ไมโครซิสติน…สารพิษจากสาหร่าย

Last Update : Saturday 20 January, 2001 3:54 AM

ไมโครซิสติน...สารพิษจากสาหร่าย

นส.ชาลินี สุนทรอำไพ
รหัสประจำตัว 42620286
ภาควิชาวิทยาศาสตร์ทางทะเล
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

          โดยทั่วไปแหล่งน้ำมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นเสมอ ทั้งทางกายภาพและทางชีวภาพ เช่น มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความเค็ม ความเข้มแสง เนื่องมาจากฤดูกาลที่เปลี่ยนไป, เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดและความลึกของแหล่งน้ำเนื่องจากการกระทำของคลื่นและลม, สิ่งมีชีวิตในแหล่งน้ำมีการแข่งขันกันในด้านอาหาร แหล่งอาศัย เป็นต้น การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีผลทำให้เกิดปรากฏการณ์ยูโทรฟิเคชัน (Eutrophication) ขึ้น เนื่องจากแหล่งน้ำมีปริมาณธาตุอาหารเพิ่มขึ้นโดยเฉพาะธาตุไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ซึ่งเป็นธาตุอาหารจำเป็นต่อการเจริญเติบโตของสาหร่าย และเมื่อมีสภาวะแวดล้อมเหมาะสม สาหร่ายจะเจริญเติบโตและแพร่พันธุ์ได้รวดเร็ว

การเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วของสาหร่าย
          เมื่อสาหร่ายเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็วมีผลให้น้ำเปลี่ยนสี อาจเกิดกลิ่นเหม็นหรือรสชาติเปลี่ยนไปได้ เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า Algal bloom และเมื่อสาหร่ายเหล่านี้ตายลงทำให้น้ำขาดออกซิเจน ส่งผลให้สิ่งมีชีวิตในแหล่งน้ำตายได้ นอกจากนั้นสาหร่ายบางชนิดอาจสร้างสารพิษที่เป็นอันตรายโดยตรงต่อสัตว์น้ำ อีกทั้งยังมีพิษต่อสัตว์เลี้ยง เช่น วัว ควาย แพะ แกะ และสัตว์ปีกที่มากินน้ำ รวมทั้งมนุษย์อาจได้รับอันตรายจากการดื่มน้ำที่ปนเปื้อนสาหร่ายที่สร้างสารพิษนั้นได้

สารพิษจากสาหร่ายคืออะไร
          สารพิษจากสาหร่าย คือ สารทุติยภูมิที่เกิดขึ้นในกระบวนการสร้างและสลายของเซลล์ (secondary metabolite) เป็นสารที่ไม่เกี่ยวข้องหรือจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์สาหร่ายเอง แม้ว่าบางครั้งจะช่วยในการอยู่รอดในธรรมชาติก็ตาม ในปัจจุบันยังไม่ทราบถึงเหตุผลที่แท้จริงในการผลิตสารพิษของสาหร่าย แต่คาดว่าสารพิษที่สร้างขึ้นทำหน้าที่เป็นเสมือนสารป้องกันตัว (protective compound) จากศัตรูหรือคู่แข่งในธรรมชาติ (อาภารัตน์, 2539)

สัตว์ได้รับสารพิษจากสาหร่ายได้อย่างไร
          เนื่องจากสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินมีองค์ประกอบภายในเซลล์เรียกว่า Gas vacuole ซึ่งช่วยในการลอยตัวอยู่บนผิวน้ำ ถูกคลื่นและลมพัดพามวลสาหร่ายมาบริเวณใกล้ชายฝั่ง เมื่อสัตว์ดื่มน้ำที่มีสาหร่ายที่สร้างสารพิษปนเปื้อนอยู่อาจได้รับอันตรายถึงตายได้

          โดยทั่วไปสาหร่ายจะปลดปล่อยสารพิษลงสู่แหล่งน้ำเมื่อเซลล์ตายหรือเซลล์แก่ หรือเกิดการรั่วของผนังเซลล์ การตายของสัตว์ที่ได้รับสารพิษเข้าไปเนื่องมาจากการย่อยเซลล์สาหร่ายที่กินเข้าไปนั่นเอง

ปัจจัยที่มีผลก่อให้เกิดการตายของสัตว์เมื่อได้รับสารพิษ ได้แก่

ชนิดและปริมาณของสารพิษที่ผลิตโดยสาหร่าย
ปริมาณความเข้มข้นของเซลล์สาหร่าย
ชนิด เพศ และขนาดของสัตว์

