การใช้สารกำจัดศัตรูพืชสังเคราะห์อย่างแพร่หลายทำให้เกิดปัญหามากมาย รวมทั้งการเกิดจุลินทรีย์ที่ต้านทาน การทำลายสิ่งแวดล้อม และอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ ดังนั้น จึงเกิดจุลินทรีย์ชนิดใหม่ยาฆ่าแมลงที่ปลอดภัยต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อมเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างเร่งด่วน ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ใช้ไบโอเซอร์แฟกต์แรมโนลิปิดที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 เพื่อประเมินความเป็นพิษต่อลูกน้ำยุง (Culex quinquefasciatus) และปลวก (Odontotermes obesus) ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่ามีอัตราการตายขึ้นอยู่กับขนาดยาระหว่างการรักษาแต่ละครั้ง ค่า LC50 (ความเข้มข้นที่ทำให้ถึงตาย 50%) ที่ 48 ชั่วโมงสำหรับไบโอเซอร์แฟกต์ของปลวกและลูกน้ำยุงถูกกำหนดโดยใช้วิธีการปรับเส้นโค้งการถดถอยแบบไม่เชิงเส้น ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าค่า LC50 ที่ 48 ชั่วโมง (ช่วงความเชื่อมั่น 95%) ของกิจกรรมการฆ่าลูกน้ำและป้องกันปลวกของไบโอเซอร์แฟกต์คือ 26.49 มก./ล. (ช่วง 25.40 ถึง 27.57) และ 33.43 มก./ล. (ช่วง 31.09 ถึง 35.68) ตามลำดับ จากการตรวจทางพยาธิวิทยา พบว่าการรักษาด้วยสารลดแรงตึงผิวชีวภาพทำให้เนื้อเยื่อออร์แกเนลล์ของตัวอ่อนและปลวกได้รับความเสียหายอย่างรุนแรง ผลการศึกษาครั้งนี้บ่งชี้ว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากจุลินทรีย์ที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพและยอดเยี่ยมในการควบคุม Cx quinquefasciatus และ O. obesus
ประเทศในเขตร้อนมีโรคที่เกิดจากยุงเป็นจำนวนมาก1 โรคที่เกิดจากยุงมีความเกี่ยวข้องกันอย่างกว้างขวาง ประชากรมากกว่า 400,000 คนเสียชีวิตจากโรคมาลาเรียทุกปี และเมืองใหญ่บางแห่งกำลังประสบกับการระบาดของโรคร้ายแรง เช่น ไข้เลือดออก ไข้เหลือง ไข้ชิคุนกุนยา และไข้ซิกา2 โรคที่เกิดจากแมลงเป็นพาหะเกี่ยวข้องกับการติดเชื้อ 1 ใน 6 ทั่วโลก โดยยุงเป็นสาเหตุของโรคที่สำคัญที่สุด3, 4 ยุงลาย ยุงก้นปล่อง และยุงลาย เป็นยุง 3 สกุลที่มักเกี่ยวข้องกับการแพร่โรคมากที่สุด5 อุบัติการณ์ของไข้เลือดออกซึ่งเป็นโรคติดเชื้อที่แพร่กระจายโดยยุงลาย Aedes aegypti เพิ่มขึ้นในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาและก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อสุขภาพของประชาชนอย่างมาก4,7,8 ตามข้อมูลขององค์การอนามัยโลก (WHO) ประชากรมากกว่า 40% ของโลกมีความเสี่ยงต่อไข้เลือดออก โดยมีผู้ป่วยรายใหม่ 50–100 ล้านรายต่อปีในกว่า 100 ประเทศ9,10,11 ไข้เลือดออกกลายเป็นปัญหาสาธารณสุขที่สำคัญ เนื่องจากมีอุบัติการณ์เพิ่มขึ้นทั่วโลก12,13,14 ยุงก้นปล่องแอฟริกา หรือที่เรียกกันทั่วไปว่ายุงก้นปล่อง เป็นพาหะนำโรคมาลาเรียในมนุษย์ที่สำคัญที่สุดในเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน15 ไวรัสเวสต์ไนล์ โรคสมองอักเสบเซนต์หลุยส์ โรคสมองอักเสบญี่ปุ่น และการติดเชื้อไวรัสในม้าและนก แพร่กระจายโดยยุง Culex ซึ่งมักเรียกว่ายุงบ้าน นอกจากนี้ ยุง Culex ยังเป็นพาหะของโรคแบคทีเรียและปรสิต16 อีกด้วย ปลวกมีมากกว่า 3,000 สายพันธุ์ทั่วโลก และมีมานานกว่า 150 ล้านปี17 แมลงศัตรูพืชส่วนใหญ่อาศัยอยู่ในดินและกินไม้และผลิตภัณฑ์จากไม้ที่มีเซลลูโลส ปลวกอินเดีย Odontotermes obesus เป็นแมลงศัตรูพืชที่สำคัญซึ่งสร้างความเสียหายอย่างรุนแรงต่อพืชผลและต้นไม้ปลูกที่สำคัญ18 ในพื้นที่เกษตรกรรม การระบาดของปลวกในระยะต่างๆ สามารถสร้างความเสียหายทางเศรษฐกิจมหาศาลต่อพืชผล ต้นไม้ และวัสดุก่อสร้างต่างๆ ปลวกยังสามารถทำให้เกิดปัญหาด้านสุขภาพของมนุษย์ได้19.
