นิวคลีโอโพลิฮีโดรไวรัส

นิวคลีโอโพลิฮีโดรไวรัส (อังกฤษ: Nuclear Polyhedrosis Virus, NPV) เป็นกลุ่มของไวรัสชนิดแรกที่พบทำให้เกิดโรคกับแมลง โดยเฉพาะกับสัตว์ในไฟลัมสัตว์ขาปล้อง ไม่มีผลต่อระบบสิ่งมีชีวิตอื่นที่เป็นพวกสัตว์มีกระดูกสันหลังหรือพืช นอกจากนี้ยังมีความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม จึงมีการนำไวรัสชนิดนี้มาใช้ในการกำจัดแมลงศัตรูพืชทางการเกษตรเพื่อแก้ปัญหาสารพิษตกค้างและช่วยลดการใช้สารเคมีที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ต่อสุขภาพของตัวเกษตรกรผู้ใช้รวมถึงผู้บริโภคด้วย อนุภาคไวรัสมีลักษณะเป็นท่อนตรง มีขนาดกว้าง 30–70 นาโนเมตร ยาว 250–400 นาโนเมตร ประกอบด้วยกรดนิวคลีอิกชนิดดีเอ็นเอที่มีลักษณะเป็นเส้นคู่พันเป็นเกลียววงกลมปิด ขนาดประมาณ 80–180 กิโลเบส มีน้ำหนักโมเลกุลตั้งแต่ 50 ถึง 100 กิโลดาลตัน ปลอกแคพสิดที่ห่อหุ้มกรดนิวคลีอิกประกอบด้วยโปรตีนหน่วยย่อย ๆ เรียกว่าแคปโซเมียร์ อนุภาคไวรัสหรือนิวคลีโอแคพสิด (nucleocapsid) มีผนังล้อมรอบหนาประมาณ 5–6 นาโนเมตร เป็นไลโพโปรตีน 3 ชั้น นิวคลีโอแคพสิดที่มีผนังล้อมรอบนี้เรียกว่า วิริออน (virion) ซึ่งแบ่งตามลักษณะโครงสร้างของวิริออนออกเป็น 2 ชนิด คือ ผลึกโปรตีนของไวรัส NPV มีลักษณะเป็นทรงหลายหน้า หรือเรียกว่า polyhedral inclusion body (PIB) ประกอบด้วยโปรตีนที่เรียกว่าโพลิฮีดริน ที่ห่อหุ้มอนุภาคไวรัส ส่วนวิริออนจะฝังตัวอยู่ในผลึกโปรตีนอย่างกระจัดกระจาย ในเซลล์แต่ละเซลล์ของแมลงที่ไวรัส NPV เข้าทำลายจะมีการสร้างวิริออนจำนวนมากที่อยู่เป็นอิสระนอกผลึกโปรตีน เมื่อผลึกโปรตีนเจริญเต็มที่จะมีขนาดและรูปร่างต่าง ๆ กัน เช่นรูปร่างสี่เหลี่ยม หกเหลี่ยม เหลี่ยมหลายด้าน ตลอดจนทรงกลม ซึ่งเมื่อส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์จะเห็นผลึกโปรตีนสะท้อนแสงชัดเจน นอกจากนี้จะมีผนังล้อมโดยรอบผลึก เรียกว่า polyhedral membrane ผลึกโปรตีนของไวรัส NPV ชนิดเดียวกัน มักจะมีรูปร่างลักษณะและขนาดเหมือนหรือใกล้เคียงกัน ซึ่งโครงสร้างของไวรัส NPV ประกอบด้วยส่วนที่สำคัญ 3 ส่วน คือ ผลึกโปรตีน (polyhedra) อนุภาคไวรัสที่มีผนังล้อมรอบ (virion) และตัวอนุภาคไวรัส (nucleocapsid) ไวรัส NPV ทำให้เกิดโรคกับแมลงได้โดยแมลงกินผลึกโปรตีนของไวรัสเข้าไป