ไมโครซิสติน
          สาหร่ายที่พบว่ามีการแพร่ขยายพันธุ์ได้อย่างรวดเร็ว คือ สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน (Blue-green algae) ที่พบได้บ่อยและมีปริมาณมาก ได้แก่ Microcystis aeruginosa ซึ่งลอยอยู่บริเวณผิวน้ำจำนวนมาก และก่อให้เกิดปัญหาเนื่องจากสาหร่ายสร้างสารพิษ เรียกว่า ไมโครซิสติน (Microcystins) เป็นสารพิษที่เป็นอันตรายต่อตับ (Hepatotoxin) และพบว่าเป็นตัวเร่งให้เกิดมะเร็งในสัตว์ทดลองด้วย (Nishiwaki - Matsushima และคณะ,1992)

          ไมโครซิสติน มีองค์ประกอบเป็นกรดอะมิโน 7 ชนิด เรียงกันเป็นวงเดี่ยว (Monocyclic) และมีโครงสร้างที่แตกต่างกันขึ้นกับตำแหน่งของกรดอะมิโน จึงทำให้พบสารไมโครซิสตินมากกว่า 50 ชนิด (Carmichael,1992)

          กลไกการทำงานของไมโครซิสติน พบว่ายับยั้งการทำงานของเอนไซม์โปรตีนฟอสฟาเทส 1 (Protein phosphatase 1 : PP1) และโปรตีนฟอสฟาเทส 2A (Protein phosphatase 2A : PP2A) ซึ่งมีความสำคัญต่อการควบคุมเมตาโบลิซึมต่างๆ เช่น เมตาโบลิซึมของคาร์โบไฮเดรต การแบ่งเซลล์ และการยืดหดตัวของกล้ามเนื้อ (Ueno และคณะ, 1996)

ปัจจัยบางประการที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของสาหร่าย

1.ความเข้มแสง
          แสงเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสงของสาหร่าย ความเข้มแสงในน้ำขึ้นกับ สถานที่ ฤดูกาล เวลาในรอบวัน ระดับความลึกของน้ำ สี ความขุ่น และปริมาณเกลือแร่ที่ละลายอยู่ในน้ำ (Trainor, 1978) ความต้องการปริมาณแสงของสาหร่ายแต่ละชนิดแตกต่างกัน การได้รับปริมาณแสงสูงหรือต่ำเกินไปมีผลต่อการเจริญเติบโตของสาหร่าย หรือทำให้เซลล์สาหร่ายได้รับความเสียหาย ดังนั้นสาหร่ายจะเจริญเติบโตได้ดีที่สุดในสภาวะที่มีความเข้มแสงเหมาะสม

2.อุณหภูมิ
          อุณหภูมิมีผลต่อการเจริญเติบโตของสาหร่ายทั้งทางตรงและทางอ้อม โดยมีผลต่อการเจริญเติบโต การสืบพันธุ์ และการละลายน้ำของก๊าซออกซิเจน (รุ่งนภา, 2543) สาหร่ายแต่ละชนิดมีความต้องการอุณหภูมิในการเจริญเติบโตแตกต่างกัน เมื่อสภาพแวดล้อมมีอุณหภูมิเหมาะสมสาหร่ายจะเจริญเติบโตได้ดีที่สุด

3.ความขุ่นของน้ำ
          ความขุ่นของน้ำเกิดเนื่องจากมีอนุภาคแขวนลอยอยู่ ทั้งที่เป็นสารอินทรีย์และสาร อนินทรีย์รวมทั้งสิ่งมีชีวิตในน้ำ อนุภาคแขวนลอยมีผลต่อแสงที่ส่องผ่านลงมาในน้ำ ทำให้เกิดการกระจายของแสง แสงบางส่วนจะถูกดูดซับเอาไว้ ทำให้ปริมาณแสงที่ส่องลงไปด้านล่างลดลง มีผลให้การสังเคราะห์แสงของสาหร่ายลดลง สาหร่ายจึงเจริญเติบโตได้ไม่เต็มที่

4.ค่าออกซิเจนที่ละลายน้ำ
          ค่าออกซิเจนที่ละลายในน้ำใช้เป็นดัชนีบ่งบอกถึงคุณภาพของแหล่งน้ำ หากแหล่งน้ำมีคุณภาพดีปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำสูงสาหร่ายก็เจริญเติบโตได้ดี แต่ถ้าแหล่งน้ำเกิด
มลพิษค่าออกซิเจนที่ละลายในน้ำต่ำมาก สาหร่ายที่มีความทนทานต่อสภาพขาดออกซิเจนจะเจริญเติบโตได้ ในขณะที่สาหร่ายบางชนิดไม่สามารถทนทานได้จึงตายไป

