กลไกออกฤทธิ์ยาแมลง ep.1
กลไกการออกฤทธิ์ของสารกำจัดแมลง ตอนที่ 1

ปัจจุบัน (พ.ศ.2567) สารกำจัดแมลง (insecticides) ได้จำแนกกลุ่มตามกลไกออกฤทธิ์ ณ จุดจับหรือตำแหน่งที่ออกฤทธิ์ (Mode of action / Site of action) โดยแบ่งออกเป็น 37 กลุ่ม กับอีก 7 กลุ่มที่ยังไม่ทราบกลไกที่แน่ชัด และในอนาคตน่าจะมีกลุ่มกลไกใหม่ๆ เพิ่มเติมออกมาอย่างแน่นอน ด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์บวกกับการวิจัยค้นคว้าอย่างต่อเนื่องของบริษัทผู้ผลิตในต่างประเทศ เมื่อย้อนกับไปเมื่อราว 10 ปีก่อนหน้า (พ.ศ.2552-2555) นักวิชาการไทยและบริษัทผู้จำหน่ายสารกำจัดแมลงเริ่มตื่นตัวกับการจำแนกกลุ่มแบบใหม่ตามกลไกการออกฤทธิ์ที่ตำแหน่งต่างๆ ที่เล็กกว่าอวัยวะระดับเซลล์[1] ซึ่ง ณ ปีนั้นมีกลุ่มเพียง 28 กลุ่ม และกลุ่มที่ยังไม่ทราบกลไกออกฤทธิ์อีก 3-4 กลุ่ม นอกจากสารกำจัดแมลงแล้ว สารป้องกันกำจัดโรคพืช (fungicides) และสารกำจัดวัชพืช (herbicides) ก็จำแนกกลุ่มตามกลไกการออกฤทธิ์เช่นเดียวกัน
[1]อวัยวะระดับเซลล์ เป็นคำเปรียบเทียบเพื่อให้เข้าใจง่ายในบทความ ในทางวิชาการเรียกว่า “ออร์แกแนล (organelles)”

ภาพ: กลไกออกฤทธิ์ของสารกำจัดแมลง (อัพเดท พ.ค. 2568) แบ่งออกเป็นออกฤทธิ์ต่อระบบภายในแมลง 4 ประเภท และอีก 1 ประเภทที่ยังไม่ทราบ โดยทุกระบบภายในสามารถแบ่งเป็นจุดหรือตำแหน่งที่ยาออกฤทธิ์ได้ 37 ตำแหน่ง (37 กลุ่ม ยาแมลง) และที่ยังจำแนกตำแหน่งออกฤทธิ์ไม่ได้อีก 7 กลุ่ม
การจำแนกกลุ่มสารกำจัดแมลงตามกลไกการออกฤทธิ์ (Mode of Action: MoA)
เหตุที่มีการจำแนกกลุ่มใหม่ เป็นเพราะการสร้างความต้านทานของแมลง (resistance) หรือที่เรียกกันติดปากว่า "แมลงดื้อยา"
โดยที่ในอดีตแม้มีคำแนะนำการใช้สารกำจัดแมลงสลับชนิดกัน เช่น คาร์บาริล สลับ เบนฟูราคาร์บ สลับ ฟีโนบูคาร์บ หรือสลับกลุ่มตามกลุ่มสารเคมี เช่น ฟิโนบูคาร์บ ซึ่งเป็นสารประกอบในกลุ่มสารเคมีคาร์บาเมท (carbamates) สลับ โปรฟีโนฟอส เป็นสารประกอบในกลุ่มสารเคมีออร์กาโนฟอสเฟต (organphosphates) ถึงกระนั้นก็ยังพบการสร้างความต้านทานของศัตรูพืช
หลักการกลไกการออกฤทธิ์ (Principle of Mode of action)
กลไกการออกฤทธิ์ในทางวิชาการ จะหมายถึง สารออกฤทธิ์ (สารกำจัดศัตรูพืช) เข้าไปจับกับโมเลกุลเป้าหมายภายในระดับเซลล์ (target site) เช่น เอนไซม์ (enzymes) โปรตีนตัวรับ (receptor proteins)[2] ทำให้เอนไซม์ไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ เกิดภาวะล้มเหลวของกระบวนการต่างๆ ขึ้น ส่งผลให้ร่างกายเกิดความผิดปกติ เป็นอัมพาตและตายในที่สุด สารต่างๆ ที่เข้าจับโมเลกุลเป้าหมายได้จึงจะเป็นพิษต่อศัตรูพืช หากสารจับกับโมเลกุลเป้าหมายได้ลดลงจะทำให้ความเป็นพิษลดลงและควบคุมศัตรูพืชไม่ได้
[2]โปรตีนตัวรับ (receptor proteins) เป็นกลุ่มโมเลกุลของกรดอะมิโนที่เชื่อมต่อกันหรือรวมกันเป็นโปรตีนที่มีหน้าที่เฉพาะ โดยแทรกตัวอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ (cell mambrane) เช่น Ionic channel proteins เป็นโปรตีนที่ทำหน้าที่เป็นช่องผ่านของสารที่อยู่ภายนอกเซลล์ให้ไหลเข้าสู่ภายในเซลล์ จึงทำให้เยื้อหุ้มเซลล์มีคุณสมบัติคัดเลือกสารเข้า-ออกเซลล์ หรือ receptor proteins ที่ทำหน้าที่ตอบสนองต่อตัวกระตุ้นและสั่งการทำงาน เป็นต้น

