นักวิจัยค้นพบเป็นครั้งแรกว่า การกลายพันธุ์ของยีนในตัวเรือดสามารถนำไปสู่การดื้อต่อยาฆ่าแมลงได้ | ข่าวจากเวอร์จิเนียเทค

หลังสงครามโลกครั้งที่สอง ตัวเรือดได้แพร่ระบาดไปทั่วโลก แต่ในทศวรรษ 1950 พวกมันถูกกำจัดไปเกือบหมดด้วยยาฆ่าแมลงไดคลอโรไดฟีนิลไตรคลอโรอีเทน (DDT) สารเคมีชนิดนี้ถูกห้ามใช้ในภายหลัง นับตั้งแต่นั้นมา แมลงศัตรูพืชในเมืองชนิดนี้ได้กลับมาแพร่ระบาดอีกครั้งทั่วโลกและพัฒนาความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงหลายชนิดที่ใช้ในการควบคุมพวกมัน
งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Medical Entomology อธิบายรายละเอียดว่าทีมวิจัยจาก Virginia Tech นำโดย Warren Booth นักกีฏวิทยาเมือง ได้ค้นพบการกลายพันธุ์ของยีนที่อาจนำไปสู่การดื้อต่อยาฆ่าแมลงได้อย่างไร
ผลการค้นพบเหล่านี้เป็นผลมาจากการศึกษาที่บูธออกแบบให้แก่นักศึกษาปริญญาโท คามิลล์ บล็อก เพื่อพัฒนาทักษะของเธอในด้านการวิจัยระดับโมเลกุล
“มันเป็นเพียงการออกไปหาปลาโดยไม่มีเป้าหมายที่ชัดเจน” บูธ รองศาสตราจารย์ด้านกีฏวิทยาเมืองประจำวิทยาลัยเกษตรศาสตร์และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ โจเซฟ อาร์. และแมรี ดับเบิลยู. วิลสัน กล่าว
บูธ ผู้เชี่ยวชาญด้านศัตรูพืชในเมือง รู้มาก่อนแล้วเกี่ยวกับการกลายพันธุ์ของยีนในเซลล์ประสาทของแมลงสาบเยอรมันและแมลงหวี่ขาวที่ทำให้เกิดความต้านทานต่อยาฆ่าแมลง บูธแนะนำให้บรู๊ควิเคราะห์ตัวอย่างตัวเรือดหนึ่งตัวจากประชากรที่แตกต่างกัน 134 กลุ่ม ซึ่งรวบรวมโดยบริษัทกำจัดศัตรูพืชในอเมริกาเหนือระหว่างปี 2008 ถึง 2022 เพื่อตรวจสอบว่าพวกมันมีการกลายพันธุ์ของเซลล์แบบเดียวกันหรือไม่ ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าตัวเรือดสองตัวจากสองประชากรที่แตกต่างกันมีการกลายพันธุ์ดังกล่าว
“การค้นพบนี้เกิดขึ้นจากตัวอย่าง 24 ชิ้นล่าสุดของฉัน” บล็อก ผู้ศึกษาด้านกีฏวิทยาและเป็นสมาชิกของกลุ่มความร่วมมือด้านชนิดพันธุ์ต่างถิ่นรุกรานกล่าว “ฉันไม่เคยทำชีววิทยาระดับโมเลกุลมาก่อน ดังนั้นการเรียนรู้ทักษะเหล่านี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับฉัน”
เนื่องจากประชากรตัวเรือดมีความเป็นเนื้อเดียวกันทางพันธุกรรมสูงมาก ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการผสมพันธุ์ในหมู่ญาติ การเก็บตัวอย่างเพียงหนึ่งตัวอย่างจากแต่ละประชากรจึงมักเพียงพอที่จะเป็นตัวแทนของกลุ่มทั้งหมด อย่างไรก็ตาม เพื่อตรวจสอบว่าบร็อคได้ค้นพบการกลายพันธุ์จริงหรือไม่ บูธจึงทดสอบตัวอย่างทั้งหมดจากประชากรทั้งสองกลุ่มที่ระบุไว้
“เมื่อเราทำการทดสอบซ้ำกับบุคคลหลายคนในทั้งสองกลุ่มประชากร เราพบว่าพวกเขาทั้งหมดมียีนกลายพันธุ์นี้” บูธกล่าว “ดังนั้นพวกเขาจึงกลายเป็นพาหะของยีนกลายพันธุ์เหล่านี้ และยีนกลายพันธุ์เหล่านี้ก็เป็นยีนกลายพันธุ์เดียวกันกับที่เราพบในแมลงสาบเยอรมัน”
จากการวิจัยเกี่ยวกับแมลงสาบเยอรมัน บูธได้เรียนรู้ว่าความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงของพวกมันเกิดจากการกลายพันธุ์ของยีนในเซลล์ของระบบประสาท และกลไกเหล่านี้ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม
“มียีนตัวหนึ่งชื่อว่ายีน Rdl ยีนนี้พบในแมลงศัตรูพืชหลายชนิด และเกี่ยวข้องกับความต้านทานต่อยาฆ่าแมลงดีเอลดริน” บูธ นักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์ชีวภาพเฟรลินกล่าว “การกลายพันธุ์นี้มีอยู่ในแมลงสาบเยอรมันทุกตัว ที่น่าประหลาดใจคือ เราไม่พบประชากรกลุ่มใดเลยที่ไม่มียีนกลายพันธุ์นี้”
ตามที่บูธกล่าว ฟิโปรนิลและดีเอลดริน ซึ่งเป็นยาฆ่าแมลงที่พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการกำจัดตัวเรือดในห้องปฏิบัติการ มีกลไกการออกฤทธิ์เหมือนกัน ดังนั้นในทางทฤษฎี การกลายพันธุ์นี้อาจนำไปสู่การดื้อยาได้ทั้งสองชนิด ดีเอลดรินถูกห้ามใช้ตั้งแต่ทศวรรษ 1990 แต่ฟิโปรนิลยังคงใช้สำหรับการรักษาหมัดแบบทาเฉพาะที่ในสุนัขและแมว ไม่ได้ใช้สำหรับการควบคุมตัวเรือด
บูธตั้งข้อสงสัยว่าเจ้าของสัตว์เลี้ยงจำนวนมากที่ใช้ยาหยอดฟิโปรนิลในการรักษาสัตว์เลี้ยงของตน มักปล่อยให้แมวและสุนัขนอนร่วมกับพวกเขา ซึ่งทำให้ที่นอนสัมผัสกับสารตกค้างของฟิโปรนิล หากตัวเรือดเข้ามาในสภาพแวดล้อมเช่นนั้น พวกมันอาจสัมผัสกับฟิโปรนิลโดยไม่ตั้งใจ และมีแนวโน้มที่จะแพร่พันธุ์ของตัวเรือดสายพันธุ์นี้ในหมู่ประชากรได้
บูธกล่าวว่า "เราไม่ทราบว่าการกลายพันธุ์นี้เป็นสิ่งใหม่หรือไม่ เกิดขึ้นภายหลังในช่วงเวลานั้น หรือมีอยู่ในประชากรมาตั้งแต่ 100 ปีที่แล้ว"
ขั้นตอนต่อไปคือการขยายการค้นหาเพื่อตรวจจับการกลายพันธุ์เหล่านี้ไปทั่วโลก โดยเฉพาะในยุโรป และในสิ่งจัดแสดงในพิพิธภัณฑ์จากยุคต่างๆ เนื่องจากตัวเรือดมีอยู่มานานกว่าล้านปีแล้ว
ในเดือนพฤศจิกายนปี 2024 บูธแล็บส์กลายเป็นห้องปฏิบัติการแห่งแรกที่ประสบความสำเร็จในการถอดรหัสจีโนมทั้งหมดของตัวเรือดทั่วไป
“นี่เป็นครั้งแรกที่มีการถอดรหัสจีโนมของแมลงชนิดนี้” บูธกล่าว “เมื่อเราได้ลำดับจีโนมแล้ว เราก็สามารถศึกษาตัวอย่างในพิพิธภัณฑ์เหล่านี้ได้”
บูธตั้งข้อสังเกตว่าปัญหาของดีเอ็นเอจากพิพิธภัณฑ์คือมันแตกตัวเป็นชิ้นเล็กๆ อย่างรวดเร็ว แต่ปัจจุบันนักวิจัยมีแม่แบบระดับโครโมโซมที่ช่วยให้พวกเขาสามารถสกัดชิ้นส่วนเหล่านี้และจัดเรียงให้ตรงกับโครโมโซมเหล่านี้เพื่อสร้างยีนและจีโนมขึ้นใหม่ได้
บูธตั้งข้อสังเกตว่าห้องปฏิบัติการของเขาทำงานร่วมกับบริษัทกำจัดศัตรูพืช ดังนั้นงานวิเคราะห์ลำดับยีนของพวกเขาจะช่วยให้พวกเขาเข้าใจการแพร่กระจายของตัวเรือดไปทั่วโลกและวิธีการกำจัดพวกมันได้ดียิ่งขึ้น
เมื่อบร็อคได้พัฒนาทักษะด้านชีววิทยาโมเลกุลของเธอจนเชี่ยวชาญแล้ว เธอก็รู้สึกตื่นเต้นที่จะสานต่อการวิจัยเกี่ยวกับการวิวัฒนาการของเมืองต่อไป
“ผมชอบวิวัฒนาการ ผมว่ามันน่าสนใจมาก” บล็อกกล่าว “ผู้คนรู้สึกผูกพันกับสิ่งมีชีวิตในเมืองเหล่านี้ และผมคิดว่าการทำให้ผู้คนสนใจตัวเรือดนั้นง่ายกว่า เพราะพวกเขาอาจเคยพบเจอกับมันด้วยตัวเองมาแล้ว”
ลินด์เซย์ ไมเยอร์ส เป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกในภาควิชากีฏวิทยา และเป็นสมาชิกอีกคนหนึ่งของกลุ่มวิจัยของบูธที่เวอร์จิเนียเทค
มหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียเทค ในฐานะมหาวิทยาลัยระดับโลกที่ได้รับการสนับสนุนจากภาครัฐ แสดงให้เห็นถึงผลกระทบของตนโดยการส่งเสริมการพัฒนาอย่างยั่งยืนในชุมชนของเรา ในรัฐเวอร์จิเนีย และทั่วโลก