SynBio in Action | ชีววิทยาสังเคราะห์อยู่ที่ไหน [EP.01]
เคยสงสัยไหมว่าส่วนผสมในเครื่องสำอางมาจากไหน หรือกลิ่นหอมในน้ำหอมโปรดของคุณถูกสร้างขึ้นมาได้อย่างไร ปัจจุบัน “ชีววิทยาสังเคราะห์” หรือ Synthetic Biology (SynBio) กำลังเข้ามามีบทบาทสำคัญในการปฏิวัติอุตสาหกรรมนี้ บทความนี้จะพาไปสำรวจโลกของ SynBio กับการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง ที่ซึ่งนวัตกรรมนี้ไม่เพียงสร้างสรรค์ผลิตภัณฑ์ที่ทรงประสิทธิภาพ แต่ยังเป็นมิตรต่อโลกและยั่งยืนยิ่งขึ้น
SynBio เข้ามาเสริมศักยภาพอุตสาหกรรมเครื่องสำอางใน 3 มิติสำคัญ
1. ผลิตส่วนผสมหายากจากธรรมชาติให้มีใช้อย่างยั่งยืน
2. เพิ่มประสิทธิภาพและคุณภาพการผลิต
3. สร้างสรรค์สารใหม่เพื่อผลลัพธ์ที่ดีกว่าเดิม
ผลิตส่วนผสมหายากจากธรรมชาติให้มีใช้อย่างยั่งยืน
ในโลกที่ทรัพยากรธรรมชาติจำนวนมากกำลังลดจำนวนลง สารสกัดหลายชนิดที่เราเคยหาได้จากพืชหรือสัตว์ได้กลายเป็นสิ่งที่หายากและมีราคาสูงขึ้น หลายครั้งกว่าที่จะได้ส่วนผสมบางอย่างออกมาจากพืชบางชนิด จำเป็นต้องใช้เวลาปลูกนาน พืชบางชนิดก็เติบโตยาก ใช้พื้นที่มาก หรือจำเป็นต้องใช้สภาพแวดล้อมที่จำเพาะ จึงมักให้ผลผลิตไม่เพียงพอต่อความต้องการของอุตสาหกรรมความงามหรือยา อีกทั้ง บางครั้ง การได้มาซึ่งส่วนผสมจากธรรมชาติ ยังก่อให้เกิดประเด็นทางจริยธรรม เช่น การฆ่าสัตว์เพื่อเอาน้ำมันตับปลาฉลามมาทำสควาเลนหรือการบุกรุกถิ่นที่อยู่ของพืชใกล้สูญพันธุ์
แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา SynBio ได้ถือกำเนิดขึ้นมาเป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อกข้อจำกัดเหล่านี้ ยกตัวอย่าง เช่น “สควาเลน” (Squalane) เป็นส่วนประกอบสำคัญในผลิตภัณฑ์บำรุงผิวที่ให้ความชุ่มชื้น และช่วยปกป้องผิวหน้าจากการสูญเสียน้ำ แต่เดิมนั้นเราได้สารนี้จากน้ำมันตับปลาฉลาม ในปี 2012 มีรายงานว่าปลาฉลามถึง 2.7 ล้านตัวต่อปี ต้องตายเพียงเพื่อให้เพียงพอต่อความต้องการของตลาดเครื่องสำอาง (13)
แม้ว่าในพืชอย่างมะกอกก็มีสควาเลนด้วยเช่นกัน แต่การสกัดจากมะกอกก็ได้ผลผลิตน้อย ต้นทุนสูง และไม่ยั่งยืน ดังนั้นบริษัท Amyris จึงได้นำเอาหลักการ SynBio มาปรับใช้ พวกเขาสามารถสร้าง “ยีสต์” ที่ผ่านการดัดแปลงพันธุกรรมให้สามารถเปลี่ยนน้ำตาลอ้อยให้เป็นสควาเลนบริสุทธิ์สูงในชื่อ Neossance® Squalane ซึ่งมีคุณภาพเทียบเท่าสควาเลนที่ได้จากปลาฉลาม วิธีนี้ไม่เพียงลดการทำลายสิ่งแวดล้อม แต่ยังทำให้อุตสาหกรรมสามารถวางแผนการผลิตได้สม่ำเสมอ ควบคุมต้นทุนได้ และยังลดการทำร้ายสัตว์อีกด้วย (1)(2)