ภาพ: ชนิดของโปรตีนเป้าหมายที่ยาแมลงเข้าไปจับ แล้วทำให้ระบบภายในแมลงล้มเหลว
การจับของสารกำจัดแมลงแต่ละกลุ่มจะมีความจำเพาะเจาะจงต่อโมเลกุลเป้าหมาย (target site) และจุดจับหรือตำแหน่งจับ (binding site) ที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นผลมาจากโครงสร้างของสารประกอบเคมีที่มีหมู่ฟังชั่นที่แตกต่างกัน หมู่ฟังชั่นทางเคมีที่รวมกันเป็นสารประกอบเคมีทำให้สารกำจัดแมลงมีความสามารถในการจับกับโมเลกุลเป้าหมายและจุดจับต่างกัน และคุณสมบัติของการมีขั้วประจุบวก/ลบของสารกำจัดแมลง (polarity) จะทำให้การจับมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ตัวอย่าง: สารที่มีโครงสร้างทางเคมีต่างกัน แต่หมู่ฟังชั่นมีคุณสมบัติการจับโมเลกุลเป้าหมายและจุดจับเหมือนกัน จึงจำแนกเป็นกลุ่มเดียวกัน ได้แก่ สารไอโซโปรคาร์บ อยู่ในกลุ่มสารเคมีคาร์บาเมท และสารไดคลอวอส อยู่ในกลุ่มสารเคมีออร์กาโนฟอสเฟต ทั้ง 2 โครงสร้างสารเคมีมีจุดจับที่เอนไซม์อะซีทิลโคลีนเอสเทอเรส (Acetylcholinesterase; AChE) ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่อยู่บริเวณช่องว่างระหว่างเส้นประสาท (synaptic cleft) ทำหน้าที่ย่อยสลายสารสื่อประสาทเพื่อลดระดับกระแสประสาท สารไอโซโปรคาร์บและไดคลอวอส จะมีความเจาะจงจับกับเอนไซม์ชนิดนี้ ทำให้เกิดความเป็นพิษและเอนไซม์ดังกล่าวไม่สามารถย่อยสารสื่อประสาท เพื่อลดระดับกระแสประสาทได้ โดยสารกำจัดแมลงทั้ง 2 ชนิด ได้รับการจำแนกกลุ่มตามกลไกออกฤทธิ์อยู่ในกลุ่ม 1A (คาร์บาเมท) และ 1B (ออร์กาโนฟอสเฟต) ตามลำดับ

