ครั้งแรกของโลก! นักวิทย์เปลี่ยนเซลล์สัตว์ ให้สังเคราะห์แสงได้เหมือนพืช!

เซลล์สัตว์ก็ ‘สังเคราะห์แสงได้” นักวิทยาศาสตร์ญี่ปุ่นใช้คลอโรพลาสต์จากสาหร่ายใส่เข้าไปในเซลล์ของหนูแฮมสเตอร์ และทำให้เซลล์สัตว์เหล่านี้สามารถสังเคราะห์แสงได้คล้ายกับพืช

หลังจากล้มเหลวมาหลายทศวรรษ ในที่สุดนักวิจัยก็ประสบความสำเร็จในการเปลี่ยนเซลล์สัตว์ให้มีความสามารถสังเคราะห์แสงได้ แม้จะยังอยู่ในเซลล์บนจานเพาะเลี้ยง แต่ก็ถือเป็นความก้าวหน้าอย่างยิ่งโดยเฉพาะการใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์หรือสร้างเนื้อสัตว์ที่ปลูกในห้องทดลองได้

อย่างที่เราทราบกันดี พืชส่วนใหญ่(รวมถึงสาหร่าย)นั้นใช้คลอโรพลาสต์ในการเปลี่ยนแสงอาทิตย์ซึ่งผสมกับน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์เป็นคาร์โบไฮเดรตที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโต พร้อมกับปล่อยออกซิเจนออกมาเป็นผลพลอยได้

กระบวนการเหล่านี้เป็นที่รู้จักกันดีในชื่อ ‘การสังเคราะห์แสงของพืช’ ที่ไม่มีใครสามารถเลียนแบบได้ กระนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็ใฝ่ฝันมาเป็นเวลานานว่าจะนำความสามารถนี้มาใส่ในเซลล์สัตว์ได้บ้าง ซึ่งหมายความว่าสัตว์ตัวดังกล่าวจะสามารถเลี้ยงตัวเองได้และปล่อยรอยเท้าคาร์บอนติดลบออกมา (เอาคาร์บอนเข้าไปมากกว่าปล่อยออกมา)

ทว่าสิ่งที่เป็นอุปสรรคใหญ่ที่สุดก็คือระบบภูมิคุ้มกันของสัตว์นั้นมีแนวโน้มอย่างมากที่จะ ‘จัดการ’ กับคลอโรพลาสต์ในทันทีที่มันเข้าไปในเซลล์ กระนั้นถึงแม้ว่าคลอโรพลาสต์จะหาทางเอาชีวิตรอดจาภูมิคุ้มกันได้ แต่ก็ต้องเจอกับสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างร้อนกว่าในเซลล์สัตว์ที่มีอุณหภูมิโดยเฉลี่ย 37°C

แต่รายงานใหม่ที่เผยแพร่บนวารสาร Proceedings of the Japan Academy, Series B ระบุว่านักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งได้ขจัดปัญหาทั้งหมด และทำให้การสังเคราะห์แสงในเซลล์สัตว์เป็นไปได้ แม้จะยังอยู่แค่ในจานเพาะเลี้ยงก็ตาม แต่ก็ถือเป็นความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่

“เท่าที่เรารู้ นี่เป็นรายงานครั้งแรกที่ตรวจพบการขนส่งอิเล็กตรอนเพื่อสังเคราะห์แสงในคลอโรพลาสต์ที่ฝังไว้ในเซลล์สัตว์” Sachihiro Matsunaga ศาสตราจารย์จากมหาิวทยาลัยโตเกียว ผู้เขียนงานวิจัย กล่าว

#แต่พวกเขาทำได้อย่างไร? ในการศึกษาใหม่นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้แยกคลอโรพลาสต์ของสาหร่ายสีแดงชนิดหนึ่งที่ชื่อว่า Cyanidioschyzon merolae หรือเรียกสั้นๆ ว่า schyzon มันเติบโตในบ่อน้ำพุร้อนของภูเขาไฟในอิตาลี และสามารถสังเคราะห์แสงได้ในอุณหภูมิที่สูงกว่า 37°C

