การใช้สารกำจัดศัตรูพืชสังเคราะห์อย่างแพร่หลายได้ก่อให้เกิดปัญหามากมาย รวมถึงการเกิดจุลินทรีย์ดื้อยา การเสื่อมโทรมของสิ่งแวดล้อม และอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องมีการพัฒนาจุลินทรีย์ชนิดใหม่สารกำจัดศัตรูพืชสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่มีความปลอดภัยต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อมนั้นมีความจำเป็นอย่างเร่งด่วน ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 เพื่อประเมินความเป็นพิษต่อตัวอ่อนยุง (Culex quinquefasciatus) และตัวอ่อนปลวก (Odontotermes obesus) ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าอัตราการตายมีความสัมพันธ์กับปริมาณสารที่ได้รับ ค่า LC50 (ความเข้มข้นที่ทำให้ตาย 50%) ที่ 48 ชั่วโมงสำหรับสารลดแรงตึงผิวชีวภาพต่อตัวอ่อนปลวกและยุงถูกกำหนดโดยใช้วิธีการปรับเส้นโค้งการถดถอยแบบไม่เชิงเส้น ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าค่า LC50 ที่ 48 ชั่วโมง (ช่วงความเชื่อมั่น 95%) ของฤทธิ์ฆ่าตัวอ่อนและฤทธิ์ต้านปลวกของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพคือ 26.49 มก./ลิตร (ช่วง 25.40 ถึง 27.57) และ 33.43 มก./ลิตร (ช่วง 31.09 ถึง 35.68) ตามลำดับ จากการตรวจทางจุลพยาธิวิทยา พบว่าการรักษาด้วยไบโอเซอร์แฟกแทนท์ทำให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรงต่อเนื้อเยื่อออร์แกเนลล์ของตัวอ่อนและปลวก ผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่าไบโอเซอร์แฟกแทนท์จากจุลินทรีย์ที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 เป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมและมีศักยภาพในการควบคุม Cx quinquefasciatus และ O. obesus ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ประเทศเขตร้อนประสบปัญหาโรคที่เกิดจากยุงเป็นจำนวนมาก1 ความสำคัญของโรคที่เกิดจากยุงนั้นแพร่หลาย มีผู้เสียชีวิตจากโรคมาลาเรียมากกว่า 400,000 คนต่อปี และบางเมืองใหญ่กำลังประสบกับการระบาดของโรคร้ายแรง เช่น ไข้เลือดออก ไข้เหลือง ไข้ชิคุนกุนยา และโรคซิกา2 โรคที่เกิดจากพาหะนำโรคเกี่ยวข้องกับการติดเชื้อหนึ่งในหกทั่วโลก โดยยุงเป็นสาเหตุสำคัญที่สุด3,4 ยุงสกุล Culex, Anopheles และ Aedes เป็นสามสกุลยุงที่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายโรคมากที่สุด5 การระบาดของไข้เลือดออก ซึ่งเป็นการติดเชื้อที่แพร่กระจายโดยยุงลาย Aedes aegypti เพิ่มขึ้นในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาและเป็นภัยคุกคามต่อสุขภาพของประชาชนอย่างมาก4,7,8 ตามข้อมูลขององค์การอนามัยโลก (WHO) ประชากรโลกมากกว่า 40% มีความเสี่ยงต่อไข้เลือดออก โดยมีผู้ป่วยรายใหม่ 50-100 ล้านรายต่อปีในกว่า 100 ประเทศ9,10,11 ไข้เลือดออกได้กลายเป็นปัญหาสาธารณสุขที่สำคัญเนื่องจากอัตราการเกิดโรคเพิ่มขึ้นทั่วโลก12,13,14 ยุง Anopheles gambiae หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่ายุง Anopheles แอฟริกา เป็นพาหะสำคัญที่สุดของมาลาเรียในมนุษย์ในเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน15 ไวรัสเวสต์ไนล์ โรคไข้สมองอักเสบเซนต์หลุยส์ โรคไข้สมองอักเสบญี่ปุ่น และการติดเชื้อไวรัสในม้าและนกนั้นถูกถ่ายทอดโดยยุง Culex ซึ่งมักเรียกว่ายุงบ้านทั่วไป นอกจากนี้พวกมันยังเป็นพาหะของโรคติดเชื้อแบคทีเรียและปรสิตอีกด้วย16 มีปลวกมากกว่า 3,000 สายพันธุ์ในโลก และพวกมันมีอยู่มานานกว่า 150 ล้านปีแล้ว17 ปลวกส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในดินและกินไม้และผลิตภัณฑ์จากไม้ที่มีเซลลูโลส ปลวกอินเดีย Odontotermes obesus เป็นศัตรูพืชที่สำคัญที่ก่อให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรงต่อพืชผลและต้นไม้ในสวนป่าที่สำคัญ18 ในพื้นที่เกษตรกรรม การระบาดของปลวกในระยะต่างๆ สามารถก่อให้เกิดความเสียหายทางเศรษฐกิจอย่างมหาศาลต่อพืชผล ไม้พันธุ์ต่างๆ และวัสดุก่อสร้าง ปลวกยังสามารถก่อให้เกิดปัญหาสุขภาพของมนุษย์ได้อีกด้วย19
