ไคโตซานโอลิโกแซคคาไรด์ (COS) คืออะไร?

สารบัญ

ไคโตซานโอลิโกแซคคาไรด์ (COS) นวัตกรรมวัคซีนพืช

ไคโตซานโอลิโกแซคคาไรด์ หรือ ไคโตซานโอลิโกเมอร์ นวัตกรรมวัคซีนพืชเน้นที่การป้องกันมากกว่าการรักษาซึ่งเป็นหัวใจหลักของการนำนวัตกรรมวัคซีนพืชไปใช้อย่างสม่ำเสมอเพื่อกระตุ้นให้พืชสร้างระบบภูมิคุ้มกันตัวเองต่อสภาวะที่ทำให้พืชเกิดความเครียดหรือเมื่อเจอศัตรูพืช โดยทั่วไปพืชมีการป้องกันตัวเองพืชตามธรรมชาติอยู่แล้ว การที่พืชจะสร้างภูมิคุ้มกันได้ต้องมีระดับความเสียหายค่อนข้างมากแล้ว เพราะต้องรอให้มีการสร้างกรดซาลิไซลิค (SA) ในปริมาณมากพอที่จะกระตุ้นได้ และภูมิต้านทานที่เกิดขึ้นก็จะเกิดขึ้นเฉพาะพืชต้นนั้นไม่สามารถจะควบคุมหรือป้องกันพืชทั้งแปลงได้ ดังนี้การระบาดก็จะยังเกิดขึ้นตลอดเวลา การให้ไคโตซานโอลิโกแซคคาไรด์ (COS) ในปริมาณเพียงเล็กน้อยกระตุ้นจะช่วยให้สามารถป้องกันโรคพืชก่อนเกิดความเสียหายและยังสามารถควบคุมและป้องกันโรคจากเชื้อแบคทีเรีย เชื้อรา และเชื้อไวรัสได้

ระบบป้องกันตัวเองของพืชตามธรรมชาติ (Systemic Acquired Resistance; SAR)

เป็นระบบป้องกันตัวเองของพืชตามธรรมชาติ ซึ่งจะถูกกระตุ้นเมื่อเชื้อโรค ทั้งเชื้อรา แบคทีเรีย และไวรัส ที่เข้าทำลายพืชทำให้เกิดบาดแผล พืชจะเกิดการการตอบสนองอย่างฉับพลัน Hypersensitive Response (HR) และหลั่งสาร SA ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นสัญญาณ (SAR Signal) ส่งไปยังเซลล์ต่างๆทั่วทั้งต้นพืช กระตุ้นให้ยีนต้านทานโรค Pathogenesis-related gens (PR-Genes) สร้างโปรตีนต้านทานโรคตัวหนึ่งขึ้นมา Pathogenesis-related proteins (PR-Proteins) ที่ทำหน้าที่เป็นสารควบคุมและฆ่าเชื้อโรคหลายๆชนิด ทำให้พืชมีภูมิต้านทานโรคและสามารถรักษาโรคและป้องกันการเกิดโรคที่มีสาเหตุมาจากเชื้อรา แบคทีเรียและไวรัสได้ ก่อนที่เชื้อโรคจะลุกลามไปทั่วทั้งลำต้น

เมื่อพืชได้รับไคโตซานโอลิโกแซคคาไรด์ (COS)

พืชจะสร้างกลไกการกระตุ้นภูมิต้านทานโรคพืช เป็นวิธีที่ใกล้เคียงเลียนแบบธรรมชาติมากที่สุด จากงานวิจัยค้นพบว่า พืชสร้างขึ้นกรดซาลิไซลิค (Salicylic acid; SA) หลังจากการติดเชื้อซึ่งจะเป็นสารเคมีสำคัญในการกระตุ้นการสร้างโปรตีนที่เป็นภูมิต้านทานโรค (PR-proteins) ขึ้นมาป้องกันตนเอง โปรตีนที่เป็นภูมิต้านทานโรคเหล่านี้เป็นแบบที่ไม่เฉพาะเจาะจงกับเชื้อโรคใดๆ ดังนั้นพืชจึงสามารถต้านทานโรคที่เกิดได้ทั้งจากแบคทีเรีย รา และไวรัส อย่างไรก็ตามโปรตีนที่เป็นภูมิต้านทานโรคเหล่านี้จะมีอายุไม่ยาวนัก ประมาณ 15-30 วันก็จะหมดไป จึงจำเป็นต้องกระตุ้น COS ให้พืชอย่างสม่ำเสมอ

