การพัฒนา DNA Probes จำเพาะสำหรับใช้ในการตรวจสอบจุลินทรีย์ในกลุ่ม Butyric acid, Propionic acid, Lactic acid และ Ethanol-consuming bacteria โดยใช้เทคนิค 16S rDNA Fluorescent In Situ Hybridization
Development of Specific DNA Probes for Detection of Butyric acid, Propionic acid, Lactic acid and Ethanol-consuming Bacteria using 16S rDNA Fluorescent In Situ Hybridization


คุณวิวัฒน์ จูประพัทธศรี  (หัวหน้าโครงการ)
Wiwat Jupraputtasi.
ดร.สมเกียรติ เตชกาญจนารักษ์
Somkiet Techkarnjanaruk. (Researcher)
ผศ.ดร.ภาวิณี ชัยประเสริฐ
Pawinee Chaiprasert. (Asst. Prof.)
สถาบันพัฒนาและฝึกอบรมโรงงานต้นแบบ

ทุนหมวดเงินอุดหนุน ประจำปี 2547 งบประมาณ 366,695 บาท

ความสำคัญและที่มาของการวิจัย

ในปัจจุบันได้มีการนำระบบบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อากาศ ซึ่งเป็นกระบวนการทางชีววิทยา มาใช้ประโยชน์ในการกำจัดน้ำเสียทีมีสารอินทรีย์สูง นอกจากประโยชน์ในการบำบัดน้ำเสียโดยตรงแล้ว ระบบบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อากาศ ยังให้ก๊าซชีวภาพ ซึ่งสามารถนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานทดแทนอีกด้วย ประสิทธิภาพในการทำงานของระบบบำบัดน้ำเสียแบบไร้อากาศและการผลิตก๊าซชีวภาพ นอกจากขึ้นอยู่กับปัจจัยทางกายภาพ (โครงสร้างของระบบ วัสดุตัวกลาง และการกวนผสม) แล้วยังมีปัจจัยทางด้านสิ่งแวดล้อมที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวมของระบบอีกด้วย เช่น คุณสมบัติและองค์ประกอบของน้ำเสีย การรับภาระสารอินทรีย์ ระยะเวลากักเก็บของเหลว ค่าพีเอช Alkalinity และกรดอินทรีย์ระเหยง่าย ซึ่งปัจจัยดังกล่าว เป็นปัจจัยที่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อจุลินทรีย์ในระบบทั้งสิ้น เพราะฉะนั้นปัจจัยหลักที่ควบคุมประสิทธิภาพการทำงาน คือจุลินทรีย์ที่อยู่ภายในระบบนั่นเอง ดังนั้นความเข้าใจเกี่ยวกับจุลินทรีย์ในแต่ละ trophic level ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ไปเป็นก๊าซชีวภาพ รวมทั้งเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างจุลินทรีย์ในแต่ละกลุ่มกับสภาพแวดล้อมที่เป็นอยู่ ทำให้เกิดความรู้และความเข้าใจของจุลินทรีย์ในระบบมากขึ้น ซึ่งสามารถนำความรู้ที่ได้มาใข้ในการอธิบายความสัมพันธ์ของจุลินทรีย์ในกลุ่มต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพการทำงานของระบบบำบัดได้ชัดเจนยิ่งขึ้น รวมทั้งสามารถใช้ข้อมูลเหล่านี้ในการดูแลและควบคุมระบบบำบัดน้ำเสียและการผลิตก๊าซชีวภาพ ให้มีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้น ในช่วงตั้งแต่ตอนเริ่มต้นดำเนินระบบ (Start up) และช่วงดำเนินระบบ (Operation) เพื่อให้ระบบมีประสิทธิภาพและเสถียรภาพที่ดีได้ในระยะยาว
จากการศึกษาพบว่าจุลินทรีย์ในระบบบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อากาศนั้นสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลักได้แก่ กลุ่มจุลินทรีย์ (Non-methanogen) ที่มีความสามารถในการย่อยสลายสารประกอบอินทรีย์ที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ให้กลายเป็นสารอินทรีย์ทีมีโมเลกุลขนาดเล็ก จากนั้นสารโมเลกุลขนาดเล็กเหล่านี้ถูกย่อยสลายต่อไปให้กลายเป็นไฮโดรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และกรดอินทรีย์ระเหยง่าย (volatile fatty acid) เช่น กรดอะซิติก กรดบิวทิริก กรดโพรพิออนิก และกรดแลคติก โดยกรดส่วนใหญ่ที่ได้จะเป็นกรดอะซิติก และมีกลุ่มจุลินทรีย์ (Methanogen) ที่มีความสามารถในการเปลี่ยนกรดอะซิติกให้เป็นก๊าซมีเทน สำหรับในส่วนของจุลินทรีย์ที่เป็น non-methanogen นั้นพบว่าประกอบไปด้วยจุลินทรีย์หลากหลายชนิด ตามลักษณะองค์ประกอบของแหล่งคาร์บอน อุณหภูมิ ค่าพีเอช ฯลฯ อย่างไรก็ตามจากการศึกษากระบวนการการย่อยสลายสารอาหารทางชีวเคมี พบว่าสามารถแบ่งจุลินทรีย์ในกลุ่มของ non-methanogen ที่สำคัญต่อระบบ ออกเป็น 4 กลุ่มได้แก่ propionic acid consuming bacteria, lactic acid consuming bacteria, butyric acid consuming bacteria และ ethanol consuming bacteria สำหรับข้อมูลชนิดและจำนวนของจุลินทรีย์กลุ่มเหล่านี้มีอยู่ค่อนข้างจำกัด เนื่องจากข้อจำกัดของวิธีการที่ใช้กันอยู่ ซึ่งการตรวจสอบและติดตามจุลินทรีย์ทั้งกลุ่ม Methanogen และ Non-methanogen ล้วนแล้วแต่มีความสำคัญยิ่งต่อความเข้าใจและการพัฒนาการทำงานและประสิทธิภาพในการบำบัดน้ำเสียและผลิตก๊าซชีวภาพของระบบ
การตรวจสอบจุลินทรีย์ที่ใช้กันอยู่โดยทั่วไป มักจะเป็น Culture based methods อาทิเช่น Direct plate count หรือ Most Probable Number (MPN) ต้องอาศัยการเพาะเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์บนอาหารเลี้ยงเชื้อ ซึ่งเทคนิคดังกล่าวมีข้อจำกัด เนื่องจากจุลินทรีย์บางกลุ่มไม่สามารถทำการเพาะเลี้ยงได้ ทำให้จุลินทรีย์บางส่วนไม่เคยมีการตรวจพบและไม่มีการศึกษา นอกจากนี้ระยะเวลาในการเลี้ยงจุลินทรีย์ต้องใช้เวลานานในการตรวจสอบ ในปัจจุบันได้มีการนำเอา Ribosomal RNA ของจุลินทรีย์แต่ละชนิดมาใช้ในการตรวจหาและจำแนกชนิดของจุลินทรีย์ ซึ่งเป็นวิธีการที่มีความจำเพาะสูง ถูกต้องแม่นยำ และรวดเร็วกว่าวิธีการดังเดิม อีกทั้งไม่ต้องอาศัยการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ ทำให้สามารถจำแนกชนิดของจุลินทรีย์ที่มาจากสิ่งแวดล้อม ซึ่งยากต่อการเพาะเลี้ยงได้ นอกจากนี้ยังได้มีการนำเอา 16S Ribosomal RNA มาทำ Fluorescent In Situ Hybridization มาใช้ในการศึกษา Microbial Organization และหน้าที่ของจุลินทรีย์ในระบบนิเวศน์ต่างๆ
ในปัจจุบันข้อมูลความรู้ทั้งชนิดและจำนวนของกลุ่มจุลินทรีย์ Non-methanogens ในส่วนของกลุ่ม Butyric, Propionic, Lactic acid และ Ethanol consuming bacteria ในระบบบำบัดน้ำเสียแบบไร้อากาศ มีอยู่อย่างจำกัด ซึ่งเป็นผลมาจากข้อจำกัดของวิธีการเทคนิคที่ใช้ในการศึกษา ดังนั้นมีความจำเป็นที่ต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมโดยใช้วิธีการที่ให้ความถูกต้อง แม่นยำ และรวดเร็วกว่าวิธีการดั้งเดิม โดยในงานวิจัยนี้จะทำการศึกษาจำแนกชนิดของจุลินทรีย์ในกลุ่ม Butyric, Propionic, Lactic acid และ Ethanol consuming bacteria โดยใช้เทคนิค 16S rDNA และทำการออกแบบและพัฒนา DNA probe สำหรับใช้ในเทคนิค FISH เพื่อใช้ในการตรวจหากลุ่มจุลินทรียต่างๆ ต่อไป

