จุลชีพ ยาปฏิชีวนะ และจักรวาลในผืนดิน

แต่ละธุลีดินแม้จะดูเป็นเศษผงที่ไร้คุณค่า แต่แท้ที่จริงผืนดินคือจักรวาลของสิ่งมีชีวิตมหาศาลที่เรามองไม่เห็นเรียกว่า จุลชีพ เป็นรากฐานของชีวิตและความสมบูรณ์ของโลก

วิถีชีวิตในปัจจุบันอาจจะยากที่ใครจะบอกว่าเป็น “คนติดดิน” แต่ที่จริงแล้วชีวิตของเราใกล้ชิดกับดินมากกว่าที่คิด เนื่องจากดินเป็นที่มาของยารักษาโรคที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่ง นั่นก็คือยาปฏิชีวนะ (ยาต้านแบคทีเรีย) ยาปฏิชีวนะนั้นเป็นการค้นพบที่สำคัญที่สุดสิ่งหนึ่งในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ ช่วยรักษาชีวิตทั้งคนและสัตว์ได้จำนวนมากจากอาการเจ็บป่วยที่เกิดขึ้นจากแบคทีเรีย เช่น การติดเชื้อ แผลอักเสบ การผ่าคลอด ยกตัวอย่างเช่น ยาปฏิชีวนะในยุคบุกเบิกแรกเริ่มการค้นพบในช่วงยุคค.ศ. 1950s อาทิ เพนนิซิลิน ยาปฏิชีวนะตัวแรกที่ค้นพบ มาจากเชื้อราที่ชื่อว่า Penicillium ที่พบในดิน หรือสเตรปโตมัยซิน ยาปฏิชีวนะที่เข้ามาช่วยอุดช่องโหว่ของเพนนิซิลิน สามารถช่วยรักษาโรคที่เกิดจากการติดเชื้อแบคทีเรียหลายชนิด รวมถึง วัณโรค และกาฬโรค โดยยาชนิดนี้สกัดแยกได้จากเชื้อแบคทีเรียชื่อว่า Streptomyces griseus ที่อยู่ในดิน และแตกแขนงออกไปเป็นยาปฏิชีวนะอีกหลายชนิด  ในช่วงปีค.ศ. 1945-1978 นั้นยาปฏิชีวนะถูกผลิตขึ้นจากแบคทีเรียชนิดนี้มากถึงกว่า 55% ยังนำมาใช้จนถึงในปัจจุบัน รวมถึงประเภทที่ใช้รักษามะเร็ง 

จุลชีพก็ไม่แตกต่างจากสิ่งมีชีวิตอื่น อยู่อาศัยกันเป็นสังคม และมีการแก่งแย่งทรัพยากรกัน ดังนั้นดินที่อุดมสมบูรณ์ก้อนหนึ่งจึงมีจุลชีพอยู่มหาศาลหลากหลายสายพันธุ์ อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียมีการต่อสู้กันอยู่ตลอดเวลาเพื่อแย่งชิงอาหารและมีชีวิตรอด และในกระบวนการต่อสู้เพื่อเอาชนะนี่เอง แบคทีเรียมีการผลิตสารต้านแบคทีเรีย (ชนิดอื่น) ขึ้น มีคุณสมบัติในการยุติการเติบโตหรือฆ่าอีกฝ่าย ซึ่งนั่นก็คือยาปฏิชีวนะที่เรานำมาใช้

ว่าแต่ การที่แบคทีเรียที่อยู่ในดินผลิตยาได้ แล้วเกี่ยวอะไรกับเรา เป็นแค่หน้าที่ของนักวิทยาศาสตร์กับหมอไม่ใช่หรือ?