สควาเลน (Squalane) บริสุทธิ์สูงผ่านการดัดแปลงพันธุกรรมจากน้ำตาลอ้อย
(ภาพจาก Neossance™ Squalane, the third generation squalane | Safic-Alcan : Specialty Chemicals Distributor | Innovative Formulations)
อีกตัวอย่างหนึ่งคือน้ำมันหอมระเหย “มานูล” (Manool) ซึ่งมีกลิ่นอบอุ่นแบบไม้โทนกลิ่นอำพัน (Amber Notes) ที่แต่เดิมต้องสกัดมาจากต้นสนมานออาว (Manoao Pine) ต้นสนใกล้สูญพันธุ์ในนิวซีแลนด์ เพื่อผลิตมานูลโดยไม่ต้องอาศัยต้นสนมานออาว Amyris ได้พัฒนาเทคโนโลยีการหมักยีสต์ดัดแปลงพันธุกรรมให้สร้างมานูล ผลลัพธ์ที่ได้คือมานูลคุณภาพดี (มีความบริสุทธิ์สูงกว่า 80%) มีความสม่ำเสมอ และมีประสิทธิภาพเมื่อนำไปใช้งานต่อ ต้นทุนการผลิตควบคุมต้นทุนได้พี่ได้ง่าย และไม่รบกวนทรัพยากรทางธรรมชาติของนิวซีแลนด์ (3)
นอกจากกลิ่นของมานูล กลิ่นหอมของดอกไม้หลายชนิดก็ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมน้ำหอม แม้ว่าดอกไม้บางชนิดอาจสูญพันธุ์ไปแล้ว แต่ SynBio ก็สามารถ “ชุบชีวิต” กลิ่นดอกไม้เหล่านั้นกลับมาได้อีกครั้ง Future Society ร่วมมือกับ Ginkgo Bioworks ผสานความรู้ด้านพันธุศาสตร์กับความเชี่ยวชาญของนักปรุงน้ำหอมและนักพฤกษศาสตร์ เพื่อสังเคราะห์โมเลกุลกลิ่นที่เลียนแบบดอกไม้สูญพันธุ์ ตั้งแต่กลิ่นหอมของดอกถั่วสเกอร์ฟแห่งน้ำตกโอไฮโอ (Orbexilum stipulatum) ที่เอามาสร้างเป็นกลิ่น Grassland Opera) ไปจนถึงกลิ่น Reclaimed Flame ตามแบบดอกลิวคาเดนดรอนดอกใหญ่ (Leucadendron grandiflorum) และกลิ่นสดชื่นของดอกชบาภูเขาเมาอิ (Hibiscadelphus wilderianus) (สร้างเป็นกลิ่น Solar Canopy) ซึ่งโครงการนี้สะท้อนให้เห็นว่า แม้ธรรมชาติบางส่วนจะสูญหายไป แต่เทคโนโลยี SynBio จะช่วยให้เราย้อนไปชื่นชมและเรียนรู้กลิ่นเหล่านั้นได้อีกครั้ง (4)
สารต้านอนุมูลอิสระอย่าง “เออร์โกไธโอนีน” (Ergothioneine) และ “เอคโตอิน” (Ectoin) ก็ล้วนแต่เป็นตัวอย่างของวัตถุดิบที่เคยพบในเห็ด บางชนิดหรือสกัดจากจุลินทรีย์ซึ่งเติบโตในสภาพแวดล้อมสุดขั้ว ซึ่งอาจมีปริมาณเพียงเล็กน้อย และกระบวนการสกัดก็ซับซ้อน แต่ในปัจจุบัน SynBio ทำให้เราผลิตสารเหล่านี้ได้ง่ายขึ้น ในรูปแบบอุตสาหกรรมที่ควบคุมได้ คุณภาพสูง แม้จะผลิตปริมาณมาก (5)
เพิ่มประสิทธิภาพและคุณภาพการผลิต
