ความหลากหลายสิ่งมีชีวิตคือความมั่นคงของชาติครั้งแรกกับการเปิดห้องนิรภัยที่ธ.ทรัพยากรชีวภาพแห่งชาติ

Technology

แกะรอยผ่านกรณีศึกษาเห็ดหลินจือด้วยเทคโนโลยี 5G IoT ร่วมกับมูลนิธิชัยพัฒนา ดีแทค และเนคเทค

“ไทย” ถือเป็นอีกหนึ่งประเทศที่มีความหลากหลายทางชีวภาพมากที่สุดแห่งหนึ่งของโลก อยู่ในอันดับที่ 3 ของกลุ่มประเทศอาเซียน มีสิ่งมีชีวิตประมาณ 10% ของชนิดสิ่งมีชีวิตที่พบในโลก ขณะที่พืชที่พบในประเทศไทยไม่น้อยกว่า 20,000 ชนิด คิดเป็น 8% ของพืชที่คาดว่ามีในโลก

แต่ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา แม้จะมีการค้นพบสิ่งมีชีวิตชนิดใหม่ของโลกอยู่อย่างต่อเนื่อง แต่ก็ยังไม่เทียบเท่ากับอัตราการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตที่มีมากกว่าหลายร้อยเท่า ทั้งเกิดจากการคุกคามของมนุษย์ การบริโภคเกินตัว ภัยพิบัติ และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ด้วยเหตุนี้ dtacblog จึงพาทุกท่านมาพูดคุยกับ ดร.ศิษเฎศ ทองสิมา ผู้อำนวยการธนาคารทรัพยากรชีวภาพแห่งชาติ สวทช. หน่วยงานที่ทำหน้าที่ช่วยประเทศรักษา “ความมั่นคงทางชีวภาพของชาติ”

โครงสร้างพื้นฐานของประเทศ

ดร.ศิษเฎศ กล่าวถึงที่มาของการจัดตั้งธนาคารทรัพยากรชีวภาพแห่งชาติว่า ด้วยจุดแข็งของประเทศทางด้านความหลากหลายทางชีวภาพทั้งพันธุ์พืช พันธุ์สัตว์ รวมถึงจุลินทรีย์ต่าง ๆ ซึ่งถือเป็นทรัพยากรอันมีค่า สามารถนำไปต่อยอดใช้ประโยชน์เพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจ แต่ความอุดมสมบูรณ์ที่มาจากธรรมชาติเหล่านี้ก็สามารถที่จะหมดไปได้ รัฐบาลจึงให้ความสำคัญกับการอนุรักษ์ทรัพยากรชีวภาพ โดยสนับสนุนงบประมาณราว 800 ล้านบาท ผ่านโครงการ “Big Rock” ในปี พ.ศ. 2561 แก่สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) โดยศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) เป็นหน่วยงานหลักทำการจัดหาครุภัณฑ์หลักที่สำคัญต่อการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานเพื่อการจัดเก็บทรัพยากรชีวภาพ หรือ ไบโอแบงก์ (Biobank) ของประเทศไทยขึ้น

ไบโอแบงก์ที่ได้จัดตั้งขึ้นมานี้ได้กลายมาเป็นธนาคารทรัพยากรชีวภาพแห่งชาติ หรือ (National Biobank of Thailand: NBT) ซึ่งเป็นหนึ่งใน 5 โครงสร้างพื้นฐานทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่สำคัญของชาติ (National Science and Technology Infrastructure: NSTI) โดยเป็นแหล่งสนับสนุนการอนุรักษ์ทรัพยากรชีวภาพที่มีชีวิตแบบระยะยาว (Long-term Conservation) ประกอบด้วยวัสดุหรือตัวอย่างชีวภาพ (Biomaterial/specimen) และข้อมูลทางชีวภาพ (Biodata) มีกระบวนการจัดเก็บไว้นอกสภาพธรรมชาติ ที่เป็นไปตามมาตรฐานสากลและมีประสิทธิภาพ โดยอาศัยเทคโนโลยีสารสนเทศมาบริหารจัดการ เพื่อให้สามารถควบคุมคุณภาพ ป้องกันการปนเปื้อน และบำรุงรักษาให้คงสภาพการมีชีวิตได้อย่างยาวนาน และเป็นแหล่งอ้างอิงของวัตถุดิบต้นทางที่มีข้อมูลวิทยาศาสตร์แบบครบถ้วนสำหรับใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมและระดับชุมชนได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวดเร็ว และยั่งยืน

