นิวคลีโอโพลิฮีโดรไวรัส

Question: นิวคลีโอโพลิฮีโดรไวรัส มีผลต่อมนุษย์หรือไม่?


นิวคลีโอโพลิฮีโดรไวรัส (English: Nuclear Polyhedrosis Virus, NPV) เป็นกลุ่มของไวรัสชนิดแรกที่พบทำให้เกิดโรคกับแมลงโดยเฉพาะกับสัตว์ในไฟลั่ม Arthropoda ไม่มีผลต่อระบบสิ่งมีชีวิตอื่นที่เป็นพวกสัตว์มีกระดูกสันหลังหรือพืช นอกจากนี้ยังมีความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม จึงมีการนำไวรัสชนิดนี้มาใช้ในการกำจัดแมลงศัตรูพืชทางการเกษตรเพื่อแก้ปัญหาสารพิษตกค้างและช่วยลดการใช้สารเคมีที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ต่อสุขภาพของตัวเกษตรกรผู้ใช้รวมถึงผู้บริโภคด้วย
ลักษณะรูปร่างและโครงสร้าง
อนุภาคไวรัสมีลักษณะเป็นท่อนตรง มีขนาดกว้าง 30-70 นาโนเมตร ยาว 250-400 นาโนเมตร  ประกอบด้วยกรดนิวคลีอิคชนิดดีเอ็นเอที่มีลักษณะเป็นเส้นคู่พันเป็นเกลียววงกลมปิด ขนาดประมาณ 80-180 กิโลเบส  มีน้ำหนักโมเลกุลตั้งแต่ 50 ถึง 100 กิโลดาลตัน ปลอกแคพสิดที่ห่อหุ้มกรดนิวคลีอิคประกอบด้วยโปรตีนหน่วยย่อยๆ เรียกว่า capsomer อนุภาคไวรัสหรือนิวคลีโอแคพสิด(nucleocapsid)มีผนังล้อมรอบหนาประมาณ 5-6 นาโนเมตร เป็น lipoprotein 3 ชั้น นิวคลีโอแคพสิดที่มีผนังล้อมรอบนี้เรียกว่า วิริออน (virion) ซึ่งแบ่งตามลักษณะโครงสร้างของวิริออนออกเป็น 2 ชนิด คือ
Single-embedded NPV (SNPV) ในผลึกโปรตีนมีวิริออนที่ประกอบด้วยนิวคลีโอแคพสิดเพียงอนุภาคเดียวเท่านั้น  เช่น ไวรัส NPV ของหนอนเจาะสมอฝ้าย Helicoverpa armigera
Multiple-embedded NPV (MNPV) ในผลึกโปรตีนมีวิริออนประกอบด้วยนิวคลีโอแคพสิดตั้งแต่ 1 ถึง 29 อนุภาค  ขนาดของวิริออนจึงขึ้นอยู่กับจำนวนนิวคลีโอแคพสิดที่อยู่ภายใน เช่น ไวรัส NPV ของหนอนกระทู้หอม Spodoptera exigua
ผลึกโปรตีนของไวรัส NPV เรียกว่า polyhedra หรือ polyhedral inclusion body (PIB) ประกอบด้วยโปรตีนที่เรียกว่า polyhedrin  ที่ห่อหุ้มอนุภาคไวรัส ส่วนวิริออนจะฝังตัวอยู่ในผลึกโปรตีนอย่างกระจัดกระจาย ในเซลล์แต่ละเซลล์ของแมลงที่ไวรัส NPV เข้าทำลายจะมีการสร้างวิริออนจำนวนมากที่อยู่เป็นอิสระนอกผลึกโปรตีน เมื่อผลึกโปรตีนเจริญเต็มที่จะมีขนาดและรูปร่างต่างๆกัน เช่นรูปร่างสี่เหลี่ยม หกเหลี่ยม เหลี่ยมหลายด้าน ตลอดจนทรงกลม ซึ่งเมื่อส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์จะเห็นผลึกโปรตีนสะท้อนแสงชัดเจน  นอกจากนี้จะมีผนังล้อมโดยรอบผลึก เรียกว่า polyhedral membrane  ผลึกโปรตีนของไวรัส NPV ชนิดเดียวกัน มักจะมีรูปร่างลักษณะและขนาดเหมือนหรือใกล้เคียงกัน ดังนั้นโครงสร้างของไวรัส NPV ประกอบด้วยส่วนที่สำคัญ 3 ส่วน คือ ผลึกโปรตีน (polyhedra) อนุภาคไวรัสที่มีผนังล้อมรอบ (virion) และตัวอนุภาคไวรัส (nucleocapsid) [1]
