นักวิทยาศาสตร์แสวงหาเอ็นไซม์ที่ไม่สนใจการทำงานที่อุณหภูมิสูง
กลางฟาร์มปศุสัตว์ใกล้เมือง Gerlach สล็อตเว็บตรง รัฐเนวาดา ล้อมรอบด้วยรั้วเหล็กลูกฟูก เป็นแอ่งไอน้ำขนาดเล็ก ใกล้กับพื้นผิวของสระน้ำเหล่านี้ อุณหภูมิของน้ำสูงถึง 90° องศาเซลเซียส; ยิ่งลึกยิ่งร้อน เจ้าของที่ดินได้แบ่งพื้นที่รอบสระน้ำและติดตั้งท่อน้ำล้นเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำไหลซึมออกมาทำอันตรายต่อปศุสัตว์หรือผู้คน แม้จะมีอันตรายเข้ามาเกี่ยวข้อง แต่วันหนึ่งในเดือนกันยายน Joel Graham ก็พิงสิ่งกีดขวางและกระโจนเข้าไปในมือที่สวมถุงมือเพื่อตักตะกอนและตัวอย่างน้ำ
ในบริเวณนี้ นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ บัลติมอร์กำลังตกปลาหาจุลินทรีย์ที่สามารถเจริญเติบโตได้ในอุณหภูมิที่สูงมาก extremophiles ดังกล่าวมีโปรตีนที่ขับเคลื่อนปฏิกิริยาที่เรียกว่าเอนไซม์ซึ่งแตกต่างจากที่พบในสภาพแวดล้อมที่บาดใจน้อยกว่า
เอ็นไซม์ปรากฏในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่จุลินทรีย์ธรรมดาไปจนถึงมนุษย์ และจำเป็นต่อการอยู่รอด พวกเขาทำงานเช่นย่อยอาหารและช่วยให้แน่ใจว่ามีการคัดลอกสารพันธุกรรมอย่างเหมาะสม แม้ว่าเอ็นไซม์ที่รู้จักจำนวนมากจะมีชีวิตอยู่และทำงานได้ดีที่สุดเมื่ออยู่ในอุณหภูมิของร่างกายมนุษย์ เกรแฮมและเพื่อนร่วมงานเป็นหนึ่งในกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่กำลังมองหาเอ็นไซม์ใหม่ที่สามารถทำงานได้เมื่อสภาวะร้อนจัด
ความหวังร่วมกัน? ที่เอนไซม์ดังกล่าวสามารถเลือกร่วมดำเนินการตามกระบวนการทางอุตสาหกรรมได้ ในโรงงานหลายแห่งของโลก การตั้งค่าตัวควบคุมอุณหภูมิให้อยู่ในระดับสูงช่วยให้ปฏิกิริยาเคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็ว และป้องกันแบคทีเรียและจุลินทรีย์อื่นๆ จากการปนเปื้อนหรือกินผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ การผลิตกระดาษ การผลิตสิ่งทอ และการแปรรูปอาหารบางอย่างอาจได้รับประโยชน์จากเอนไซม์ที่ชอบความร้อน
ทีมงานของ Graham มีความสนใจเป็นพิเศษในเอนไซม์ประเภทหนึ่งที่ช่วยย่อยสลายส่วนหญ้าของพืช ซึ่งเป็นพื้นที่ที่นักวิจัยได้ดำเนินการไปเมื่อเร็วๆ นี้ การค้นหาเอ็นไซม์ดังกล่าวและนำไปใช้ในปริมาณมาก อาจนำไปสู่การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพในระดับอุตสาหกรรม โดยช่วยให้สังคมลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล
นักวิทยาศาสตร์บางคนหวังว่าเอ็นไซม์ที่เพิ่งค้นพบใหม่ซึ่งดึงออกมาจากสนามอาจเป็นเครื่องเคี้ยวหญ้าที่อุณหภูมิสูงในอุดมคติ นักวิจัยคนอื่น ๆ แทนที่จะทำให้มือสกปรกในสระน้ำร้อน กำลังออกแบบเอ็นไซม์ที่รักความร้อนที่ไม่เคยมีมาก่อนในห้องปฏิบัติการ เอนไซม์ในห้องปฏิบัติการจำนวนมากได้รับแรงบันดาลใจจากเวอร์ชันที่พบในธรรมชาติอยู่แล้ว