ความหลากหลายทางชีวภาพไม่ใช่แค่มีเสืออยู่ในป่า หรือฉลามในท้องทะเลเท่านั้น แต่ดินที่อุดมสมบูรณ์ก็คือความหลายหลากทางชีวภาพที่ต้องรักษาไว้ เพราะดินคือรากฐานของชีวิตที่หล่อเลี้ยงโลก และสะท้อนถึงความอุดมสมบูรณ์ที่เกื้อกุลกันของธรรมชาติ นอกจากการเสื่อมถอยของดินและผืนป่าที่เกิดจากอุตสาหกรรมเกษตรและเนื้อสัตว์แล้ว อีกประเด็นสำคัญที่คุกคามสุขภาพ “บ้าน” ของจุลชีพ คือ การใช้ยาปฏิชีวนะเกินความจำเป็น ทั้งจากชุมชน โรงพยาบาล และปศุสัตว์ ที่ทำให้เกิดการปนเปื้อนยาปฏิชีวนะในดิน หรือจากแหล่งน้ำทิ้งลงสู่ดิน รวมถึงการใช้สารเคมีการเกษตรและปุ๋ยเคมีที่มีส่วนฆ่าและทำลายความหลากหลายของสายพันธุ์แบคทีเรีย ส่งผลให้แบคทีเรียในดินบางชนิดกลายเป็นแบคทีเรียดื้อยาได้ 

งานวิจัย “Antibiotics in the Soil Environment—Degradation and Their Impact on Microbial Activity and Diversity” โดย Cycoń ที่เผยแพร่ใน Frontiers in Microbiology ศึกษาถึงผลกระทบของยาปฎิชีวนะต่อจุลชีพในดิน พบว่า ยาปฏิชีวนะส่งผลให้จุลชีพเปลี่ยนแปลงเอนไซม์และความสามารถในการดูดซับก๊าซคาร์บอน และไนโตรเจนในอากาศ (ดินที่อุดมสมบูรณ์คือแหล่งกักเก็บคาร์บอนของโลกที่ใหญ่ที่สุด) จากแหล่งที่แตกต่างกัน รวมถึงเปลี่ยนแปลงความหลากหลายของกลุ่มจุลชีพที่มีความสัมพันธ์เชื่อมโยงกัน (เช่น แบคทีเรียแกรมเนกาทีฟ แบคทีเรียแกรมโพสิทีฟ และเชื้อรา) นอกจากนี้งานวิจัยยังพบว่า กิจกรรมของมนุษย์อย่างเกษตรและปศุสัตว์นั้นคือสาเหตุหลัก

นักวิทยาศาสตร์ตระหนักถึงการมีอยู่ของยาปฏิชีวนะในดินมานานแล้ว ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น โดยทั่วไปแล้วในดินที่อุดมสมบูรณ์อาจมียาปฏิชีวนะอยู่ระดับไม่กี่นาโนกรัม ไปจนถึงมิลลิกรัมต่อดิน 1 กิโลกรัม (Cycoń, 2019) แต่ดินที่พบว่ามียาปฏิชีวนะอยู่ในสัดส่วนที่สูงนั้น มักพบในพื้นที่ที่ใช้สำหรับปศุสัตว์ หรือที่ทิ้งมูลสัตว์จากปศุสัตว์ (Kay et al., 2004; Zhou et al., 2013a; Hou et al., 2015; DeVries and Zhang, 2016) การปนเปื้อนของยาปฏิชีวนะในดินนี้ส่งผลให้เกิดแบคทีเรียดื้อยาได้ ซึ่งในทางเดียวกัน ก็ส่งผลไปยังความทนทานหรือความอ่อนไหวต่อยาปฏิชีวนะของประชากรจุลชีพทั้งหมดในพื้นที่ ซึ่งจากงานวิจัยของ Cycoń ได้ให้ข้อมูลว่า แม้แต่การปนเปื้อนยาปฏิชีวนะเพียงปริมาณน้อย ก็สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของยีนในแบคทีเรีย และส่งต่อยีนดื้อยาไปยังประชากรแบคทีเรียในพื้นที่ได้ ซึ่งท้ายที่สุดแบคทีเรียและยีนดื้อยาที่ปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม อาจปะปนอยู่ในห่วงโซ่อาหาร และเข้าสู่ร่างกายของเราได้

ปัญหาเชื้อดื้อยากําลังเป็นปัญหาใหญ่ของโลก วงการแพทย์ได้ใช้ยาเพนนิซิลินและยาปฏิชีวนะอื่น ๆ บําบัดเชื้อแบคทีเรียหลายชนิดมาตั้งเกือบ 100 ปีที่แล้ว แต่มาถึงตอนนี้เชื้อเเบคทีเรียหลากหลายชนิดเริ่มดื้อต่อยาปฏิชีวนะมากขึ้น องค์การอนามัยโลก (WHO) จึงยกให้เชื้อดื้อยาเป็นภัยคุกคามสุขภาพสำคัญที่ต้องตระหนักควบคู่ไปกับมลพิษทางอากาศ  และปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ก็ยังคงมุ่งหายาปฏิชีวนะชนิดใหม่จากแบคทีเรียในดิน 

