การใช้สารกำจัดศัตรูพืชสังเคราะห์อย่างแพร่หลายก่อให้เกิดปัญหามากมาย รวมถึงการเกิดขึ้นของจุลินทรีย์ที่ต้านทาน การทำลายสิ่งแวดล้อม และอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ ดังนั้น จุลินทรีย์ชนิดใหม่ยาฆ่าแมลงจำเป็นต้องมีไบโอเซอร์แฟกต์ที่ปลอดภัยต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อมอย่างเร่งด่วน ในการศึกษานี้ ได้ใช้ไบโอเซอร์แฟกต์แรมโนลิปิดที่ผลิตโดยแบคทีเรีย Enterobacter cloacae SJ2 เพื่อประเมินความเป็นพิษต่อลูกน้ำยุง (Culex quinquefasciatus) และลูกน้ำปลวก (Odontotermes obesus) ผลการศึกษาพบว่าอัตราการตายขึ้นอยู่กับขนาดยาระหว่างการทดลองแต่ละครั้ง ค่า LC50 (ความเข้มข้นที่ทำให้ตาย 50%) ที่ 48 ชั่วโมงสำหรับไบโอเซอร์แฟกต์ของปลวกและลูกน้ำยุง คำนวณโดยใช้วิธี nonlinear regression curve fitting ผลการศึกษาพบว่าค่า LC50 ที่ 48 ชั่วโมง (ช่วงความเชื่อมั่น 95%) ของไบโอเซอร์แฟกต์มีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำและป้องกันปลวกเท่ากับ 26.49 มก./ลิตร (ช่วง 25.40 ถึง 27.57) และ 33.43 มก./ลิตร (ช่วง 31.09 ถึง 35.68) ตามลำดับ จากการตรวจทางจุลพยาธิวิทยา พบว่าการรักษาด้วยสารลดแรงตึงผิวชีวภาพก่อให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรงต่อเนื้อเยื่อออร์แกเนลล์ของตัวอ่อนและปลวก ผลการศึกษานี้ชี้ให้เห็นว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากจุลินทรีย์ที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 เป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมและมีประสิทธิภาพในการควบคุม Cx quinquefasciatus และ O. obesus
ประเทศในเขตร้อนมีโรคติดต่อจากยุงเป็นจำนวนมาก1 โรคที่เกิดจากยุงมีความเกี่ยวข้องอย่างกว้างขวาง มีผู้เสียชีวิตจากโรคมาลาเรียมากกว่า 400,000 คนในแต่ละปี และเมืองใหญ่บางแห่งกำลังประสบกับการระบาดของโรคร้ายแรง เช่น ไข้เลือดออก ไข้เหลือง ไข้ชิคุนกุนยา และไข้ซิกา2 โรคที่ติดต่อโดยแมลงวันผลไม้มีความเกี่ยวข้องกับการติดเชื้อหนึ่งในหกทั่วโลก โดยยุงเป็นสาเหตุของโรคที่สำคัญที่สุด3,4 ยุงรำคาญ ยุงก้นปล่อง และยุงลาย เป็นยุงสามสกุลที่มักเกี่ยวข้องกับการแพร่เชื้อมากที่สุด5 ความชุกของไข้เลือดออก ซึ่งเป็นโรคติดเชื้อที่ติดต่อโดยยุงลาย Aedes aegypti ได้เพิ่มขึ้นในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา และเป็นภัยคุกคามต่อสุขภาพของประชาชนอย่างมีนัยสำคัญ4,7,8 องค์การอนามัยโลก (WHO) ระบุว่าประชากรโลกมากกว่า 40% มีความเสี่ยงต่อโรคไข้เลือดออก โดยมีผู้ป่วยรายใหม่ 50-100 ล้านรายต่อปีในกว่า 100 ประเทศ9,10,11 ไข้เลือดออกกลายเป็นปัญหาสาธารณสุขที่สำคัญ เนื่องจากอุบัติการณ์ของโรคนี้เพิ่มขึ้นทั่วโลก12,13,14 ยุงก้นปล่อง (Anopheles gambiae) หรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อยุงก้นปล่องแอฟริกา เป็นพาหะนำโรคมาลาเรียในมนุษย์ที่สำคัญที่สุดในเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน15 ไวรัสเวสต์ไนล์ โรคสมองอักเสบเซนต์หลุยส์ โรคสมองอักเสบญี่ปุ่น และการติดเชื้อไวรัสในม้าและนก ล้วนแพร่เชื้อโดยยุง Culex หรือที่มักเรียกว่ายุงบ้าน นอกจากนี้ ยุง Culex ยังเป็นพาหะนำโรคแบคทีเรียและปรสิต16 อีกด้วย ปลวกมีมากกว่า 3,000 สายพันธุ์ทั่วโลก และมีมานานกว่า 150 ล้านปี17 ศัตรูพืชส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในดินและกินไม้และผลิตภัณฑ์จากไม้ที่มีเซลลูโลส ปลวกอินเดีย Odontotermes obesus เป็นศัตรูพืชสำคัญที่สร้างความเสียหายอย่างรุนแรงต่อพืชผลและต้นไม้ปลูกที่สำคัญ18 ในพื้นที่เกษตรกรรม การระบาดของปลวกในระยะต่างๆ สามารถสร้างความเสียหายทางเศรษฐกิจอย่างมหาศาลต่อพืชผล ต้นไม้ และวัสดุก่อสร้างต่างๆ ปลวกยังสามารถทำให้เกิดปัญหาด้านสุขภาพของมนุษย์ได้19.