“สิ่งแวดล้อมมีวิธีแก้ปัญหามากมายของมนุษย์” เกรแฮมกล่าว “หากคุณพบแนวทางที่ตรงต่อเป้าหมายในการค้นหาสิ่งที่คุณต้องการ จริงๆ แล้ว การค้นหาสิ่งใหม่และมีประโยชน์นั้นไม่ยากนัก”
เอนไซม์-palooza
ผู้คนใช้เอ็นไซม์เพื่อทำปฏิกิริยาเคมีภายนอกร่างกายมานานนับพันปี ตัวอย่างเช่น การแปรรูปอาหารด้วยเอ็นไซม์มีอายุอย่างน้อย 4,000 ปี สมัยที่ผู้คนเก็บนมไว้ในกระเพาะของสัตว์ที่ถูกตัดออก เอนไซม์ย่อยอาหารในลำไส้ของสัตว์ทำให้นมแข็งตัว ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์นมอื่นๆ เช่น นมเปรี้ยวและเวย์
วันนี้ค็อกเทลโปรตีนหลายชนิดช่วยให้นมจับตัวเป็นก้อนเพื่อทำเต้าหู้แข็งสำหรับชีส เอ็นไซม์อื่นๆ ทำให้ฝ้ายนิ่มลงระหว่างการผลิตสิ่งทอหรือการบำบัดกระดาษในอุตสาหกรรมเยื่อกระดาษ เอนไซม์ยังมีส่วนช่วยในการสังเคราะห์ยาและอาหารเสริม เช่น วิตามินอี
แต่กระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยเอนไซม์ในทุกวันนี้สามารถมีส่วนร่วมมากกว่าการโยนวัสดุตั้งต้นลงในลำไส้ของสัตว์ บ่อยครั้งที่วัสดุจำเป็นต้องได้รับปฏิกิริยาเพิ่มเติม การบำบัดด้วยตัวทำละลายหรือย้อมด้วยสารเคมี ก่อนหรือหลังเอนไซม์สามารถทำงานได้ สำหรับปฏิกิริยาเหล่านี้จำนวนมาก ต้องใช้ความร้อนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
ปัญหา: เอ็นไซม์ที่รู้จักส่วนใหญ่ทำงานเฉพาะในสภาวะที่ตรงกับเอ็นไซม์ของสิ่งมีชีวิตที่มา ดังนั้นอุณหภูมิจะต้องเพิ่มขึ้นและลดลงซ้ำแล้วซ้ำอีกในขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการหลายขั้นตอน Vicki Thompson จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติไอดาโฮในน้ำตกไอดาโฮกล่าวว่า “คุณต้องทำให้เย็นลงสำหรับส่วนทางชีวภาพและให้ความร้อนอีกครั้งสำหรับขั้นตอนต่อไป” “นั่นทำให้กระบวนการนี้แพงขึ้น และสิ้นเปลืองพลังงาน”
ในช่วงอุณหภูมิต่ำ วัสดุอาจเสี่ยงต่อการถูกโจมตีจากจุลินทรีย์จำนวนมาก
ปัญหาดังกล่าวเกิดจากการสลายตัวของโมเลกุลกลูโคสสายยาวจากพืชหรือเซลลูโลส เซลลูโลสที่เก็บไว้ในหม้อหุงข้าวโพด – ส่วนที่เป็นหญ้าของข้าวโพดที่ผู้คนไม่กินและเป็นแหล่งเชื้อเพลิงชีวภาพที่มีศักยภาพ – ถูกผูกติดอยู่กับการเตรียมสารเคมีที่ซับซ้อน ทำให้ยากสำหรับเอนไซม์ที่ทำงานโดยลำพังในการเข้าถึง
ดังนั้นชีวมวลจึงต้องถูกบดเล็กน้อยก่อน ให้ความร้อนและบำบัดด้วยสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น กรดหรือสารละลายที่มีรสเค็ม ซึ่งเผยให้เห็นเซลลูโลส แต่ผลิตภัณฑ์จากพืชจะต้องถูกทำให้เป็นกลางและทำให้เย็นลงก่อนที่เอ็นไซม์ที่อุณหภูมิห้องจะสามารถย่อยวัสดุให้เป็นน้ำตาลที่ใช้งานได้ สล็อตเว็บตรง