วงจรชีวิตของไวรัสในตัวแมลง เริ่มจากน้ำย่อยในท่ออาหารส่วนกลางของแมลง ซึ่งมีสภาพเป็นด่างจัด (pH ประมาณ 9–11) จะย่อยสลายผลึกโปรตีนของไวรัสแล้วปล่อยวิริออนออกมา วิริออนเหล่านี้จะเคลื่อนไปที่เซลล์ของผนังรอบท่ออาหารส่วนกลาง แล้วปล่อยเฉพาะนิวคลีโอแคพสิดเข้าไปในเซลล์ ซึ่งในเซลล์รอบท่ออาหารส่วนกลางนี้จะไม่มีการสร้างผลึกโปรตีนหรือถ้ามีการสร้างผลึกโปรตีนก็จะไม่มีวิริออนอยู่ภายในผลึก นิวคลีโอแคพสิดที่ผ่านผนังรอบท่ออาหารส่วนกลางเข้ามาในเซลล์จะเคลื่อนไปที่นิวเคลียสของเซลล์และผ่านเข้าไปในนิวเคลียสเพื่อจำลองตัวเองสร้างอนุภาคใหม่ของไวรัส NPV ที่กลางนิวเคลียสเป็นจำนวนมาก จากนั้นนิวคลีโอแคพสิดจะกระจายไปอยู่ที่ขอบนิวเคลียส และเริ่มสร้างผนังล้อมรอบกลายเป็นวิริออน ซึ่งแล้วแต่ชนิดของไวรัสว่าเป็นแบบ single embedded virus หรือ multiple embedded virus วิริออนที่สร้างเสร็จสมบูรณ์จะออกจากนิวเคลียสของเซลล์รอบท่ออาหารโดยผ่านผนังนิวเคลียสทางรูหรือด้วยกระบวนการ budding แล้วออกจากเซลล์รอบท่ออาหาร โดยการ budding ผ่านผนังเซลล์เข้าไปในช่องว่างในตัวแมลงที่มีเลือดบรรจุอยู่ วิริออนจะแพร่กระจายไปตามกระแสเลือดเข้าทำลายเซลล์และเนื้อเยื่ออื่น ๆ ต่อไป การทำให้เกิดโรคในแมลงโดยไวรัส NPV แบ่งเป็น 2 ระยะ คือ การเข้าทำลายระยะที่หนึ่ง (primary infection) ไวรัส NPV จะเข้าไปเจริญเพิ่มปริมาณในนิวเคลียสของเซลล์รอบท่ออาหารส่วนกลาง โดยไม่มีการสร้างผลึกโปรตีนห่อหุ้มตัวเอง ทั้งนี้เพื่อเพิ่มปริมาณอนุภาคไวรัสให้ได้มากพอที่จะเข้าทำลายเซลล์อื่นต่อไป การเข้าทำลายระยะที่สอง (secondary infection) อนุภาคไวรัสจะออกจากเซลล์รอบท่ออาหารเข้าไปในช่องว่างในตัวแมลงแล้วแพร่กระจายเข้าทำลายเซลล์และเนื้อเยื่ออื่น ๆ ของแมลง ในนิวเคลียสของเซลล์และเนื้อเยื่ออื่น ๆ เป็นจุดที่ไวรัสจะสร้างผลึกโปรตีน โดยโปรตีนของไวรัสจะเริ่มตกผลึกเป็นจุด ๆ ทั่วนิวเคลียส แล้วขยายขนาดขึ้นโดยรวมเอาอนุภาคไวรัสที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียงเข้าไปในผลึกมากขึ้น ไวรัส NPV แต่ละชนิดจะมีผลึกโปรตีนขนาดต่างกัน ผลึกโปรตีนที่สมบูรณ์จะมีผนังล้อมรอบ การสร้างผลึกโปรตีนแสดงว่าสิ้นสุดวงจรชีวิตของไวรัสในแมลงตัวนี้แล้ว ซึ่งจะเป็นเวลาเดียวกับที่แมลงผนังลำตัวแตกตาย ผลึกโปรตีนของไวรัสจะหลุดออกจากตัวแมลงไปอยู่ในสภาพแวดล้อมเพื่อเข้าทำลายแมลงตัวอื่นต่อไป