ปัญหาการดื้อยาจากจุลินทรีย์และศัตรูพืชในสาขาเภสัชกรรมและเกษตรกรรมในปัจจุบันมีความซับซ้อน20,21 ดังนั้น ทั้งสองบริษัทจึงควรแสวงหาสารต้านจุลชีพชนิดใหม่ที่คุ้มค่าและสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพที่ปลอดภัย ปัจจุบันมีสารกำจัดศัตรูพืชสังเคราะห์วางจำหน่ายแล้วและได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถติดเชื้อและขับไล่แมลงที่เป็นประโยชน์ที่ไม่ใช่เป้าหมายได้22 ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา งานวิจัยเกี่ยวกับสารลดแรงตึงผิวชีวภาพได้ขยายตัวมากขึ้นเนื่องจากการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ สารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีประโยชน์และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเกษตร การฟื้นฟูดิน การสกัดปิโตรเลียม การกำจัดแบคทีเรียและแมลง และการแปรรูปอาหาร23,24 สารลดแรงตึงผิวชีวภาพหรือสารลดแรงตึงผิวจุลินทรีย์ คือสารเคมีลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย ยีสต์ และราในแหล่งที่อยู่อาศัยชายฝั่งและพื้นที่ปนเปื้อนน้ำมัน25,26 สารลดแรงตึงผิวและสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ได้จากสารเคมีเป็นสองประเภทที่ได้มาจากสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติโดยตรง27 สารลดแรงตึงผิวชีวภาพหลายชนิดได้มาจากแหล่งที่อยู่อาศัยทางทะเล28,29 ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงกำลังมองหาเทคโนโลยีใหม่ๆ สำหรับการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากแบคทีเรียธรรมชาติ30,31 ความก้าวหน้าในการวิจัยดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของสารประกอบชีวภาพเหล่านี้ต่อการปกป้องสิ่งแวดล้อม32 แบคทีเรีย Bacillus, Pseudomonas, Rhodococcus, Alcaligenes, Corynebacterium และแบคทีเรียสกุลเหล่านี้ เป็นตัวแทนที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง23,33
สารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีหลายประเภทและใช้งานได้หลากหลาย34 ข้อได้เปรียบที่สำคัญของสารประกอบเหล่านี้คือบางชนิดมีฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรีย ฆ่าลูกน้ำ และฆ่าแมลง ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้ในอุตสาหกรรมเกษตร เคมีภัณฑ์ ยา และเครื่องสำอาง35,36,37,38 เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวชีวภาพโดยทั่วไปสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและเป็นประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม จึงถูกนำมาใช้ในโครงการจัดการศัตรูพืชแบบผสมผสานเพื่อปกป้องพืชผล39 ดังนั้นจึงได้รับความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำและปลวกของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากจุลินทรีย์ที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 เราได้ตรวจสอบอัตราการตายและการเปลี่ยนแปลงทางจุลกายวิภาคศาสตร์เมื่อสัมผัสกับสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดที่ความเข้มข้นต่างๆ นอกจากนี้ เราได้ประเมินโปรแกรมคอมพิวเตอร์เชิงปริมาณโครงสร้างกิจกรรม (QSAR) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ชื่อ Ecological Structure-Activity (ECOSAR) เพื่อประเมินความเป็นพิษเฉียบพลันของสาหร่ายขนาดเล็ก ไรน้ำ และปลา