การเกิดโรค
[2] 
ไวรัส NPV ทำให้เกิดโรคกับแมลงได้โดยแมลงกินผลึกโปรตีนของไวรัสเข้าไป วงจรชีวิตของไวรัสในตัวแมลง เริ่มจากน้ำย่อยในท่ออาหารส่วนกลางของแมลง ซึ่งมีสภาพเป็นด่างจัด (pH ประมาณ9-11)จะย่อยสลายผลึกโปรตีนของไวรัสปล่อยวิริออนออกมา วิริออนเหล่านี้จะเคลื่อนไปที่เซลล์ของผนังรอบท่ออาหารส่วนกลาง แล้วปล่อยเฉพาะนิวคลีโอแคพสิดเข้าไปในเซลล์ ซึ่งในเซลล์รอบท่ออาหารส่วนกลางนี้จะไม่มีการสร้างผลึกโปรตีนหรือถ้ามีการสร้างผลึกโปรตีนก็จะไม่มีวิริออนอยู่ภายในผลึก นิวคลีโอแคพสิดที่ผ่านผนังรอบท่ออาหารส่วนกลางเข้ามาในเซลล์จะเคลื่อนไปที่นิวเคลียสของเซลล์และผ่านเข้าไปในนิวเคลียสเพื่อจำลองตัวเองสร้างอนุภาคใหม่ของไวรัส NPV ที่กลางนิวเคลียสเป็นจำนวนมาก จากนั้นนิวคลีโอแคพสิดจะกระจายไปอยู่ที่ขอบนิวเคลียส และเริ่มสร้างผนังล้อมรอบกลายเป็นวิริออน ซึ่งแล้วแต่ชนิดของไวรัสว่าเป็นแบบ single embedded virus หรือ multiple embedded virus วิริออนที่สร้างเสร็จสมบูรณ์จะออกจากนิวเคลียสของเซลล์รอบท่ออาหารโดยผ่านผนังนิวเคลียสทางรูหรือด้วยกระบวนการ budding แล้วออกจากเซลล์รอบท่ออาหาร โดยการ budding ผ่านผนังเซลล์เข้าไปในช่องว่างในตัวแมลงที่มีเลือดบรรจุอยู่ วิริออนจะแพร่กระจายไปตามกระแสเลือดเข้าทำลายเซลล์และเนื้อเยื่ออื่นๆต่อไป
การทำให้เกิดโรคในแมลงโดยไวรัส NPV แบ่งเป็น 2 ระยะ คือ 
การเข้าทำลายระยะที่หนึ่ง (primary infection) ไวรัส NPV จะเข้าไปเจริญเพิ่มปริมาณในนิวเคลียสของเซลล์รอบท่ออาหารส่วนกลาง โดยไม่มีการสร้างผลึกโปรตีนห่อหุ้มตัวเอง ทั้งนี้เพื่อเพิ่มปริมาณอนุภาคไวรัสให้ได้มากพอที่จะเข้าทำลายเซลล์อื่นต่อไป 
การเข้าทำลายระยะที่สอง (secondary infection) อนุภาคไวรัสจะออกจากเซลล์รอบท่ออาหารเข้าไปในช่องว่างในตัวแมลงแล้วแพร่กระจายเข้าทำลายเซลล์และเนื้อเยื่ออื่นๆของแมลง 
ในนิวเคลียสของเซลล์และเนื้อเยื่ออื่นๆนี้เองที่ไวรัสจะสร้างผลึกโปรตีน โดยโปรตีนของไวรัสจะเริ่มตกผลึกเป็นจุดๆทั่วนิวเคลียส แล้วขยายขนาดขึ้นโดยรวมเอาอนุภาคไวรัสที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียงเข้าไปในผลึกมากขึ้น ไวรัส NPV แต่ละชนิดจะมีผลึกโปรตีนขนาดต่างกัน ผลึกโปรตีนที่สมบูรณ์จะมีผนังล้อมรอบ การสร้างผลึกโปรตีนแสดงว่าสิ้นสุดวงจรชีวิตของไวรัสในแมลงตัวนี้แล้ว ซึ่งจะเป็นเวลาเดียวกับที่แมลงผนังลำตัวแตกตาย ผลึกโปรตีนของไวรัสจะหลุดออกจากตัวแมลงไปอยู่ในสภาพแวดล้อมเพื่อเข้าทำลายแมลงตัวอื่นต่อไป [1]