แม้ว่าสารบางชนิดที่ใช้กันทั่วไปในวงการเครื่องสำอาง เช่น สารประกอบที่ให้กลิ่นกุหลาบ คอลลาเจน หรือกรดไฮยาลูรอนิก อาจจะไม่ได้เป็นส่วนผสมที่หายาก แต่เทคโนโลยีชีววิทยาสังเคราะห์ก็สามารถเข้ามามีบทบาทในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตให้เหนือกว่าวิธีการสกัดแบบดั้งเดิม หรือแม้กระทั่งใช้เพื่อผลิตสารที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่าการสกัดจากแหล่งธรรมชาติได้
“สารประกอบกลิ่นกุหลาบ” หรือ 2-Phenylethanol (2-PE) กลิ่นหอมหวานที่คุ้นเคยในน้ำหอมและผลิตภัณฑ์ใช้ในบ้าน แม้ว่ามนุษย์เคยสกัด 2-PE ได้จากกลีบกุหลาบสดและดอกไม้สายพันธุ์ต่างๆ แต่จะต้องแลกมาด้วยพื้นที่เกษตรและพลังงานในการปลูกดอกไม้เป็นจำนวนมาก เมื่อความต้องการเพิ่มสูงขึ้น กระบวนการดังกล่าวจึงมีต้นทุนทั้งด้านแรงงาน พลังงาน และเวลาที่ไม่อาจขยายตัวได้อีกต่อไป อย่างไรก็ตาม นักวิจัยจึงหันมาใช้ “แบคทีเรีย” หรือ “ยีสต์” ที่ออกแบบมาให้เปลี่ยนน้ำตาลจากกากอ้อยหรือของเสียทางการเกษตรเป็น 2-PE คุณภาพสูง วิธีการนี้ไม่จำเป็นต้องปลูกดอกไม้บนผืนดิน ไม่ต้องใช้น้ำมากมาย แถมยังลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างชัดเจน เมื่อเปรียบเทียบกับการสกัดแบบดั้งเดิม แนวทาง SynBio ช่วยลดขั้นตอนการผลิต ลดปริมาณพลังงานที่ใช้ และใช้วัตถุดิบเหลือทิ้งทางการเกษตรเป็นจุดเริ่มต้น จึงเป็นมิตรต่อเกษตรกรและสิ่งแวดล้อมโดยรวม (6)(7)
เส้นทางการสังเคราะห์สำหรับการผลิต 2-ฟีนิลเอทานอล (2-PE) ได้แก่ ปฏิกิริยา Grignard, ปฏิกิริยา Friedel–Crafts และการเติมไฮโดรเจนของสไตรีนออกไซด์
(ภาพจาก Biotechnological 2-Phenylethanol Production: Recent Developments)
ในขณะเดียวกัน “คอลลาเจน” (Collagen) ซึ่งเป็นโปรตีนหลักที่ให้ความยืดหยุ่นแก่ผิวและโครงสร้างเนื้อเยื่อ ไม่ได้ถูกจำกัดอยู่แค่การสกัดจากสัตว์อีกต่อไป จากเดิมที่การนำคอลลาเจนจากสัตว์มาใช้ในเครื่องสำอางอาจพบปัญหาด้านความปลอดภัยและคุณภาพ เช่น มีโอกาสติดเชื้อหรือเกิดอาการแพ้ แต่ด้วยเทคนิค “การหมักแม่นยำ (Precision Fermentation)” นักวิทยาศาสตร์สามารถออกแบบยีสต์หรือแบคทีเรียให้สังเคราะห์คอลลาเจนชนิด Type III ได้โดยตรง ผลลัพธ์ที่ได้คือคอลลาเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงปราศจากสิ่งปนเปื้อนที่มาจากสัตว์สามารถนำมาทดแทนคอลลาเจนจากสัตว์ได้ โดยในเวลานี้ บางผลิตภัณฑ์จากแบรนด์ชั้นนำ เช่น L’Oréal จึงเลือกใช้คอลลาเจนที่ได้จากการหมักนี้ ไม่เพียงเพราะปลอดภัย แต่ยังคงคุณสมบัติทางชีวภาพคล้ายคลึงกับคอลลาเจนในผิวมนุษย์ และยิ่งไปกว่านั้น ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมก็น้อยกว่าการใช้วัตถุดิบจากสัตว์ ปัจจุบันมีผู้ผลิตคอลลาเจนสำหรับผลิตภัณฑ์ดูแลผิวหลายราย ทั้งบริษัทไบโอเทคจากสหรัฐฯ อย่าง Geltor, Modern Meadow และ Jellatech รวมถึง Trautec จากจีน และ Liven Proteins จากแคนาดา เป็นต้น (8)
ส่วน “กรดไฮยาลูรอนิก” (Hyaluronic Acid: HA) ที่มีบทบาทสำคัญทั้งในผลิตภัณฑ์บำรุงผิว และการแพทย์ ก็เคยเผชิญปัญหาจากการสกัดเชิงพาณิชย์ โดยเฉพาะความท้าทายด้านต้นทุนและความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ เมื่อก่อนเรามักได้ HA จากเนื้อเยื่อสัตว์หรือกระบวนการหมักแบบดั้งเดิม ซึ่งอาจต้องใช้เวลาและทรัพยากรจำนวนมาก แต่นวัตกรรม “การผลิตโดยใช้เอนไซม์แบบไร้เซลล์ (Cell-free Enzymatic Production)” ได้กลายเป็นทางออกใหม่ นักวิจัยจากบริษัท Enzymit ได้พัฒนาเอนไซม์เฉพาะตัวที่ทำหน้าที่กรุยทางให้จุลินทรีย์ผลิต HA ได้อย่างตรงจุด ผลิตกรดไฮยาลูรอนิกที่มีน้ำหนักโมเลกุลหลากหลาย ความบริสุทธิ์สูง และที่สำคัญคือผลิตได้ในปริมาณมากโดยไม่ต้องพึ่งพาเนื้อเยื่อสัตว์อีกต่อไป เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีเก่า กระบวนการนี้ยังมีแนวโน้มจะช่วยลดต้นทุนลงได้ในอนาคต อีกทั้งยังตอบโจทย์ความปลอดภัยและความยั่งยืนในระยะยาว (9)
สร้างสรรค์สารใหม่เพื่อผลลัพธ์ที่ดีกว่าเดิม
เคราติน (Keratin) ซึ่งเป็นโปรตีนองค์ประกอบหลักที่เสริมสร้างโครงสร้างและความแข็งแรงให้กับเส้นผม ได้เป็นต้นแบบสำคัญในการพัฒนา K18PEPTIDE™ (sh-Oligopeptide-78) จากแบรนด์ K18 Hair ผ่านเทคโนโลยีชีววิทยาสังเคราะห์ ถูกออกแบบมาให้มีคุณสมบัติคล้ายเคราตินตามธรรมชาติ ด้วยขนาดโมเลกุลที่เล็กพอ เปปไทด์นี้จึงสามารถแทรกซึมลึกเข้าไปถึงชั้นเนื้อผมหรือคอร์เทกซ์ (Cortex) ซึ่งเป็นแกนกลางที่สายเคราตินหลักรวมตัวกันอยู่ กลไกการทำงานของ K18PEPTIDE™ ตามที่แบรนด์ K18 Hair อธิบายไว้ คือการเข้าไปซ่อมแซมและเชื่อมต่อสายเคราตินที่แตกหักเสียหาย (10) พร้อมกันนั้นยังช่วยฟื้นฟูพันธะไดซัลไฟด์ (Disulfide Bonds) ที่ถูกทำลายจากผลกระทบของสารเคมีและความร้อน (14)