ปัญหาของการดื้อยาจากจุลินทรีย์และแมลงศัตรูพืชในสาขาเภสัชกรรมและเกษตรกรรมในปัจจุบันมีความซับซ้อน20,21 ดังนั้น ทั้งสองบริษัทควรแสวงหาสารต้านจุลินทรีย์ที่คุ้มต้นทุนและสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพที่ปลอดภัย ปัจจุบันมีสารกำจัดศัตรูพืชสังเคราะห์และได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถติดเชื้อและขับไล่แมลงที่เป็นประโยชน์ซึ่งไม่ใช่เป้าหมายได้22 ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยเกี่ยวกับสารลดแรงตึงผิวชีวภาพได้ขยายตัวมากขึ้นเนื่องจากมีการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ สารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีประโยชน์และมีความสำคัญอย่างมากในเกษตรกรรม การฟื้นฟูดิน การสกัดปิโตรเลียม การกำจัดแบคทีเรียและแมลง และการแปรรูปอาหาร23,24 สารลดแรงตึงผิวชีวภาพหรือสารลดแรงตึงผิวจุลินทรีย์เป็นสารเคมีลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย ยีสต์ และเชื้อราในแหล่งที่อยู่อาศัยริมชายฝั่งและพื้นที่ปนเปื้อนน้ำมัน25,26 สารลดแรงตึงผิวที่ได้จากสารเคมีและสารลดแรงตึงผิวชีวภาพเป็นสองประเภทที่ได้มาจากสิ่งแวดล้อมธรรมชาติโดยตรง27 สารลดแรงตึงผิวชีวภาพหลายประเภทได้มาจากแหล่งที่อยู่อาศัยในทะเล28,29 ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงมองหาเทคโนโลยีใหม่สำหรับการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากแบคทีเรียธรรมชาติ30,31 ความก้าวหน้าในการวิจัยดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของสารประกอบชีวภาพเหล่านี้ในการปกป้องสิ่งแวดล้อม32 แบคทีเรีย Bacillus, Pseudomonas, Rhodococcus, Alcaligenes, Corynebacterium และแบคทีเรียสกุลเหล่านี้เป็นตัวแทนที่ได้รับการศึกษาอย่างดี23,33
สารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีหลายประเภทซึ่งมีการใช้งานที่หลากหลาย34 ข้อได้เปรียบที่สำคัญของสารประกอบเหล่านี้คือสารบางชนิดมีฤทธิ์ต้านแบคทีเรีย ฆ่าลูกน้ำ และฆ่าแมลง ซึ่งหมายความว่าสารเหล่านี้สามารถใช้ในอุตสาหกรรมเกษตร เคมีภัณฑ์ ยา และเครื่องสำอาง35,36,37,38 เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวชีวภาพโดยทั่วไปแล้วย่อยสลายได้ทางชีวภาพและเป็นประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม จึงถูกนำมาใช้ในโครงการจัดการศัตรูพืชแบบผสมผสานเพื่อปกป้องพืชผล39 ดังนั้น จึงได้รับความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำและปลวกของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจุลินทรีย์ที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 เราได้ตรวจสอบอัตราการตายและการเปลี่ยนแปลงทางเนื้อเยื่อวิทยาเมื่อสัมผัสกับสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดที่มีความเข้มข้นต่างกัน นอกจากนี้ เราได้ประเมินโปรแกรมคอมพิวเตอร์ Quantitative Structure-Activity (QSAR) ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ชื่อ Ecological Structure-Activity (ECOSAR) เพื่อกำหนดพิษเฉียบพลันสำหรับสาหร่ายขนาดเล็ก แดฟเนีย และปลา