ปัญหาการดื้อยาจากจุลินทรีย์และศัตรูพืชในอุตสาหกรรมยาและเกษตรกรรมในปัจจุบันมีความซับซ้อน20,21 ดังนั้นทั้งสองบริษัทจึงควรค้นหาสารต้านจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่า รวมถึงสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพที่ปลอดภัย ปัจจุบันมีสารกำจัดศัตรูพืชสังเคราะห์วางจำหน่ายแล้ว และพบว่ามีฤทธิ์ก่อโรคและขับไล่แมลงที่เป็นประโยชน์ที่ไม่ใช่เป้าหมาย22 ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยเกี่ยวกับไบโอเซอร์แฟกแทนท์ได้ขยายตัวเนื่องจากการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ไบโอเซอร์แฟกแทนท์มีประโยชน์และสำคัญมากในด้านการเกษตร การฟื้นฟูดิน การสกัดปิโตรเลียม การกำจัดแบคทีเรียและแมลง และการแปรรูปอาหาร23,24 ไบโอเซอร์แฟกแทนท์หรือสารลดแรงตึงผิวจากจุลินทรีย์เป็นสารเคมีไบโอเซอร์แฟกแทนท์ที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย ยีสต์ และเชื้อราในแหล่งที่อยู่อาศัยชายฝั่งและพื้นที่ปนเปื้อนน้ำมัน25,26 สารลดแรงตึงผิวที่ได้จากสารเคมีและไบโอเซอร์แฟกแทนท์เป็นสองประเภทที่ได้มาโดยตรงจากสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติ27 ไบโอเซอร์แฟกแทนท์ต่างๆ ได้มาจากแหล่งที่อยู่อาศัยทางทะเล28,29 ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงกำลังมองหาเทคโนโลยีใหม่สำหรับการผลิตไบโอเซอร์แฟกแทนท์โดยใช้แบคทีเรียธรรมชาติ30,31 ความก้าวหน้าในการวิจัยดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของสารประกอบทางชีวภาพเหล่านี้ต่อการปกป้องสิ่งแวดล้อม32 แบคทีเรียสกุล Bacillus, Pseudomonas, Rhodococcus, Alcaligenes, Corynebacterium และสกุลอื่นๆ เหล่านี้เป็นตัวแทนที่ได้รับการศึกษาอย่างดี23,33
มีไบโอเซอร์แฟกแทนท์หลายประเภทที่มีการใช้งานหลากหลาย34 ข้อดีที่สำคัญของสารประกอบเหล่านี้คือ บางชนิดมีฤทธิ์ต้านแบคทีเรีย ฆ่าลูกน้ำ และฆ่าแมลง ซึ่งหมายความว่าสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมการเกษตร เคมีภัณฑ์ เภสัชกรรม และเครื่องสำอาง35,36,37,38 เนื่องจากไบโอเซอร์แฟกแทนท์โดยทั่วไปสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและเป็นประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม จึงถูกนำมาใช้ในโปรแกรมการจัดการศัตรูพืชแบบบูรณาการเพื่อปกป้องพืชผล39 ดังนั้นจึงได้รับความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำและฤทธิ์ต้านปลวกของไบโอเซอร์แฟกแทนท์จุลินทรีย์ที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 เราได้ตรวจสอบอัตราการตายและการเปลี่ยนแปลงทางเนื้อเยื่อวิทยาเมื่อสัมผัสกับความเข้มข้นต่างๆ ของไบโอเซอร์แฟกแทนท์แรมโนลิปิด นอกจากนี้ เรายังได้ประเมินโปรแกรมคอมพิวเตอร์ Quantitative Structure-Activity (QSAR) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย Ecological Structure-Activity (ECOSAR) เพื่อกำหนดความเป็นพิษเฉียบพลันต่อสาหร่ายขนาดเล็ก ไรน้ำ และปลา
ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ทดสอบฤทธิ์ต้านปลวก (ความเป็นพิษ) ของไบโอเซอร์แฟกแทนท์บริสุทธิ์ที่ความเข้มข้นต่างๆ ตั้งแต่ 30 ถึง 50 มก./มล. (เพิ่มขึ้นทีละ 5 มก./มล.) กับปลวกอินเดีย O. obesus และตัวอ่อนระยะที่สี่ของ Cx. solanacearum และตัวอ่อนยุง Cx. quinquefasciatus โดยวัดความเข้มข้นของไบโอเซอร์แฟกแทนท์ที่ทำให้เกิดค่า LC50 ในระยะเวลา 48 ชั่วโมง ต่อปลวก O. obesus และตัวอ่อนยุง Cx. solanacearum โดยใช้วิธีการปรับเส้นโค้งการถดถอยแบบไม่เชิงเส้น ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่า อัตราการตายของปลวกเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของไบโอเซอร์แฟกแทนท์ที่เพิ่มขึ้น ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าไบโอเซอร์แฟกแทนท์มีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำ (รูปที่ 1) และฤทธิ์ต้านปลวก (รูปที่ 2) โดยมีค่า LC50 48 ชั่วโมง (95% CI) เท่ากับ 26.49 มก./ลิตร (25.40 ถึง 27.57) และ 33.43 มก./ลิตร (รูปที่ 31.09 ถึง 35.68) ตามลำดับ (ตารางที่ 1) ในแง่ของความเป็นพิษเฉียบพลัน (48 ชั่วโมง) ไบโอเซอร์แฟกแทนท์ถูกจัดอยู่ในประเภท "เป็นอันตราย" ต่อสิ่งมีชีวิตที่ทดสอบ ไบโอเซอร์แฟกแทนท์ที่ผลิตในงานวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำที่ดีเยี่ยม โดยมีอัตราการตาย 100% ภายใน 24-48 ชั่วโมงหลังการสัมผัส
คำนวณค่า LC50 สำหรับฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำ เส้นโค้งการถดถอยแบบไม่เชิงเส้น (เส้นทึบ) และช่วงความเชื่อมั่น 95% (พื้นที่แรเงา) สำหรับอัตราการตายสัมพัทธ์ (%)
คำนวณค่า LC50 สำหรับฤทธิ์ต้านปลวก เส้นโค้งการถดถอยแบบไม่เชิงเส้น (เส้นทึบ) และช่วงความเชื่อมั่น 95% (พื้นที่แรเงา) สำหรับอัตราการตายสัมพัทธ์ (%)
เมื่อสิ้นสุดการทดลอง ได้มีการสังเกตการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาและความผิดปกติภายใต้กล้องจุลทรรศน์ การเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาถูกสังเกตในกลุ่มควบคุมและกลุ่มที่ได้รับการรักษาที่กำลังขยาย 40 เท่า ดังแสดงในรูปที่ 3 พบว่าการเจริญเติบโตบกพร่องเกิดขึ้นในตัวอ่อนส่วนใหญ่ที่ได้รับการรักษาด้วยไบโอเซอร์แฟกแทนท์ รูปที่ 3a แสดงตัวอ่อน Cx. quinquefasciatus ปกติ รูปที่ 3b แสดงตัวอ่อน Cx. quinquefasciatus ที่ผิดปกติ
ผลของปริมาณสารลดแรงตึงผิวชีวภาพในระดับต่ำกว่าระดับที่ทำให้ตาย 50% (LC50) ต่อการเจริญเติบโตของตัวอ่อนยุง Culex quinquefasciatus ภาพจากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (a) ของยุง Cx ปกติที่กำลังขยาย 40 เท่า (b) ยุง Cx ที่ผิดปกติ ทำให้เกิดตัวอ่อนพยาธิ 5 ตัว
ในการศึกษาครั้งนี้ การตรวจทางเนื้อเยื่อวิทยาของตัวอ่อนที่ได้รับการรักษา (รูปที่ 4) และปลวก (รูปที่ 5) พบความผิดปกติหลายประการ รวมถึงการลดลงของพื้นที่ช่องท้องและความเสียหายต่อกล้ามเนื้อ ชั้นเยื่อบุผิว และผิวหนังบริเวณลำไส้กลาง การตรวจทางเนื้อเยื่อวิทยาเผยให้เห็นกลไกการยับยั้งการทำงานของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้
ภาพทางจุลพยาธิวิทยาของตัวอ่อนยุง Cx quinquefasciatus ระยะที่ 4 ที่ไม่ได้รับการรักษา (กลุ่มควบคุม: (a,b)) และกลุ่มที่ได้รับการรักษาด้วยไบโอเซอร์แฟกแทนท์ (กลุ่มทดลอง: (c,d)) ลูกศรชี้ไปยังเยื่อบุลำไส้ (epi), นิวเคลียส (n) และกล้ามเนื้อ (mu) ที่ได้รับการรักษา มาตราส่วน = 50 µm
ภาพทางจุลพยาธิวิทยาของ O. obesus ปกติที่ไม่ได้รับการรักษา (กลุ่มควบคุม: (a,b)) และกลุ่มที่ได้รับการรักษาด้วยไบโอเซอร์แฟคแทนท์ (กลุ่มทดลอง: (c,d)) ลูกศรชี้ไปยังเยื่อบุผิวลำไส้ (epi) และกล้ามเนื้อ (mu) ตามลำดับ มาตราส่วน = 50 µm
ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ใช้โปรแกรม ECOSAR ในการทำนายความเป็นพิษเฉียบพลันของผลิตภัณฑ์สารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดต่อผู้ผลิตขั้นต้น (สาหร่ายสีเขียว) ผู้บริโภคขั้นต้น (ไรน้ำ) และผู้บริโภคขั้นรอง (ปลา) โปรแกรมนี้ใช้แบบจำลองโครงสร้าง-กิจกรรมเชิงปริมาณที่ซับซ้อนเพื่อประเมินความเป็นพิษโดยอิงจากโครงสร้างโมเลกุล แบบจำลองนี้ใช้ซอฟต์แวร์โครงสร้าง-กิจกรรม (SAR) ในการคำนวณความเป็นพิษเฉียบพลันและระยะยาวของสารต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตารางที่ 2 สรุปค่าความเข้มข้นที่ทำให้ตายเฉลี่ย (LC50) และความเข้มข้นที่มีประสิทธิภาพเฉลี่ย (EC50) สำหรับสิ่งมีชีวิตหลายชนิด ความเป็นพิษที่สงสัยถูกจัดประเภทเป็นสี่ระดับโดยใช้ระบบการจำแนกและการติดฉลากสารเคมีที่เป็นไปตามมาตรฐานสากล (ตารางที่ 3)
การควบคุมโรคที่เกิดจากพาหะนำโรค โดยเฉพาะสายพันธุ์ของยุงและยุงลาย ปัจจุบันชาวอียิปต์กำลังประสบปัญหาอย่างหนัก 40,41,42,43,44,45,46 แม้ว่าสารเคมีกำจัดศัตรูพืชบางชนิด เช่น ไพรีทรอยด์และออร์กาโนฟอสเฟต จะมีประโยชน์อยู่บ้าง แต่ก็มีความเสี่ยงต่อสุขภาพของมนุษย์อย่างมาก รวมถึงโรคเบาหวาน ความผิดปกติของระบบสืบพันธุ์ ความผิดปกติทางระบบประสาท มะเร็ง และโรคระบบทางเดินหายใจ ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อเวลาผ่านไป แมลงเหล่านี้อาจดื้อต่อสารเหล่านี้ได้ 13,43,48 ดังนั้น มาตรการควบคุมทางชีวภาพที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจึงจะกลายเป็นวิธีการควบคุมยุงที่ได้รับความนิยมมากขึ้น 49,50 เบเนลลี 51 แนะนำว่าการควบคุมยุงที่เป็นพาหะในระยะเริ่มต้นจะมีประสิทธิภาพมากกว่าในเขตเมือง แต่พวกเขาไม่ได้แนะนำให้ใช้สารฆ่าลูกน้ำในพื้นที่ชนบท 52 ทอมและคณะ 53 ยังแนะนำว่าการควบคุมยุงในระยะตัวอ่อนจะเป็นกลยุทธ์ที่ปลอดภัยและง่าย เนื่องจากพวกมันมีความไวต่อสารควบคุมมากกว่า 54
การผลิตไบโอเซอร์แฟกแทนท์โดยสายพันธุ์ที่มีศักยภาพ (Enterobacter cloacae SJ2) แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอและมีแนวโน้มที่ดี การศึกษาครั้งก่อนของเราได้รายงานว่า Enterobacter cloacae SJ2 ปรับปรุงการผลิตไบโอเซอร์แฟกแทนท์โดยใช้พารามิเตอร์ทางกายภาพและเคมี26 จากการศึกษาของพวกเขา สภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตไบโอเซอร์แฟกแทนท์โดยสายพันธุ์ E. cloacae ที่มีศักยภาพคือ การบ่มเป็นเวลา 36 ชั่วโมง การกวนที่ 150 รอบต่อนาที pH 7.5 อุณหภูมิ 37 °C ความเค็ม 1 ppt กลูโคส 2% เป็นแหล่งคาร์บอน ยีสต์ 1% สารสกัดถูกใช้เป็นแหล่งไนโตรเจนเพื่อให้ได้ไบโอเซอร์แฟกแทนท์ 2.61 กรัม/ลิตร นอกจากนี้ ไบโอเซอร์แฟกแทนท์ยังได้รับการตรวจสอบลักษณะโดยใช้ TLC, FTIR และ MALDI-TOF-MS ซึ่งยืนยันว่าแรมโนลิปิดเป็นไบโอเซอร์แฟกแทนท์ ไบโอเซอร์แฟกแทนท์ไกลโคลิปิดเป็นกลุ่มที่ได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นที่สุดในบรรดาไบโอเซอร์แฟกแทนท์ประเภทอื่นๆ55 พวกมันประกอบด้วยส่วนของคาร์โบไฮเดรตและไขมัน โดยส่วนใหญ่เป็นโซ่กรดไขมัน ในบรรดาไกลโคลิปิด ตัวแทนหลักคือแรมโนลิปิดและโซโฟโรลิปิด56 แรมโนลิปิดประกอบด้วยโมเลกุลแรมโนสสองโมเลกุลที่เชื่อมต่อกับกรดโมโน- หรือได-β-ไฮดรอกซีเดคาโนอิก 57 การใช้แรมโนลิปิดในอุตสาหกรรมการแพทย์และเภสัชกรรมเป็นที่ยอมรับกันดี 58 นอกเหนือจากการใช้เป็นยาฆ่าแมลงเมื่อไม่นานมานี้ 59