ภาพ: ช่องโปรตีนตัวรับนิโคตินิกและเอนไซม์อะซีทิลโคลีนเอสเทอเรส ซึ่งอยู่บริเวณปลายเส้นประสาทส่วนรับ "โพสต์ไซแนปติกนิวรอน"

ภาพ: ตำแหน่งออกฤทธิ์ที่ยาแมลงกลุ่ม 1A และ 1B เข้าไปจับกับเอนไซม์อะซีทิลโคลีนเอสเทอเรส จนเอนไซม์ไม่สามารถย่อยสารสื่อประสาทอะซีทิลโคลีนได้ เป็นผลให้เกิดการกระตุ้นกระแสประสาทต่อเนื่องยาวนานและมากเกินไป (hyperexcitation) ทำให้แมลงเป็นอัมพาตและลาโลกแบบไม่สมัครใจ
ตัวอย่าง:
สารที่มีโครงสร้างทางเคมีต่างกัน มีหมู่ฟังชั่นที่มีคุณสมบัติการจับโมเลกุลเป้าหมายเดียวกัน แต่จุดจับต่างกัน จึงจำแนกเป็นคนละกลุ่ม เช่น สารฟิโพรนิล อยู่ในกลุ่มสารเคมี ฟีนิลไพราโซล (phenylpyrazoles หรือ fiproles) จำแนกกลุ่มตามกลไกออกฤทธิ์อยู่ในกลุ่ม 2B และสารโบรฟลานิไลด์ อยู่ในกลุ่มสารเคมีเมต้า-ไดอะไมด์ (meta-diamides) จำแนกกลุ่มตามกลไกออกฤทธิ์อยู่ในกลุ่ม 30 โดยสารทั้ง 2 กลุ่ม จะจับกับโปรตีนตัวรับที่เป็นช่องผ่านของคลอไรด์ไอออนที่จะถูกกระตุ้นการทำงานให้เปิดช่องด้วยกรดแกมม่าอะมิโนบิวทิริก หรือเรียกสั้นๆ ว่า กาบา (GABA-gated chloride channel) ซึ่งช่องผ่านนี้อยู่บริเวณปลายตัวรับกระแสประสาท (postsynaptic neuron) ของเส้นประสาทส่วนรับ (dendrite) ซึ่งอยู่ระหว่างช่องว่างเส้นประสาท เพื่อรับกระแสประสาทจากเซลล์ประสาทก่อนหน้าและถ่ายทอดกระแสประสาทต่อไป โดยสารฟิโพรนิล จะเข้าไปจับภายในช่องผ่านทำให้ขัดขวางการไหลของคลอไรด์ไอออนเข้าสู่ปลายตัวรับกระแสประสาท (postsynaptic neuron) แม้จะมีสารสื่อประสาทกาบากระตุ้นการเปิดช่องผ่านก็ตาม การขัดขวางช่องผ่านทำให้ไม่เกิดการยับยั้งกระแสประสาทที่ส่งไปยังกล้ามเนื้อ กล้ามเนื้อจะหดเกร็ง เกิดภาวะเป็นอัมพาต (contractive paralysis) ส่วนสารโบรฟลานิไลด์ จะจับกับตัวคุมชนิด "อัลโลสเตอริก (allosteric modulator)" ทำให้ช่องเปิดตลอดเวลา เกิดการยับยั้งกระแสประสาทต่อเนื่องทำให้ไม่สามารถส่งกระแสประสาทได้ เป็นผลให้กล้ามเนื้ออ่อนแรง เกิดภาวะอัมพาตกล้ามเนื้ออ่อนปวกเปียก (flaccid paralysis)

ภาพ: ช่องโปรตีนที่กระตุ้นการเปิด-ปิดด้วยสารสื่อประสาทกาบา เป็นช่องทางไหลเข้าของคลอไรด์เพื่อยับยั้งกระแสประสาท ซึ่งช่องโปรตีนดังกล่าวอยู่บริเวณปลายเส้นประสาทส่วนรับ "โพสต์ไซแนปติกนิวรอน"