แมลงจะแสดงอาการภายใน 4–7 วันหลังจากกินไวรัสเข้าไป โดยจะลดการกินอาหาร เคลื่อนไหวช้าลง อาการภายนอกที่เห็นชัดเจนคือ ลำตัวจะมีสีซีดจางลง ผนังลำตัวเป็นมันเยิ้ม บางครั้งเป็นจ้ำสีเหลืองหรือสีขาวขุ่นกระจายไปทั่วตัว ซึ่งเป็นสีของผลึกโปรตีนที่มีอยู่จำนวนมากใต้ผนังลำตัว ก่อนตายมักจะไต่ขึ้นไปที่ส่วนยอดของพืชเกาะอยู่นิ่ง ๆ และตายในลักษณะห้อยหัวเป็นรูปตัววีกลับหัว ส่วนอาการภายในที่ปรากฏในระยะแรก คือ นิวเคลียสของเซลล์จะบวม เพราะไวรัสเข้าไปเพิ่มจำนวนอยู่ภายในและดันไซโทพลาซึมไปอยู่ติดผนังเซลล์ ในที่สุดเซลล์จะแตก เมื่อแมลงตายผนังลำตัวจะเปลี่ยนเป็นสีดำ เปราะบางและแตกง่าย ซึ่งเมื่อผนังลำตัวแมลงแตกออกปล่อยผลึกโปรตีนของไวรัสที่ปะปนอยู่กับอวัยวะภายในของแมลงที่ถูกทำลายเหลวเละออกมาภายนอก และสามารถแพร่ออกไปโดยลม น้ำหรือแมลงอื่น ๆ ทำให้เกิดการระบาดของไวรัส การศึกษาไวรัส NPV ที่พบในแมลงด้วยการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนร่วมกับเทคนิคทางวิทยาเซรุ่มและเทคโนโลยีพันธุวิศวกรรม ทำให้ทราบว่าไวรัส NPV มีหลากหลายสายพันธุ์ ซึ่งส่วนมากแยกได้จากหนอนผีเสื้อในอันดับเลพิดอปเทอรา (Lepidoptera) และพบว่าไวรัสที่แยกได้จากแมลงชนิดเดียวกันแต่อยู่ต่างสถานที่กัน จะมีลักษณะทางพันธุกรรมต่างกัน แต่บางสถานที่ที่ห่างกันก็มีลักษณะทางพันธุกรรมที่เหมือนหรือใกล้เคียงกัน นอกจากนี้ยังพบว่าไวรัส NPV มีความจำเพาะสูงกับแมลงเป้าหมาย เช่น ไวรัส NPV ของหนอนเจาะสมอฝ้ายก็จะทำลายเฉพาะหนอนเจาะสมอฝ้าย หรือไวรัส NPV ของหนอนกระทู้หอมก็จะทำลายเฉพาะหนอนกระทู้หอมไม่ทำลายแมลงชนิดอื่น ดังนั้นจะเห็นว่าไวรัส NPV แต่ละชนิดจะทำลายแมลงเพียงสปีซีส์เดียวหรือแมลงในสกุลเดียวกันเท่านั้น หนอนเจาะสมอฝ้าย Heliothis armigera เป็นแมลงศัตรูสำคัญชนิดหนึ่งในการปลูกผัก โดยการกัดกินส่วนต่าง ๆ ของพืช เช่น ดอก ใบ ภายในลำต้น ฝักและหน่อ หนอนชนิดนี้ทำลายพืชผักได้แก่ มะเขือเทศ ข้าวโพด ถั่วฝักยาว กระเจี๊ยบเขียว และหน่อไม้ฝรั่ง เป็นต้น ซึ่งมีการผลิตไวรัส NPV ของหนอนเจาะสมอฝ้ายในเซลล์หนอนเจาะฝักข้าวโพดที่เลี้ยงแบบแขวนลอย เพื่อให้ได้ผลึกโปรตีนจำนวนมากสำหรับนำไปใช้กำจัดหนอนเจาะสมอฝ้าย และมีการใช้ไวรัส NPV ควบคุมหนอนเจาะสมอฝ้ายบนมะเขือเทศและบนหน่อไม้ฝรั่งด้วย