ในการศึกษานี้ ได้ทดสอบฤทธิ์ต้านปลวก (ความเป็นพิษ) ของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพบริสุทธิ์ที่ความเข้มข้นต่างๆ ตั้งแต่ 30 ถึง 50 มก./มล. (ที่ช่วง 5 มก./มล.) กับปลวกอินเดีย O. obesus และปลวกชนิดที่สี่ (ประเมิน) ตัวอ่อนของยุงระยะ Cx. ตัวอ่อนของยุงควินเควฟาสเซียตัส ความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ LC50 เป็นเวลา 48 ชั่วโมง เทียบกับ O. obesus และ Cx. C. solanacearum ตัวอ่อนยุงถูกระบุโดยใช้วิธีเส้นโค้งการถดถอยแบบไม่เชิงเส้น ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าอัตราการตายของปลวกเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่เพิ่มขึ้น ผลการทดลองพบว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำ (รูปที่ 1) และฤทธิ์ป้องกันปลวก (รูปที่ 2) โดยมีค่า LC50 ที่ 48 ชั่วโมง (95% CI) เท่ากับ 26.49 มก./ล. (25.40 ถึง 27.57) และ 33.43 มก./ล. (รูปที่ 31.09 ถึง 35.68) ตามลำดับ (ตารางที่ 1) ในด้านความเป็นพิษเฉียบพลัน (48 ชั่วโมง) สารลดแรงตึงผิวชีวภาพนี้จัดอยู่ในกลุ่ม "อันตราย" ต่อสิ่งมีชีวิตที่ทดสอบ สารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ผลิตในการศึกษานี้มีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำได้ดีเยี่ยม โดยมีอัตราการตาย 100% ภายใน 24-48 ชั่วโมงหลังการสัมผัส
คำนวณค่า LC50 สำหรับกิจกรรมการฆ่าลูกน้ำ การปรับเส้นโค้งการถดถอยแบบไม่เชิงเส้น (เส้นทึบ) และช่วงความเชื่อมั่น 95% (พื้นที่แรเงา) สำหรับอัตราการตายสัมพัทธ์ (%)
คำนวณค่า LC50 สำหรับกิจกรรมป้องกันปลวก การปรับเส้นโค้งการถดถอยแบบไม่เชิงเส้น (เส้นทึบ) และช่วงความเชื่อมั่น 95% (พื้นที่แรเงา) สำหรับอัตราการตายสัมพัทธ์ (%)
เมื่อสิ้นสุดการทดลอง พบการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาและความผิดปกติภายใต้กล้องจุลทรรศน์ พบการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาในกลุ่มควบคุมและกลุ่มที่ได้รับการบำบัดด้วยกำลังขยาย 40 เท่า ดังแสดงในรูปที่ 3 พบว่าตัวอ่อนส่วนใหญ่ที่ได้รับการบำบัดด้วยไบโอเซอร์แฟกต์เทนท์มีการเจริญเติบโตบกพร่อง รูปที่ 3a แสดง Cx. quinquefasciatus ปกติ รูปที่ 3b แสดง Cx ที่ผิดปกติ ทำให้เกิดตัวอ่อนไส้เดือนฝอย 5 ตัว
ผลของปริมาณสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (LC50) ในระดับไม่ถึงแก่ชีวิตต่อการพัฒนาของตัวอ่อนของยุง Culex quinquefasciatus ภาพจากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (a) ของ Cx ปกติที่กำลังขยาย 40 เท่า quinquefasciatus (b) Cx ผิดปกติ ทำให้เกิดตัวอ่อนของไส้เดือนฝอย 5 ตัว
ในการศึกษานี้ การตรวจทางจุลพยาธิวิทยาของตัวอ่อนที่ได้รับการรักษา (รูปที่ 4) และปลวก (รูปที่ 5) เผยให้เห็นความผิดปกติหลายประการ รวมถึงการลดลงของพื้นที่หน้าท้องและความเสียหายต่อกล้ามเนื้อ ชั้นเยื่อบุผิว และผิวหนัง ลำไส้กลาง การตรวจทางจุลพยาธิวิทยาเผยให้เห็นกลไกการยับยั้งฤทธิ์ของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ใช้ในการศึกษานี้
พยาธิวิทยาของตัวอ่อน Cx ระยะที่ 4 ที่ไม่ได้รับการรักษาปกติ ได้แก่ ตัวอ่อน quinquefasciatus (กลุ่มควบคุม: (a,b)) และได้รับการรักษาด้วยสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (กลุ่มทดลอง: (c,d)) ลูกศรแสดงเยื่อบุผิวลำไส้ (epi) นิวเคลียส (n) และกล้ามเนื้อ (mu) ที่ได้รับการรักษาแล้ว แถบ = 50 ไมโครเมตร
พยาธิวิทยาของ O. obesus ปกติที่ไม่ได้รับการรักษา (กลุ่มควบคุม: (a,b)) และสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ได้รับการรักษา (กลุ่มควบคุม: (c,d)) ลูกศรแสดงเยื่อบุผิวลำไส้ (epi) และกล้ามเนื้อ (mu) ตามลำดับ แถบ = 50 ไมโครเมตร