ปฏิสัมพันธ์ของไบโอเซอร์แฟกแทนท์กับบริเวณที่ไม่ชอบน้ำของท่อหายใจทำให้สามารถส่งน้ำผ่านช่องปากได้ ส่งผลให้ตัวอ่อนสัมผัสกับสภาพแวดล้อมทางน้ำมากขึ้น การมีอยู่ของไบโอเซอร์แฟกแทนท์ยังส่งผลต่อท่อลม ซึ่งมีความยาวใกล้กับผิวน้ำ ทำให้ตัวอ่อนคลานขึ้นสู่ผิวน้ำและหายใจได้ง่ายขึ้น ส่งผลให้แรงตึงผิวของน้ำลดลง เนื่องจากตัวอ่อนไม่สามารถเกาะติดกับผิวน้ำได้ จึงตกลงไปที่ก้นถัง ทำให้แรงดันไฮโดรสแตติกเสียสมดุล ส่งผลให้สิ้นเปลืองพลังงานมากเกินไปและตายจากการจมน้ำ38,60 ผลลัพธ์ที่คล้ายกันนี้ได้จากการศึกษาของ Ghribi61 ซึ่งพบว่าไบโอเซอร์แฟกแทนท์ที่ผลิตโดย Bacillus subtilis มีฤทธิ์ฆ่าตัวอ่อนของ Ephestia kuehniella ในทำนองเดียวกัน ฤทธิ์ฆ่าตัวอ่อนของ Cx. Das และ Mukherjee23 ยังได้ประเมินผลของไลโปเปปไทด์แบบวงจรต่อตัวอ่อนของ quinquefasciatus อีกด้วย
ผลการศึกษาครั้งนี้เกี่ยวข้องกับฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดต่อยุง Cx. quinquefasciatus ซึ่งสอดคล้องกับผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้ ตัวอย่างเช่น มีการใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ใช้เซอร์แฟกตินเป็นพื้นฐานซึ่งผลิตโดยแบคทีเรียหลายชนิดในสกุล Bacillus และ Pseudomonas spp. รายงานก่อนหน้านี้บางฉบับ64,65,66 รายงานฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพลิโปเปปไทด์จาก Bacillus subtilis23 Deepali et al.63 พบว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดที่แยกได้จาก Stenotropomonas maltophilia มีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำอย่างมีประสิทธิภาพที่ความเข้มข้น 10 มก./ลิตร Silva et al.67 รายงานฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดต่อยุง Ae ที่ความเข้มข้น 1 กรัม/ลิตร Aedes aegypti Kanakdande et al. รายงานฉบับที่ 68 ระบุว่าไบโอเซอร์แฟกแทนท์ลิโปเปปไทด์ที่ผลิตโดย Bacillus subtilis ทำให้เกิดการตายโดยรวมในตัวอ่อนยุง Culex และปลวกด้วยส่วนประกอบลิโปฟิลิกของยูคาลิปตัส ในทำนองเดียวกัน Masendra et al. รายงานอัตราการตายของมดงาน (Cryptotermes cynocephalus Light.) ที่ 61.7% ในส่วนประกอบลิโปฟิลิก n-hexane และ EtOAc ของสารสกัดดิบ E.
Parthipan และคณะ 70 รายงานการใช้สารฆ่าแมลงไบโอเซอร์แฟกแทนท์ลิโปเปปไทด์ที่ผลิตโดย Bacillus subtilis A1 และ Pseudomonas stutzeri NA3 ต่อต้านยุง Anopheles Stephensi ซึ่งเป็นพาหะของปรสิตมาลาเรีย Plasmodium พวกเขาพบว่าตัวอ่อนและดักแด้มีชีวิตรอดได้นานขึ้น มีระยะเวลาวางไข่สั้นลง เป็นหมัน และมีอายุขัยสั้นลงเมื่อได้รับการรักษาด้วยไบโอเซอร์แฟกแทนท์ในความเข้มข้นต่างๆ ค่า LC50 ที่สังเกตได้ของไบโอเซอร์แฟกแทนท์ B. subtilis A1 คือ 3.58, 4.92, 5.37, 7.10 และ 7.99 มก./ลิตร สำหรับระยะตัวอ่อนต่างๆ (เช่น ตัวอ่อนระยะที่ I, II, III, IV และดักแด้) ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว ไบโอเซอร์แฟกแทนท์สำหรับระยะตัวอ่อน I-IV และระยะดักแด้ของ Pseudomonas stutzeri NA3 มีค่าเท่ากับ 2.61, 3.68, 4.48, 5.55 และ 6.99 มก./ลิตร ตามลำดับ เชื่อว่าการเปลี่ยนแปลงทางฟีโนโลยีที่ล่าช้าของตัวอ่อนและดักแด้ที่รอดชีวิตเป็นผลมาจากความผิดปกติทางสรีรวิทยาและเมตาบอลิซึมอย่างมีนัยสำคัญที่เกิดจากการใช้สารฆ่าแมลง71
เชื้อ Wickerhamomyces anomalus สายพันธุ์ CCMA 0358 ผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่มีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำยุงลาย Aedes aegypti ได้ 100% ภายใน 24 ชั่วโมง 38 ซึ่งสูงกว่าที่รายงานโดย Silva et al. สารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ผลิตจาก Pseudomonas aeruginosa โดยใช้น้ำมันดอกทานตะวันเป็นแหล่งคาร์บอน แสดงให้เห็นว่าสามารถฆ่าลูกน้ำได้ 100% ภายใน 48 ชั่วโมง 67 Abinaya et al.72 และ Pradhan et al.73 ยังแสดงให้เห็นถึงฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำหรือฆ่าแมลงของสารลดแรงตึงผิวที่ผลิตโดยเชื้อแยกหลายสายพันธุ์ของสกุล Bacillus การศึกษาที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้โดย Senthil-Nathan et al. พบว่าลูกน้ำยุงที่สัมผัสกับบ่อบำบัดน้ำเสียจากพืชมีโอกาสตาย 100% 74