ในการศึกษาครั้งนี้ ได้มีการทดสอบฤทธิ์ต้านปลวก (พิษ) ของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่บริสุทธิ์ในความเข้มข้นต่างๆ ตั้งแต่ 30 ถึง 50 มก./มล. (ทุกๆ 5 มก./มล.) กับปลวกอินเดีย O. obesus และปลวกสายพันธุ์ที่สี่ ) ประเมินผล ตัวอ่อนของยุงระยะ Cx ตัวอ่อนของยุง quinquefasciatus ความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ LC50 ในช่วงเวลา 48 ชั่วโมงกับ O. obesus และ Cx. C. solanacearum ตัวอ่อนของยุงได้รับการระบุโดยใช้วิธีการปรับเส้นโค้งการถดถอยแบบไม่เชิงเส้น ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าอัตราการตายของปลวกเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพเพิ่มขึ้น ผลการทดลองพบว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำ (รูปที่ 1) และฤทธิ์ป้องกันปลวก (รูปที่ 2) โดยมีค่า LC50 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) เมื่อพิจารณาถึงความเป็นพิษเฉียบพลัน (48 ชั่วโมง) สารลดแรงตึงผิวชีวภาพจัดอยู่ในประเภท “อันตราย” ต่อสิ่งมีชีวิตที่ทดสอบ สารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ผลิตขึ้นในการศึกษานี้มีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำได้ดีเยี่ยม โดยมีอัตราการตาย 100% ภายใน 24-48 ชั่วโมงหลังการสัมผัส
คำนวณค่า LC50 สำหรับกิจกรรมการฆ่าลูกน้ำ การปรับเส้นโค้งการถดถอยแบบไม่เชิงเส้น (เส้นทึบ) และช่วงความเชื่อมั่น 95% (พื้นที่แรเงา) สำหรับอัตราการตายสัมพันธ์ (%)
คำนวณค่า LC50 สำหรับกิจกรรมป้องกันปลวก การปรับเส้นโค้งการถดถอยแบบไม่เชิงเส้น (เส้นทึบ) และช่วงความเชื่อมั่น 95% (พื้นที่แรเงา) สำหรับอัตราการตายสัมพันธ์ (%)
เมื่อสิ้นสุดการทดลอง พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาและความผิดปกติภายใต้กล้องจุลทรรศน์ พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาในกลุ่มควบคุมและกลุ่มที่ได้รับการรักษาที่กำลังขยาย 40 เท่า ดังที่แสดงในรูปที่ 3 พบว่าการเจริญเติบโตลดลงในตัวอ่อนส่วนใหญ่ที่ได้รับการรักษาด้วยไบโอเซอร์แฟกแตนท์ รูปที่ 3a แสดง Cx. quinquefasciatus ปกติ รูปที่ 3b แสดง Cx. ที่ผิดปกติ ทำให้เกิดตัวอ่อนของไส้เดือนฝอย 5 ตัว
ผลของปริมาณ LC50 ที่ไม่เป็นอันตรายถึงชีวิตต่อการพัฒนาของตัวอ่อน Culex quinquefasciatus ภาพกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (a) ของ Cx ปกติที่กำลังขยาย 40 เท่า quinquefasciatus (b) Cx ผิดปกติ ทำให้เกิดตัวอ่อนของไส้เดือนฝอย 5 ตัว
ในการศึกษานี้ การตรวจสอบทางเนื้อเยื่อวิทยาของตัวอ่อนที่ได้รับการรักษา (รูปที่ 4) และปลวก (รูปที่ 5) เผยให้เห็นความผิดปกติหลายประการ รวมทั้งการลดลงของบริเวณช่องท้องและความเสียหายต่อกล้ามเนื้อ ชั้นเยื่อบุผิว และผิวหนัง ลำไส้กลาง การตรวจทางเนื้อเยื่อวิทยาเผยให้เห็นกลไกของกิจกรรมการยับยั้งของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ใช้ในการศึกษานี้
การตรวจทางพยาธิวิทยาของตัวอ่อน Cx ระยะที่ 4 ที่ไม่ได้รับการรักษาปกติ ตัวอ่อน quinquefasciatus (ตัวควบคุม: (a,b)) และได้รับการรักษาด้วยสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (การรักษา: (c,d)) ลูกศรระบุเยื่อบุลำไส้ (epi) นิวเคลียส (n) และกล้ามเนื้อ (mu) ที่ได้รับการรักษาแล้ว แถบ = 50 µm
การตรวจทางพยาธิวิทยาของ O. obesus ที่ไม่ได้รับการรักษาตามปกติ (กลุ่มควบคุม: (a,b)) และสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ได้รับการรักษา (กลุ่มควบคุม: (c,d)) ลูกศรระบุถึงเยื่อบุลำไส้ (epi) และกล้ามเนื้อ (mu) ตามลำดับ แถบ = 50 µm