ลักษณะอาการของโรค
แมลงจะแสดงอาการภายใน 4-7 วันหนังจากกินไวรัสเข้าไป โดยจะลดการกินอาหาร เคลื่อนไหวช้าลง อาการภายนอกที่เห็นชัดเจนคือ ลำตัวจะมีสีซีดจางลง ผนังลำตัวเป็นมันเยิ้ม บางครั้งเป็นจ้ำสีเหลืองหรือสีขาวขุ่นกระจายไปทั่วตัว ซึ่งเป็นสีของผลึกโปรตีนที่มีอยู่จำนวนมากใต้ผนังลำตัว ก่อนตายมักจะไต่ขึ้นไปที่ส่วนยอดของพืชเกาะอยู่นิ่งๆ และตายในลักษณะห้อยหัวเป็นรูปตัววีกลับหัว ส่วนอาการภายในที่ปรากฏในระยะแรก คือ นิวเคลียสของเซลล์จะบวม เพราะไวรัสเข้าไปเพิ่มจำนวนอยู่ภายในและดันไซโทพลาซึมไปอยู่ติดผนังเซลล์ ในที่สุดเซลล์จะแตก เมื่อแมลงตายผนังลำตัวจะเปลี่ยนเป็นสีดำ เปราะบางและแตกง่าย ซึ่งเมื่อผนังลำตัวแมลงแตกออกปล่อยผลึกโปรตีนของไวรัสที่ปะปนอยู่กับอวัยวะภายในของแมลงที่ถูกทำลายเหลวเละออกมาภายนอก และสามารถแพร่ออกไปโดยลม น้ำหรือแมลงอื่นๆ ทำให้เกิดการระบาดของไวรัส [1][3]
ความหลากหลายของไวรัส
การศึกษาไวรัส NPV ที่พบในแมลงด้วยการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนร่วมกับเทคนิคทางเซรุ่มวิทยาและเทคโนโลยีพันธุวิศวกรรม ทำให้ทราบว่าไวรัส NPV มีหลากหลายสายพันธุ์ ซึ่งส่วนมากแยกได้จากหนอนผีเสื้อในอันดับ Lepidoptera และพบว่าไวรัสที่แยกได้จากแมลงชนิดเดียวกันแต่อยู่ต่างสถานที่กัน จะมีลักษณะทางพันธุกรรมต่างกัน แต่บางสถานที่ที่ห่างกันก็มีลักษณะทางพันธุกรรมที่เหมือนหรือใกล้เคียงกัน [4] นอกจากนี้ยังพบว่าไวรัส NPV มีความจำเพาะสูงกับแมลงเป้าหมาย เช่น ไวรัส NPV ของหนอนเจาะสมอฝ้ายก็จะทำลายเฉพาะหนอนเจาะสมอฝ้าย หรือไวรัส NPV ของหนอนกระทู้หอมก็จะทำลายเฉพาะหนอนกระทู้หอมไม่ทำลายแมลงชนิดอื่น  ดังนั้นจะเห็นว่าไวรัส NPV แต่ละชนิดจะทำลายแมลงเพียงสปีซีส์เดียวหรือแมลงในสกุลเดียวกันเท่านั้น[5]
ไวรัส NPV ที่นำมาทดลองใช้กำจัดแมลงในประเทศไทย
ไวรัส NPV ของหนอนเจาะสมอฝ้าย Heliothis armigera
หนอนเจาะสมอฝ้ายเป็นแมลงศัตรูสำคัญชนิดหนึ่งในการปลูกผัก โดยการกัดกินส่วนต่าง ๆ ของพืช เช่น ดอก ใบ ภายในลำต้น ฝักและหน่อ หนอนชนิดนี้ทำลายพืชผักได้แก่ มะเขือเทศ ข้าวโพด ถั่วฝักยาว กระเจี๊ยบเขียว และหน่อไม้ฝรั่ง เป็นต้น [6]  ซึ่งมีการผลิตไวรัส NPV ของหนอนเจาะสมอฝ้ายในเซลล์หนอนเจาะฝักข้าวโพดที่เลี้ยงแบบแขวนลอย เพื่อให้ได้ผลึกโปรตีนจำนวนมากสำหรับนำไปใช้กำจัดหนอนเจาะสมอฝ้าย [7] และมีการใช้ไวรัส NPV ควบคุมหนอนเจาะสมอฝ้ายบนมะเขือเทศและบนหน่อไม้ฝรั่งด้วย โดยการฉีดพ่นไวรัส [5]