การประเมินผลกระทบของยาฆ่าแมลงในระดับต่ำกว่าระดับที่ทำให้ตายต่อชีววิทยาของแมลงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อโปรแกรมการจัดการศัตรูพืชแบบบูรณาการ เนื่องจากปริมาณ/ความเข้มข้นที่ต่ำกว่าระดับที่ทำให้ตายจะไม่ฆ่าแมลง แต่สามารถลดจำนวนประชากรแมลงในรุ่นต่อๆ ไปได้โดยการรบกวนลักษณะทางชีววิทยา10 Siqueira et al 75 สังเกตเห็นกิจกรรมการฆ่าตัวอ่อนอย่างสมบูรณ์ (อัตราการตาย 100%) ของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิด (300 มก./มล.) เมื่อทดสอบที่ความเข้มข้นต่างๆ ตั้งแต่ 50 ถึง 300 มก./มล. ในระยะตัวอ่อนของยุงลาย Aedes aegypti พวกเขาได้วิเคราะห์ผลกระทบของระยะเวลาการตายและความเข้มข้นที่ต่ำกว่าระดับที่ทำให้ตายต่อการอยู่รอดและกิจกรรมการว่ายน้ำของตัวอ่อน นอกจากนี้ พวกเขายังสังเกตเห็นการลดลงของความเร็วในการว่ายน้ำหลังจากสัมผัสกับความเข้มข้นที่ต่ำกว่าระดับที่ทำให้ตายของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (เช่น 50 มก./มล. และ 100 มก./มล.) เป็นเวลา 24-48 ชั่วโมง สารพิษที่มีบทบาทต่ำกว่าระดับที่ทำให้ตายที่น่าสนใจนั้นเชื่อว่าจะมีประสิทธิภาพมากกว่าในการก่อให้เกิดความเสียหายหลายอย่างต่อศัตรูพืชที่สัมผัส76
จากการสังเกตทางเนื้อเยื่อวิทยา ผลการศึกษาของเราบ่งชี้ว่าไบโอเซอร์แฟกแทนท์ที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 เปลี่ยนแปลงเนื้อเยื่อของตัวอ่อนยุง (Cx. quinquefasciatus) และตัวอ่อนปลวก (O. obesus) อย่างมีนัยสำคัญ Ochola77 ได้อธิบายถึงความผิดปกติที่คล้ายกันนี้จากการใช้สารสกัดจากน้ำมันโหระพาใน An. gambiae และ An. arabica Kamaraj et al.78 ยังได้อธิบายถึงความผิดปกติทางสัณฐานวิทยาแบบเดียวกันในตัวอ่อนของ An. Stephanie ที่สัมผัสกับอนุภาคนาโนทองคำ Vasantha-Srinivasan et al.79 ยังรายงานว่าน้ำมันหอมระเหยจากต้น Shepherd's Purse ทำลายชั้นโพรงและชั้นเยื่อบุผิวของ Aedes albopictus และ Aedes aegypti อย่างรุนแรง Raghavendran et al. รายงานว่าตัวอ่อนยุงที่ได้รับการรักษาด้วยสารสกัดไมซีเลียม 500 มก./มล. ของเชื้อรา Penicillium ในท้องถิ่น แสดงให้เห็นความเสียหายทางเนื้อเยื่อวิทยาอย่างรุนแรง Aedes aegypti และ Cx. อัตราการตาย 80 ก่อนหน้านี้ Abinaya และคณะได้ศึกษาตัวอ่อนระยะที่สี่ของยุงลาย Aedes aegypti ที่ได้รับการรักษาด้วยสารโพลีแซ็กคาไรด์จาก B. licheniformis และ Stephensi พบการเปลี่ยนแปลงทางเนื้อเยื่อวิทยาหลายอย่างในยุงลาย Aedes aegypti ที่ได้รับการรักษาด้วยสารโพลีแซ็กคาไรด์จาก B. licheniformis รวมถึงลำไส้ใหญ่ส่วนต้น กล้ามเนื้อฝ่อ ความเสียหาย และการจัดระเบียบของปมประสาทไขสันหลังที่ผิดปกติ72 ตามที่ Raghavendran และคณะกล่าวไว้ หลังจากได้รับการรักษาด้วยสารสกัดจากเส้นใยของ P. daleae เซลล์ลำไส้กลางของยุงที่ทดสอบ (ตัวอ่อนระยะที่ 4) แสดงให้เห็นการบวมของช่องลำไส้ การลดลงของสารภายในเซลล์ และการเสื่อมสภาพของนิวเคลียส81 การเปลี่ยนแปลงทางเนื้อเยื่อวิทยาแบบเดียวกันนี้พบในตัวอ่อนยุงที่ได้รับการรักษาด้วยสารสกัดจากใบเอคิเนเซีย ซึ่งบ่งชี้ถึงศักยภาพในการฆ่าแมลงของสารประกอบที่ใช้ในการรักษา50