ในการศึกษานี้ ได้ใช้ ECOSAR เพื่อคาดการณ์ความเป็นพิษเฉียบพลันของผลิตภัณฑ์ชีวลดแรงตึงผิวแรมโนลิปิดต่อผู้ผลิตขั้นต้น (สาหร่ายสีเขียว) ผู้บริโภคขั้นต้น (ไรน้ำ) และผู้บริโภคขั้นที่สอง (ปลา) โปรแกรมนี้ใช้แบบจำลองเชิงปริมาณเชิงโครงสร้าง-กิจกรรมที่ซับซ้อนเพื่อประเมินความเป็นพิษโดยอาศัยโครงสร้างโมเลกุล แบบจำลองนี้ใช้ซอฟต์แวร์เชิงโครงสร้าง-กิจกรรม (SAR) เพื่อคำนวณความเป็นพิษเฉียบพลันและระยะยาวของสารต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตารางที่ 2 สรุปค่าความเข้มข้นเฉลี่ยที่ทำให้เสียชีวิต (LC50) และความเข้มข้นเฉลี่ยที่มีประสิทธิภาพ (EC50) โดยประมาณสำหรับสิ่งมีชีวิตหลายชนิด ความเป็นพิษที่สงสัยถูกจัดประเภทเป็นสี่ระดับโดยใช้ระบบการจำแนกประเภทและการติดฉลากสารเคมีที่เป็นระบบเดียวกันทั่วโลก (ตารางที่ 3)
การควบคุมโรคที่มีพาหะนำโรค โดยเฉพาะสายพันธุ์ยุงและยุงลาย (Aedes) ชาวอียิปต์ในปัจจุบันทำงานอย่างหนัก 40,41,42,43,44,45,46 แม้ว่าสารเคมีกำจัดศัตรูพืชบางชนิด เช่น ไพรีทรอยด์และออร์กาโนฟอสเฟต จะมีประโยชน์บ้าง แต่ก็มีความเสี่ยงอย่างมากต่อสุขภาพของมนุษย์ รวมถึงโรคเบาหวาน โรคระบบสืบพันธุ์ โรคทางระบบประสาท โรคมะเร็ง และโรคทางเดินหายใจ ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อเวลาผ่านไป แมลงเหล่านี้อาจดื้อยาได้13,43,48 ดังนั้น มาตรการควบคุมทางชีวภาพที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจะกลายเป็นวิธีการควบคุมยุงที่ได้รับความนิยมมากขึ้น49,50 Benelli51 เสนอว่าการควบคุมยุงพาหะนำโรคตั้งแต่ระยะแรกจะมีประสิทธิภาพมากกว่าในเขตเมือง แต่ไม่แนะนำให้ใช้สารกำจัดลูกน้ำในพื้นที่ชนบท52 Tom และคณะ53 ยังเสนอว่าการควบคุมยุงในระยะที่ยังไม่โตเต็มวัยจะเป็นกลยุทธ์ที่ปลอดภัยและง่ายดาย เนื่องจากยุงมีความไวต่อสารควบคุมมากกว่า54
การผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพโดยสายพันธุ์ที่มีศักยภาพ (Enterobacter cloacae SJ2) แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอและมีแนวโน้มที่ดี งานวิจัยก่อนหน้านี้ของเรารายงานว่า Enterobacter cloacae SJ2 เพิ่มประสิทธิภาพการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพโดยใช้พารามิเตอร์ทางฟิสิกเคมี26 จากการศึกษาพบว่าสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพโดยเชื้อ E. cloacae ที่มีศักยภาพคือการบ่มเพาะเป็นเวลา 36 ชั่วโมง การกวนที่ความเร็ว 150 รอบต่อนาที ค่า pH 7.5 อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส ความเค็ม 1 ppt กลูโคส 2% เป็นแหล่งคาร์บอน และยีสต์ 1% สารสกัดถูกใช้เป็นแหล่งไนโตรเจนเพื่อให้ได้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ 2.61 กรัม/ลิตร นอกจากนี้ ยังได้ศึกษาคุณสมบัติสารลดแรงตึงผิวชีวภาพโดยใช้ TLC, FTIR และ MALDI-TOF-MS ซึ่งยืนยันว่าแรมโนลิปิดเป็นสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ สารลดแรงตึงผิวชีวภาพไกลโคลิปิดเป็นสารลดแรงตึงผิวชีวภาพประเภทอื่นๆ ที่ได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นที่สุด55 ประกอบด้วยส่วนประกอบของคาร์โบไฮเดรตและไขมัน โดยส่วนใหญ่เป็นสายโซ่กรดไขมัน ในบรรดาไกลโคลิปิด แรมโนลิปิดและโซโฟโรลิปิดเป็นสารตัวแทนหลัก56 แรมโนลิปิดประกอบด้วยส่วนแรมโนสสองส่วนซึ่งเชื่อมโยงกับกรดโมโน- หรือ ได-β-ไฮดรอกซีเดคาโนอิก 57 การใช้แรมโนลิปิดในอุตสาหกรรมการแพทย์และเภสัชกรรมเป็นที่ทราบกันดี 58 นอกเหนือจากการใช้เป็นยาฆ่าแมลงในปัจจุบัน 59