ไวรัส NPV ของหนอนกระทู้หอม Spodoptera exigua
หนอนกระทู้หอมจัดเป็นแมลงศัตรูพืชที่สำคัญสามารถพบในพืชเศรษฐกิจหลายชนิด เช่น หน่อไม้ฝรั่ง ผักคะน้า ผักตระกูลกะหล่ำ บรอคเคอรี่ หอมแดง ถั่วฝักยาว กระเจี๊ยบเขียว มะเขือเทศ องุ่น ดาวเรือง เป็นต้น ซึ่งมีการพัฒนาการผลิตไวรัส SeMNPV จากเซลล์เพาะเลี้ยง [8] และมีการทดสอบประสิทธิภาพผลิตภัณฑ์ไวรัส SeNPV จากเซลล์เพาะเลี้ยง เพื่อนำไปใช้ควบคุมแมลงศัตรูพืชโดยชีววิธี [9]
ไวรัส NPV ของหนอนคืบกะหล่ำปลี Trichoplusia ni
หนอนคืบกะหล่ำเป็นแมลงศัตรูที่สร้างความเสียหายต่อพืชตระกูลกะหล่ำ ในระยะแรกตัวหนอนจะกัดกินที่ผิวใบ เมื่อตัวหนอนโตขึ้นจะกัดกินใบเป็นส่วนใหญ่เหลือแต่ก้านใบ และการทำลายเป็นไปอย่างรวดเร็ว[10]  ซึ่งในประเทศไทยได้มีการศึกษาการตรวจวิเคราะห์ชนิดของไวรัส NPV ด้วยลักษณะทางสัณฐานวิทยาและ PCR-Based Typing เพื่อนำไปใช้ประโยชน์ในการตรวจจำแนกชนิดของไวรัสช่วยในการกำหนดมาตรฐานความปลอดภัยของสารชีวินทรีย์ [11]
ไวรัส NPV ของหนอนไหม Bombyx mori
การเลี้ยงไหมเป็นอุตสาหกรรมหลักที่นำรายได้เข้าประเทศไทยเป็นอันดับต้นๆ รัฐมีการส่งเสริมสนับสนุนการเลี้ยงไหม แต่ผลผลิตที่ได้ยังคงไม่เพียงพอต่อความต้องการ เนื่องจากการเกิดปัญหาโรคของไหม จึงมีการศึกษาการถ่ายทอดเชื้อไวรัส NPV จากพ่อแม่ไปยังรุ่นลูกของไหมพันธุ์ไทยพื้นเมือง เพื่อหาแนวทางและวางแผนการควบคุมการระบาดของโรคอย่างเหมาะสมและมีประสิทธิภาพ [12]  นอกจากนี้ยังมีการตรวจสอบเชื้อ NPV ของหนอนไหมด้วยเทคนิค PCR ซึ่งวิธีนี้จะช่วยในการคัดเลือกหนอนไหมที่บริสุทธิ์ปราศจากโรคได้ในเวลาอันรวดเร็ว เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบในการจัดการในโรงเรือนเลี้ยงไหมจะได้กำจัดหนอนไหมที่เป็นโรคทิ้งไปก่อนที่โรคจะระบาดทำความเสียหายให้กับผู้เลี้ยงไหม [13]
ไวรัส NPV ของหนอนกระทู้ผัก Spodoptera litura
หนอนกระทู้ผักเป็นแมลงที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งต่อการปลูกผัก หนอนวัยแรกจะอยู่รวมเป็นกลุ่มทางด้านใต้ใบ กัดกินผิวใบและเนื้อใบด้านล่างเหลือไว้แต่ผิวใบด้านบน ในระยะต่อมาจะเริ่มทำลายอย่างรุนแรงมากขึ้นสามารถกัดกินใบ ก้าน ดอก หัวได้ทุกส่วน เนื่องจากเป็นหนอนที่มีขนาดใหญ่และแพร่ระบาดได้รวดเร็วตลอดทั้งปี [14] จึงมีการใช้ไวรัส NPV ควบคุมหนอนกระทู้ผักบนพืชผักตระกูลกะหล่ำ เช่น คะน้า ผักกาดขาวปลี กะหล่ำปลี ผักกาดหัว โดยการฉีดพ่นไวรัส [5]
