Tag: แบคทีเรีย

ป่าพรุกับโอกาสของการเป็นแหล่งสารสำคัญทุติยภูมิ
(Peat Swamp Soil and its opportunistic of secondary metabolite source)
โดย คนึงนิจ บุศราคำ     นักวิจัยฝ่ายเทคโนโลยีการเกษตร
email: kanungnid@tistr.or.th

ลักษณะทั่วไปของป่าพรุ (Background)

     ป่าพรุจัดเป็นป่าไม่ผลัดใบชนิดหนึ่ง  และเป็นหนึ่งในสามของสังคมพืชที่มีระบบนิเวศน์แบบน้ำท่วมขังติดต่อกันเป็นระยะเวลานาน ได้แก่ป่าชายเลน (mangrove forest) 2. ป่าพรุ (peat swamp forest) และ 3. ป่าบึงน้ำจืด (fresh water swamp forest)  บางครั้งอาจเกิดความสับสนไม่มากก็น้อยระหว่างป่าพรุและป่าบึงน้ำจืด   แต่สิ่งที่ทำให้สามารถแยกป่าทั้งสองชนิดออกจากกันได้คือ ป่าพรุนั้นไม่ติดต่อกับแหล่งน้ำจืดทางธรรมชาติโดยตรง  ในขณะที่ป่าบึงน้ำจืดนั้นเกิดจากการที่แหล่งน้ำตามธรรมชาติเอ่อล้นลงในที่ลุ่มจนทำให้เกิดการขังของน้ำในแอ่งดังกล่าว    เพื่อความเข้าใจป่าพรุให้มากขึ้น ผู้เขียนขอแนะนำและทำความเข้าใจลักษณะที่สำคัญอื่นๆ ของป่าพรุ ดังต่อไปนี้    คำว่า “พรุ” นั้นเป็นภาษาถิ่นทางภาคใต้ซึ่งหมายความว่าบริเวณที่เป็นที่ลุ่ม  และมีน้ำแช่ขังติดต่อกันเป็นเวลานาน    และเนื่องจากพันธุ์ไม้ในป่าพรุจัดอยู่ในประเภทป่าไม่ผลัดใบ  ดังนั้นจึงมีความเขียวชอุ่มตลอดทั้งปี  และในแอ่งน้ำของป่าพรุนั้นจะมีการสะสมเศษซากอินทรียวัตถุ ได้แก่ซากพืช ซากสัตว์  แต่เนื่องจากการย่อยสลายของเศษซากอินทรีย์เหล่านี้มีอัตราต่ำกว่าการสะสมเศษซากฯ จึงทำให้เกิดลักษณะที่เรียกว่าดินอินทรียวัตถุ หรือดินเชิงอินทรีย์ (organic soil)

รูปที่1    แสดงการขึ้นของพันธุ์ไม้ชนิดต่างๆ อย่างหนาแน่น   ในป่าพรุสองแห่งสวนพฤกษศาสตร์ภาคใต้ (ทุ่งค่าย) จ.ตรัง (ซ้าย)  และป่าพรุ อ.คันธุลี จ.นครศรีธรรมราช (กลางและขวา)

(http://www.seub.or.th/index.php)กล่าวคือดินนั้นจะมีสีน้ำตาลเข้มถึงดำ  มีความหนาแน่นน้อย  ทำให้ดินดังกล่าวมีลักษณะ
อ่อนยวบ  และอุ้มน้ำสูง   ป่าพรุมีดินอินทรีย์ปิดหน้าดินเดิมไว้หนาประมาณ 0.5 ถึง 5.0 เมตร   การไหลเวียนของน้ำในป่าพรุที่ค่อนข้างต่ำ หรือไม่ไหลเวียนเลย   จึงส่งผลให้ดินและน้ำในป่าดังกล่าวมีสีน้ำตาลคล้ายน้ำชา   รสชาติเฝื่อน   มีค่าความเป็นกรดด่าง (pH) ที่ต่ำกว่า  7  โดยบางแหล่งพบว่าค่าความเป็นกรดด่างนั้นประมาณ 4.5-6  (https://web.ku.ac.th/schoolnet/snet6/
envi2/pu/pu.htm)