กลไกเมื่อพืชได้รับ COS แล้วจะสร้างภูมิต้านทานขึ้นมาด้วยการ

กระตุ้น (Stimulant หรือ Elicitor) สารที่สามารถกระตุ้นให้เกิดปฎิกิริยาตอบสนองในพืช
เหนี่ยวนำ (Precursor)

โดยพืชจะสร้างโมเลกุลสาร 2 ชนิด คือ ซาลิไซลิค แอซิด (Salicylic acid-SA), จัสโมนิค แอซิด (Jasmonic acid-JA) และเอธิลีน (Ethylene-EA) แสดงดังรูปที่ 1

รูปที่ 1. แสดงกลไกเมื่อพืชได้รับ COS แล้วจะสร้างภูมิต้านทาน

กลไกของ COS ต่อระบบภูมิคุ้มกันของพืช

Signal perception การรับรู้สัญญาณ
Signal transduction การส่งสัญญาณ
COS response genes and proteins
COS สร้างสาร SA การตอบสนองต่อยีน (PR-Genes) และโปรตีน (PR-Proteins)
Defense-related secondary metabolites accumulation การป้องกันตัวเองเกี่ยวข้องกับเมแทบอไลต์ทุติยภูมิ

นอกจากนี้ COS ยังกระตุ้นให้เกิด Abscisic acid (ABA) ABA หมายถึงฮอร์โมนพืชที่ทำหน้าที่ยับยั้งการเจริญเติบโต ส่งเสริมการพักตัวและช่วยให้พืชทนต่อสภาวะเครียด ข้อควรระวัง ABA ละลายน้ำได้น้อยมาก เป็นสารประกอบการสลายตัวของแสงจ้าและควรเก็บไว้ในที่มืด เมื่อเตรียมสารละลายการทำงานควรได้รับการปกป้องจากแสง จากงานวิจัย COS ยังกระตุ้นให้เกิด ออกซิน (Auxin) ไซโทไคนิน (Cytokinin)

ข้อดีของการใช้ COS เป็นวัคซีนพืช

ระบบป้องกันตัวเองของพืชตามธรรมชาติ Systemic Acquired Resistance (SAR) โดยหลั่งสาร SA กระตุ้นให้พืชสร้าง PR genes และ PR-proteins
กระตุ้นให้พืชมีภูมิต้านทาน (Induced systemic resistance: ISR) โดยหลั่งสาร JA และ ET
จากระบบระบบภูมิต้านทานของพืช พืชจะสร้างสารประเภททุติยภูมิ (Secondary metabolites) แบ่งเป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆ ได้แก่
เทอปินอยส์ (terpenoids)
ฟีโนลิกส์ (phenolics)
อัลคาลอยส์ (alkaloids) ทำให้เกิดผลดีในด้านต่างๆ
ทำให้พืชมีความแข็งแรง มีความทนทานต่อการเข้าทำลายของโรคและแมลง
ช่วยส่งเสริมให้พืชผลิตสารในการยับยั้งการเจริญเติบโตของไวรัส เชื้อรา และแบคทีเรีย
ช่วยให้พืชมีความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม เช่น ร้อนจัด หนาวจัด หรือขาดนํ้า
ทำให้ได้สารกลุ่มฟีโนลิกส์ (phenolic compounds) มากขึ้น ซึ่งมีประโยชน์ในการเป็นสารต้านอนุมูลอิสระ (antioxidant)
ทำให้เกิดการสังเคราะห์แสงที่มากขึ้น จากการมีปริมาณของคาโรตินอยส์ที่เพิ่มมากขึ้น
เพิ่มเกราะป้องกันให้พืช (plant shield)
ทำให้ผิวของผักและผลไม้ต่างๆ มีความหนา และแข็งแรงมากขึ้น ทำให้หนอน และแมลง กัดแทะได้ยากขึ้น

ที่มา

Carbohydrate Polymers, 82 (2010) 1–8.

ดร.สิริพิชญ์ ส่งทวี สะโจมแสง

ดิฉัน ดร.สิริพิชญ์ ส่งทวี สะโจมแสง เป็นเจ้าของธุรกิจเกี่ยวกับสารอินทรีย์และเคมีอินทรีย์สำหรับพืช จบการศึกษาระดับปริญญาเอก สาขาวิศวกรรมเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และมีประสบการณ์ด้านการทำวิจัยทางเคมี วัสดุ และวิศวกรรม