แต่ SynBio ยังไม่หยุดเพียงแค่ซ่อมแซมโครงสร้างของร่างกายภายนอกเมื่อพูดถึงผิวพรรณและการปกป้องจากความเครียดทั้ง ภายในและ ภายนอก Zenakine™ เป็นตัวอย่างของนวัตกรรมเชิงชีวภาพที่พัฒนาขึ้นเพื่อจัดการกับปัญหาผิวอันเนื่องมาจากฮอร์โมนคอร์ติซอล(Cortisol) ฮอร์โมนความเครียด ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดอาการผิวแพ้ง่าย แห้งกร้าน และเกิดริ้วรอยก่อนวัย (11) บริษัท Croda Beauty ใช้กระบวนการหมักด้วยจุลินทรีย์ (Microbial Fermentation) ในการผลิต โดย Zenakine™ ระบุว่ามีส่วนประกอบคือ Lactobacillus Ferment Lysate ซึ่งถูกนำมาใช้เพื่อลดสัญญาณความเครียดของผิว พร้อมทั้งช่วยส่งเสริมการผลิตเมลาโทนิน อันจะช่วยปรับปรุงคุณภาพการนอนหลับให้ดียิ่งขึ้น (15)
และสิ่งใหม่อีกอย่างที่ SynBio ช่วยสร้างได้คือ “กลิ่น” ในโลกที่เคยต้องอาศัยดอกไม้หรือวัตถุดิบธรรมชาติสร้างกลิ่น มนุษย์ก้าวล้ำไปอีกขั้น เมื่อ SynBio ช่วยให้เกิด “โมเลกุลกลิ่นใหม่” ที่ไม่เคยมีมาก่อน ในอดีตผู้ผลิตน้ำหอมต้องพึ่งพาการเพาะปลูกดอกไม้นับล้านดอก การสกัดด้วยวิธีเคมี หรือการใช้สารสังเคราะห์ แต่ทีมวิจัยจากบริษัทอย่าง BGene ซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยี Synthetic Biology ได้ร่วมมือกับ TechnicoFlor ผู้ผลิตน้ำหอมชื่อดังจากฝรั่งเศส เพื่อสร้างกลิ่นในระดับโมเลกุล กระบวนการนี้ไม่เพียงแต่ลดการทำลายทรัพยากรธรรมชาติ แต่ยังทำให้ผู้ปรุงน้ำหอมมีเสรีภาพในการคิดค้นกลิ่นใหม่ ๆ อย่างไม่มีขีดจำกัด (12)
SynBio กำลังพลิกโฉมอุตสาหกรรมความงามด้วยกระบวนการผลิตแบบหมักแบบแม่นยำ หรือการใช้เอนไซม์แบบ cell-free ที่ใช้ทรัพยากรน้อยกว่า ลดการปลูกพืชและการสกัดจากสัตว์ ช่วยประหยัดที่ดิน น้ำ และพลังงานได้มาก การนำเศษวัสดุทางการเกษตรมาใช้ในการหมักช่วยให้เกิดระบบเศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular Economy) นำขยะทางการเกษตรมาใช้ประโยชน์สร้างวัตถุดิบคุณภาพสูง อีกทั้งยังได้ผลิตภัณฑ์ที่ย่อยสลายได้ ช่วยลดสารเคมีตกค้างในสิ่งแวดล้อม และตอบโจทย์ตลาดวีแกนในเรื่องการไม่เบียดเบียนสัตว์ (Cruelty-Free) และการไม่ใช้ผลิตภัณฑ์จากสัตว์ (Animal-Free) ตลอดจนช่วยรักษาความหลากหลายทางชีวภาพของโลกหัวใจสำคัญของ การใช้ SynBio ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง คือการสร้างสาร Bio-identical ที่มีโครงสร้างและประสิทธิภาพเทียบเท่าหรือดีกว่าในธรรมชาติ แต่ผลิตด้วยวิธีที่ยั่งยืนและมีจริยธรรมยิ่งกว่า สรุปได้ว่า SynBio ไม่ใช่เพียงเทรนด์ชั่วคราว แต่เป็นก้าวสำคัญสู่อนาคตที่ผสานความงาม ความยั่งยืน และนวัตกรรมเข้าด้วยกันอย่างแท้จริง