เปิดหลักเกณฑ์รับฝาก

ผู้อำนวยการไบโอแบงก์กล่าวอีกว่า ไบโอแบงก์มีหน้าที่ในการสนับสนุนการจัดเก็บสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นด้วยเครื่องมือที่ทันสมัยนอกสภาพธรรมชาติแบบระยะยาวด้วยกระบวนการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ขณะที่หน่วยงานรัฐ เช่น กรมอุทยานแห่งชาติ สัตว์ป่าและพันธุ์พืช และกรมป่าไม้ กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม มีอำนาจหน้าที่และความรับผิดชอบหลักในการอนุรักษ์ทรัพยากรชีวภาพเหล่านี้ให้คงอยู่ในสภาพธรรมชาติ ซึ่งถือเป็นการทำงานร่วมกันระหว่างหน่วยงานภาครัฐ

ทั้งนี้ การจัดเก็บตัวอย่างชีวภาพ มีหลากหลายรูปแบบ ในกรณีของพืช อาจเป็นการจัดเก็บเมล็ดพันธุ์ การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ (Tissue culture) การแช่แข็งเซลล์ตัวอ่อน (Embryo Cryopreservation) หรือการจัดเก็บตัวอย่างแห้งเพื่อใช้อ้างอิง เช่นเดียวกับจุลินทรีย์ก็มีการจัดเก็บที่หลากหลาย เช่น การจัดเก็บที่อุณหภูมิห้อง การจัดเก็บในสภาวะต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง เป็นต้น

“สิ่งมีชีวิตต่างๆ ไม่ว่าจะพืช สัตว์ หรือจุลินทรีย์ อาจจะต้องการกระบวนการจำเพาะในการอนุรักษ์แบบระยะยาวของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ ตัวอย่างเช่น พืชขนาดใหญ่ที่มีปริมาณโปรตีนและน้ำมันมาก ไม่สามารถจัดเก็บในห้องเย็นได้เป็นเวลานาน เพราะจะเกิดผลึกน้ำแข็งแทรกทำลายเซลล์ทำให้ยุ่ยและเซลล์แตกสลาย ซึ่งทางเราต้องหาวิธีที่เหมาะสมเพื่อจะใช้ในการดูแล” ดร.ศิษเฎศ อธิบาย

จัดเก็บสู่การต่อยอดองค์ความรู้

ปัจจุบัน ข้อมูลกำกับตัวอย่างที่ไบโอแบงก์จัดเก็บอาจจะละเอียดไปถึงข้อมูลจีโนมหรือพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ซึ่งประกอบด้วยพืชและจุลินทรีย์กว่า 200 ชนิด (species) เกือบ 2,000 สายพันธุ์ (strain) ประกอบด้วย 2 กลุ่ม ได้แก่ ชนิดพรรณป่า หรือ ชนิดพรรณที่อยู่ในกลุ่มใกล้สูญพันธุ์ (Endangered List) และชนิดพันธุ์ที่มีการปรับปรุงพันธุ์ โดยนำลักษณะเด่นทางพันธุกรรมมาผสมพันธุ์กันจนเกิดเป็นลักษณะพิเศษ เช่น ข้าวไรซ์เบอรี่ ข้าวทนแล้ง ทนเค็ม เป็นต้น ซึ่งการจัดเก็บในรูปแบบนี้จะช่วยอนุรักษ์ความดั้งเดิมของสายพันธุ์ และความหลากหลายทางชีวภาพของทรัพยากรทำให้ประเทศไทยมีความได้เปรียบกว่าประเทศอื่น

พันธมิตรที่มีความสนใจในการฝากตัวอย่างชีวภาพเหล่านี้ จะต้องทำข้อตกลงในการฝาก โดยเมื่อเก็บแล้วจะไม่มีการนำตัวอย่างที่มาฝากเหล่านี้ออกมา นอกมีความจำเป็นในการฟื้นฟูต่อประเทศเท่านั้น เช่น เพื่อการฟื้นฟูสภาพแวดล้อม ตัวอย่างที่นำเข้าเก็บจะผ่านกระบวนการการตรวจสอบที่มาและคุณสมบัติ พร้อมทั้งตรวจเช็คข้อมูลพันธุกรรม ก่อนจะนำไปจัดเก็บในห้องเย็น