ปฏิกิริยาระหว่างสารลดแรงตึงผิวชีวภาพกับบริเวณที่ไม่ชอบน้ำของไซฟอนทางเดินหายใจทำให้น้ำไหลผ่านช่องปากใบได้ ส่งผลให้ตัวอ่อนสัมผัสกับสภาพแวดล้อมทางน้ำมากขึ้น การมีสารลดแรงตึงผิวชีวภาพยังส่งผลกระทบต่อหลอดลมซึ่งมีความยาวใกล้เคียงกับผิวน้ำ ทำให้ตัวอ่อนคลานขึ้นมาหายใจบนผิวน้ำได้ง่ายขึ้น ส่งผลให้แรงตึงผิวของน้ำลดลง เนื่องจากตัวอ่อนไม่สามารถเกาะติดผิวน้ำได้ จึงตกลงสู่ก้นถัง ทำให้เกิดแรงดันไฮโดรสแตติกต่ำ ส่งผลให้ต้องใช้พลังงานมากเกินไปและจมน้ำตาย38,60 Ghribi61 ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน โดยสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ผลิตโดยแบคทีเรีย Bacillus subtilis มีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำ Ephestia kuehniella เช่นเดียวกับฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำ Cx. Das และ Mukherjee23 ยังได้ประเมินผลของไลโปเปปไทด์แบบวงแหวนต่อตัวอ่อนของ quinquefasciatus อีกด้วย
ผลการศึกษานี้เกี่ยวข้องกับฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิด (rhamnolipid biosurfactants) ต่อเชื้อ Cx การฆ่ายุงควินเควฟาสเซียตัสสอดคล้องกับผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้ ตัวอย่างเช่น การใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ผลิตจากแบคทีเรียหลายชนิดในสกุล Bacillus และ Pseudomonas spp. รายงานเบื้องต้นบางฉบับ64,65,66 รายงานฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพไลโปเปปไทด์จากเชื้อ Bacillus subtilis23 Deepali และคณะ63 พบว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดที่แยกได้จาก Stenotropomonas maltophilia มีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ความเข้มข้น 10 มิลลิกรัม/ลิตร Silva และคณะ67 รายงานฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดต่อเชื้อ Ae ที่ความเข้มข้น 1 กรัม/ลิตร Aedes aegypti. Kanakdande และคณะ 68 รายงานว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพไลโปเปปไทด์ที่ผลิตโดยแบคทีเรีย Bacillus subtilis ทำให้เกิดการตายโดยรวมในตัวอ่อน Culex และปลวกที่มีส่วนไลโปฟิลิกของยูคาลิปตัส เช่นเดียวกัน Masendra และคณะ 69 รายงานการตายของมดงาน (Cryptotermes cynocephalus Light.) 61.7% ในส่วนไลโปฟิลิก n-hexane และ EtOAc ของสารสกัดหยาบจาก E.
Parthipan และคณะ 70 รายงานการใช้สารกำจัดแมลงชนิดไลโปเปปไทด์ไบโอเซอร์แฟกต์ที่ผลิตโดยเชื้อ Bacillus subtilis A1 และ Pseudomonas stutzeri NA3 ต่อยุงก้นปล่อง Anopheles Stephensi ซึ่งเป็นพาหะของเชื้อมาลาเรีย Plasmodium พวกเขาพบว่าตัวอ่อนและดักแด้มีชีวิตยืนยาวขึ้น มีระยะเวลาวางไข่สั้นลง เป็นหมัน และมีอายุขัยสั้นลงเมื่อได้รับสารกำจัดแมลงชนิดไบโอเซอร์แฟกต์ความเข้มข้นต่างกัน ค่า LC50 ที่สังเกตได้ของสารกำจัดแมลงชนิดไบโอเซอร์แฟกต์ A1 จากเชื้อ B. subtilis อยู่ที่ 3.58, 4.92, 5.37, 7.10 และ 7.99 มิลลิกรัม/ลิตร สำหรับระยะตัวอ่อนที่แตกต่างกัน (เช่น ตัวอ่อนระยะ I, II, III, IV และระยะดักแด้) ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว ไบโอเซอร์แฟกต์สำหรับระยะตัวอ่อน I-IV และระยะดักแด้ของ Pseudomonas stutzeri NA3 มีค่าเท่ากับ 2.61, 3.68, 4.48, 5.55 และ 6.99 มิลลิกรัม/ลิตร ตามลำดับ เชื่อว่าฟีโนโลยีที่ล่าช้าของตัวอ่อนและดักแด้ที่รอดชีวิตเป็นผลมาจากความผิดปกติทางสรีรวิทยาและการเผาผลาญอย่างมีนัยสำคัญที่เกิดจากการใช้ยาฆ่าแมลง71