ภาพ: ช่องโปรตีนที่กระตุ้นการเปิด-ปิดด้วยสารสื่อประสาทกาบา ช่องทางไหลเข้าของคลอไรด์ (GABA-Gated Chloride Channel: GABA-Cl) โดยยาแมลงกลุ่ม 2B เช่น ฟิโพรนิล จะเข้าไปจับด้านในของช่องทำให้ขวางการไหลเข้าของคลอไรด์ และยาแมลงกลุ่ม 30 เช่น โบรฟลานิไลด์ และไอโซไซโคลซีเรม เข้าไปจับตัวคุมการเปิด-ปิดช่อง มีผลให้ช่องปิดจนคลอไรด์เข้าไม่ได้ จึงไม่เกิดการยับยั้งกระแสประสาท แมลงที่ได้รับสาร 2 กลุ่มนี้จะมีอาการชัก เกร็งและลาโลก
อีกตัวอย่างที่มีลักษณะคล้ายสารกำจัดแมลงกลุ่ม 2B และกลุ่ม 32 คือ สารกำจัดแมลงกลุ่ม 4A, 4C และ4D, กลุ่ม 5, กลุ่ม 14 และกลุ่ม 32 มีจุดจับที่ตัวรับช่องผ่านศักย์ไฟฟ้านิโคตินิกที่กระตุ้นการทำงานด้วยสารสื่อประสาทอะซีทิลโคลีน (nicotinic acetylcholine receptors: nAChR) โดยสารกลุ่ม 4 ทุกกลุ่มสารเคมี มีจุดจับที่ตัวคุม (modulator) โดยแย่งการจับกับสารสื่อประสาทอะซีทิลโคลีน สารกลุ่ม 5 และ 32 จับที่ตัวคุมชนิด "อัลโลสเตอริก (allosteric modulator)" ที่ตำแหน่ง 1 และ 2 ตามลำดับ (site I and II) ส่วนสารกลุ่ม 14 เข้าไปจับในช่องผ่านทำให้เกิดการขัดขวาง (blockers) การผ่านของไอออนประจุบวก เช่น โซเดียมไอออนประจุสองบวก (Na+) หรือแคลเซียมไอออนประจุสองบวก (Ca2+)

ภาพ: ช่องโปรตีนตัวรับนิโคตินิก ที่กระตุ้นการเปิด-ปิดด้วยสารสื่อประสาทอะซีลทิลโคลีน (Nicotinic acetylcholine receptors: nAChR) เป็นช่องทางไหลเข้าของไอออนประจุบวก เช่น แคลเซียม และโซเดียม เพื่อกระตุ้นกระแสประสาทบริเวณปลายเส้นประสาทส่วนรับ "โพสต์ไซแนปติกนิวรอน"

ภาพ: ช่องโปรตีนตัวรับนิโคตินิก ที่กระตุ้นการเปิด-ปิดด้วยสารสื่อประสาทอะซีลทิลโคลีน (nAChR) โดยมียาแมลงกลุ่ม 4, กลุ่ม 5, กลุ่ม 14 และกลุ่ม 32 จับที่คนละตำแหน่งบนช่องโปรตีนดังกล่าว แม้เป็นช่องโปรตีนเดียวกันแต่ตำแหน่งจับต่างกันจึงแบ่งเป็นคนละกลุ่ม
นิยาม "ความต้านทานต่อสารกำจัดศัตรูพืช"
ความต้านทานต่อสารกำจัดแมลง (Insecticides resistance) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม (ยีน: gene) หรือการกลายพันธุ์ (mutation) ของแมลง ที่ส่งผลให้สารกำจัดแมลงไม่สามารถควบคุมหรือกำจัดแมลงได้ ซึ่งการพ่นสารกำจัดแมลงจะเป็นการคัดเลือกแมลงที่มีความสามารถในการต้านทานต่อสารกำจัดแมลง เนื่องจากในจำนวนแมลงที่เข้าทำลายพืชผลจะมีแมลงบางตัวที่มีพันธุกรรมต้านทานสารกำจัดแมลงและเล็ดลอดมาได้ การใช้สารกำจัดแมลงกลุ่มเดิมซ้ำไปซ้ำมาจึงเกิดการคัดเลือกแมลงที่ต้านทานหรือส่งเสริมให้เกิดการกลายพันธุ์ต้านทาน แมลงดังกล่าวเมื่อผสมพันธุ์หรือออกลูกออกหลานจะถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรมที่ควบคุมการแสดงออกของความต้านทานสารดังกล่าวได้

