แบคทีเรียในลำไส้มนุษย์ผลิตไฟฟ้าได้

  • 24 กันยายน 2018
เชื้อลิสทีเรียสามารถนำอิเล็กตรอนผ่านผนังเซลล์ออกสู่ภายนอก จนเกิดเป็นกระแสไฟฟ้าอย่างอ่อน (ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด) Image copyright BSIP via Getty Images
คำบรรยายภาพ เชื้อลิสทีเรียสามารถนำอิเล็กตรอนผ่านผนังเซลล์ออกสู่ภายนอก จนเกิดเป็นกระแสไฟฟ้าอย่างอ่อน (ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด)

แบคทีเรียที่สร้างกระแสไฟฟ้ามักมีอยู่ตามสถานที่ซึ่งมนุษย์เข้าถึงได้ยาก เช่นในเหมืองลึกใต้ดินหรือก้นทะเลสาบ ทำให้ที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์มองข้ามแหล่งกำเนิดพลังงานที่อยู่ใกล้ตัว ซึ่งได้แก่เชื้อแบคทีเรียแกรมบวกหลายร้อยชนิด ทั้งเชื้อโพรไบโอติกส์ในลำไส้ของคนเรา และเชื้อที่ก่อโรคอย่างลิสทีเรียนั่นเอง

ล่าสุดทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย วิทยาเขตเบิร์กลีย์ของสหรัฐฯ ค้นพบว่าเชื้อแบคทีเรียแกรมบวกหลายร้อยชนิดในลำไส้ของมนุษย์ รวมทั้งเชื้อ Listeria monocytogenes ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคอุจจาระร่วงหรืออาการท้องเสียที่พบได้ทั่วไป สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าอย่างอ่อนได้ โดยพวกมันใช้วิธีที่แตกต่างไปจากแบคทีเรียผลิตไฟฟ้าชนิดที่มีการค้นพบมาก่อนหน้านี้

รายงานการค้นพบดังกล่าว ซึ่งจะตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 4 ต.ค. ที่จะถึงนี้ระบุว่า เรื่องนี้นับเป็นข่าวดีสำหรับผู้ที่กำลังมุ่งคิดค้น "แบตเตอรีมีชีวิต" ซึ่งใช้จุลินทรีย์เป็นตัวกำเนิดพลังงานไฟฟ้า รวมทั้งเป็นข่าวดีต่อการพัฒนาระบบผลิตไฟฟ้าจากแบคทีเรียในโรงงานกำจัดของเสียด้วย

ดร. แซมมวล ไลต์ ผู้นำทีมวิจัยอธิบายว่า การที่แบคทีเรียผลิตไฟฟ้าออกมานั้น นับเป็นกระบวนการเดียวกันกับที่คนเราหายใจเอาออกซิเจนเข้าไป เพื่อขจัดอนุภาคอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจากการเผาผลาญและผลิตพลังงานในร่างกาย โดยสัตว์และพืชจะส่งต่ออิเล็กตรอนเหล่านี้ให้กับโมเลกุลออกซิเจนในไมโทคอนเดรียของทุกเซลล์

แต่ในกรณีของแบคทีเรียซึ่งอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีออกซิเจน พวกมันจะ "หายใจ" โดยนำโมเลกุลของแร่ธาตุรอบตัวเช่นเหล็กหรือแมงกานีสเข้าไปแทน เพื่อส่งต่ออนุภาคอิเล็กตรอนให้และนำออกนอกเซลล์ในรูปแบบที่ส่งต่อกันเป็นทอด ๆ คล้ายลูกโซ่ จนทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น

Image copyright UC BERKELEY
คำบรรยายภาพ จุลินทรีย์โพรไบโอติกส์ซึ่งใช้ทำโยเกิร์ต ชีส และผักดอง สามารถผลิตไฟฟ้าได้ด้วย

อย่างไรก็ตาม เชื้อลิสทีเรียและแบคทีเรียแกรมบวกที่อยู่ในลำไส้ของมนุษย์ซึ่งมีออกซิเจนต่ำ มีวิธีหายใจที่ง่ายและมีประสิทธิภาพยิ่งกว่านั้น โดยจะส่งต่ออิเล็กตรอนให้กับสารฟลาวิน (Flavin) ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของวิตามินบี 2 ที่มีอยู่มากในลำไส้ โดยการส่งอิเล็กตรอนผ่านผนังเซลล์ที่มีอยู่ชั้นเดียวทำได้ง่าย ทั้งเกิดประสิทธิผลคุ้มค่าต่อต้นทุนทางชีวภาพที่ต้องสูญเสียไป

"เชื้อแบคทีเรียกลุ่มนี้เลือกหายใจด้วยวิธีดังกล่าวเป็นบางครั้ง ไม่ใช่เพื่อความอยู่รอด แต่เพราะมันเป็นวิธีการที่ง่ายกว่า โดยกระบวนการนี้มีผลพลอยได้เป็นกระแสไฟฟ้าสูงสุดถึง 500 ไมโครแอมป์ จากการส่งต่ออิเล็กตรอนกว่า 1 แสนตัวต่อวินาทีในแต่ละเซลล์" ดร. ไลต์ กล่าว

กระบวนการผลิตไฟฟ้าแบบนี้ยังพบได้ในจุลินทรีย์โพรไบโอติกส์ซึ่งใช้ทำโยเกิร์ต ชีส และผักดอง ซึ่งทีมผู้วิจัยเชื่อว่าการส่งต่ออิเล็กตรอนออกนอกเซลล์ของเชื้อแบคทีเรียกลุ่มนี้ มีผลต่อรสชาติของอาหารหมักดองที่กล่าวมาด้วย

ข่าวที่เกี่ยวข้อง