สายพันธุ์ CCMA 0358 ของ Wickerhamomyces anomalus ผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่มีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำยุงลายได้ 100% ช่วงเวลา 24 ชั่วโมงของ Aegypti สูงกว่าที่ Silva และคณะรายงานไว้ สารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ผลิตจากเชื้อ Pseudomonas aeruginosa โดยใช้น้ำมันดอกทานตะวันเป็นแหล่งคาร์บอน พบว่าสามารถฆ่าลูกน้ำได้ 100% ภายใน 48 ชั่วโมง 67 Abinaya และคณะ 72 และ Pradhan และคณะ 73 ยังได้แสดงให้เห็นถึงฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำหรือฆ่าแมลงของสารลดแรงตึงผิวที่ผลิตจากเชื้อ Bacillus หลายสายพันธุ์ การศึกษาที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้โดย Senthil-Nathan และคณะ พบว่าลูกน้ำยุงที่สัมผัสกับบ่อน้ำพืช 100% มีแนวโน้มที่จะตาย 74
การประเมินผลกระทบระดับต่ำกว่าอันตรายของยาฆ่าแมลงต่อชีววิทยาของแมลงเป็นสิ่งสำคัญยิ่งสำหรับโครงการจัดการศัตรูพืชแบบผสมผสาน เนื่องจากปริมาณ/ความเข้มข้นในระดับต่ำกว่าอันตรายไม่ได้ฆ่าแมลง แต่อาจลดจำนวนประชากรแมลงในรุ่นต่อๆ ไปโดยรบกวนลักษณะทางชีวภาพ10 Siqueira และคณะ 75 สังเกตฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำได้อย่างสมบูรณ์ (อัตราการตาย 100%) ของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิด (300 มก./มล.) เมื่อทดสอบที่ความเข้มข้นต่างๆ ตั้งแต่ 50 ถึง 300 มก./มล. ระยะตัวอ่อนของยุงลายสายพันธุ์ Aedes aegypti พวกเขาวิเคราะห์ผลกระทบของระยะเวลาก่อนตายและความเข้มข้นระดับต่ำกว่าอันตรายต่อการอยู่รอดของลูกน้ำและกิจกรรมการว่ายน้ำ นอกจากนี้ พวกเขายังสังเกตเห็นว่าความเร็วในการว่ายน้ำลดลงหลังจากสัมผัสกับสารลดแรงตึงผิวชีวภาพในระดับต่ำกว่าอันตรายเป็นเวลา 24-48 ชั่วโมง (เช่น 50 มก./มล. และ 100 มก./มล.) สารพิษที่มีฤทธิ์ระดับต่ำกว่าอันตรายมีแนวโน้มว่าจะมีประสิทธิภาพมากกว่าในการสร้างความเสียหายหลายอย่างต่อศัตรูพืชที่สัมผัสสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ76
การสังเกตทางจุลพยาธิวิทยาจากผลการศึกษาของเราบ่งชี้ว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 มีผลเปลี่ยนแปลงเนื้อเยื่อของตัวอ่อนยุง (Cx. quinquefasciatus) และปลวก (O. obesus) อย่างมีนัยสำคัญ ความผิดปกติที่คล้ายคลึงกันนี้เกิดจากการเตรียมน้ำมันโหระพาใน An. gambiae และ An. arabica ซึ่ง Ochola77 ได้อธิบายไว้ Kamaraj และคณะ78 ยังได้อธิบายความผิดปกติทางสัณฐานวิทยาเดียวกันในตัวอ่อนของ An. Stephanie ที่สัมผัสกับอนุภาคนาโนทองคำ Vasantha-Srinivasan และคณะ79 รายงานว่าน้ำมันหอมระเหยจากกระเป๋าของคนเลี้ยงแกะได้สร้างความเสียหายอย่างรุนแรงต่อห้องและชั้นเยื่อบุผิวของยุงลายบ้าน (Aedes albopictus) ยุงลายบ้าน (Aedes aegypti) Raghavendran และคณะรายงานว่าลูกน้ำยุงได้รับสารสกัดจากเชื้อรา Penicillium ท้องถิ่นความเข้มข้น 500 มก./มล. พบว่า Ae แสดงให้เห็นถึงความเสียหายทางจุลพยาธิวิทยาอย่างรุนแรง อัตราการตายของยุง Aedes aegypti ระยะที่ 4 ก่อนหน้านี้ Abinaya และคณะ ได้ศึกษาตัวอ่อนระยะที่ 4 ของยุง An Stephensi และ Ae. aegypti พบการเปลี่ยนแปลงทางจุลพยาธิวิทยาจำนวนมากในยุงลาย Aedes aegypti ที่ได้รับการรักษาด้วย B. licheniformis exopolysaccharides ได้แก่ ลำไส้ใหญ่ส่วนต้น กล้ามเนื้อลีบ ความเสียหาย และความผิดปกติของปมประสาทเส้นประสาท72 Raghavendran และคณะ ระบุว่า หลังจากการรักษาด้วยสารสกัดจากเส้นใย P. daleae เซลล์ลำไส้กลางของยุงที่ทดสอบ (ตัวอ่อนระยะที่ 4) มีอาการบวมของลูเมนลำไส้ ปริมาณสารภายในเซลล์ลดลง และการเสื่อมสลายของนิวเคลียส81 การเปลี่ยนแปลงทางจุลพยาธิวิทยาเดียวกันนี้พบในตัวอ่อนยุงที่ได้รับสารสกัดจากใบเอ็กไคนาเซีย ซึ่งบ่งชี้ถึงศักยภาพในการฆ่าแมลงของสารประกอบที่ได้รับการบำบัด50
