กลไกออกฤทธิ์สารกำจัดแมลง ตอนที่ 2

Thirasak Chuchoet • May 26, 2024

กลไกการออกฤทธิ์ของสารกำจัดแมลง ตอนที่ 2

ความต้านทานต่อสารกำจัดแมลง (ดื้อยา) แบ่งออกเป็น 3 ลักษณะ ดังนี้

1. ความต้านทานข้าม (Cross resistance)

ความต้านทานข้าม (Cross resistance)

เป็นกลไกความสามารถในการต้านทานสารกำจัดแมลงชนิดใดชนิดหนึ่งที่อยู่ในกลุ่มกลไกออกฤทธิ์ของสารกำจัดแมลง แล้วมีผลทำให้แมลงมีความสามารถต้านทานยาชนิดอื่นๆ ที่อยู่ภายในกลุ่มนั้นได้ ความต้านทานในลักษณะนี้จะมีกลไกการสร้างความต้านทานเพียงหนึ่งกลไกเท่านั้น หมายความว่า แมลงชนิดนั้นๆ มีกลไกต้านทาน (ด้ือยา) ต่อสารกำจัดแมลงหนึ่งชนิด แต่สามารถต้านทานสารชนิดอื่นภายในกลุ่มได้ แต่ไม่ต้านทานต่อสารกำจัดแมลงอื่นที่อยู่นอกกลุ่ม (ซึ่งจะกล่าวถึงการดื้อยานอกกลุ่มในหัวข้อความต้านทานถัดไป)

สาเหตุที่แมลงมีความต้านทานต่อสารกำจัดแมลงชนิดอื่นๆ ภายในกลุ่ม เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลของจุดจับ (binding site) จนทำให้สารกำจัดแมลงที่อยู่ในกลุ่มเดียวกันไม่สามารถจับจุดดังกล่าวได้ เพราะสารกำจัดแมลงที่อยู่ในกลุ่มเดียวกันจะมีโครงสร้างเคมีหลักเหมือนกัน ตัวอย่างเช่น

สารกำจัดแมลง กลุ่ม 5: มีโครงสร้างสารเคมี 1 ชนิด คือ สปินโนซีน (spinosyns) ซึ่งได้จากการหมักเชื้อจุลินทรีย์ประเภทแอคติโนมัยเซต (actinomycete) ชื่อ แซคคาโรพอลี่สปอร่า สไปโนซ่า (Saccharopolyspora spinosa) ที่อยู่ในดิน ได้สารสปินโนซีนออกมา มากกว่า 20 ชนิด แล้วนำไปสังเคราะห์ต่อเพิ่มเติม สารกำจัดแมลงที่อยู่ในกลุ่มสารเคมีสปีนโนซีน มีอยู่ 2 ชนิด คือ

1. สไปโนแซด (spinosad): เกิดจากสารสปินโนซีน ชนิด เอ (spinosyn type A) สูตรเคมี C₄₁H₆₅NO₁₀ และชนิด ดี (spinosyn type D) สูตรเคมี C₄₂H₆₇NO₁₀ ผสมกันในอัตราส่วน 17 ต่อ 3 ได้เป็นสารสปินโนซีน 2 ชนิดอยู่รวมกันเป็น spinosAD และเขียนใหม่ได้เป็น spinosad

2. สไปนีโทแรม (spinetoram): เกิดจากสารสปินโนซีน ชนิด เจ (spinosyn type J) สูตรเคมี C₄₀H₆₃NO₁₀ และชนิด แอล (spinosyn type L) สูตรเคมี C₄₁H₆₅NO₁₀ นำไปสังเคราะห์เพิ่มเติมได้เป็นสารอนุพันธ์ของสปินโนซีน ชนิด เจ และแอล ได้เป็นสาร spinetoram มีสูตรเคมี คือ C₄₂H₆₉NO₁₀ หรือ C₄₃H₆₉NO₁₀ (คาร์บอน (C) ต่างกัน 1 อะตอม)

