สารประกอบชีวภาพจากธรรมชาติแท้ๆ! ก้าวข้ามอุปสรรคทางเทคนิคด้านการดื้อยาของสารเคมีกำจัดไร!

สารกำจัดไรเป็นสารกำจัดศัตรูพืชประเภทหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคเกษตรกรรม อุตสาหกรรม และอุตสาหกรรมอื่นๆ โดยส่วนใหญ่ใช้เพื่อควบคุมไรทางการเกษตร หรือเห็บในปศุสัตว์หรือสัตว์เลี้ยง ทุกปีทั่วโลกประสบความสูญเสียอย่างมหาศาลเนื่องจากศัตรูพืชจำพวกไร ตามข้อมูลขององค์การอาหารและเกษตรแห่งสหประชาชาติ ร้อยละ 80 ของฝูงวัวทั่วโลกถูกเห็บรบกวน ซึ่งก่อให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจแก่ทั่วโลกประมาณ 7.3 พันล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปี ในอเมริกาใต้ ต้นถั่วเหลืองที่ได้รับความเสียหายจากไรแมงมุม Mononychellus planki McGregor (Acari: Tetranychidae) สูญเสียผลผลิตธัญพืชไปประมาณ 18.28% ในประเทศจีน พื้นที่ปลูกส้มเกือบ 40 ล้านเอเคอร์ก็ถูกไร Panonychus citri (McGregor) รบกวนเช่นกัน ดังนั้น ความต้องการสารกำจัดไรในตลาดโลกจึงเพิ่มขึ้นทุกปี ผลิตภัณฑ์กำจัดไร 8 อันดับแรกในตลาดปี 2018 ได้แก่ สไปโรดิโคลเฟน สไปโรเมทิโคน ไดอะเฟนไทอูรอน ไบเฟนาเซต ไพริดาเบน โพรพาร์ไจต์ เฮกซีไทอะซอกซ์ และเฟนไพรอกซิเมต โดยมียอดขายรวม 572 ล้านดอลลาร์สหรัฐ คิดเป็น 69.1% ของตลาดกำจัดไรทั้งหมด และคาดว่าขนาดตลาดจะสูงถึง 2 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2025 ขนาดตลาดของสารกำจัดไรมีแนวโน้มที่จะเติบโตขึ้น เนื่องจากพื้นที่เพาะปลูกทั่วโลกลดลง ประชากรเพิ่มขึ้น ความต้องการผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติเพิ่มขึ้น และความต้องการแนวทางการเกษตรที่ยั่งยืนก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน
จากการวิเคราะห์ตลาดสารกำจัดไรทั่วโลก พบว่าไรแดง ไรส้ม และไร Panonychus urmi เป็นไรศัตรูพืชที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจมากที่สุด โดยครองส่วนแบ่งตลาดมากกว่า 80% ไรชนิดอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ ไรแมงมุมเทียม (ส่วนใหญ่เป็นไรแมงมุมตัวเล็ก) ไรสนิม และไรปุ่มและไรแมลงวันม้า พืชผักและผลไม้ รวมถึงส้ม องุ่น ถั่วเหลือง ฝ้าย และข้าวโพด เป็นพืชหลักที่ใช้สารกำจัดไร
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวงจรชีวิตที่สั้น การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ เครื่องมือทางเมตาบอลิซึมที่เป็นเอกลักษณ์ และความสามารถในการปรับตัวเข้ากับสิ่งแวดล้อมได้ดีของไรกินพืช เช่น ไรแมงมุมและไรก้ามปู ทำให้ความต้านทานต่อสารฆ่าไรของพวกมันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ไรคิดเป็น 3 ใน 12 ของสัตว์ขาปล้องที่ต้านทานสารฆ่าไรที่ได้รับการรายงาน ในการใช้สารฆ่าไรทั่วโลก สารฆ่าไรเคมีแบบดั้งเดิม เช่น ออร์กาโนฟอสเฟต คาร์บาเมต ออร์กาโนคลอรีน และไพรีทรอยด์ ยังคงครองตำแหน่งที่โดดเด่น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แม้ว่าจะมีสารฆ่าไรที่มีประสิทธิภาพสูง เช่น ไบฟีนาเซตและอะเซตาฟีแนค ออกมาแล้ว แต่ปัญหาความเหมือนกันของสารฆ่าไรก็ยังคงร้ายแรงอยู่ ด้วยการใช้สารฆ่าไรเหล่านี้เป็นเวลานานและไม่ถูกหลักวิทยาศาสตร์ ไรกินพืชส่วนใหญ่จึงพัฒนาความต้านทานต่อสารฆ่าไรเคมีในท้องตลาดในระดับต่างๆ กัน และประสิทธิภาพของพวกมันก็ลดลงอย่างมาก ในทางกลับกัน ด้วยความสนใจที่เพิ่มมากขึ้นต่อประเด็นด้านสิ่งแวดล้อมและการเติบโตอย่างค่อยเป็นค่อยไปของเกษตรอินทรีย์ ความต้องการผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติเพื่อปกป้องพืชผลในตลาดโลกจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้น การพัฒนาสารกำจัดไรชีวภาพชนิดใหม่ที่มีความปลอดภัย มีประสิทธิภาพ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เป็นอันตรายต่อศัตรูธรรมชาติน้อย และปลอดภัย และไม่ก่อให้เกิดการดื้อยาได้ง่าย จึงเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่ง
จากข้อมูลข้างต้น จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่ภาคอุตสาหกรรมและการพัฒนาอุตสาหกรรมจะต้องใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบด้านทรัพยากรชีวภาพของจีนอย่างเต็มที่ เพื่อส่งเสริมการวิจัยและพัฒนาและการประยุกต์ใช้สารกำจัดไรชีวภาพ

1. ข้อมูลพื้นฐานด้านการวิจัยเกี่ยวกับอัลคาลอยด์เวอราโทรทรอล

เฮลเลบอร์ หรือที่รู้จักกันในชื่อหัวหอมภูเขา เฮลเลบอร์ดำ เป็นพืชสมุนไพรยืนต้น ในประเทศจีนเป็นพืชพื้นเมืองที่ใช้กำจัดแมลง ชาวบ้านมักขุดเหง้าของมันในช่วงฤดูเจริญเติบโตและนำมาต้มเป็นน้ำต้มอ่อนๆ เพื่อใช้ล้างตัวแกะ แพะ วัว และสัตว์เลี้ยงอื่นๆ รวมถึงใช้กำจัดตัวอ่อนของแมลงวันบ้านและปรสิตอื่นๆ ต่อมานักวิจัยพบว่าเฮลเลบอร์ยังมีประสิทธิภาพในการควบคุมศัตรูพืชอื่นๆ ได้ดีอีกด้วย ตัวอย่างเช่น สารสกัดเอทิลอะซิเตตจากเหง้าของเวราทรัมมีฤทธิ์ฆ่าแมลงที่ดีต่อตัวอ่อนระยะที่สองและสามของเพลี้ยอ่อน Plutella xylostella ในขณะที่สารสกัดอัลคาลอยด์เวราทรอลมีฤทธิ์ฆ่าแมลงในระดับหนึ่งต่อแมลงสาบเยอรมันตัวเต็มวัยและตัวอ่อนระยะที่สี่ ในขณะเดียวกัน นักวิจัยยังพบว่าสารสกัดจากเหง้าของเวราทรัมที่แตกต่างกันมีฤทธิ์ฆ่าไรได้ดี โดยเรียงลำดับจากสารสกัดเอทานอล > สารสกัดคลอโรฟอร์ม > สารสกัดเอ็น-บิวทานอล
อย่างไรก็ตาม วิธีการสกัดสารออกฤทธิ์เป็นปัญหาที่ยากลำบาก นักวิจัยชาวจีนมักใช้การสกัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิคโดยใช้แอมโมเนีย-คลอโรฟอร์มที่เป็นด่าง การสกัดด้วยน้ำ การสกัดด้วยการซึมผ่านของเอทานอล และการสกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์เหนือวิกฤต เพื่อให้ได้สารออกฤทธิ์จากเหง้าของต้นเวราโทรลีน ในบรรดาวิธีการเหล่านี้ วิธีการสกัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิคโดยใช้แอมโมเนีย-คลอโรฟอร์มที่เป็นด่างนั้นใช้ตัวทำละลายคลอโรฟอร์มที่เป็นพิษในปริมาณมาก