แบคทีเรีย Bacillus thuringiensis ผลึกโปรตีนสารพิษ
ดังที่คำโบราณว่าไว้ว่า "ยุงร้ายกว่าเสือ" ยุงคร่าชีวิตคนมากกว่า 1 ล้านคนต่อปี โดยการกัดและแพร่โรคร้ายมาสู่คน ในอดีตไม่มีใครคาดคิดว่าแมลงตัวเล็กๆ จะสามารถคร่าชีวิตคนได้มากมาย จนกระทั่ง George Carmichael Low สามารถพิสูจน์ได้ว่า ยุงเป็นพาหะนำโรคเท้าช้าง หลังจากนั้นจึงมีการค้นพบโรคที่ยุงเป็นพาหะอีกหลายชนิด ที่รู้จักกันดี เช่น ไข้เลือดออก มาลาเรีย และชิคุนกุนย่า เป็นต้น วิธีการหลากหลายถูกนำมาใช้จัดการกับยุง ซึ่งมีตั้งแต่วิธีการธรรมดาอย่างการกางมุ้ง ไปจนถึงวิธีการซับซ้อนอย่างการทำหมันยุงตัวผู้เพื่อลดประชากรยุงลง แต่วิธีที่คนทั่วไปนิยมใช้ที่สุดคือการใช้สารเคมีในการกำจัดยุง เพราะหาซื้อได้ง่าย ฉีดปุ๊บยุงตายปั๊บ ให้ผลรวดเร็วทันใจ อย่างไรก็ตามสารเคมีไม่สามารถป้องกันในระยะยาว หากต้องการกำจัดยุงในบริเวณกว้างจะต้องใช้สารเคมีปริมาณมาก ซึ่งจะเป็นอันตรายต่อแมลง และสัตว์อื่นๆ ทำให้เกิดปัญหาต่อระบบนิเวศน์และสิ่งแวดล้อมตามมา นอกจากนี้การใช้สารเคมีในระยะยาวยังทำให้ยุงดื้อต่อสารเคมีอีกด้วย
นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาจุลินทรีย์ในดินและน้ำบริแวณแหล่งเพาะพันธุ์ยุง พบแบคทีเรียที่ทำให้ลูกน้ำยุงป่วยตาย โดยแบคทีเรียดังกล่าวไม่ทำอันตรายสัตว์อื่นๆ ในแหล่งน้ำ ถือได้ว่าเป็นคู่ปรับของยุงโดยเฉพาะ แบคทีเรียที่สามารถฆ่าลูกน้ำยุงได้นี้ คือ Bacillus thuringiensis และ Bacillus sphaericus ซึ่งที่จริงแล้ว B. thuringiensis มีการค้นพบมานานแล้วว่าสามารถฆ่าหนอนแมลงได้ แต่เป็นหนอนแมลงจำพวกผีเสื้อและด้วง จึงถูกนำไปใช้เป็นยาฆ่าแมลงในการเกษตรรวมทั้งสร้างพืชดัดแปลงพันธุกรรมที่ต้านทานแมลงได้ ดังนั้นเมื่อพบแบคทีเรียที่ฆ่าลูกน้ำยุงได้ จึงเกิดแนวคิดในการนำแบคทีเรียมาใช้จัดการกับยุงด้วย
แบคทีเรียเหล่านี้จัดการกับลูกน้ำยุงโดยผลิตสารพิษเพื่อฆ่าลูกน้ำยุงสารพิษนี้เป็นโปรตีนชนิดหนึ่งถูกสร้างขึ้นพร้อมกับการสร้างสปอร์ ในตอนแรกที่โปรตีนถูกสร้างขึ้นนั้นยังไม่มีความเป็นพิษใดๆ หรือเรียกว่าโปรท๊อกซิน (protoxin) มีลักษณะเป็นผลึกอยู่ภายในเซลล์แบคทีเรีย เมื่อลูกน้ำยุงกินอาหารที่มีแบคทีเรียและโปรตีนสารพิษปะปนเข้าไป ภายในกระเพาะอาหารน้ำย่อยของลูกน้ำยุงที่มีฤทธิ์เป็นด่าง (แตกต่างจากคนที่น้ำย่อยมีฤทธิ์เป็นกรด) จะละลายผลึกโปรตีนและย่อยโปรตีนทำให้กลายเป็นสารพิษ หรือแอ๊คทีฟท๊อกซิน (active toxin) สารพิษที่เกิดขึ้นจะจับกับผิวกระเพาะลูกน้ำยุงและทำลายเซลล์เยื่อบุกระเพาะ ทำให้ลูกน้ำยุงตายในที่สุด การเข้าจับกับเซลล์กระเพาะนี้โปรตีนบางชนิดต้องอาศัยตัวรับ (receptor) ซึ่งเป็นโมเลกุลของสารเคมีที่มีอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ของลูกน้ำยุงเท่านั้น กระบวนการนี้ทำให้โปรตีนสารพิษสามารถฆ่าลูกน้ำยุงโดยไม่ไม่ฆ่าสัตว์สิ่งมีชีวิตอื่นๆ