กลไกออกฤทธิ์ของสารกำจัดแมลง แบ่งตามสรีระของแมลงศัตรูพืช เป็น 5 ระบบ คือ 1) ออกฤทธิ์ต่อระบบประสาทและกล้ามเนื้อ 2) ออกฤทธิ์ต่อระบบการหายใจระดับเซลล์ 3) ออกฤทธิ์ต่อระบบทางเดินอาหารส่วนกลาง 4) ออกฤทธิ์ต่อระบบการเจริญเติบโต และ 5) ยังไม่ทราบกลไกแน่ชัด

แมลงที่ต้านทานสารกำจัดแมลง กลุ่ม 5 เกิดจากกลไกความต้านทาน 2 สาเหตุ คือ 1) แมลงสังเคราะห์เอนไซม์ย่อยสลายสารกำจัดแมลงได้ดีขึ้น และ 2) เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของจุดจับของสารกำจัดแมลง ซึ่งกรณีสารกลุ่ม 5 การเปลี่ยนแปลงที่จุดจับพบบ่อยมากที่สุด โดยเกิดการเปลี่ยนแปลงโมเลกุลโปรตีนที่เป็นจุดจับ "ตัวคุมอัลโลสเตอริก ตำแหน่งวัน (allosteric modulator site I) หรืออีกชื่อ คือ มาโครไซคลิก แลกโตน (macrocyclic lactone site)" ของโปรตีนหน่วยย่อยอัลฟ่า (alpha subunit) ที่รวมตัวกับโปรตีนหน่วยย่อยอื่นๆ เป็นช่องผ่านตัวรับนิโคตินิกที่กระตุ้นการทำงานด้วยสารสื่อประสาทอะซีทิลโคลีน (nicotinic acetylcholine receptors: nAChR) เมื่อสารสไปนีโทแรมไม่สามารถจับที่จุดจับได้ สารสปีนโนแซดซึ่งมีโครงสร้างทางเคมีหลักเหมือนกันก็ไม่สามารถจับและออกฤทธิ์ได้เช่นกัน

ความต้านทานข้ามนี้ ยังมีผลต่อสารกำจัดแมลงที่มีโครงสร้างทางเคมีต่างกันด้วย เช่น สารกำจัดแมลง กลุ่ม 1A กับ 1B หรือ 3A กับ 3B

ภาพ: กลไกการทำงานของ "ช่องตัวรับนิโคตินิก ที่กระตุ้นการทำงานด้วยสารสื่อประสาท อะซีทิลโคลีน (nicotinic acetylcholine receptors; nAChR)", ช่องนี้เป็นกลุ่มของโปรตีนรวมตัวกันและเกิดช่องผ่านตรงกลาง แทรกตัวอยู่ในเยื้อหุ้มเส้นประสาท บริเวณส่วนหน้าโพสต์ไซแนปส์ติกนิวรอน ประกอบขึ้นจากโปรตีนหน่วยย่อย 5 หน่วย มี 4 ชนิด คือ หน่วยย่อยอัลฟ่า เบต้า แกมม่า และเดลต้า ซึ่งเป็นจุดที่สารสื่อประสาทเข้ามาจับ เพื่อกระตุ้นเปิดช่องให้ประจุไอออนบวกไหลเข้าสู่ภายในเซลล์ประสาท และเป็นจุดที่สารกำจัดแมลงเข้าจับเช่นกัน

สารกำจัดแมลง กลุ่ม 1 มีโครงสร้างสารเคมี 2 ชนิด คือ คาร์บาเมท จัดเป็นกลุ่ม 1A (สารในกลุ่มนี้ เช่น คาร์บาริล, เบนฟูราคาร์บ, ฟิโนบูคาร์บ ฯ) และออร์กาโนฟอสเฟต จัดเป็นกลุ่ม 1B (สารในกลุ่มนี้ เช่น ไดคลอวอส, โปรฟีโนฟอส, ไตรอะโซฟอส, พิริมิฟอส ฯ) แมลงที่มีความต้านทางสารกลุ่ม 1 เป็นผลมาจากเอนไซม์อะซีทิลโคลีนเอสเตอเรส (acetylcholine esterase) เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมี^[1] ซึ่งปกติเอนไซม์นี้จะมีหน้าที่ย่อยสลายสารสื่อประสาทอะซีทิลโคลีน และสารกลุ่ม 1A และ 1B มีกลไกจับที่เอนไซม์นี้และหยุด/ยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ แต่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเอนไซม์กลับทำให้เอนไซม์ดังกล่าวมีคุณสมบัติย่อยสลายสารกลุ่ม 1A และ 1B ได้