“ในฐานะธนาคารชีวภาพของประเทศ สิ่งที่เราจัดเก็บคือสมบัติของชาติ มีมูลค่าในตัวเอง นอกจากนี้ข้อมูลที่กำกับตัวอย่างยังมีประโยชน์อย่างมาก และควรนำเอาข้อมูลกำกับมาทำให้เกิดประโยชน์อย่างยั่งยืน ซึ่งการใช้ประโยชน์จากข้อมูล/สารสนเทศของตัวอย่างเป็นอีกหนึ่งพันธกิจที่สำคัญในการทำหน้าที่เป็นแหล่งอ้างอิงของทรัพยากรและสนับสนุนให้เกิดการต่อยอด และการใช้ประโยชน์ของทรัพยากรฯ อย่างยั่งยืนของประเทศสืบไป” ดร.ศิษเฎศกล่าว

ความเข้าใจในชีวภาพคือกุญแจสำคัญ

จากความเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีชีวภาพในฐานะโครงสร้างพื้นฐานสำคัญของประเทศ สวทช. จึงได้ดึงธนาคารทรัพยากรชีวภาพแห่งชาติ หรือ NBT เข้าร่วมโครงการวิจัยโรงเรือนเกษตรอัจฉริยะ กรณีศึกษาเห็ดหลินจือ” ที่ทางมูลนิธิชัยพัฒนา ดีแทค และเนคเทค ร่วมกันพัฒนาเพื่อเป็นการสนับสนุนและพัฒนาการทำการเกษตรอย่างแม่นยำในการเพาะเห็ดหลินจือ ด้วยการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี 5G บนคลื่นความถี่ 700 MHz ที่โครงการศึกษาวิจัยและพัฒนาเกษตรกรรมบนพื้นที่สูงของมูลนิธิชัยพัฒนา ตำบลโป่งน้ำร้อน อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่ ซึ่งปัจจุบันอยู่ในระยะที่ 2 โดยมีนางสาวธิติยา บุญประเทือง หัวหน้ากลุ่มงานวิจัยเห็ด ธนาคารทรัพยากรชีวภาพแห่งชาติ ร่วมทีมด้วย

“การจะทำให้พืชและจุลินทรีย์เกิดผลผลิตที่สูงสุดได้นั้น จะขึ้นกับ 2 ปัจจัยสำคัญ ได้แก่ พันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต (Genetics) และปัจจัยแวดล้อม (Environment) ซึ่งในกรณีโครงการวิจัยฯ นี้ เราคือทีมผู้เชี่ยวชาญที่จะไขปัญหาว่าพันธุกรรมอะไรจะทำให้เกิดผลลัพธ์ที่ต้องการได้ ซึ่งนี่คือแนวคิดของการนำองค์ความรู้ด้านการอนุรักษ์มาประยุกต์ใช้ให้เกิดผลิตภาพ (Productivity) ของการเพาะปลูก” ธิติยา หัวหน้ากลุ่มงานวิจัยเห็ดแห่งไบโอแบงก์กล่าว ก่อนจะเสริมต่อว่า

“พันธุกรรมเป็นสิ่งสำคัญมาก กล่าวคือ สารตั้งต้นต้องดีก่อน แล้วปัจจัยแวดล้อมจึงตามมา หากพันธุ์ไม่ดีแต่ต้น การปรับเปลี่ยนปัจจัยแวดล้อมก็สูญประโยชน์เปล่า”

จากข้อมูลงานวิจัยพบว่า ปัจจุบันมีเห็ดหลินจือในประเทศไทยด้วยกัน 14 ชนิด 140 สายพันธุ์ โดยแต่ละชนิดมีจุดเด่นที่แตกต่างกัน เช่น เส้นใยดี ดอกเห็ดใหญ่ มีสารสำคัญมาก โดยเทียบจากปัจจัยแวดล้อมเดียวกัน ทั้งนี้ เห็ดจัดเป็นสิ่งมีชีวิตในประเภท “ฟังใจ” (Fungi) กล่าวคือ ไม่ใช่พืชและไม่ใช่สัตว์ แต่เป็นสิ่งมีชีวิตที่มีองค์กรประกอบร่วมระหว่างพืชและสัตว์ เนื่องจากมีองค์ประกอบของเซลล์บางอย่างคล้ายกับเซลล์สัตว์และบางส่วนคล้ายกับพืช

"สำหรับโปรเจ็คนี้ ความเข้าใจในสายพันธุ์ที่มี จะนำมาสู่การคัดเลือกพันธุ์ที่เหมาะสมในการนำมาใช้กับการปลูกในโรงเรือน ซึ่งขณะนี้ ทีมงานอยู่ในระหว่างการศึกษาคุณสมบัติสายพันธุ์” ธิติยากล่าว