การใช้ซอฟต์แวร์ ECOSAR ได้รับการยอมรับในระดับนานาชาติ82 งานวิจัยปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าความเป็นพิษเฉียบพลันของไบโอเซอร์แฟกแทนท์ ECOSAR ต่อสาหร่ายขนาดเล็ก (C. vulgaris) ปลา และไรน้ำ (D. magna) อยู่ในประเภท "ความเป็นพิษ" ตามที่องค์การสหประชาชาติกำหนดไว้83 แบบจำลองความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม ECOSAR ใช้ SAR และ QSAR เพื่อทำนายความเป็นพิษเฉียบพลันและระยะยาวของสารต่างๆ และมักใช้ในการทำนายความเป็นพิษของสารมลพิษอินทรีย์82,84
พาราฟอร์มาลดีไฮด์ สารละลายบัฟเฟอร์โซเดียมฟอสเฟต (pH 7.4) และสารเคมีอื่นๆ ทั้งหมดที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้ ซื้อจากบริษัท HiMedia Laboratories ประเทศอินเดีย
การผลิตไบโอเซอร์แฟกแทนท์ดำเนินการในขวด Erlenmeyer ขนาด 500 มล. ที่บรรจุอาหารเลี้ยงเชื้อ Bushnell Haas ปลอดเชื้อ 200 มล. เสริมด้วยน้ำมันดิบ 1% เป็นแหล่งคาร์บอนเพียงอย่างเดียว ทำการเพาะเลี้ยงเชื้อ Enterobacter cloacae SJ2 (1.4 × 10⁴ CFU/มล.) ในเครื่องเขย่าแบบวงโคจรที่อุณหภูมิ 37°C ความเร็ว 200 รอบต่อนาที เป็นเวลา 7 วัน หลังจากระยะเวลาการบ่มเพาะ ทำการสกัดไบโอเซอร์แฟกแทนท์โดยการปั่นเหวี่ยงอาหารเลี้ยงเชื้อที่ 3400×g เป็นเวลา 20 นาที ที่อุณหภูมิ 4°C และใช้สารละลายส่วนบนที่ได้สำหรับการคัดกรอง ขั้นตอนการเพิ่มประสิทธิภาพและลักษณะเฉพาะของไบโอเซอร์แฟกแทนท์นั้นนำมาจากงานวิจัยก่อนหน้าของเรา²⁶
ตัวอ่อนยุง Culex quinquefasciatus ได้รับมาจากศูนย์การศึกษาขั้นสูงด้านชีววิทยาทางทะเล (CAS) เมืองปาลันจิเปไต รัฐทมิฬนาฑู ประเทศอินเดีย ตัวอ่อนถูกเลี้ยงในภาชนะพลาสติกที่บรรจุน้ำปราศจากไอออนที่อุณหภูมิ 27 ± 2°C และช่วงเวลาแสงสว่าง 12:12 ชั่วโมง (แสงสว่าง:ความมืด) โดยให้ตัวอ่อนยุงกินสารละลายกลูโคส 10%
พบตัวอ่อนของยุง Culex quinquefasciatus ในถังบำบัดน้ำเสียแบบเปิดและไม่มีการป้องกัน ใช้แนวทางการจำแนกมาตรฐานเพื่อระบุและเพาะเลี้ยงตัวอ่อนในห้องปฏิบัติการ85 การทดลองฆ่าตัวอ่อนดำเนินการตามคำแนะนำขององค์การอนามัยโลก86 ตัวอ่อนระยะที่สี่ของยุง Culex quinquefasciatus ถูกเก็บรวบรวมในหลอดปิดเป็นกลุ่มขนาด 25 มล. และ 50 มล. โดยมีช่องว่างอากาศสองในสามของความจุ เติมสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (0–50 มก./มล.) ลงในแต่ละหลอดแยกกันและเก็บไว้ที่ 25 °C หลอดควบคุมใช้น้ำกลั่นเท่านั้น (50 มล.) ตัวอ่อนที่ตายแล้วถือว่าเป็นตัวอ่อนที่ไม่มีสัญญาณการว่ายน้ำในช่วงระยะเวลาฟักตัว (12–48 ชั่วโมง)87 คำนวณเปอร์เซ็นต์การตายของตัวอ่อนโดยใช้สมการ (1)88
วงศ์ปลวก Odontotermitidae ประกอบด้วยปลวกอินเดีย Odontotermes obesus ซึ่งพบในท่อนไม้เน่าที่วิทยาเขตเกษตร (มหาวิทยาลัยอันนามาลัย ประเทศอินเดีย) ทดสอบสารลดแรงตึงผิวชีวภาพนี้ (0–50 มก./มล.) โดยใช้ขั้นตอนปกติเพื่อตรวจสอบว่าเป็นอันตรายหรือไม่ หลังจากอบแห้งในกระแสลมแบบลามินาร์เป็นเวลา 30 นาที กระดาษ Whatman แต่ละแผ่นถูกเคลือบด้วยสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ความเข้มข้น 30, 40 หรือ 50 มก./มล. นำกระดาษที่เคลือบแล้วและไม่ได้เคลือบมาทดสอบและเปรียบเทียบกันตรงกลางจานเพาะเชื้อ แต่ละจานเพาะเชื้อมีปลวก O. obesus ที่มีชีวิตประมาณสามสิบตัว ปลวกกลุ่มควบคุมและกลุ่มทดสอบได้รับกระดาษเปียกเป็นแหล่งอาหาร จานเพาะเชื้อทั้งหมดถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องตลอดระยะเวลาการบ่ม ปลวกตายหลังจาก 12, 24, 36 และ 48 ชั่วโมง89,90 จากนั้นใช้สมการที่ 1 เพื่อประมาณเปอร์เซ็นต์การตายของปลวกที่ความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพต่างๆ (2).