สารกำจัดแมลง กลุ่ม 3 มีโครงสร้างสารเคมี 2 ชนิดเช่นกัน คือ ไพริทรอยด์ /ไพริทริน จัดเป็นกลุ่ม 3A (สารในกลุ่มนี้ เช่น ไบเฟนทริน, ไซเพอร์เมทริน, แลมบ์ดาไซฮาโลทริน เดลต้าเมทริน ซีต้าไซเพอร์เมทริน ฯลฯ) และดีดีที จัดเป็นสารกลุ่ม 3B (สารในกลุ่มนี้ คือ ดีดีที [แบนทั่วโลก]) แมลงที่เกิดความต้านทานต่อสารดีดีที เกิดจากการกลายพันธุ์ของสารพันธุกรรม (ยีน) kdr ที่ควบคุมการแสดงออกของช่องผ่านศักย์ไฟฟ้าโซเดียม (voltage gated sodium channel) ทำให้เกิดความต้านทานต่อสารกลุ่มไพริทรอยด์ /ไพริทรินด้วย เพราะสารทั้ง 2 กลุ่ม ไม่สามารถจับที่จุดจับ "ตัวคุม (modulators) ของช่องผ่านศักย์ไฟฟ้าโซเดียม" ได้

ภาพจำลอง: กลไกการออกฤทธิ์ของสารกำจัดแมลง กลุ่ม 5 โดยจับที่ตัวคุมอัลโลสเตอริก ตำแหน่ง วัน ของช่อง nAChR ส่งผลให้ช่องเปิดตลอดวลาและประจุไอออนบวกไหลเข้าสู่เ้ส้นประสาท เกิดการกระตุ้นกระแสประสาทตลอดเวลา โดยกระแสประสาทนี้เกี่ยวข้องกับการหดตัวของกล้ามเนื้อ การกระตุ้นกระแสประสาทตลอดเวลา (hyperexcitation) ทำให้แมลงเป็นอัมพาต

อีกตัวอย่าง เป็นการสร้างความต้านทานข้าม แบบข้ามกลุ่มกลไกการออกฤทธิ์ เช่น เพลี้ยกระโดดสีน้ำตาลในนาข้าว (brown planthopper (BPH): Nilaparvata lugens Stal) ในประเทศไทยพบการแพร่ระบาดรุนแรงมาก (ครั้งที่ 4) ในช่วงปี พ.ศ. 2552-2554 ภายหลังจากนั้นมีรายงาน การสร้างความต้านทาน (ดื้อยา) ข้ามกลุ่มสารกำจัดแมลง ระหว่างกลุ่ม 4A กับ กลุ่ม 9 และเพลี้ยจักจั่นฝอยทุเรียน (durian leafhopper:Amrasca durianae Hongsaprug)^[2] แมลงทั้งคู่อยู่ในอันดับเฮมิพเทอร่า (Orde: Hemiptera) กลไกการสร้างความต้านทานต่อสารกำจัดแมลง กลุ่ม 4A ส่งผลให้เกิดความต้านทานต่อสารกลุ่ม 9 เนื่องจากกลไกความต้านทานนี้เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเอนไซม์ไซโตโครม พี450^[1] ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ใช้ย่อยสลายสารพิษได้อย่างกว้างขวางของแมลง (detoxification enzymes) ดังนั้น เมื่อแมลงสังเคราะห์เอนไซม์ดังกล่าวที่มีประสิทธิภาพในการย่อยสารกลุ่ม 4A ได้ดีและเกิดความต้านทานต่อสารกลุ่ม 4A เป็นผลให้เอนไซม์สามารถย่อยสารกำจัดกลุ่ม กลุ่ม 9 ได้ดีไปด้วย จึงเกิดความต้านทาน (ดื้อยา) ข้ามกลุ่มกลไกออกฤทธิ์^[3]