5.ความเป็นกรดเบส
          ความเป็นกรดเบสที่เหมาะสมกับสิ่งมีชีวิตในน้ำมีค่าอยู่ในช่วง 6.0-8.0 สาหร่ายแต่ละชนิดต้องการความเป็นกรดเบสในระดับที่แตกต่างกัน บางชนิดมีความทนทานต่อสภาวะแหล่งน้ำที่เป็นกรดจึงสามารถเจริญเติบโตได้ดี แต่โดยทั่วไปสาหร่ายเจริญเติบโตได้ดีในน้ำที่มีสภาพเป็นเบส (ลัดดา, 2539)

6.ธาตุอาหาร
          ธาตุอาหารมีความจำเป็นต่อการเจริญเติบโตของสาหร่ายเช่นเดียวกับพืช สาหร่ายต้องการธาตุอาหารในชนิดและปริมาณที่แตกต่างกัน การเจริญเติบโตของสาหร่ายจะขาดธาตุชนิดใดชนิดหนึ่งไม่ได้ เราเรียกธาตุอาหารนี้ว่าธาตุอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช (Essential element) มี 16 ชนิด แบ่งเป็นธาตุอาหารหลัก (Macronutrient) 9 ชนิด และธาตุอาหารรอง (Micronutrient) 7 ชนิด
ธาตุอาหารหลักที่มีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตของสาหร่าย ได้แก่ ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญของกรดอะมิโน โปรตีน เอนไซม์ เป็นต้น ส่วนฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบของพลังงานในรูป ATP, ADP, Phospholipid, RNA, DNA เป็นต้น หากสาหร่ายได้รับธาตุอาหารในปริมาณไม่เหมาะสมจะมีผลต่อการเจริญเติบโตได้

          การศึกษาปัจจัยบางประการที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของสาหร่าย Microcystis aeruginosa มีความจำเป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากความเป็นพิษของสาหร่ายขึ้นกับสภาพแวดล้อมของแหล่งน้ำ หากเราทราบสภาวะที่เอื้ออำนวยต่อการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วของสาหร่ายแล้ว เราสามารถหาแนวทางในการจัดการแหล่งน้ำให้มีคุณภาพดี ปราศจากอันตรายจากการปนเปื้อนของสาหร่ายที่สร้างสารพิษได้
ส่วนเซลล์สาหร่ายที่ได้จากการเพิ่มปริมาณ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการศึกษาในระดับสูงขึ้น เช่น การศึกษาความเป็นพิษในสัตว์ทดลอง, การศึกษาโครงสร้างสารพิษ, การศึกษาพันธุกรรมของสาหร่ายที่สร้างสารพิษ เป็นต้น ซึ่งในประเทศไทยมีผู้ให้ความสนใจน้อยมาก สวนทางกับความสำคัญของปัญหา เพราะปัญหาที่เกิดขึ้นมีผลโดยตรงต่อสุขภาพมนุษย์

เอกสารอ้างอิง

รุ่งนภา พิทักษ์ตันสกุล. 2543. ความหลากหลายของสาหร่ายน้ำจืดในแหล่งน้ำยูโทรฟิคและสภาวะ ที่เหมาะสมในการเจริญเติบโตของ Microcystis aeruginosa Kutzing. วิทยานิพนธ์ปริญญาโท. มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. กรุงเทพฯ.

ลัดดา วงศ์รัตน์. 2539. คู่มือการเลี้ยงแพลงก์ตอน. คณะประมง มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, กรุงเทพฯ. 133 น.

อาภารัตน์ มหาขันธ์. 2539. สารพิษจากสาหร่าย.วารสารการวิจัยและพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี 11(1) : 39-53.

Carmichael, W.W. 1992. Cyanobacteria secondary metabolites the cyanotoxins. Appl.Bacterol. 72 : 445-458.

Nishiwaki-Matsushima, R., T. Ohta, S. Nishiwaki, M. Suganuma, K. Kohyama, T. Ishikawa, W.W. Carmichael and H. Fujiki. 1992. Liver tumor promotion cyanobacterial cyclic peptide toxin microcystin LR. Cancer Res. Clin. Oncol. 118 : 420-424.

Trainor, F.R. 1978. Introductory Phycology. John Wiley & Sons Inc., New York. 525 p.