ตัวอย่างถูกแช่เย็นและบรรจุในหลอดไมโครทิวบ์ที่มีบัฟเฟอร์โซเดียมฟอสเฟต 0.1 M ปริมาตร 100 มล. (pH 7.4) และส่งไปยังห้องปฏิบัติการพยาธิวิทยาการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำกลาง (CAPL) ของศูนย์การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำราชิฟ กานธี (RGCA) ห้องปฏิบัติการจุลพยาธิวิทยา อำเภอสิรกาลี จังหวัดมายิลาดุตทุไร รัฐทมิฬนาฑู ประเทศอินเดีย เพื่อทำการวิเคราะห์เพิ่มเติม ตัวอย่างถูกตรึงทันทีในพาราฟอร์มาลดีไฮด์ 4% ที่อุณหภูมิ 37°C เป็นเวลา 48 ชั่วโมง
หลังจากขั้นตอนการตรึงแล้ว วัสดุจะถูกล้างสามครั้งด้วยสารละลายบัฟเฟอร์โซเดียมฟอสเฟต 0.1 M (pH 7.4) จากนั้นทำการกำจัดน้ำออกทีละขั้นตอนด้วยเอทานอล และแช่ในเรซิน LEICA เป็นเวลา 7 วัน หลังจากนั้นจะนำสารไปใส่ในแม่พิมพ์พลาสติกที่บรรจุเรซินและสารเร่งปฏิกิริยา แล้วนำไปอบในเตาอบที่อุณหภูมิ 37°C จนกระทั่งบล็อกที่บรรจุสารนั้นแข็งตัวสมบูรณ์
หลังจากกระบวนการพอลิเมอไรเซชันเสร็จสิ้นแล้ว ได้ทำการตัดชิ้นเนื้อด้วยเครื่องไมโครโทม LEICA RM2235 (Rankin Biomedical Corporation 10,399 Enterprise Dr. Davisburg, MI 48,350, USA) ให้มีความหนา 3 มม. จากนั้นจัดเรียงชิ้นเนื้อลงบนสไลด์ โดยแต่ละสไลด์มี 6 ชิ้น นำสไลด์ไปตากให้แห้งที่อุณหภูมิห้อง แล้วย้อมด้วยฮีมาทอกซิลินเป็นเวลา 7 นาที และล้างด้วยน้ำไหลผ่านเป็นเวลา 4 นาที นอกจากนี้ ให้ทาสารละลายอีโอซินลงบนผิวหนังเป็นเวลา 5 นาที แล้วล้างออกด้วยน้ำไหลผ่านอีก 5 นาที
มีการคาดการณ์ความเป็นพิษเฉียบพลันโดยใช้สิ่งมีชีวิตในน้ำจากระดับเขตร้อนที่แตกต่างกัน ได้แก่ ค่า LC50 ของปลาที่ 96 ชั่วโมง ค่า LC50 ของ D. magna ที่ 48 ชั่วโมง และค่า EC50 ของสาหร่ายสีเขียวที่ 96 ชั่วโมง การประเมินความเป็นพิษของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดต่อปลาและสาหร่ายสีเขียวทำโดยใช้ซอฟต์แวร์ ECOSAR เวอร์ชัน 2.2 สำหรับ Windows ซึ่งพัฒนาโดยสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (มีให้ใช้งานออนไลน์ที่ https://www.epa.gov/tsca-screening-tools/ecological-struct-activity-relationships-ecosar-predictive-model)
การทดสอบฤทธิ์ฆ่าตัวอ่อนและฤทธิ์ต้านปลวกทั้งหมดดำเนินการซ้ำ 3 ครั้ง การวิเคราะห์การถดถอยแบบไม่เชิงเส้น (ลอการิทึมของตัวแปรการตอบสนองต่อปริมาณยา) ของข้อมูลอัตราการตายของตัวอ่อนและปลวกถูกนำมาใช้เพื่อคำนวณความเข้มข้นที่ทำให้ตายครึ่งหนึ่ง (LC50) พร้อมช่วงความเชื่อมั่น 95% และสร้างเส้นโค้งการตอบสนองต่อความเข้มข้นโดยใช้ Prism® (เวอร์ชัน 8.0, GraphPad Software Inc. , สหรัฐอเมริกา) 84, 91
งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากจุลินทรีย์ Enterobacter cloacae SJ2 ในฐานะสารฆ่าลูกน้ำยุงและสารต้านปลวก และงานวิจัยนี้จะช่วยให้เข้าใจกลไกการออกฤทธิ์ในการฆ่าลูกน้ำและต้านปลวกได้ดียิ่งขึ้น การศึกษาทางเนื้อเยื่อวิทยาของลูกน้ำที่ได้รับการบำบัดด้วยสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแสดงให้เห็นถึงความเสียหายต่อระบบทางเดินอาหาร ลำไส้ส่วนกลาง เปลือกสมอง และการเพิ่มจำนวนของเซลล์เยื่อบุผิวลำไส้ ผลลัพธ์: การประเมินความเป็นพิษของฤทธิ์ต้านปลวกและฆ่าลูกน้ำของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 เผยให้เห็นว่าจุลินทรีย์สายพันธุ์นี้มีศักยภาพในการเป็นสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพสำหรับการควบคุมโรคที่เกิดจากพาหะนำโรค เช่น ยุง (Cx quinquefasciatus) และปลวก (O. obesus) จำเป็นต้องมีความเข้าใจถึงความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้น งานวิจัยนี้เป็นพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการประเมินความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ
วันที่เผยแพร่: 9 เมษายน 2567