สาเหตุการต้านทานแบบข้าม

สาเหตุหลักมี 2 กลไก ตามที่ได้กล่าวข้างต้น คือ เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีของเอนไซม์ย่อยสลายสารกำจัดแมลงหรือสารพิษ^[1] และการกลายพันธุ์ของจุดจับ นอกจากนี้ยังมีกลไกอื่นด้วย แต่ไม่เด่นและชัดเจนมากนัก มักเป็นปัจจัยเสริม คือ การลดการซึมผ่านของสารเข้าสู่ร่างกายของแมลงและพฤติกรรมบางประการของแมลงที่เตือนภัยให้แมลงหลบหลีกพืชที่มีการพ่นสารกำจัดแมลง

^[1]เอนไซม์ที่มีบทบาทสำคัญในการสร้างความต้านทาน คือ เอนไซม์ไซโตโครม พี450 (Cytochrom P450: Cty. P450) เอนไซม์ Cyt. P450 บางชนิดมีคุณสมบัติไม่เฉพาะเจาะจงในการจับและทำปฏิกิริยา ซึ่งปกติเอนไซม์แต่ละชนิดจะค่อนข้างเจาะจงในการทำปฏิกิริยา เมื่อเอนไซม์ Cyt. P450 ทำปฏิกิริยาย่อยสลายสารกำจัดแมลงใดได้ดีเป็นพิเศษ สารอื่นๆ ที่มีโครงสร้างเคมีหลักเหมือนกันก็จะถูกย่อยสลายไปด้วย จึงทำให้เกิดความต้านทานข้าม

^[2]ผู้เขียนตั้งข้อสังเกตุ: ช่วงปี พ.ศ.2563-2564 ในเขตพื้นที่ จ.นครศรีธรรมราช พบการแพร่ระบาดของเพลี้ยจักจั่นฝอยทุเรียนรุนแรงในหลายพื้นที่ โดยทั่วไปชาวสวนจะมีการใช้สารกำจัดแมลง กลุ่ม 4A กับเพลี้ยไก่แจ้ทุเรียนและเพลี้ยจักจั่นฝอยทุเรียนอย่างต่อเนื่อง ทั้งในลักษณะการพ่นป้องกันก่อนการระบาดและกำจัดเมื่อพบการแพร่ระบาด โดยที่ก่อนหน้าปีนั้นและช่วงปีดังกล่าว สารกำจัดแมลง กลุ่ม 9 แทบจะไม่เป็นที่รู้จักของชาวสวนและร้านค้าในพื้นที่เลย อีกทั้งในพื้นที่อื่นๆ ของประเทศเองก็แทบจะไม่พบการใช้สารกลุ่ม 9 ต่อเมื่อผมได้เริ่มแนะนำชาวสวนให้หันมาใช้สารกลุ่ม 9 กลับพบว่าอัตราขั้นต้นในการใช้กำจัดเพลี้ยจักจั่นฝอยต้องปรับอัตราการใช้เป็น อัตรา 15 กรัม ต่อน้ำ 20 ลิตร (จากเดิมที่สารกลุ่ม 9 ออกจำหน่ายในประเทศใหม่ๆ ใช้อัตรา 5 กรัม ต่อน้ำ 20 ลิตร พ่นกำจัดเพลี้ยกระโดดสีน้ำตาล) และในห่วงเวลาสั้นๆ ราว 2 ปี ทั้งที่มีการสลับกลุ่มสารออกฤทธิ์และการใช้ยังไม่เป็นที่แพร่หลาย กลับต้องเพิ่มอัตราเป็น 20 กรัม ต่อน้ำ 20 ลิตร และต่อมาต้องใช้สารกลุ่ม 9 ร่วมกับสารกำจัดแมลงกลุ่มอื่น

^[3]เอนไซม์ไซโตโครม พี450 เมื่อสามารถย่อยสลายสารกลุ่ม 4A และ 9 ได้ดี ดังนั้น จึงมีแนวโน้มที่จะย่อยสลายสารกลุ่ม 4C, 4D, 4E และ 4F ด้วย

2. ความต้านทานข้ามหลายกลไก (Multiple resistance)