ในการศึกษาครั้งนี้ ECOSAR ถูกใช้เพื่อคาดการณ์ความเป็นพิษเฉียบพลันของผลิตภัณฑ์ไบโอเซอร์แฟกแตนท์แรมโนลิปิดต่อผู้ผลิตหลัก (สาหร่ายสีเขียว) ผู้บริโภคหลัก (ไรน้ำ) และผู้บริโภครอง (ปลา) โปรแกรมนี้ใช้แบบจำลองโครงสร้าง-กิจกรรมเชิงปริมาณที่ซับซ้อนเพื่อประเมินความเป็นพิษโดยอาศัยโครงสร้างโมเลกุล แบบจำลองนี้ใช้ซอฟต์แวร์โครงสร้าง-กิจกรรม (SAR) เพื่อคำนวณความเป็นพิษเฉียบพลันและระยะยาวของสารต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตารางที่ 2 สรุปค่าความเข้มข้นเฉลี่ยที่ทำให้เกิดการตาย (LC50) และความเข้มข้นที่มีประสิทธิภาพเฉลี่ย (EC50) สำหรับสิ่งมีชีวิตหลายชนิด ความเป็นพิษที่คาดว่าจะเกิดขึ้นจะถูกแบ่งประเภทเป็น 4 ระดับโดยใช้ระบบการจำแนกประเภทและการติดฉลากสารเคมีที่ประสานงานกันทั่วโลก (ตารางที่ 3)
การควบคุมโรคที่แพร่กระจายโดยแมลง โดยเฉพาะยุงสายพันธุ์ Aedes ชาวอียิปต์ต้องทำงานหนัก 40,41,42,43,44,45,46 แม้ว่าสารเคมีกำจัดศัตรูพืชบางชนิด เช่น ไพรีทรอยด์และออร์กาโนฟอสเฟตจะมีประโยชน์บ้าง แต่ก็มีความเสี่ยงต่อสุขภาพของมนุษย์อย่างมาก เช่น โรคเบาหวาน โรคระบบสืบพันธุ์ โรคทางระบบประสาท มะเร็ง และโรคทางเดินหายใจ นอกจากนี้ เมื่อเวลาผ่านไป แมลงเหล่านี้อาจดื้อยาได้13,43,48 ดังนั้น มาตรการควบคุมทางชีวภาพที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจึงกลายเป็นวิธีการควบคุมยุงที่ได้รับความนิยมมากขึ้น49,50 Benelli51 แนะนำว่าการควบคุมยุงพาหะในระยะเริ่มต้นจะมีประสิทธิภาพมากกว่าในเขตเมือง แต่ไม่แนะนำให้ใช้สารกำจัดลูกน้ำในพื้นที่ชนบท52 Tom และคณะ 53 แนะนำว่าการควบคุมยุงในระยะเริ่มต้นจะเป็นกลยุทธ์ที่ปลอดภัยและเรียบง่าย เนื่องจากยุงมีความไวต่อสารควบคุมมากกว่า 54
การผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพโดยสายพันธุ์ที่มีศักยภาพ (Enterobacter cloacae SJ2) แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอและมีแนวโน้มดี การศึกษาครั้งก่อนของเราได้รายงานว่า Enterobacter cloacae SJ2 เพิ่มประสิทธิภาพการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพโดยใช้พารามิเตอร์ทางฟิสิกเคมี26 จากการศึกษาของพวกเขา พบว่าสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพโดยเชื้อแยก E. cloacae ที่มีศักยภาพคือการฟักเป็นเวลา 36 ชั่วโมง การเขย่าที่ความเร็ว 150 รอบต่อนาที ค่า pH 7.5 อุณหภูมิ 37 °C ความเค็ม 1 ppt กลูโคส 2% เป็นแหล่งคาร์บอน ยีสต์ 1% สารสกัดถูกใช้เป็นแหล่งไนโตรเจนเพื่อให้ได้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพ 2.61 g/L นอกจากนี้ ยังได้มีการกำหนดลักษณะของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพโดยใช้ TLC, FTIR และ MALDI-TOF-MS ซึ่งยืนยันว่าแรมโนลิปิดเป็นสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ สารลดแรงตึงผิวชีวภาพไกลโคลิปิดเป็นกลุ่มสารลดแรงตึงผิวชีวภาพประเภทอื่นที่ได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นที่สุด55 แรมโนลิปิดประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรตและส่วนไขมัน โดยส่วนใหญ่เป็นโซ่กรดไขมัน ในบรรดาไกลโคลิปิด แรมโนลิปิดและโซโฟโรลิปิดเป็นตัวแทนหลัก56 แรมโนลิปิดประกอบด้วยกลุ่มแรมโนส 2 กลุ่มที่เชื่อมโยงกับกรดโมโน- หรือ ได-β-ไฮดรอกซีเดกาโนอิก 57 การใช้แรมโนลิปิดในอุตสาหกรรมการแพทย์และเภสัชกรรมเป็นที่ยอมรับกันดี 58 นอกเหนือจากการใช้เป็นยาฆ่าแมลงล่าสุด 59