     พันธุ์ต่างๆไม้ที่ขึ้นในป่าพรุก็เป็นอีกลักษณะหนึ่งที่ทำให้สามารถแยกป่าพรุออกจากป่าบึงน้ำจืดได้  กล่าวคือพันธุ์พืชที่ขึ้นในป่าพรุนั้นจะมีระบบรากแก้วที่ค่อนข้างสั้น  และจะมีระบบรากแบบต่างๆ เข้ามาเสริมความแข็งแรง ได้แก่รากแขนง ที่แผ่กว้างและแข็งแรง  ระบบรากค้ำยัน (stilt root)  นอกจากนี้โคนต้นยังมีลักษณะแผ่ขยายเป็นพูพอน (buttress)  เพื่อป้องกันการล้มอันส่งผลมาจากลักษณะของดินในบริเวณดังกล่าวที่มีความหนาแน่นต่ำนั่นเอง   รวมทั้งระบบรากหายใจ (breathing root)    ดังนั้นพันธุ์ไม้ที่ขึ้นในป่าพรุและป่าบึงน้ำจืดจึงไม่มีความเหมือนกันอย่างสิ้นเชิง  รวมทั้งลักษณะการขึ้นของต้นไม้นั้นก็ต่างกัน โดยต้นไม้ในป่าพรุนั้นจะขึ้นอย่างหนาแน่นและสูงใหญ่ซึ่งต่างจากต้นไม้ในป่าบึงน้ำจืดที่มีลักษณะโปร่ง  ในปีพ.ศ.2529 กรมป่าไม้ได้สำรวจจำนวนชนิดและพันธุ์ไม้ที่ขึ้นในป่าพรุ  พบว่ามีทั้งสิ้น 68 วงศ์ (family)  223 ชนิด (species)  ตัวอย่างพันธุ์พืชที่ขึ้นอยู่ในป่าพรุ เช่น มะฮัง  สะเตียว  หลุมพี  สาคู  หลาวชะโอน  กะพ้อแดง  ตังหนใบใหญ่  ช้างไห้  หมากแดง เป็นต้น    ทั้งนี้มี 44 ชนิดที่เป็นรายงานว่าเป็นสายพันธุ์ใหม่ (new species)  เช่นสะท้อนบก  เทียะ  หมากแดง รัศมีเงินหรือริ้วเงิน เป็นต้น (https://web.ku.ac.th/schoolnet/snet6/envi2/pu/pu.htm)

รูปที่ 2   ป่าพรุควนเคร็ง  จ.นครศรีธรรมราช  ป่าพรุแห่งนี้เป็นป่าพรุที่ค่อนข้างเสื่อมโทรม  โดยพืชส่วนใหญ่ที่ขึ้นในบริเวณนี้คือ ต้นเสม็ดขาวและหญ้ากระจูด

     ป่าพรุในประเทศไทยสามารถพบได้ ในแถบจังหวัดภาคใต้และภาคตะวันออก ฝนตกชุกเกือบตลอดปี  อุณหภูมิเฉลี่ยค่อนข้างสูง ผลการสำรวจของกรมพัฒนาที่ดินในปี 2525    พบว่าพื้นที่ป่าพรุที่ใหญ่ที่สุดนันอยู่ในจังหวัดนราธิวาส 283,350 ไร่ นครศรีธรรมราช  76,875  ไร่   ชุมพร  16,900  ไร่  สงขลา  5,545  ไร่  พัทลุง  2,786  ไร่  ปัตตานี  1,127  ไร่ และตราด 11,980 ไร่
และพบการกระจายตัวบ้างในจังหวัด สุราษฎร์ธานี  ตรัง  กระบี่  สตูล  ระยอง  จันทบุรี และเชียงใหม่ (http://www.forest.go.th/
index.php?option=com_content&id=311)       อย่างไรก็ตามเมื่อมีการพัฒนาที่ขาดความเข้าใจลักษณะทางธรรมชาติของป่าพรุ  ได้แก่การขุดร่องเพื่อระบายน้ำจากป่าพรุให้ลงแหล่งน้ำธรรมชาติอื่น  ส่งผลให้น้ำที่ขังในป่าพรุเหือดแห้งลง  นอกจากจะส่งผลให้ระบบนิเวศฯของป่าพรุเปลี่ยนและเสื่อมโทรมอย่างรวดเร็ว  และไม่สามารถฟื้นฟูกลับมาเป็นป่าพรุที่สมบูรณ์ได้อีกครั้ง (รูปที่ 2)  เมื่อเข้าสู่หน้าแล้งที่อากาศแห้งแล้งจัด  เหล่าอินทรียวัตถุที่ย่อยสลายไม่หมดนั่นเป็นเชื้อเพลิงอย่างดีเมื่อเกิดไฟป่าทั้งโดยธรรมชาติและฝีมือของมนุษย์   ทำให้เกิดการลุกไหม้ติดต่อกันเป็นเวลานาน  ซึ่งการควบคุมการแพร่กระจายของไฟนั้นทำได้ยาก ทำให้ป่าพรุผืนนั้นกลายสภาพเป็นป่าพรุเสื่อมโทรมที่ไม่สามารถฟื้นฟูกลับไปเป็นสภาพเดิมได้อีกต่อไป   จากการสำรวจของกรมป่าไม้ในปี 2528  พบว่าปัจจุบันป่าพรุที่มีพื้นที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน คือ ป่าพรุสิรินธร หรือป่าพรุโต๊ะแดง  จังหวัดนราธิวาส  มีเนื้อที่ประมาณ 125,625 ไร่ (http://www.seub.or.th/index.php)

