ดร.เยาวพา สุวัตถิ
งานวิจัยอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพ

ในปัจจุบันนี้ เราพบแบคทีเรียบางชนิดสามารถผลิตเส้นใยเซลลูโลสได้
เช่น แบคทีเรียใน Genus Acetobacter เช่น Acetobacter xylinum โดยเส้นใยเซลลูโลสที่
ได้จากแบคทีเรีย (Bacterial cellulose) มีโครงสร้างและคุณสมบัติเฉพาะที่แตกต่างจากเส้น
ใยเซลลูโลสจากพืชใน ขณะนี้ได้มีการศึกษาถึงการนำเส้นใยเซลลู โลสจากแบคทีเรียมาประยุกต์
ใช้ประโยชน์ในทางอุตสาหกรรมต่าง ๆ และได้มีการวิจัยถึงการเพิ่มผลผลิตในระดับอุตสาหกรรม
เพื่อให้เพียงพอกับความต้องการของผู้บริโภค
เชื้อ Acetobacter สามารถผลิตเส้นใยเซลลูโลส โดยเส้นใยเหล่านี้จะเจริญอยู่บริเวณผิวหน้าของ
อาหารเลี้ยงเชื้อเหลว (liquid culture) ซึ่งถ้าเปรียบเทียบโครงสร้างและ pathway ของการสังเคราะห์
พบว่าเส้นใยจากแบคทีเรียจะประกอบด้วยเส้นใยเล็ก ๆ มากมายเชื่อมกันเป็นร่างแห ซึ่งต่างจากเส้นใย
จากพืช
ขบวนการสังเคราะห์ Bacterial cellulose การสังเคราะห์เส้นใยเซลลูโลสจากแบคทีเรียมี
pathway ดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1. Cellulose Biosynthetic Pathway in Acetobacter xylinum.
Glc, glucose; G6P, glucose-6-phosphate; G1P, glucose-1-phosphate; PGA,
phosphogluconic acid; Frc, fructose; F1P, fructose-1-phosphate; FDP, fructose-1,
6- phosglucomutase; UGP, UDP-glucose pyrophosphorylase; PGH, phosphoglu-
comutase; UGP, UDP-glucose pyrophorylase; G6PD, glucose-6-phosphate dehy-
drogenase; PGI, phosphoglucose isomerase; FHK, fructose hexokinase; 1 PFk,
fructose-1-phosphate kinase; FBP, fructose bis-phosphatase; PTS, phosphotrans
ferase system; EMP, Embden-Myerhoff pathway.
ได้มีการศึกษาถึงขบวนการสังเคราะห์ Bacterial cellulose และพบว่าน้ำตาลกลูโคสจะถูก
metabolized ผ่านทาง pentose phosphate pathway โดย cellulose pathway จะแยกออก
ที่ glucose-6-phosphate (G6P) และตัว direct precursor ของการสังเคราะห์ cellulose ก็คือ
UDP-glucose ซึ่งการสังเคราะห์ UDP-glucose จาก G6PD นั้น จะประกอบด้วย 2 ขั้นตอนด้วยกัน
โดยพบว่าการทำงานของเอนไซม์ phosphoglucose isomerase จะแตกต่างกันไปขึ้นมาก enzyme
นี้จะมี activity สูงเมื่อแหล่งคาร์บอนคือ น้ำตาล fructose UDP-glc จะถูก polymerized ไปเป็น
cellulose และ cellulose จะถูกปล่อยสู่อาหารเลี้ยงเชื้อ โดยจะมีลักษณะเป็นเส้นใยเจริญอยู่บริเวณ
ผิวหน้าของอาหารเลี้ยงเชื้อ โดยเส้นใยนี้จะประกอบด้วยโปรตีนอย่างน้อย 4 ชนิด ซึ่งจะถูกควบคุมโดย
cellulose synthase operon (รูปที่ 2)
รูปที่ 2. Structure of Cellulose Synthase (bcs) Operon.
Box A, B, C, and D represent the coding regions of the bcs genes. Arrow and
stem loop indicate the transcription initiation site and the terminator. The size of each
gene product is also shown under its coding region.
โดยยีนส์ที่ควบคุมการสังเคราะห์ cellulose คือ bcs A, bcs B, bcs C และ bcs D ได้มีการทดลอง
พบว่ายีนส์ bcs A, B และ C มีความสำคัญต่อการทำงานของ engyme ต่าง ๆ ส่วนยีนส์ bcs D นั้นจะมี
ความสำคัญต่อการสังเคราะห์ bacterial cellulose ซึ่งผลของการทดลองพบว่าถ้าทำให้ยีนส์ bcs D ลด
activity ลง พบว่าจะทำให้การสังเคราะห์ cellulose ลดลงถึง 40 % ด้วย
การเพาะเลี้ยง Bacterial Cellulose ในอาหารเลี้ยงเชื้อ
ในการสร้าง Acetobacter เพื่อผลิต cellulose นั้นพบว่าสภาวะที่เหมาะสมคือ การเลี้ยงในอาหาร
เหลวที่มีการให้อากาศและมีการเขย่าจะให้ผลดีที่สุด สำหรับการสร้าง cellulose จะเกิดขึ้นในเซลล์ของ
แบคทีเรียและเส้นใยเหล่านี้จะถูกขับออกมาทางรูของ cell membrane (รูปที่ 3) โดยมีลักษณะการเจริญ
เติบโตดังแสดงในรูปที่ 4 ซึ่งรูปนี้แสดงถึงการเจริญเติบโตของ Acetobacter ในถังหมัก โดยในการเลี้ยง
เชื้อ Acetobacter นี้ใช้น้ำตาล fructose เป็นแหล่งคาร์บอน ที่ความเข้มข้นเริ่มต้น 40 g/l และจะให้
cellulose สูงถึง 9 g/l
ในการทดลองหาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิต cellulose ของเชื้อ Acetobacter นั้นได้ทำการเปรียบ
เทียบการเลี้ยงเชื้อในสภาพนิ่ง (static) และสภาพที่มีการเขย่า (agitation) พบว่าการเลี้ยงแบบสภาพนิ่งจะ
ทำให้เส้นใยเจริญและจับตัวกันแน่น ทำให้สภาพอาหารเลี้ยงเชื้อมีความหนืดสูงกว่าการเลี้ยงแบบเขย่า
นอกจากนี้ยังพบว่าการเพิ่ม carbonic acid จะช่วยให้เซลล์มีการเจริญเติบโตดีในช่วงของ lag phase
และยังช่วยเพิ่มการผลิต cellulose ด้วย การเพิ่ม lactic acid ลงในอาหารเลี้ยงเชื้อจะช่วยให้เชื้อสังเคราะห์
ATP ได้ดีขึ้น โดยจะไปเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของ lactate dehydrogenase และ TCA cycle นอก
จากนี้ ปัจจัยอื่น ได้แก่ ชนิดของใบพัดในถังหมัก ความเร็วรอบในการกวน ปริมาณอากาศและ pH ก็มีผลต่อ
การเลี้ยง cellulose ด้วย
รูปที่ 3. (a) A transmission Electron Micrograph of a BPR2001 Cell and the
Produced Cellulose Ribbon. (b) A possible Model of Cellulose Production.
Boxes indicate pore-like cellulose extrusion sites. Cellulose microfibrils are syn-
thesized and extruded from the pores on the bacterial cell surface. The bundles formed
from several microfibrils and assembled into a ribbon.