การใช้แบคทีเรียหรือโปรตีนสารพิษในการจัดการกับยุงนั้นมุ่งเน้นที่จะกำจัดยุงตั้งแต่ระยะที่ยังเป็นลูกน้ำเพื่อตัดวงจรชีวิตของยุง ซึ่งทำได้ง่ายการจัดการยุงเต็มวัย เนื่องจากลูกน้ำยังไม่แข็งแรงนักเมื่อเทียบกับยุงเต็มวัย การใช้โปรตีนสารพิษที่ความเข้มข้นระดับนาโนกรัมต่อมิลลิลิตรก็เพียงพอที่จะฆ่าลูกน้ำยุงได้ ใน 1-2 วัน นอกจากนี้การกำจัดลูกน้ำที่แหล่งเพาะพันธุ์ซึ่งเป็นแหล่งน้ำเล็กๆ ยังสะดวกกว่าการจัดการยุงเต็มวัยที่บินกระจัดกระจายในพื้นที่ขนาดใหญ่ เนื่องจากลูกน้ำยุงจากแอ่งน้ำเมื่อเป็นยุงเต็มวัยจะสามารถบินจากแหล่งน้ำเป็นระยะทางมากกว่า 1 กิโลเมตร การใช้แบคทีเรียหรือโปรตีนสารพิษจะฆ่าเฉพาะลูกน้ำยุง โดยไม่ทำอันตรายต่อพืชและสัตว์น้ำ เช่น ไรน้ำ ตัวอ่อนของแมลงอื่น และปลา รวมทั้งสัตว์หรือคนที่อาจบริโภคน้ำจากแหล่งน้ำนั้น จึงส่งผลต่อระบบนิเวศน์น้อยกว่าการใช้สารเคมีซึ่งฆ่าแมลงเกือบทั้งหมดและยังตกค้างในสิ่งแวดล้อม
ในประเทศไทยกระทรวงวิทยาศาสตร์ได้ผลิตจุลิทรีย์ฆ่าลูกน้ำยุงเพื่อนำไปแจกจ่ายในแหล่งที่มียุงชุกชุม จุลินทรีย์จะทำให้ลูกน้ำยุงตายภายใน 3 วันและออกฤทธิ์ได้นาน 3 เดือน เมื่อใช้จุลินทรีย์ประมาณ 1 ซอง ต่อน้ำ 1 โอ่ง หรือประมาณ 20 กรัม ต่อน้ำ 200 ลิตร นอกจากนี้มีการถ่ายทอดเทคโนโลยีการผลิตโปรตีนสารพิษให้กับผู้ประกอบการเช่นกันเพื่อผลิตในเชิงการค้าด้วยเช่นกัน อย่างไรก็ตามการใช้โปรตีนสารพิษยังไม่แพร่หลายมากนักเนื่องจากการใช้โปรตีนสารพิษไม่เห็นผลทันตาเหมือนสารฉีดพ่นด้วยสารเคมี รวมทั้งในประเทศไทยยังไม่มีหน่วยงานที่คอยตรวจสอบและรับรองมาตรฐานให้กับผลิตภัณฑ์ลักษณะนี้ ทำให้การผลิตจุลินทรีย์ในเชิงพาณิชย์ยังไม่สามารถทำได้ทั้งที่ผลิตภัณฑ์ประเภทเดียวกันที่ผลิตและรองจากต่างประเทศได้รับอนุญาตให้ขายในประเทศไทยแล้ว ดังนั้นการนำเทคโนโลยีเกี่ยวกับจุลิทรีย์และโปรตีนฆ่าลูกน้ำยุงมาใช้จึงยังต้องพัฒนาทั้งเชิงวิทยาศาสตร์และเชิงนโยบาย
เอกสารอ้างอิง
Bravo, A., Gill, S. S., & Soberón, M. (2007). Mode of action of Bacillus thuringiensis Cry and Cyt toxins and their potential for insect control. Toxicon, 49(4), 423-435.
Hemingway, J. & Ranson, H. (2000). Insecticide resistance in insect vectors of human disease. Annual Review of Entomology, 45(1), 371-391.
Schnepf, E., Crickmore, N., Van Rie, J., et al. (1998). Bacillus thuringiensis and its pesticidal crystal proteins. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 62(3), 775-806.
Vreysen, M. J. B., Robinson, A. S., & Hendrichs, J. (2007). Area-Wide Control of Insect Pests: From Research to Field Implementation: Springer.
ขอขอบคุณวิชาการคอม