แทนที่จะบังคับให้คลอโรพลาสต์ของ schyzon เข้าไปในเซลล์สัตว์โดยตรง ทีมวิจัยได้นำมันไปเลี้ยงในเซลล์รังไข่ของหนูแฮมสเตอร์แทน ตามรายงานระบุว่าในเวลาการเพาะเลี้ยงร่วมกัน 2 วัน เซลล์ 1% จากทั้งหมดได้กลายเป็นเซลล์ที่มีคลอโรพลาสต์สูง และอีก 20% ที่เหลือก็มีคลอโรพลาสต์อยู่ในเซลล์จำนวน 1-3 เซลล์

จากนั้นพวกเขาก็นำมันมาวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเพื่อตรวจกิจกรรมการสังเคราะห์ มันชี้ให้เห็นอย่างชัดเจนว่าอิเล็กตรอนมีความเคลื่อนไหวและการวัดด้วยฟลูออโรเมทรีแบบปรับแอมพลิจูดพัลสส์ยืนยันว่า คลอโรพลาสต์สามารถผลิตพลังงานได้จริงภายในเซลล์โฮสต์ใหม่

“(ในตอนแรก) เราคิดว่าคลอดรพลาสต์จะถูกย่อยโดยเซลล์สัตว์ภายในไม่กี่ชั่วโมงหลังจากถูกใส่เข้าไป” Matsunaga กล่าว “อย่างไรก็ตามสิ่งที่เราพบก็คือคลอโรพลาสต์ยังคงทำงานต่อไปนาน 2 วัน และเกิดการลำเลียงอิเล็กตรอนของกิจกรรมการสังเคราะห์แสง”

#ก้าวต่อไป ความสำเร็จเหล่านี้ไม่ได้หมายความว่าเราจะมีฝูงสัตว์ที่สังเคราะห์แสงได้เร็ว ๆ นี้ แต่มันจะมาเปลี่ยนวงการเกี่ยวกับการสร้างเนื้อเยื่อ การผลิตยา และทางการแพทย์อื่น ๆ แน่นอน เนื่องจากทีมวิจัยพบว่าเซลล์ที่สังเคราะห์แสงนี้มีอัตรการเติบโตที่เพิ่มขึ้นอย่างน่าประทับใจ

“เราชื่อว่าผลงานนี้จะมีประโยชน์ต่อวิศวกรรมทเนื้อเยื่อเซลล์” Matsunaga กล่าว “เนื้อเยื่อที่ปลูกในห้องทดลองเช่นอวัยวะเทียม เนื้อเทียม และแผ่นผิวหนังที่ทำจากเซลล์หลายชั้น”

อย่างไรก็ตามเซลล์เหล่านี้ยังติดปัญหาคือพวกมันไม่สามารถขยายขนาดได้เนื่องจากขาดออกซิเจน (ระดับออกซิเจนต่ำ) ภายในเนื้อเยื่อทำให้เซลล์แบ่งตัวไม่ได้ ซึ่งเป็นปัญหาที่นักวิทยาศาสตร์ต้องแก้กันต่อไป แต่ในตอนนี้พวกเขาสำเร็จในก้าวแรกแล้ว

“การศึกษาของเราเป็นการศึกษาครั้งแรกที่วัดกิจกรรมการสังเคราะห์แสงของคลอโรพลาสต์ในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม” Matsunaga เสริม “เราคาดว่าเซลล์สัตว์จะมาเปลี่ยนเกม ซึ่งในอนาคตจะสามารถช่วยให้เราบรรลุการเปลี่ยนแปลงเป็นสีเขียว ไปสู่สังคมที่เป็นกลางทางคารืบอนมากขึ้น”

ที่มา

https://www.jstage.jst.go.jp/…/advpub…/_html/-char/en

https://www.iflscience.com/photosynthesis-in-animal-cells…

https://www.technologynetworks.com/…/hamster-cells….

https://interestingengineering.com/…/first-ever-solar…

https://phys.org/…/2024-10-solar-powered-animal-cells…

https://newatlas.com/…/plant-animal-hybrid-cells-solar…/

Photo: R. Aoki, Y. Inui, Y. Okabe et al. 2024/ Proceedings of the Japan Academy, Series B