แม้ว่าจะมีอัตราการสกัดค่อนข้างสูงก็ตาม วิธีการสกัดด้วยน้ำนั้นต้องสกัดหลายครั้ง ใช้น้ำปริมาณมาก และมีอัตราการสกัดต่ำ ส่วนวิธีการสกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์เหนือวิกฤตนั้น ไม่เพียงแต่มีอัตราการสกัดสูงเท่านั้น สารออกฤทธิ์ยังไม่ถูกทำลาย แต่ยังช่วยปรับปรุงฤทธิ์ทางยาและความบริสุทธิ์ของสารออกฤทธิ์ในผลิตภัณฑ์ที่ได้ให้ดีขึ้นอย่างมากอีกด้วย นอกจากนี้ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่เหลือจากการสกัดนั้นปลอดสารพิษและปราศจากตัวทำละลาย จึงไม่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ซึ่งสามารถช่วยลดมลภาวะทางสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากวิธีการสกัดแบบดั้งเดิม และได้รับการจัดอันดับให้เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการสกัดและการแยกสารที่ดีที่สุดสำหรับสรรพคุณทางยาของพืช อย่างไรก็ตาม กระบวนการผลิตที่มีความเสี่ยงสูงและต้นทุนที่สูงเป็นอุปสรรคต่อการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่
2. ความคืบหน้าด้านการวิจัยและพัฒนาสารอัลคาลอยด์เวอราโทรทรอล
การศึกษาเกี่ยวกับเทคโนโลยีการสกัดเวราโทรลัม เทคโนโลยีการสกัดร่วมนี้ใช้เวราโทรลัมซึ่งเป็นสมุนไพรจีนดั้งเดิมเป็นหลัก เสริมด้วยสมุนไพรธรรมชาติ โดยเตรียมเวราโทรทินและสารออกฤทธิ์อื่นๆ หลายชนิดร่วมกัน และในขณะเดียวกันก็ใช้ตัวทำละลายที่แตกต่างกันในการสกัดสมุนไพรอย่างต่อเนื่อง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำให้บริสุทธิ์และการตกตะกอนของสารออกฤทธิ์ในสมุนไพรให้ได้มากที่สุดในแต่ละขั้นตอน ทำให้ได้สารประกอบกลุ่มที่มีฟังก์ชันการทำงานแตกต่างกันหรือคล้ายคลึงกันจากวัตถุดิบชุดเดียวกัน ช่วยเพิ่มอัตราการใช้ประโยชน์จากวัตถุดิบสมุนไพร ลดต้นทุนการผลิต และเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันในตลาดอย่างมีนัยสำคัญ
การศึกษาเกี่ยวกับกลไกการออกฤทธิ์ของสารออกฤทธิ์ในเวราทรอล สารสกัดจากเหง้าเวราทรอลเป็นสารผสมที่มีส่วนประกอบออกฤทธิ์มากกว่าสิบชนิด เช่น เวราทรอล เรสเวราทรอล เวราโทรทอยน์ ไซโคลพามีน และเรสเวราทรอลออกไซด์ ซึ่งมีผลต่อระบบประสาทของศัตรูพืช
จากรายงานการวิจัยพบว่า ความเป็นพิษของสารสกัดนี้เกิดจากการเปิดช่องโซเดียมไอออน (Na+) ที่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า ซึ่งจะไปเปิดช่องแคลเซียมไอออน (Ca2+) ที่กระตุ้นด้วยแรงดันไฟฟ้า ส่งผลให้มีการปล่อยสารสื่อประสาทออกมา ช่องโซเดียมไอออนที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าเป็นส่วนสำคัญของการส่งสัญญาณในเซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อ สารออกฤทธิ์ในสารสกัด Veratrum สามารถทำให้เกิดความผิดปกติในช่องโซเดียมไอออน ส่งผลให้ความสามารถในการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์เปลี่ยนแปลงไป ทำให้เกิดอาการสั่น ช็อก และเสียชีวิตในที่สุด
