobacter ถูกค้นพบโดย Dr. Lovley ในปี 1987 ที่ใต้ก้นที่เป็นโคลนของ แม่น้ำ Potomac ในWorthington D.C. และเมื่อเวลาผ่านไป 18 ปี งานวิจัยของเขาได้รับความสนใจอย่างกว้าขวาง และได้รับทุนวิจัยจากรัฐบาล และแหล่งทุนส่วนตัว สิ่งมีชีวิตเล็กๆที่พบได้ทั่วไปในดิน และตะกอนใต้น้ำ ได้ถูกสาธิตให้เป็นผู้ทำความสะอาดสารพิษที่ปนเปื้อน และเป็นผู้สร้างพลังงาน พวกมันเป็น แบกทีเรีย ที่ไม่อาศัย ออกซิเจน ในการดำรงชีวิต ที่ใช้เหล็กเป็นตัวให้พลังงาน ซึ่งในมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นจะต้องใช้ ออกซิเจน มันกระจายตัวอยู่อย่างหลากหลายทั่วโลกในดิน และตะกอนใต้น้ำ Geobacter ถูกใช้ในการกำจัด ปิโตรเลียมที่หกปนเปื้อน และกำจัดมลพิษจากโลหะในน้ำใต้ดิน และนำไปใช้ในการกำจัด ยูเรเนียม ที่ปนเปื้อนในน้ำใต้ดิน โดยกระทรวงพลังงานแห่ง สหรัฐ อีกด้วย