โดยการฉีดพ่นไวรัส หนอนกระทู้หอม Spodoptera exigua จัดเป็นแมลงศัตรูพืชที่สำคัญสามารถพบในพืชเศรษฐกิจหลายชนิด เช่น หน่อไม้ฝรั่ง ผักคะน้า ผักตระกูลกะหล่ำ บรอกโคลี หอมแดง ถั่วฝักยาว กระเจี๊ยบเขียว มะเขือเทศ องุ่น ดาวเรือง เป็นต้น ซึ่งมีการพัฒนาการผลิตไวรัส SeMNPV จากเซลล์เพาะเลี้ยง และมีการทดสอบประสิทธิภาพผลิตภัณฑ์ไวรัส SeNPV จากเซลล์เพาะเลี้ยง เพื่อนำไปใช้ควบคุมแมลงศัตรูพืชโดยชีววิธี หนอนคืบกะหล่ำปลี Trichoplusia ni เป็นแมลงศัตรูที่สร้างความเสียหายต่อพืชตระกูลกะหล่ำ ในระยะแรกตัวหนอนจะกัดกินที่ผิวใบ เมื่อตัวหนอนโตขึ้นจะกัดกินใบเป็นส่วนใหญ่เหลือแต่ก้านใบ และการทำลายเป็นไปอย่างรวดเร็ว ซึ่งในประเทศไทยได้มีการศึกษาการตรวจวิเคราะห์ชนิดของไวรัส NPV ด้วยลักษณะทางสัณฐานวิทยาและ PCR-Based Typing เพื่อนำไปใช้ประโยชน์ในการตรวจจำแนกชนิดของไวรัสช่วยในการกำหนดมาตรฐานความปลอดภัยของสารชีวินทรีย์ การเลี้ยงหนอนไหม Bombyx mori เป็นอุตสาหกรรมหลักที่นำรายได้เข้าประเทศไทยเป็นอันดับต้น ๆ รัฐมีการส่งเสริมสนับสนุนการเลี้ยงไหม แต่ผลผลิตที่ได้ยังคงไม่เพียงพอต่อความต้องการ เนื่องจากการเกิดปัญหาโรคของไหม จึงมีการศึกษาการถ่ายทอดเชื้อไวรัส NPV จากพ่อแม่ไปยังรุ่นลูกของไหมพันธุ์ไทยพื้นเมือง เพื่อหาแนวทางและวางแผนการควบคุมการระบาดของโรคอย่างเหมาะสมและมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังมีการตรวจสอบเชื้อ NPV ของหนอนไหมด้วยเทคนิค PCR ซึ่งวิธีนี้จะช่วยในการคัดเลือกหนอนไหมที่บริสุทธิ์ปราศจากโรคได้ในเวลาอันรวดเร็ว เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบในการจัดการในโรงเรือนเลี้ยงไหมจะได้กำจัดหนอนไหมที่เป็นโรคทิ้งไปก่อนที่โรคจะระบาดทำความเสียหายให้กับผู้เลี้ยงไหม หนอนกระทู้ผัก Spodoptera litura เป็นแมลงที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งต่อการปลูกผัก หนอนวัยแรกจะอยู่รวมเป็นกลุ่มทางด้านใต้ใบ กัดกินผิวใบและเนื้อใบด้านล่างเหลือไว้แต่ผิวใบด้านบน ในระยะต่อมาจะเริ่มทำลายอย่างรุนแรงมากขึ้นสามารถกัดกินใบ ก้าน ดอก หัวได้ทุกส่วน เนื่องจากเป็นหนอนที่มีขนาดใหญ่และแพร่ระบาดได้รวดเร็วตลอดทั้งปี จึงมีการใช้ไวรัส NPV ควบคุมหนอนกระทู้ผักบนพืชผักตระกูลกะหล่ำ เช่น คะน้า ผักกาดขาวปลี กะหล่ำปลี ผักกาดหัว โดยการฉีดพ่นไวรัส