วัตถุประสงค์ของโครงการ

  1. จำแนกชนิดของจุลินทรีย์ Non-methanogen ในกลุ่ม Butyric, Propionic, Lactic acid และ Ethanol consuming bacteria โดยใช้ 16S rDNA sequence
  2. ออกแบบและพัฒนา DNA probes เพื่อใช้ในการตรวจสอบจุลินทรีย์ในกลุ่ม Butyric, Propionic, Lactic acid และ Ethanol consuming bacteria จาก enriched cultures ของจุลินทรีย์ในแต่ละกลุ่ม

ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับจากการวิจัย

  1. ทราบถึงชนิดของจุลินทรีย์ในแต่ละกลุ่ม ทำให้เข้าใจถึงบทบาทและความสัมพันธ์ของจุลินทรีย์ในแต่ละกลุ่มในระบบบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อากาศมากขึ้น เป็นข้อมูลในการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ
  2. สามารถนำ DNA probes ที่ได้จากการออกแบบไปใช้ในการตรวจสอบจุลินทรีย์โดยใช้ระยะเวลาเร็วขึ้น และเพื่อเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการศึกษาความสัมพันธ์ของจุลินทรีย์ในระบบบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อากาศ
  3. กลุ่มวิจัยที่เกี่ยวข้องกับระบบบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อากาศ จะสามารถนำความรู้ที่เกิดขึ้นไปใช้ประโยชน์ได้
return topic

Revised: 30 June 2003/13:43:10
© 1999 by Research and Intellectual Property Promotion Center.