ภาพ: โปรตีนเป้าหมายที่ยาแมลงเข้าไปจับ โดยโครงสร้างของยาจะมีความจำเพาะต่อตำแหน่งที่จับเหมือนเอนไซม์ภายในร่างกาย โดยมี 2 ทฤษฎีเกี่ยวกับความจำเพาะ คือ ทฤษฏีแม่กุญแจ-ลูกกุญแจ และทฤษฏีการเหนี่ยวนำให้เหมาะสม ซึ่งปัจจุบันทฤษฏีหลังได้รับการยอมรับมากกว่า

ภาพ: การดื้อยาและการทนยาของแมลง เกิดมาจากตำแหน่งของโปรตีนเป้าหมายกลายพันธุ์จนยาแมลงจับไม่ได้ และแมลงสามารถสร้างน้ำย่อย (ดีท็อกซ์เอนไซม์) ย่อยยาแมลง ยาแมลงจึงไม่สามารถกำจัดแมลงได้
นอกจากการสร้างความต้านทานต่อสารกำจัดแมลงแล้ว แมลงยังสร้างความทนทานต่อสารกำจัดแมลง (insecticides tolerance) ซึ่งเป็นความสามารถของแมลงในทางสรีระวิทยาที่ทนต่อสารกำจัดแมลงได้มากขึ้น เช่น แมลงอาจมีความสามารถในการสังเคราะห์เอนไซม์ไซโตโครม พี450 (cytochrom P45O enzyme: Cyt. P450) เพิ่มขึ้น ซึ่งมีคุณสมบัติย่อยสลายสารกำจัดแมลงและขับออกจากร่างกาย ทำให้ความเป็นพิษของสารกำจัดแมลงลดลง
การเพิ่มอัตราการใช้สารกำจัดแมลงกับแมลงที่มีความทนทานจะช่วยกำจัดแมลงได้ดีขึ้น และการหยุดใช้สารบางชนิดที่แมลงมีความทนทานจะทำให้แมลงไม่สามารถถ่ายทอดความสามารถดังกล่าวให้กับรุ่นลูกหลานได้ ความสามารถทนทานกับความต้านทานต่อสารกำจัดแมลง อาจแบ่งความแตกต่างดังกล่าวได้ (อย่างง่าย) คือ หากเพิ่มอัตราขึ้น 1.1 เท่า จนถึง 8-9 เท่าของอัตราใช้ดั้งเดิมและสามารถกำจัดแมลงได้ดี จะถือเป็นความสามารถทนทาน ตัวอย่างเช่น เดิมเมื่อสิบกว่าปีก่อน ฟิโพรนิล 5% อัตราใช้กำจัดเพลี้ยไฟพริก (chili thrips) เท่ากับ 5 ซีซี. ต่อน้ำ 20 ลิตร ถ้าปัจจุบันอัตราเพิ่มขึ้น 8 เท่า (5 ซีซี. x 8 เท่า = 40 ซีซี.ต่อน้ำ 20 ลิตร) ยังกำจัดเพลี้ยไฟได้ดี จะถือว่าเพลี้ยไฟมีความสามารถทนทาน แต่หากเพิ่มอัตรามากกว่า 10 เท่าขึ้นไปจากอัตราดั้งเดิมและไม่สามารถควบคุมเพลี้ยไฟได้ แสดงให้เห็นว่าเพลี้ยไฟมีความต้านทานต่อสารกำจัดแมลง (ดื้อยา)
ซึ่งในส่วนของอัตราสารแนะนำดั้งเดิมอาจะต้องตรวจสอบจากข้อมูลเก่าๆ หรือจากผู้มีประการณ์
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)