เห็ด: วัสดุแห่งอนาคต

จากคำบอกเล่าของธิติยา ในต่างประเทศมีการนำความรู้และเทคโนโลยีทางชีวภาพมาพัฒนา Novel Food หรือ อาหารใหม่ไปไกลมากแล้ว โดยนอกจากอาหารจากเส้นใยเห็ด (Myco based food) แล้ว ยังสามารถนำเส้นใยจากเห็ดไปพัฒนาเป็นวัสดุก่อสร้างด้วย เช่น ก้อนอิฐที่ทำจากเห็ดหลินจือที่มีคุณสมบัติกันน้ำและทนไฟ เนื่องจากเส้นใยของเห็ดหลินจือมีคุณสมบัติองค์ประกอบของสารกลุ่มเดียวกับเปลือกกุ้งเช่น Chitin ดังนั้นจึงกันน้ำได้ดีไม่เพียงเท่านั้นยังสร้างสารที่ยับยั้งจุลชีพชนิดอื่น นั่นจึงเป็นเหตุผลที่ทำให้เห็ดหลินจือดำรงอยู่ได้นับร้อยปี

และด้วยคุณสมบัติของเห็ดที่แตกต่างจากพืช เนื่องจากรอบเพาะปลูกสั้นกว่า การเพาะปลูกง่ายกว่า เพิ่มจำนวนเร็วกว่าแบบจุลินทรีย์ ทำให้อุตสาหกรรมขยายตัว (scale-up) ได้ง่าย นอกจากนี้ ในสิ่งแวดล้อมที่ต่างกัน เห็ดก็ให้คุณสมบัติที่แตกต่างกันไปอีกด้วย ทำให้สามารถพัฒนาผลิตภัณฑ์ได้หลากหลายมาก

ปัจจุบันมีการใช้เห็ดเป็นวัสดุในหลายอุสาหกรรม เช่น สายนาฬิกาหนังจากเห็ด เฟอร์นิเจอร์ หรือวัสดุกันกระแทกจากเห็ด ซึ่งเมื่อนำวัสดุกันกระแทกนั้นไปทิ้งไว้หลังบ้าน รดน้ำก็จะขึ้นมากลายเป็นเห็ดรับประทานได้อีก

“ในยุคเศรษฐกิจชีวภาพ (Bio-Circular-Green Economy) เราต้องเลิกมองเห็ดเป็นเพียงอาหารและมีประโยชน์มากกว่าทางการแพทย์แล้ว ดังนั้น สิ่งสำคัญคือการรู้จักและเข้าใจชีววิทยาของสิ่งมีชีวิตนั้น จึงจะสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างถูกต้อง สร้างคุณมหาศาลแก่ชาติและโลกใบนี้” หัวหน้าทีมวิจัยเห็ด กล่าวทิ้งท้าย

Biodiversity Means National Security: What lies inside the National Biobank’s Vault

• Through a joint research project between dtac, NECTEC and Chaipattana Foundation, Lingzhi mushrooms herald massive benefits for Thailand’s future

Thailand ranks among the world’s richest countries in terms of biodiversity. In ASEAN, it is the third-most biodiverse. Around 10% of the world’s fauna species can be found here, as well as 8% of all flora species. In fact, at least 20,000 plant types are known to grow on Thai soil.

But during the past five decades, the rate of species extinction has been hundreds of times higher than the rate of species discovery. This net loss is due to human encroachment, habitat loss, natural disasters and climate change. Recognizing this problem, dtacblog spoke to Sissades Thongsima, CEO of the National Biobank of Thailand. His agency is in charge of protecting what he likes to call “the country’s bio-security.”

National Infrastructure for Biodiversity

Dr. Sissades said that the biodiversity of fauna/flora species and microorganisms has historically been one of Thailand’s strengths. Such diversity is a precious resource that can be utilized for economic purposes. However, even Thailand’s level of abundance is exhaustible. Aware of this fact, the Thai government in 2018 approved a budget of roughly THB 800 million for the National Science and Technology Development Agency (NSTDA)’s Big Rock project. Designed to conserve biological resources, this project established the National Biobank of Thailand, or the “Biobank”. NSTDA’s National Center for Genetic Engineering and Biotechnology (BIOTEC) is in charge of the Biobank’s implementation and operations.

Biobank, as one of Thailand’s five National Science and Technology Infrastructure (NSTI) projects, is tasked with the long-term conservation of biomaterials, specimens, and biodata. For this mission, Biobank has implemented international standards and efficient processes supported by top-notch information technology. Although many biomaterials have had to be taken out of the natural environment, they have been preserved in controlled environments to prevent contamination. Biobank seeks to retain these specimens for a long time, compiling biomaterials and their complete scientific data and sharing them sustainably with industries and communities as the need arises.