ในขณะเดียวกัน นักวิชาการชาวฝรั่งเศสบางกลุ่มรายงานว่า สารอัลคาลอยด์เวอราโทรลีนสามารถยับยั้งเอนไซม์อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส (AChE) ของแมลงได้โดยไม่แข่งขันกัน เนื่องจากกลไกการออกฤทธิ์ที่แปลกใหม่ของสารอัลคาลอยด์เวอราโทรลีน ทำให้เกิดการโจมตีได้หลายจุด และไรจะปรับตัวเข้ากับยาที่มีกลไกการออกฤทธิ์หลายจุดผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของตัวเองได้ยาก ดังนั้นจึงไม่ค่อยเกิดการดื้อยา

เทคโนโลยีการเตรียมสารสกัดเหง้าเฮลเลบอร์ 0.1% CE ด้วยเทคโนโลยีการสกัดขั้นสูงและเทคโนโลยีการเตรียมที่ดีเยี่ยม ทำให้แรงตึงผิวของยาต่ำ สามารถห่อหุ้มตัวแมลงได้อย่างรวดเร็ว ส่งเสริมการซึมผ่านและการดูดซึมของสารละลายยา และเพิ่มประสิทธิภาพของสารออกฤทธิ์ มีความสามารถในการกระจายตัวในน้ำได้ดี และสารละลายมีความใสและเป็นเนื้อเดียวกันหลังการกระจายตัว เมื่อเจือจาง 1000 เท่า ใช้เวลาเพียง 44 วินาทีในการทำให้แผ่นผ้าใบเปียกชุ่มอย่างสมบูรณ์ และสามารถเปียกและซึมผ่านได้อย่างรวดเร็ว ข้อมูลความเสถียรจากการทดสอบการกระเจิงแสงหลายครั้งแสดงให้เห็นว่าสารสกัดเหง้าเวราทรัม 0.1% CE มีความเสถียรที่ดีและตรงตามสภาพแวดล้อมการใช้งานภาคสนามต่างๆ อย่างครบถ้วน
ความคืบหน้าการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการประยุกต์ใช้สารสกัดเหง้าว่านหางจระเข้ 0.1% CE
เทคโนโลยีใหม่นี้ได้ปรับปรุงคุณสมบัติการออกฤทธิ์เร็วของยาให้ดีขึ้นอย่างมาก เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีเดิม ผลิตภัณฑ์นี้ลดการใช้ส่วนผสมหลักเพียงชนิดเดียวลง ด้วยกระบวนการที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้ส่วนผสมในผลิตภัณฑ์มีมากขึ้น และผลลัพธ์จากการทำงานร่วมกันก็ชัดเจนยิ่งขึ้น
ในขณะเดียวกัน เมื่อใช้ร่วมกับสารเคมีกำจัดศัตรูพืชที่มีอยู่แล้ว ประการแรก สามารถลดจำนวนประชากรไรแดงได้อย่างมีนัยสำคัญ ลดปริมาณสารเคมีกำจัดศัตรูพืช และเพิ่มประสิทธิภาพในการควบคุม สรุปได้ว่า ในช่วงที่มีการระบาดของไรแดงในส้มอย่างรุนแรงในเมืองเหอโจว มณฑลกวางซี ประเทศจีน การฉีดพ่นสารสกัดจากเหง้าเวราทรัม 0.1% CE ร่วมกับเอทอกซาโซล 30% มีประสิทธิภาพภายใน 20 นาที ไม่พบแมลงที่มีชีวิตหลังจากฉีดพ่น 3 วัน และประสิทธิภาพในการควบคุมสามารถคงอยู่ได้มากกว่า 95% หลังจากฉีดพ่น 11 วัน ในระยะเริ่มต้นของการระบาดของไรแดงในส้มนาเวลพันธุ์รุ่ยจิน มณฑลเจียงซี สารสกัดจากเหง้าเวราทรัม 0.1% CE ร่วมกับเตตราไมซีนไบเฟนาเซต 30% ทำให้ไรแดงตายหมดภายใน 1 วันหลังการฉีดพ่น และไม่พบแมลงที่มีชีวิตหลังจากฉีดพ่น 3 วัน ประสิทธิภาพในการควบคุมใกล้เคียง 99% หลังจาก 16 วัน