การใช้ซอฟต์แวร์ ECOSAR ได้รับการยอมรับในระดับนานาชาติ82 งานวิจัยปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าความเป็นพิษเฉียบพลันของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ ECOSAR ต่อสาหร่ายขนาดเล็ก (C. vulgaris) ปลา และหมัดน้ำ (D. magna) อยู่ในประเภท “ความเป็นพิษ” ที่กำหนดโดยองค์การสหประชาชาติ83 แบบจำลองความเป็นพิษต่อระบบนิเวศของ ECOSAR ใช้ SAR และ QSAR เพื่อคาดการณ์ความเป็นพิษเฉียบพลันและระยะยาวของสารต่างๆ และมักใช้เพื่อคาดการณ์ความเป็นพิษของสารมลพิษอินทรีย์82,84
พาราฟอร์มาลดีไฮด์ บัฟเฟอร์โซเดียมฟอสเฟต (pH 7.4) และสารเคมีอื่นๆ ทั้งหมดที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้ซื้อจาก HiMedia Laboratories ประเทศอินเดีย
การผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพดำเนินการในขวดรูปกรวยขนาด 500 มล. บรรจุอาหารเลี้ยงเชื้อ Bushnell Haas ที่ผ่านการฆ่าเชื้อแล้ว 200 มล. เสริมด้วยน้ำมันดิบ 1% เป็นแหล่งคาร์บอนเพียงแหล่งเดียว เชื้อ Enterobacter cloacae SJ2 (1.4 × 104 CFU/มล.) ได้รับการเพาะเชื้อล่วงหน้าและเลี้ยงในเครื่องเขย่าแบบวงโคจรที่อุณหภูมิ 37°C ความเร็วรอบ 200 รอบต่อนาที เป็นเวลา 7 วัน หลังจากระยะฟักตัว สารลดแรงตึงผิวชีวภาพถูกสกัดโดยการปั่นเหวี่ยงอาหารเลี้ยงเชื้อที่ความเร็ว 3400×g เป็นเวลา 20 นาที ที่อุณหภูมิ 4°C และใช้ส่วนใสที่ได้เพื่อวัตถุประสงค์ในการคัดกรอง ขั้นตอนการปรับปรุงประสิทธิภาพและคุณลักษณะของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพได้นำมาจากการศึกษาก่อนหน้านี้ของเรา26
ตัวอ่อนยุง Culex quinquefasciatus ได้รับจากศูนย์ศึกษาขั้นสูงด้านชีววิทยาทางทะเล (CAS) เมืองปาลันชีเปไต รัฐทมิฬนาฑู (อินเดีย) เลี้ยงตัวอ่อนในภาชนะพลาสติกที่บรรจุน้ำดีไอออนไนซ์ที่อุณหภูมิ 27 ± 2°C และช่วงเวลาแสง 12:12 (สว่าง:มืด) ลูกน้ำยุงได้รับสารละลายกลูโคส 10%
พบตัวอ่อน Culex quinquefasciatus ในถังบำบัดน้ำเสียแบบเปิดและไม่มีการป้องกัน ใช้แนวทางการจำแนกประเภทมาตรฐานเพื่อระบุและเพาะเลี้ยงตัวอ่อนในห้องปฏิบัติการ85 การทดลองฆ่าลูกน้ำได้ดำเนินการตามคำแนะนำขององค์การอนามัยโลก86 SH เก็บตัวอ่อน quinquefasciatus ระยะที่สี่ในหลอดทดลองปิดเป็นกลุ่มขนาด 25 มล. และ 50 มล. โดยมีช่องว่างอากาศสองในสามของความจุ เติมสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (0-50 มก./มล.) ลงในแต่ละหลอดทดลองแยกกันและเก็บไว้ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส หลอดทดลองควบคุมใช้เฉพาะน้ำกลั่น (50 มล.) ตัวอ่อนที่ตายแล้วถือเป็นตัวอ่อนที่ไม่มีอาการว่ายน้ำในช่วงระยะฟักตัว (12-48 ชั่วโมง)87 คำนวณเปอร์เซ็นต์การตายของตัวอ่อนโดยใช้สมการ (1)88
วงศ์ Odontotermitidae ได้แก่ ปลวกอินเดีย Odontotermes obesus ซึ่งพบในท่อนซุงที่ผุพังที่วิทยาเขตเกษตรกรรม (มหาวิทยาลัย Annamalai ประเทศอินเดีย) ทดสอบสารลดแรงตึงผิวชีวภาพนี้ (0–50 มก./มล.) โดยใช้วิธีการปกติเพื่อพิจารณาว่าเป็นอันตรายหรือไม่ หลังจากอบแห้งในอากาศแบบลามินาร์เป็นเวลา 30 นาที กระดาษวอทแมนแต่ละแผ่นจะถูกเคลือบด้วยสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ความเข้มข้น 30, 40 หรือ 50 มก./มล. แถบกระดาษที่เคลือบไว้ล่วงหน้าและไม่เคลือบถูกนำมาทดสอบและเปรียบเทียบกันที่กึ่งกลางของจานเพาะเชื้อ แต่ละจานเพาะเชื้อมีปลวก O. obesus ที่ยังมีชีวิตอยู่ประมาณ 30 ตัว ปลวกกลุ่มควบคุมและกลุ่มทดสอบได้รับกระดาษเปียกเป็นแหล่งอาหาร จานเพาะเชื้อทั้งหมดถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องตลอดระยะฟักตัว ปลวกตายหลังจาก 12, 24, 36 และ 48 ชั่วโมง (89, 90) จากนั้นใช้สมการที่ 1 เพื่อประเมินเปอร์เซ็นต์การตายของปลวกที่ความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพต่างๆ (2).