ความต้านทานข้ามหลายกลไก (Multiple resistance) เป็นความสามารถต้านทานสารกำจัดแมลง ที่พบว่า แมลงชนิดหนึ่งสามารถมีกลไกต้านทานสารได้มากกว่า 1 กลไก คือ สามารถต้านทานกลุ่มสารกำจัดแมลงได้มากกว่า 1 กลุ่ม ในแมลงชนิดเดียว ความสามารถนี้ทำให้แมลงสร้างความต้านทานต่อกลุ่มกลไกการออกฤทธิ์ได้หลากหลายกลุ่มสาร

3. ความต้านทานข้ามเชิงลบ (Negative cross resistance)

ความต้านทานข้ามเชิงลบ (Negative cross resistance) เกิดจากแมลงชนิดใดชนิดหนึ่งสร้างความต้านทานต่อสารกำจัดแมลงกลุ่มหนึ่งแล้ว ความต้านทานดังกล่าว "กลับส่งผลเชิงลบต่อแมลง" กล่าวคือ เมื่อแมลงต้านทานสารกลุ่มหนึ่งแล้ว กลไกความต้านทานนี้ไปทำให้แมลงเกิดความอ่อนแอต่อสารกำจัดแมลงกลุ่มอื่น

ปัจจัยที่มีอิทธิผลต่อการสร้างความต้านทาน (ดื้อยา) ของแมลง

ความเร็วในการพัฒนาสร้างความต้านทานต่อสารกำจัดแมลงขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยร่วมกัน ดังนี้

1. ความต้านทานเป็นสารพันธุกรรมเด่น (dominant gene): หากสารพันธุกรรม (ยีน) ที่แสดงออกถึงความต้านทานต่อสารกำจัดแมลงเป็นสารพันธุกรรมเด่น (ยีนเด่น) จะส่งเสริมให้แมลงสร้างความต้านทานได้เร็วกว่าปกติ

2. อายุของชั่วรุ่นหนึ่งๆ ของแมลง (generation): มีความสบสนกันมากในการนับช่วงอายุเพื่อสลับกลุ่มสารกำจัดแมลง ในการสลับกลุ่มนั้นมีการขยายความกันมากและแบ่งออกเป็น 2 แนวทาง คือ 1) การสลับกลุ่มสารตามวงจรชีวิตของแมลง /ชั่วอายุ (life cycle หรือ lifespan) และ 2) การสลับกลุ่มสารตามชั่วรุ่นของแมลง (generation) โดยสาระสำคัญทั้ง 2 แนวทาง ต่างมีจุดมุ่งหมายไปที่การสลับกลุ่มสารเมื่อแมลงเจริญวัยเป็นตัวเต็มวัย (วัยสืบพันธุ์ /ตัวแก่) ที่สามารถผสมพันธุ์และขยายจำนวนประชากรแมลงได้ ดังนั้น การอธิบายว่า "การสลับกลุ่มสารควรสลับตามวงจรชีวิตของแมลง" แลดูจะไม่ถูกต้องนัก เนื่องจากวงจรชีวิต จะหมายถึง ตั้งแต่เกิดถึงสิ้นอายุขัย ทั้งที่ในความหมายต้องการที่จะสื่อถึง เกิดถึงวัยสืบพันธุ์ ซึ่งจะตรงกับคำว่า "ชั่วรุ่น (generation)" มากกว่า

สำหรับแมลงที่มีชั่วรุ่นอายุสั้นเท่าไหร่ (เกิด-สืบพันธุ์) ในรอบปีหนึ่งๆ จะมีแมลงรุ่นต่างๆ ต่อปีมาก ส่งผลให้เกิดการพัฒนาหรือกลายพันธุ์ต้านทานต่อสารกำจัดแมลงได้เร็วยิ่งขึ้น ตัวอย่าง จำนวนชั่วรุ่นต่อปีของศัตรูพืช เช่น ไรแดงแอฟริกัน ตั้งแต่ระยะไข่ถึงตัวเต็มวัย ใช้เวลาราว 7-9 วัน ดังนั้น ในรอบ 1 ปี (365 วัน) จะมีไรแดงรุ่นลูกหลาน มากถึง 40-52 รุ่น หรือเพลี้ยไฟ^[4] จากระยะไข่เจริญเป็นตัวเต็มวัย ใช้เวลาราว 14-17 วัน ดังนั้น ในรอบ 1 ปี จะมีรุ่นลูกหลาน มากถึง 21-26 รุ่น