ป่าพรุกับความหลากหลายของแบคทีเรียแกรมบวก

     แบคทีเรียแกรมบวก (Gram positive bacteria) ในบทความนี้ขอกล่าวถึง กลุ่มแอ๊คติโนแบคทีเรีย (actinobacteria)  เป็นแบคทีเรียแกรมบวกที่มีสัดส่วนเบส กัวนีน และไซโตซีนสูง    และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อมวลมนุษยชาติ  นับตั้งแต่การค้นพบสารปฏิชีวนะ (antibiotic) ที่ชื่อว่าเพนนิซิลิน (penicillin) ในปี ค.ศ.1929 โดย Alexander Flamming   ซึ่งทำให้อัตราการรอดชีวิตของคนในยุคก่อนจากการเจ็บป่วยอันเนื่องมาจากสาเหตุการติดเชื้อเพิ่มขึ้น    และนับจากนั้นเป็นต้นมาอีก 60 ปี  ซึ่งนับว่าเป็นยุคทองของการค้นพบสารปฏิชีวนะ (golden edge) เนื่องจากมีการค้นพบสารปฏิชีวนะ หรือสาระสำคัญทุติยภูมิจากแบคทีเรียกลุ่มนี้เป็นจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น actinomycin, bacitracin, cephalosporin, erythromycin, kanamycin, novobiocin, streptomycin, tetracycline และ vancomycin เป็นต้น (http://smellslikescience.com/a-need-for-new-antibiotic)   (รูปที่ 3)

รูปที่ 3   แสดงชนิดของสารสำคัญทุติยภูมิที่ค้นพบในช่วงระยะเวลาต่างๆ  (ที่มา: http://smellslikescience.com/a-need-for-new-antibiotic )

     ประโยชน์ของสารสำคัญทุติยภูมิเหล่านั้นไม่ได้จำกัดอยู่แค่การเป็นสารปฏิชีวนะใช้รักษาคนและสัตว์เท่านั้น    แต่ยังนำไปใช้ในการเกษตรและสารต้านอักเสบ (agrochemical และ antitumor agents)     โดยกลุ่มที่เป็นแหล่งในการผลิตสารปฏิชีวนะที่สำคัญมากที่สุด คือ Streptomyces  หลังจากผ่านช่วงยุคทองของการค้นพบสารดังกล่าว  อัตราการค้นพบสารสำคัญทุติยภูมินั้นลดลงอย่างรวดเร็ว (รูปที่ 4)     เพื่อเป็นการแก้ปัญหาดังกล่าวจึงมีการพิจารณานำเอาดินหรือตัวอย่างวัสดุจากธรรมชาติที่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ทั่วไป เช่น ดินจากทะเลทราย ที่ดินตะกอนดินจากทะเลลึก  หรือแม้กระทั่งดินจากบริเวณที่มีค่าความเป็นกรดสูงอย่างดินจากป่าพรุ  เป็นต้น  ในการนำมาใช้ค้นหาสารสำคัญทุติยภูมิชนิดใหม่จากจุลินทรีย์ชนิดใหม่หรือหายาก (Goodfellow & Fiedler (2010)

รูปที่4    แสดงปริมาณสาระสำคัญทุติยภูมิที่ค้นพบลดลงในแต่ละช่วงปี (ที่มา: ดัดแปลงจาก Bassetti et al.,2011).