Diverse Collection Methods

Dr. Sissades said Biobank actively collaborates with other government institutions working on conservation and biodiversity. Biobank provides specialized storage equipment, while the Department of National Parks, Wildlife and Plant Conservation, the Royal Forest Department, and the Ministry of Natural Resources and Environment are responsible for conserving deposited biomaterials in their original areas.

The collection of biomaterials can happen in many ways. Plants may be collected as seeds, tissue culture, embryo cryopreservation and even dried specimens. Microorganisms, meanwhile, may be stored at room temperature or sub-zero temperatures.

“There is no single method that works with all plants, animals and microorganisms. Large plants with significant amounts of protein and fat, for example, cannot be stored in a cold room for a long time because when frozen, their cells will disintegrate and their tissue will be damaged,” Mr. Sissades explained, “That’s why we have to use diverse and tailored collection methods.”

Storage for Enhanced Knowledge

Presently, Biobank has already stored specimens of more than 200 species and 2,000 of their subspecies. Specimens can be divided into two main categories: 1) plants from the Endangered List; and 2) plants from enhanced breeding methods, such as those being crossbred to acquire special characteristics – the latter group includes riceberry, drought-resistant rice, and salinity-resistant rice. The storage by Biobank aims to retain the original properties of each species or subspecies, allowing Thailand to maintain its biodiversity advantage in the future.

Partners interested in storing specimens must sign an agreement with Biobank. Under the agreement, specimens will not be withdrawn for use except in the event of a national need, such as for environmental-rehabilitation purposes. Once the agreement is signed, Biobank will check the origin and properties of the specimens and verify their genetic information before putting them in storage.

“As the country’s Biobank, we are the collector of Thailand’s treasures that will be used for sustainable benefits at the right time. We also serve as an important source of references and upgrades for national interests,” Mr. Sissades continued.

Biological Understanding is Key

Leveraging its biotech expertise and supporting Thailand’s key biological infrastructure, NSTDA has engaged BIOTEC in “Smart Farm Research Project: Case Study of Lingzhi Mushroom”. The project’s Phase 2 is now ongoing, with Thitiya Boonpratuang, leader of the Mushroom Research Team at Biobank, on board.

Lingzhi is a fungus. Some parts of its cells are like those of animals, but other parts share similarities with plants’ cells. According to prior research, Thailand has 14 Lingzhi species and 140 Lingzhi subspecies, each with different characteristics. In the same environment, some have much more fiber than others. Others, meanwhile, boast a larger cap, or are richer in important substances.

Ms. Thitiya explained that the productivity of plants and microorganisms depends on two key factors – genetics and environment. “Genes have crucial importance. They must be good. Environmental factors come next. If genes are bad, no matter how much we adjust the environment, our efforts will be fruitless,” she said.

With niche experts on the team, the project will identify genes that deliver desirable results. Findings from the project will have a wider impact on general farm productivity.

"This project enables us to understand Lingzhi, paving the way for the appropriate selection of subspecies suitable for farmhouses,” Ms. Thitiya said.

Mushroom: Material of the Future

Ms. Thitiya shared that many foreign countries have already been using biotechnology and research findings in the advanced development of novel food, including Myco-based food. And thanks to new tech solutions, plants can even be turned into construction materials. For instance, materials found in Lingzhi can be used to make bricks that are resistant to both fire and water. Because Lingzhi fiber has a similar chemical structure to chitin, found in the exoskeletons of insects, these mushrooms are waterproof, can suppress the growth of other microorganisms and, in many cases, can live for hundreds of years.

There are many other advantages to this research. Lingzhi is easier to grow than plants, and its cultivation cycle is relatively shorter. Because Lingzhi can multiply fast like microorganisms, production can be scaled up easily. When grown in different environments, Lingzhi cultivation provides yields with different characteristics. Such output means Lingzhi has enormous potential for the development of various products.

Today, mushrooms are already being used in many industries. In addition to mushroom-based watch straps and furniture, there are also mushroom-based air cushions, which can also yield edible mushrooms if given water.

“In the age of the bio-circular green economy, we should not consider mushrooms as just foods. Neither should we focus just on their medicinal properties. Importantly, we should understand the biology of mushrooms because that understanding will enable us to make the utmost use of their massive benefits for Thailand and the world,” Ms. Thitiya concluded.