รูปที่ 4. Course of Cellulose Production by BPR2001 in a Jar Fermentor.
- cellulose accumulated; - cell growth; - residual fructose.
การนำ bacterial cellulose มาใช้ประโยชน์
จากคุณสมบัติที่โดดเด่นของ Bacterial cellulose คือ เส้นใยมีขนาดเล็กเชื่อมกันเป็นร่างแหทำ
ให้มีความเหนียวสูง ดังนั้นจึงได้มีการนำ Bacterial cellulose มาดัดแปลงใช้เป็นส่วนประกอบของ
membrane ต่าง ๆ เช่น เป็นส่วนประกอบของลำโพง และกระดาษที่ต้องการความเหนียวสูง ในทางการ
แพทย์ได้มีการนำ Bacterial cellulose มาพัฒนาใช้เป็น artificial skin (wound dressing) เพราะว่า
มีความเหนียวแม้ในสภาพเปียก และไม่ก่อให้เกิดการระคายเคือง นอกจากนี้ยังได้มีการนำ Bacterial
cellulose มาใช้เป็นส่วนประกอบในอาหารและเครื่องสำอางอีกด้วย

เอกสารอ้างอิง
Yoshinaga F., Tonouchi N. and Watanabe K. Research Progress in Production of
Bacterial Cellulose by Aeration and Agitation Culture and Its Application as a New Industrial
Material. Biosci. Biotech. Biochem. 1997; 61(2): 219-224.








[Home |มุมมองผู้บริหาร |โครงสร้างสถาบันวิจัยและพัฒนา |งานวิจัยที่สำคัญและกำลังดำเนินการ |ฐานข้อมูลที่ให้บริการ |
R & D Newsletter |R & D NetZine |สมุนไพรสาธารณสุขมูลฐาน | Web Site ทางยาที่น่าสนใจ | FAQ |Comments ]