ตัวอย่างถูกเก็บรักษาบนน้ำแข็งและบรรจุในหลอดไมโครทิวบ์บรรจุบัฟเฟอร์โซเดียมฟอสเฟต 0.1 โมลาร์ (pH 7.4) ขนาด 100 มล. และส่งไปยังห้องปฏิบัติการพยาธิวิทยาการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำกลาง (CAPL) ของศูนย์เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำราจีฟ คานธี (RGCA) ห้องปฏิบัติการจุลชีววิทยา สิรกาลี เขตมายีลาดูธูไร รัฐทมิฬนาฑู ประเทศอินเดีย เพื่อวิเคราะห์เพิ่มเติม ตัวอย่างถูกตรึงทันทีในพาราฟอร์มาลดีไฮด์ 4% ที่อุณหภูมิ 37°C เป็นเวลา 48 ชั่วโมง
หลังจากขั้นตอนการตรึงวัสดุแล้ว วัสดุจะถูกล้างด้วยบัฟเฟอร์โซเดียมฟอสเฟต 0.1 โมลาร์ (pH 7.4) สามครั้ง จากนั้นนำไปอบแห้งในเอทานอลทีละขั้นตอน และแช่ในเรซิน LEICA เป็นเวลา 7 วัน จากนั้นนำวัสดุไปวางในแม่พิมพ์พลาสติกที่บรรจุเรซินและพอลิเมอร์ไรเซอร์ไว้ แล้วนำไปอบในเตาอบที่อุณหภูมิ 37°C จนกระทั่งบล็อกที่บรรจุสารนี้เกิดการพอลิเมอร์อย่างสมบูรณ์
หลังจากการเกิดพอลิเมอไรเซชัน บล็อกจะถูกตัดโดยใช้เครื่องไมโครโทม LEICA RM2235 (Rankin Biomedical Corporation 10,399 Enterprise Dr. Davisburg, MI 48,350, USA) จนมีความหนา 3 มม. ส่วนต่างๆ จะถูกจัดกลุ่มบนสไลด์ โดยแต่ละสไลด์มีหกส่วน สไลด์จะถูกทำให้แห้งที่อุณหภูมิห้อง จากนั้นย้อมด้วยเฮมาทอกซิลินเป็นเวลา 7 นาที และล้างด้วยน้ำไหลผ่านเป็นเวลา 4 นาที จากนั้นทาสารละลายอีโอซินลงบนผิวหนังเป็นเวลา 5 นาที และล้างออกด้วยน้ำไหลผ่านเป็นเวลา 5 นาที
ความเป็นพิษเฉียบพลันได้รับการคาดการณ์โดยใช้สิ่งมีชีวิตในน้ำจากระดับน้ำทะเลเขตร้อนที่แตกต่างกัน ได้แก่ ค่า LC50 ของปลาที่ 96 ชั่วโมง, ค่า LC50 ของ D. magna ที่ 48 ชั่วโมง และค่า EC50 ของสาหร่ายสีเขียวที่ 96 ชั่วโมง การประเมินความเป็นพิษของไบโอเซอร์แฟกต์แรมโนลิปิดต่อปลาและสาหร่ายสีเขียวโดยใช้ซอฟต์แวร์ ECOSAR เวอร์ชัน 2.2 สำหรับระบบปฏิบัติการ Windows ที่พัฒนาโดยสำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (ดูข้อมูลเพิ่มเติมทางออนไลน์ได้ที่ https://www.epa.gov/tsca-screening-tools/ecological-struct-activity-relationships-ecosar-predictive-model)
การทดสอบฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำและป้องกันปลวกทั้งหมดดำเนินการซ้ำสามครั้ง ได้ทำการถดถอยแบบไม่เชิงเส้น (ค่า log ของตัวแปรตอบสนองปริมาณยา) ของข้อมูลการตายของลูกน้ำและปลวก เพื่อคำนวณค่ามัธยฐานของความเข้มข้นที่ทำให้ตาย (LC50) ที่ช่วงความเชื่อมั่น 95% และสร้างกราฟการตอบสนองความเข้มข้นโดยใช้ Prism® (เวอร์ชัน 8.0, GraphPad Software) Inc., สหรัฐอเมริกา) 84, 91
การศึกษานี้เผยให้เห็นศักยภาพของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากจุลินทรีย์ที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 ในฐานะสารฆ่าลูกน้ำและสารป้องกันปลวกยุง และงานวิจัยนี้จะช่วยให้เข้าใจกลไกการออกฤทธิ์ของสารฆ่าลูกน้ำและสารป้องกันปลวกได้ดียิ่งขึ้น การศึกษาทางจุลพยาธิวิทยาของตัวอ่อนที่ได้รับสารลดแรงตึงผิวชีวภาพพบว่ามีความเสียหายต่อระบบทางเดินอาหาร ลำไส้ส่วนกลาง เปลือกสมอง และภาวะเซลล์เยื่อบุผิวลำไส้เจริญเติบโตเกินขนาด ผลการศึกษา: การประเมินพิษวิทยาของฤทธิ์ต้านปลวกและกำจัดลูกน้ำของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 พบว่าเชื้อแยกชนิดนี้มีศักยภาพเป็นสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพสำหรับควบคุมโรคที่มียุงเป็นพาหะนำโรค (Cx quinquefasciatus) และปลวก (O. obesus) จึงมีความจำเป็นต้องทำความเข้าใจถึงความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้น การศึกษาครั้งนี้ให้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการประเมินความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ
เวลาโพสต์: 09 เม.ย. 2567