ปฏิกิริยาระหว่างสารลดแรงตึงผิวชีวภาพกับบริเวณไม่ชอบน้ำของท่อหายใจทำให้สามารถผ่านช่องเปิดของปากใบได้ ทำให้ตัวอ่อนสัมผัสกับสภาพแวดล้อมในน้ำมากขึ้น นอกจากนี้ การมีสารลดแรงตึงผิวชีวภาพยังส่งผลต่อหลอดลมซึ่งมีความยาวใกล้เคียงกับผิวน้ำ ทำให้ตัวอ่อนคลานขึ้นมาบนผิวน้ำและหายใจได้ง่ายขึ้น ส่งผลให้แรงตึงผิวของน้ำลดลง เนื่องจากตัวอ่อนไม่สามารถเกาะผิวน้ำได้ จึงตกลงไปที่ก้นถัง ส่งผลให้แรงดันไฮโดรสแตติกลดลง ส่งผลให้ใช้พลังงานมากเกินไปและจมน้ำตาย38,60 Ghribi61 ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายกัน โดยสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ผลิตโดยเชื้อ Bacillus subtilis แสดงฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำ Ephestia kuehniella ในทำนองเดียวกัน ฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำของ Cx. Das และ Mukherjee23 ยังได้ประเมินผลของไลโปเปปไทด์แบบวงแหวนต่อตัวอ่อนของ quinquefasciatus อีกด้วย
ผลการศึกษาครั้งนี้เกี่ยวข้องกับกิจกรรมการฆ่าลูกน้ำของไบโอเซอร์แฟกแตนท์แรมโนลิปิดต่อ Cx การฆ่ายุงควินเกฟาสเซียตัสสอดคล้องกับผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้ ตัวอย่างเช่น ใช้ไบโอเซอร์แฟกแตนท์ที่มีพื้นฐานเป็นสารลดแรงตึงผิวที่ผลิตโดยแบคทีเรียต่างๆ ในสกุล Bacillus และ Pseudomonas spp. รายงานเบื้องต้นบางฉบับ64,65,66 รายงานกิจกรรมการฆ่าลูกน้ำของไบโอเซอร์แฟกแตนท์ไลโปเปปไทด์จากเชื้อ Bacillus subtilis23 Deepali et al. 63 พบว่าไบโอเซอร์แฟกแตนท์แรมโนลิปิดที่แยกได้จาก Stenotropomonas maltophilia มีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำได้อย่างดีที่ความเข้มข้น 10 มก./ล. Silva et al. 67 รายงานกิจกรรมการฆ่าลูกน้ำของไบโอเซอร์แฟกแตนท์แรมโนลิปิดต่อ Ae ที่ความเข้มข้น 1 ก./ล. Aedes aegypti Kanakdande et al. 68 รายงานว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพไลโปเปปไทด์ที่ผลิตโดยเชื้อ Bacillus subtilis ทำให้เกิดการตายโดยรวมในตัวอ่อนของ Culex และปลวกที่มีเศษส่วนไลโปฟิลิกของยูคาลิปตัส ในทำนองเดียวกัน Masendra et al. 69 รายงานการตายของมดงาน (Cryptotermes cynocephalus Light.) ที่ 61.7% ในเศษส่วนไลโปฟิลิก n-hexane และ EtOAc ของสารสกัดหยาบของ E.
Parthipan et al 70 รายงานการใช้สารลดแรงตึงผิวชีวภาพไลโปเปปไทด์ที่ผลิตโดย Bacillus subtilis A1 และ Pseudomonas stutzeri NA3 เพื่อฆ่าแมลง Anopheles Stephensi ซึ่งเป็นพาหะของปรสิตมาลาเรีย Plasmodium พวกเขาสังเกตว่าตัวอ่อนและดักแด้มีชีวิตรอดนานขึ้น มีระยะเวลาวางไข่สั้นลง เป็นหมัน และมีอายุขัยสั้นลงเมื่อได้รับการรักษาด้วยสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่มีความเข้มข้นต่างกัน ค่า LC50 ที่สังเกตได้ของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ B. subtilis A1 คือ 3.58, 4.92, 5.37, 7.10 และ 7.99 มก./ล. สำหรับระยะตัวอ่อนที่แตกต่างกัน (เช่น ตัวอ่อน I, II, III, IV และดักแด้ระยะ) ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว ไบโอเซอร์แฟกแตนท์สำหรับระยะตัวอ่อน I-IV และระยะดักแด้ของ Pseudomonas stutzeri NA3 มีค่าเท่ากับ 2.61, 3.68, 4.48, 5.55 และ 6.99 มก./ล. ตามลำดับ เชื่อกันว่าสรีรวิทยาที่ล่าช้าของตัวอ่อนและดักแด้ที่รอดชีวิตนั้นเป็นผลมาจากการรบกวนทางสรีรวิทยาและการเผาผลาญอย่างมีนัยสำคัญที่เกิดจากการใช้สารกำจัดแมลง71