     จากสมมติฐานดังกล่าวทำให้สามารถค้นพบสารสำคัญทุติยภูมิได้จำนวนหลายชนิด เช่น สาร abyssomicins ที่มีฤทธิ์ต้านแบคทีเรียและต้านการอักเสบ จาก Verrucossispora maris AB-18-032^T ที่แยกได้จากดินตะกอนบริเวณ Mariana Trench (ส่วนที่ลึกที่สุดของทะเล) จากมหาสมุทธแปซิฟิก  และสาร atacamicin ที่มีฤทธิธ์ต้านอักเสบ จาก Streptomyses leeuwenhoekii C34^T จากทะเลทราย Atacama ประเทศชิลิ โดยทะเลทรายแห่งนี้ไม่มีฝนตกมาเป็นพันล้านปี (Hartley et al., 2005; Gómez-Silva et al., 2008)  จึงเป็นที่น่าสนใจมากที่สามารถค้นพบจุลินทรีย์จากแหล่งที่ไม่น่าจะมีสิ่งมีชีวิตหรือจุลินทรีย์
อาศัยอยู่ได้   สำหรับประเทศไทยนั้นสภาพสิ่งแวดล้อมที่ไม่เหมาะต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่พอหาได้นั้นคือแหล่งที่มีดินและน้ำที่เป็นกรดจัดอย่างป่าพรุ จึงเป็นที่น่าสนใจสำหรับใช้ในการแยกจุลินทรีย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งแอ๊คติโนแบคทีเรียเป็นอย่างยิ่ง  ทั้งนี้มีรายงานว่าพบการแยกจุลินทรีย์ชนิดใหม่จากป่าน้ำขังในต่างประเทศเช่นกัน ตัวอย่างเช่น Streptacidiphilus durhamensis และ Streptacidiphilus hamsterleyensis (Golinska et al., 2013a; Golinska et al., 2013b)

รูปที่ 5    แสดงการเดินทางไปเก็บตัวอย่างดินจากป่าพรุที่ต่างๆ : บนซ้าย และขวา ป่าพรุที่สวนพฤกษศาสตร์ภาคใต้ (ทุ่งค่าย) จ.ตรัง   ล่างซ้าย ป่าพรุควนเคร็ง จ.นครศรีธรรมราช  และ ล่างขวา  ป่าพรุจากสวนพฤกษศาสตร์พนางดง จ.พัทลุง

     ดังนั้นผู้เขียนและทีมงานวิจัยจึงได้ทำการสำรวจแหล่งป่าพรุที่เหมาะสมต่อการใช้เป็นแหล่งในการศึกษาความหลากหลายของแอ๊คติโนแบคทีเรีย เพื่อศึกษาหาความสามารถในการยับยั้งจุลินทรีย์ก่อโรค รวมทั้งการนำเอาไปใช้ประโยชน์ในด้านการเกษตร    จากการทดสอบศักยภาพเบื้องต้นของแอ๊คติโนแบคทีเรียส่วนใหญ่ที่แยกได้จากดินป่าพรุพบว่าความสามารถในการยับยั้งแบคทีเรียสาเหตุโรค คือ Bacillus subtilis,  Pseudomonas fluorescens และ Saccharomyces cerevisiae   จึงเป็นที่น่าสนใจในการที่ศึกษาให้ลึกลงไปถึงกลไกการยับยั้งของสารสำคัญทุติยภูมิต่อแบคทีเรียสาเหตุเหล่านั้น ตลอดจนการจัดจำแนกชนิดของแอ๊คติโนแบคทีเรียด้วยเทคนิคชีวโมเลกุล (molecular technique) โดยใช้ 16S rRNA gene ต่อไป

รูปที่ 6   แสดงลักษณะการยับยั้งของแอ๊คติโนแบคทีเรียที่แยกได้จากดินป่าพรุแหล่งต่างๆ ต่อแบคทีเรียสาเหตุโรค

เอกสารอ้างอิง

Available at: http://smellslikescience.com/a-need-for-new-antibiotic [accessed 11 June 2013]

Available at:  http://www.forest.go.th/index.php?option=com_content&id=311 [accessed 11 June 2016]   

Available at:  https://web.ku.ac.th/schoolnet/snet6/envi2/pu/pu.htm [accessed 11 June 2016]

Available at: http://www.seub.or.th/index.php [accessed 11 June 2016]

Betina, V., 1983.  The Chemistry and Biology of Antibiotics.  Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam.

Golinska, P., Kim, B.-K., Dahm, H.  and Goodfellow, M., 2013b.  Streptacidiphilus hamsterleyensis sp. nov., isolated from a spruce forest soil.  Antonie van Leeuwenhoek 104, 965-972.

Golinska, P., Wang, D. and Goodfellow, M., 2013c.  Norcardia aciditolerans sp. nov., isolated from a spruce forest soil.  Antonie van Leeuwenhoek 103, 1079-1088.

Gómez-Silva, B., Rainey, F.A., Warren-Rhodes, K.A., McKay, C.P. and Navarro-González, R., 2008.  Acatama Desert soil microbiology.  Soil Biology 13, 117-132.

Goodfellow, M. and Fiedler, H.P., 2010.  A guide to successful bioprospecting: informed by actinobacterial systematics.  Antonie van Leeuwenhoek 98, 119-142.

Hartley, A.J., Chong, G., Houston, J. and Mather, A.F. (2005). 150 million years of climatic stability: evidence from the Atacama Desert, northern Chile. Journal of Geological Science 162,421–424.