3. การเคลื่อนย้ายของแมลง: การอพยพย้ายถิ่นของแมลงที่มีความแข็งแรงหรือความต้านทานเข้ามาในพื้นที่และผสมพันธุ์กับแมลงที่มีความแข็งแรงอยู่ก่อนแล้ว จะยิ่งส่งเสริมการพัฒนาความต้านทานได้เร็วยิ่งขึ้น ในทางตรงข้ามหากแมลงที่อพยพย้ายถิ่นเข้ามาเป็นประชากรแมลงที่มีความอ่อนแอย่อมทำให้รุ่นถัดไปมีความต้านทานต่อสารกำจัดแมลงลดลง

4. การคัดเลือกโดยสารกำจัดแมลง: ปกติในพื้นที่หนึ่งๆ จะมีประชากรแมลงที่มีความอ่อนแอและแข็งแรงต่อสารกำจัดแมลงปะปนกันไป การพ่นสารกำจัดแมลงจะเป็นการกำจัดแมลงอ่อนแอออกไป ส่วนแมลงที่แข็งแรงจะเล็ดลอดหลงเหลือและสืบพันธุ์ และถ่ายทอดพันธุกรรมที่แข็งแรงต่อไปยังรุ่นลูกหลาน ยิ่งมีแมลงอพยพเข้ามาเป็นแมลงที่มีความต้านทานร่วมด้วยจะยิ่งสร้างความต้านทานได้เร็วยิ่งขึ้น

^[4]อุณหภูมิที่สูงขึ้นส่งผลต่อการพัฒนาเจริญวัยของเพลี้ยไฟและแมลงอีกหลายชนิดให้เร็วขึ้น ในอดีตกล่าวกันว่า เพลี้ยไฟจากระยะไข่เจริญเป็นตัวเต็มวัย ใช้เวลาราว 19-21 วัน หรือมากกว่านี้

ตอนถัดไป: จะกล่าวถึงการระบาดเพิ่มของแมลงและไรศัตรูพืช และสารกำจัดแมลงที่มีแนวโน้มส่งเสริมการระบาดเพิ่ม

อ่านเพิ่มเติม.. กลไกออกฤทธิ์สารกำจัดแมลง ตอนที่ 1 (คลิ๊ก)

แหล่งสืบค้น:

สุเทพ สหายา.2561.รู้ลึกเรื่อง สารเคมีป้องกันกำจัดแมลง และไรศัตรูพืช.พิมพ์ครั้งที่ 1. กรุงเทพฯ.108 หน้า.

คู่มือผู้ควบคุมการขายวัตถุอันตรายทางการเกษตร.2566.พิมพ์ครั้งที่ 1.สำนักควบคุมพืชและวัสดุการเกษตร กรมวิชาการเกษตร.183 หน้า.

เอกสารประกอบการอบรมหลักสูตร.2559.การป้องกันกำจัดแมลงศัตรูพืชกะหล่ำ เทคนิคการพ่นสารฆ่าแมลงในพืชผักและกลไกการต้านทานสารฆ่าแมลงของแมลงศัตรูผักที่สำคัญ.กองวิจัยพัฒนาปัจจัยการผลิตทางการเกษตร กรมวิชาการเกษตร.จัดทำโดย สมาคมกีฏและสัตววิทยาแห่งประเทศไทย.86 หน้า.

เอกสารวิชาการ.2564.การใช้สารกำจัดแมลงและไรศัตรูพืชเพื่อแก้ไขปัญหาความต้านทานศัตรูพืช.สำนักวิจัยพัฒนาการอารักขาพืช กรมวิชากาเกษตร.146 หน้า.

IRAC.2019.Insecticide Mode of Action Training slide deck IRAC MoA Workgroup Version 1.0, April 2019.

(https://irac-online.org)

IRAC.2024.MODE OF ACTION CLASSIFICATION SCHEME VERSION 11.1, JANUARY 2024.

(https://irac-online.org)

< before

next >