เชื้อรา Wickerhamomyces anomalus สายพันธุ์ CCMA 0358 ผลิตสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่มีฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำยุงลายได้ 100% ช่วงเวลา 24 ชั่วโมงของ Aegypti 38 สูงกว่าที่ Silva และคณะรายงาน สารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ผลิตจาก Pseudomonas aeruginosa โดยใช้น้ำมันดอกทานตะวันเป็นแหล่งคาร์บอนได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถฆ่าลูกน้ำได้ 100% ภายใน 48 ชั่วโมง 67 นอกจากนี้ Abinaya และคณะ72 และ Pradhan และคณะ73 ยังได้สาธิตผลฆ่าลูกน้ำหรือฆ่าแมลงของสารลดแรงตึงผิวที่ผลิตจากเชื้อแยกหลายสายพันธุ์ของสกุล Bacillus การศึกษาที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้โดย Senthil-Nathan และคณะพบว่าลูกน้ำยุงที่สัมผัสกับบ่อน้ำพืช 100% มีแนวโน้มที่จะตาย 74
การประเมินผลกระทบที่ไม่เป็นอันตรายของยาฆ่าแมลงต่อชีววิทยาของแมลงถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับโปรแกรมการจัดการศัตรูพืชแบบผสมผสาน เนื่องจากปริมาณ/ความเข้มข้นที่ไม่เป็นอันตรายไม่สามารถฆ่าแมลงได้ แต่สามารถลดจำนวนแมลงในรุ่นต่อๆ ไปได้โดยการทำลายลักษณะทางชีวภาพ10 Siqueira et al 75 สังเกตกิจกรรมการฆ่าลูกน้ำอย่างสมบูรณ์ (อัตราการตาย 100%) ของไบโอเซอร์แฟกแตนท์แรมโนลิปิด (300 มก./มล.) เมื่อทดสอบที่ความเข้มข้นต่างๆ ตั้งแต่ 50 ถึง 300 มก./มล. ระยะลูกน้ำของสายพันธุ์ Aedes aegypti พวกเขาวิเคราะห์ผลกระทบของเวลาจนถึงการตายและความเข้มข้นที่ไม่เป็นอันตรายต่อการอยู่รอดของลูกน้ำและกิจกรรมการว่ายน้ำ นอกจากนี้ พวกเขายังสังเกตเห็นการลดลงของความเร็วในการว่ายน้ำหลังจากสัมผัสกับไบโอเซอร์แฟกแตนท์ในความเข้มข้นที่ไม่เป็นอันตรายเป็นเวลา 24–48 ชั่วโมง (เช่น 50 มก./มล. และ 100 มก./มล.) สารพิษที่มีบทบาทที่ไม่เป็นอันตรายนั้นเชื่อกันว่ามีประสิทธิภาพมากกว่าในการสร้างความเสียหายหลายประการให้กับศัตรูพืชที่สัมผัสสารพิษ76
การสังเกตทางเนื้อเยื่อวิทยาของผลของเราบ่งชี้ว่าสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 เปลี่ยนแปลงเนื้อเยื่อของตัวอ่อนของยุง (Cx. quinquefasciatus) และปลวก (O. obesus) อย่างมีนัยสำคัญ ความผิดปกติที่คล้ายกันเกิดจากการเตรียมน้ำมันโหระพาใน An. gambiae และ An. arabica ซึ่งอธิบายโดย Ochola77 Kamaraj และคณะ78 ยังได้อธิบายความผิดปกติทางสัณฐานวิทยาเดียวกันใน An. Stephanie ตัวอ่อนสัมผัสกับอนุภาคนาโนทองคำ Vasantha-Srinivasan และคณะ79 ยังได้รายงานด้วยว่าน้ำมันหอมระเหยจากกระเป๋าของคนเลี้ยงแกะได้ทำลายห้องและชั้นเยื่อบุผิวของ Aedes albopictus อย่างรุนแรง Aedes aegypti Raghavendran และคณะรายงานว่าลูกน้ำยุงได้รับการรักษาด้วยสารสกัดไมซีเลียมในท้องถิ่น 500 มก./มล. Ae แสดงความเสียหายทางเนื้อเยื่อวิทยาอย่างรุนแรง Aegypti และ Cx. อัตราการตาย 80 ก่อนหน้านี้ Abinaya et al. ได้ศึกษาตัวอ่อนระยะที่ 4 ของยุง An Stephensi และ Ae. aegypti พบการเปลี่ยนแปลงทางเนื้อเยื่อวิทยาจำนวนมากในยุง Aedes aegypti ที่ได้รับการรักษาด้วย B. licheniformis exopolysaccharides รวมทั้งไส้ติ่งอักเสบ กล้ามเนื้อฝ่อ ความเสียหาย และการผิดปกติของปมประสาทสายประสาท72 ตามที่ Raghavendran et al. ระบุ หลังจากการรักษาด้วยสารสกัดจากไมซีเลีย P. daleae เซลล์ลำไส้กลางของยุงที่ทดสอบ (ตัวอ่อนระยะที่ 4) แสดงให้เห็นอาการบวมของลูเมนลำไส้ เนื้อหาภายในเซลล์ลดลง และการเสื่อมสลายของนิวเคลียส81 การเปลี่ยนแปลงทางเนื้อเยื่อวิทยาแบบเดียวกันนี้พบในตัวอ่อนยุงที่ได้รับสารสกัดจากใบอีคินาเซีย ซึ่งบ่งชี้ถึงศักยภาพในการฆ่าแมลงของสารที่ได้รับการบำบัด50