ผลการทดสอบทางชีวภาพภาคสนามข้างต้นแสดงให้เห็นว่า ไม่ว่าจำนวนไรแดงจะมีมากหรือน้อย การใช้สารสกัดจากเหง้าของ Veratella vulgaris เพียงอย่างเดียว หรือการใช้ร่วมกับสารเคมี สามารถลดจำนวนไรแดงและเพิ่มประสิทธิภาพในการควบคุมศัตรูพืชด้วยสารเคมีได้ แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการควบคุมที่ดีเยี่ยม ในขณะเดียวกัน สารสกัดจากเหง้าของเฮลเลบอร์ (Hellebore) ก็ได้มาจากพืชเช่นกัน ในความเข้มข้นที่แนะนำ ปลอดภัยต่อการใช้ในระยะออกดอก ระยะติดผล และระยะผลอ่อนของพืชส่วนใหญ่ และไม่มีผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของลำต้น ดอก และผล ปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมต่อสิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช่เป้าหมาย เช่น ศัตรูธรรมชาติของไร และไม่มีการดื้อยาข้ามสายพันธุ์กับยาฆ่าแมลงและยาฆ่าไรที่มีอยู่ จึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการจัดการไรแบบบูรณาการ (IPM) และด้วยการลดการใช้สารเคมีกำจัดศัตรูพืช สารตกค้างของสารเคมีกำจัดศัตรูพืช เช่น อีทอกซาโซล สไปโรดิโคลเฟน และไบฟีนาเซต ในผลไม้ตระกูลส้มจึงเป็นไปตามมาตรฐาน “มาตรฐานความปลอดภัยด้านอาหารแห่งชาติของจีนว่าด้วยปริมาณสารตกค้างสูงสุดของสารเคมีกำจัดศัตรูพืชในอาหาร” “มาตรฐานขีดจำกัดสารตกค้างของสารเคมีกำจัดศัตรูพืชในอาหารของสหภาพยุโรป” และมาตรฐานขีดจำกัดสารตกค้างของสารเคมีกำจัดศัตรูพืชในอาหารของสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นการรับประกันที่มั่นคงสำหรับความปลอดภัยของอาหาร คุณภาพ และความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร
เทคโนโลยีการแก้ไขยีนส่งเสริมการพัฒนาอุตสาหกรรมของเฮลเลโบร์
เฮลเลบอร์เป็นสมุนไพรที่ใช้กันทั่วไปและเป็นพืชล้มลุกหลายปีในวงศ์ลิลลี่ (Liliaceae) เจริญเติบโตในภูเขา ป่า หรือพุ่มไม้ พบกระจายอยู่ในมณฑลซานซี เหอเป่ย เหอหนาน ซานตง เหลียวหนิง เสฉวน เจียงซู และสถานที่อื่นๆ ในประเทศจีน มีทรัพยากรธรรมชาติที่อุดมสมบูรณ์ จากการสำรวจพบว่าผลผลิตเฮลเลบอร์ทางการแพทย์ต่อปีอยู่ที่ประมาณ 300-500 ตัน และมีหลากหลายสายพันธุ์ เช่น เฮลเลบอร์ธรรมดา เฮลเลบอร์ซิงอัน เฮลเลบอร์เหมาซู และเฮลเลบอร์กู่หลิง โดยส่วนประกอบสำคัญของแต่ละสายพันธุ์ไม่เหมือนกัน
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีชีวภาพและการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับวัตถุดิบสมุนไพรของเฮลเลบอร์ การใช้เทคโนโลยีตัดต่อยีนเพื่อปรับปรุงสายพันธุ์เฮลเลบอร์ที่มีสรรพคุณทางยาและการเพาะปลูกเฮลเลบอร์ป่าในรูปแบบมนุษย์ได้ก้าวหน้าไปหลายขั้นตอน การเพาะปลูกเฮลเลบอร์สายพันธุ์ต่างๆ ในรูปแบบมนุษย์จะช่วยลดความเสียหายที่เกิดจากการขุดเฮลเลบอร์ป่าต่อทรัพยากรเชื้อพันธุกรรมได้อย่างมาก และส่งเสริมการพัฒนาอุตสาหกรรมเฮลเลบอร์ในด้านการเกษตรและการแพทย์ต่อไป
ในอนาคต คาดว่าสารสกัดจากเหง้าเฮลเลบอร์ธรรมชาติที่ได้จากพืชสมุนไพรจะค่อยๆ ลดการใช้สารเคมีกำจัดไรแบบดั้งเดิม และมีส่วนช่วยอย่างมากในการปรับปรุงคุณภาพและความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร ปรับปรุงสภาพแวดล้อมทางนิเวศวิทยาทางการเกษตร และรักษาความหลากหลายทางชีวภาพ