แต่ไม่ใช่เรื่องง่ายเลยที่จะค้นพบยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ ขณะที่เชื้อดื้อยานั้นพัฒนาอยู่เรื่อย ๆ จนกระทั่งไม่มียาปฏิชีวนะชนิดใดมีคุณสมบัติที่จะรักษาโรคติดเชื้อดื้อยานั้นได้ ทำให้ผู้ป่วยต้องเสียชีวิต เรากำลังเหลือยาปฏิชีวนะที่มีประสิทธิภาพน้อยลง ซึ่งยาปฏิชีวนะนั้นจำเป็นอย่างยิ่งต่อการรักษาขนานใหญ่เช่นการผ่าตัด การเปลี่ยนอวัยวะ เชื้อดื้อยาเป็นวิกฤตที่คร่าชีวิตคนทั่วโลกปีละ 700,000 คน และตัวเลขนี้อาจเพิ่มสูงถึง 10 ล้านคนต่อปี ในปีคศ.2050 

ข้อมูลจาก BBC เผยว่า ในช่วง 30 ปีล่าสุด โลกเรายังคงใช้ยาปฏิชีวนะที่ค้นพบเมื่อปี 1984 และหลายทศวรรษมาแล้วที่ยังไม่มียาปฏิชีวนะคลาสใหม่ได้รับการค้นพบ 

สาเหตุที่ยากต่อการค้นพบยาปฏิชีวนะชนิดใหม่นั้นก็เพราะแม้จุลชีพบางชนิดที่อ่อนแอจะตายไปเพราะยาปฏิชีวนะ แต่จุลชีพสายพันธุ์ที่แข็งแรงสามารถวิวัฒนาการ และพัฒนาการป้องกันต่อยาปฏิชีวนะได้ นั่นหมายความว่า ยิ่งเราใช้ยาปฏิชีวนะมากเท่าไร ทั้งในคนและในสัตว์ ผลที่ตามมาก็คือเราจะต้องเหนื่อยหน่อยในการต่อสู้กับเชื้อดื้อยา ที่เรามีสิทธิจะพ่ายแพ้สูงมาก 

เช่นนี้แล้ว ดินที่อุดมสมบูรณ์และเป็นบ้านที่อบอุ่นของจุลชีพมากสายพันธุ์เท่าที่สุดที่จะมากได้จึงเป็นทั้งการรักษาผืนดืนที่เกื้อหนุนป่าและอาหารของเรา อีกทั้งยังเป็นแหล่งยารักษาโรคที่สำคัญ การใช้ยาปฏิชีวนะทั้งในคน สัตว์ และพืชเท่าที่จำเป็นนั้น จึงเป็นสิ่งเดียวที่จะช่วยรักษาผืนดิน รวมถึงสุขภาพของเราไว้ได้จากวิกฤตดื้อยา

ข้อมูลอ้างอิง

Clardy, J., Fischbach, M. A., & Currie, C. R. (2009). The natural history of antibiotics. Current biology : CB, 19(11), R437–R441. https://doi.org/10.1016/j.cub.2009.04.001

Cycoń, M., et al. (2019). “Antibiotics in the Soil Environment—Degradation and Their Impact on Microbial Activity and Diversity.” Frontiers in Microbiology 10(338).

Jinks, Tim. (2017, October 27). Why is it so difficult to discover new antibiotics?. BBC. https://www.bbc.com/news/health-41693229.

Quinn, G. A., et al. (2020). “Streptomyces from traditional medicine: sources of new innovations in antibiotic discovery.” Journal of Medical Microbiology 69(8): 1040-1048. https://doi.org/10.1099/jmm.0.001232

Sonia Sethi, R. K., Saksham Gupta (2013). “ANTIBIOTIC PRODUCTION BY MICROBES ISOLATED FROM SOIL.” INTERNATIONAL JOURNAL OFPHARMACEUTICAL SCIENCES AND RESEARCH: 2967-2973.