การใช้ซอฟต์แวร์ ECOSAR ได้รับการยอมรับในระดับนานาชาติ82 งานวิจัยปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าความเป็นพิษเฉียบพลันของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ ECOSAR ต่อสาหร่ายขนาดเล็ก (C. vulgaris) ปลา และไรน้ำ (D. magna) อยู่ในหมวดหมู่ "ความเป็นพิษ" ที่กำหนดโดยสหประชาชาติ83 แบบจำลองความเป็นพิษต่อระบบนิเวศของ ECOSAR ใช้ SAR และ QSAR เพื่อคาดการณ์ความเป็นพิษเฉียบพลันและระยะยาวของสารต่างๆ และมักใช้เพื่อคาดการณ์ความเป็นพิษของสารมลพิษอินทรีย์82,84
พาราฟอร์มาลดีไฮด์ บัฟเฟอร์โซเดียมฟอสเฟต (pH 7.4) และสารเคมีอื่นๆ ทั้งหมดที่ใช้ในการศึกษานี้ซื้อจาก HiMedia Laboratories ประเทศอินเดีย
การผลิตไบโอเซอร์แฟกเตอร์ดำเนินการในขวด Erlenmeyer ขนาด 500 มล. ที่บรรจุอาหารเลี้ยงเชื้อ Bushnell Haas ที่ผ่านการฆ่าเชื้อ 200 มล. เสริมด้วยน้ำมันดิบ 1% เป็นแหล่งคาร์บอนเพียงแหล่งเดียว เชื้อ Enterobacter cloacae SJ2 (1.4 × 104 CFU/มล.) จะถูกเพาะเชื้อและเพาะเลี้ยงในเครื่องเขย่าแบบวงโคจรที่อุณหภูมิ 37°C, 200 รอบต่อนาทีเป็นเวลา 7 วัน หลังจากระยะฟักตัว ไบโอเซอร์แฟกเตอร์จะถูกสกัดโดยการปั่นอาหารเลี้ยงเชื้อที่ 3400×g เป็นเวลา 20 นาทีที่อุณหภูมิ 4°C จากนั้นจึงใช้ส่วนเหนือตะกอนที่ได้เพื่อวัตถุประสงค์ในการคัดกรอง ขั้นตอนการปรับให้เหมาะสมและลักษณะเฉพาะของไบโอเซอร์แฟกเตอร์ได้รับการนำมาจากการศึกษาครั้งก่อนของเรา26
ตัวอ่อนของยุง Culex quinquefasciatus ได้รับจากศูนย์การศึกษาขั้นสูงด้านชีววิทยาทางทะเล (CAS) เมือง Palanchipetai รัฐทมิฬนาฑู (อินเดีย) ตัวอ่อนได้รับการเลี้ยงในภาชนะพลาสติกที่บรรจุน้ำดีไอออนไนซ์ที่อุณหภูมิ 27 ± 2°C และช่วงเวลาแสง 12:12 (สว่าง:มืด) ลูกน้ำยุงได้รับสารละลายกลูโคส 10%
พบตัวอ่อน Culex quinquefasciatus ในถังบำบัดน้ำเสียแบบเปิดและแบบไม่มีการป้องกัน ใช้แนวทางการจำแนกประเภทมาตรฐานในการระบุและเพาะเลี้ยงตัวอ่อนในห้องปฏิบัติการ85 การทดลองฆ่าตัวอ่อนดำเนินการตามคำแนะนำขององค์การอนามัยโลก86 SH ตัวอ่อนระยะที่สี่ของ quinquefasciatus ถูกเก็บรวบรวมในหลอดปิดเป็นกลุ่มละ 25 มล. และ 50 มล. โดยมีช่องว่างอากาศสองในสามของความจุ เติมสารลดแรงตึงผิวชีวภาพ (0–50 มก./มล.) ลงในแต่ละหลอดแยกกันและเก็บไว้ที่ 25 °C หลอดควบคุมใช้เฉพาะน้ำกลั่น (50 มล.) ตัวอ่อนที่ตายแล้วถือเป็นตัวอ่อนที่ไม่มีอาการว่ายน้ำในช่วงฟักตัว (12–48 ชั่วโมง)87 คำนวณเปอร์เซ็นต์การตายของตัวอ่อนโดยใช้สมการ (1)88
วงศ์ Odontotermitidae ได้แก่ ปลวกอินเดีย Odontotermes obesus ที่พบในท่อนไม้ที่เน่าเปื่อยในวิทยาเขตเกษตรกรรม (มหาวิทยาลัย Annamalai ประเทศอินเดีย) ทดสอบสารลดแรงตึงผิวชีวภาพนี้ (0–50 มก./มล.) โดยใช้ขั้นตอนปกติเพื่อพิจารณาว่าเป็นอันตรายหรือไม่ หลังจากทำให้แห้งด้วยกระแสลมแบบลามินาร์เป็นเวลา 30 นาที ให้เคลือบกระดาษ Whatman แต่ละแถบด้วยสารลดแรงตึงผิวชีวภาพในความเข้มข้น 30, 40 หรือ 50 มก./มล. ทดสอบและเปรียบเทียบแถบกระดาษที่เคลือบไว้ล่วงหน้าและไม่เคลือบที่บริเวณกลางจานเพาะเชื้อ จานเพาะเชื้อแต่ละจานมีปลวก O. obesus ที่ยังมีชีวิตอยู่ประมาณ 30 ตัว ปลวกควบคุมและปลวกทดสอบได้รับกระดาษเปียกเป็นแหล่งอาหาร จานทั้งหมดถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องตลอดช่วงฟัก ปลวกตายหลังจากผ่านไป 12, 24, 36 และ 48 ชั่วโมง89,90 จากนั้นใช้สมการ 1 เพื่อประมาณเปอร์เซ็นต์การตายของปลวกที่ความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพที่แตกต่างกัน (2).