การใช้เชื้อไวรัส NPV ในการควบคุมแมลงศัตรูพืช
ข้อดี
เชื้อไวรัส NPV มีความจำเพาะสูงกับแมลงเป้าหมาย ดังนั้นจึงทำให้เกิดโรคกับแมลงเฉพาะชนิด
มีความปลอดภัยต่อเกษตรกรผู้ใช้ ผู้บริโภค และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ รวมทั้งแมลงที่เป็นประโยชน์
มีความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม เพราะเชื้อไวรัส NPV เป็นสิ่งมีชีวิตจึงเสื่อมสลายไปตามธรรมชาติ ไม่มีพิษตกค้างที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
เชื้อไวรัส NPV สามารถสร้างผลึกโปรตีนห่อหุ้มอนุภาคเชื้อไวรัสเอาไว้ ทำให้อยู่คงทนในสภาพแวดล้อมตัวแมลงได้ดี
มีประสิทธิภาพสูงในการกำจัดแมลง สามารถเพิ่มจำนวนในแมลงที่มันทำลายได้เป็นจำนวนมากในเวลาอันรวดเร็วและทำให้แมลงตายได้
สามารถแพร่ระบาดออกไปได้เองในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ เช่น ลม น้ำ ช่วยพาเชื้อไวรัสจากหนอนที่ตายแล้วแพร่ออกไป หรือถ่ายทอดไปกับแม่ผีเสื้อโดยติดไปกับไข่จนเกิดการระบาดในรุ่นลูก
การที่เชื้อไวรัส NPV สามารถสร้างผลึกโปรตีนห่อหุ้มอนุภาคไวรัส จึงนำมาใช้กำจัดแมลงในแปลงปลูกได้ เพราะคงทนในสภาพแวดล้อมนอกตัวแมลงได้ระดับหนึ่ง [5] [15]
ข้อด้อย
มีความจำเพาะสูงใช้ได้กับแมลงเฉพาะชนิดจึงเป็นข้อจำกัดของการพัฒนาเชิงการค้า
ฆ่าแมลงได้ช้าและทำลายเฉพาะตัวอ่อนของแมลง หนอนวัยอ่อนจะตายภายใน 2-3 วัน แต่หนอนวัยแก่อาจใช้เวลา 5-10 วันจึงจะตายซึ่งช้ากว่าสารเคมีกำจัดแมลงมาก
แม้จะสร้างผลึกโปรตีนห่อหุ้มตัวเองแต่เชื้อไวรัส NPV ก็จะเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วเมื่อถูกแสงแดดทำให้มีปัญหาเมื่อใช้กำจัดแมลงในที่ที่โดนแสงแดด
การผลิตเป็นอุตสาหกรรมเพื่อการค้ายังมีต้นทุนการผลิตสูงสินค้าจึงมีราคาแพงเมื่อเทียบกับสารเคมีกำจัดแมลง [5]
อ้างอิง

หนังสืออ่านเพิ่มเติม
รศ.ดร.ทิพย์วดี อรรถธรรม. 2549. ไวรัสของแมลง:นิวคลีโอโพลิฮีโดรไวรัส. พิมพ์ครั้งที่ 1. สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, กรุงเทพฯ.
แหล่งข้อมูลอื่น
 (in English)
 จาก Cornell University College of Agriculture and Life Sciences Department of Entomology (in English)
 (in English)
 (in English)



หมวดหมู่:ไวรัส