ตัวอย่างถูกเก็บไว้ในน้ำแข็งและบรรจุในไมโครทิวบ์ที่มีบัฟเฟอร์โซเดียมฟอสเฟต 0.1 M จำนวน 100 มล. (pH 7.4) และส่งไปยังห้องปฏิบัติการพยาธิวิทยาการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำกลาง (CAPL) ของศูนย์เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ Rajiv Gandhi (RGCA) ห้องปฏิบัติการเนื้อเยื่อวิทยา Sirkali เขต Mayiladuthurai รัฐทมิฬนาฑู ประเทศอินเดีย เพื่อวิเคราะห์เพิ่มเติม ตัวอย่างถูกตรึงในพาราฟอร์มาลดีไฮด์ 4% ทันทีที่อุณหภูมิ 37°C เป็นเวลา 48 ชั่วโมง
หลังจากขั้นตอนการตรึง วัสดุจะถูกชะล้างด้วยบัฟเฟอร์โซเดียมฟอสเฟต 0.1 M (pH 7.4) สามครั้ง จากนั้นทำให้แห้งทีละขั้นตอนในเอธานอลและแช่ในเรซิน LEICA เป็นเวลา 7 วัน จากนั้นจึงวางวัสดุลงในแม่พิมพ์พลาสติกที่เต็มไปด้วยเรซินและพอลิเมอร์ไรเซอร์ แล้วจึงนำไปวางในเตาอบที่ให้ความร้อนถึง 37°C จนกระทั่งบล็อกที่มีสารนี้เกิดพอลิเมอร์ไรเซชันอย่างสมบูรณ์
หลังจากเกิดพอลิเมอไรเซชันแล้ว ให้ตัดบล็อกโดยใช้เครื่องไมโครโทม LEICA RM2235 (Rankin Biomedical Corporation 10,399 Enterprise Dr. Davisburg, MI 48,350, USA) จนมีความหนา 3 มม. ส่วนต่างๆ จะถูกจัดกลุ่มบนสไลด์ โดยแต่ละสไลด์มี 6 ส่วน สไลด์จะถูกทำให้แห้งที่อุณหภูมิห้อง จากนั้นย้อมด้วยเฮมาทอกซิลินเป็นเวลา 7 นาที แล้วล้างด้วยน้ำไหลเป็นเวลา 4 นาที นอกจากนี้ ให้ทาสารละลายอีโอซินบนผิวหนังเป็นเวลา 5 นาที แล้วล้างออกด้วยน้ำไหลเป็นเวลา 5 นาที
ความเป็นพิษเฉียบพลันได้รับการคาดการณ์โดยใช้สิ่งมีชีวิตในน้ำจากระดับเขตร้อนต่างๆ ได้แก่ LC50 ของปลา 96 ชั่วโมง LC50 ของ D. magna 48 ชั่วโมง และ EC50 ของสาหร่ายสีเขียว 96 ชั่วโมง ความเป็นพิษของไบโอเซอร์แฟกแตนท์แรมโนลิปิดต่อปลาและสาหร่ายสีเขียวได้รับการประเมินโดยใช้ซอฟต์แวร์ ECOSAR เวอร์ชัน 2.2 สำหรับ Windows ที่พัฒนาโดยสำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (เข้าถึงออนไลน์ได้ที่ https://www.epa.gov/tsca-screening-tools/ecological-struct-activity-relationships-ecosar-predictive-model)
การทดสอบทั้งหมดสำหรับฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำและป้องกันปลวกดำเนินการซ้ำสามครั้ง การถดถอยแบบไม่เชิงเส้น (ลอการิทึมของตัวแปรตอบสนองต่อปริมาณยา) ของข้อมูลการตายของลูกน้ำและปลวกดำเนินการเพื่อคำนวณความเข้มข้นที่เป็นอันตรายถึงชีวิตโดยเฉลี่ย (LC50) โดยมีช่วงความเชื่อมั่น 95% และสร้างกราฟการตอบสนองต่อความเข้มข้นโดยใช้ Prism® (เวอร์ชัน 8.0, GraphPad Software) Inc. , สหรัฐอเมริกา) 84, 91
การศึกษาปัจจุบันเผยให้เห็นศักยภาพของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพจากจุลินทรีย์ที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 ในฐานะสารฆ่าลูกน้ำยุงและสารป้องกันปลวก และงานวิจัยนี้จะช่วยให้เข้าใจกลไกการออกฤทธิ์ของสารฆ่าลูกน้ำยุงและสารป้องกันปลวกได้ดียิ่งขึ้น การศึกษาทางเนื้อเยื่อวิทยาของตัวอ่อนที่ได้รับการรักษาด้วยสารลดแรงตึงผิวชีวภาพพบว่ามีความเสียหายต่อระบบย่อยอาหาร ลำไส้ส่วนกลาง เปลือกสมอง และเซลล์เยื่อบุลำไส้มีการเจริญเติบโตเกินปกติ ผลการศึกษา: การประเมินพิษวิทยาของฤทธิ์ป้องกันปลวกและฆ่าลูกน้ำของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพแรมโนลิปิดที่ผลิตโดย Enterobacter cloacae SJ2 เผยให้เห็นว่าเชื้อแยกชนิดนี้เป็นสารกำจัดศัตรูพืชชีวภาพที่มีศักยภาพในการควบคุมโรคที่เกิดจากแมลงพาหะ ได้แก่ ยุง (Cx quinquefasciatus) และปลวก (O. obesus) มีความจำเป็นต้องทำความเข้าใจถึงพิษต่อสิ่งแวดล้อมที่เป็นพื้นฐานของสารลดแรงตึงผิวชีวภาพและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้น การศึกษาครั้งนี้ให้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการประเมินความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมของสารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพ
เวลาโพสต์ : 09-04-2024