Acmella oleracea extract-loaded nanoemulsion for the control of Aedes aegypti and Tribolium castaneum larvae: combating disease vectors and agricultural pests

على مدى عقود، اعتمدت المعركة ضد الآفات الحشرية والبعوض الناقل للأمراض بشكل كبير على المواد الكيميائية الاصطناعية. ورغم فعاليتها، إلا أن هذه السموم المصنعة بشرياً غالباً ما تظل عالقة في البيئة، وتؤذي الحيوانات التي ليست هي الأهداف المقصودة، وتؤدي في النهاية إلى ظهور حشرات لم تعد تموت عند تعرضها لها. وقد دفع هذا المسار العلماء للبحث عن بدائل في الطبيعة، وبالتحديد عبر التوجه نحو النباتات التي طورت دفاعاتها الكيميائية الخاصة ضد الحشرات. أحد هذه النباتات هو "أكميلا أوليرا" (Acmella oleracea)، المعروف باسم "جامبو"، وهو عشب مزهر يستخدم في الطهي والطب التقليدي. يحتوي هذا النبات على مركبات طبيعية يمكنها تعطيل الجهاز العصبي للحشرات. ومع ذلك، فإن استخدام مستخلصات النبات الخام قد يكون أمراً صعباً؛ فقد تتحلل المكونات النشطة بسرعة كبيرة تحت ضوء الشمس أو في الماء، أو قد لا تنتشر بشكل متساوٍ بما يكفي لتكون فعالة. ولحل هذه المشكلة، يتجه الباحثون بشكل متزايد نحو تقنية النانو، وهو مجال يتضمن تغليف المواد في قطرات صغيرة جداً بحيث لا يمكن رؤيتها إلا بالمجاهر القوية. يمكن لهذه الحوامل المجهرية أن تحمي المكونات النشطة، وتساعدها على البقاء لفترة أطول، وتوصلها بكفاءة أكبر إلى الهدف.

استكشف فريق من الباحثين في البرازيل مؤخراً ما إذا كان بإمكانهم الجمع بين القوة الطبيعية لنبات الجامبو وهذا النظام المتطور للتوصيل لإنشاء طريقة أكثر أماناً وفعالية لمكافحة الآفات. انصب تركيزهم على جانبين: بعوضة "الزاعجة المصرية" (Aedes aegypti)، التي تنقل أمراضاً خطيرة مثل حمى الضنك وفيروس زيكا، وخنفساء الدقيق الحمراء، وهي آفة شائعة تفسد الحبوب والمنتجات الغذائية المخزنة. بدأ العلماء باستخراج المواد الكيميائية من أزهار نبات الجامب، وهي عملية أسفرت عن سائل غني بمركب محدد يسمى "سبيلانثول" (spilanthol)، المعروف بقدرته على شل الحشرات وقتلها. وقبل اختبار هذا المستخلص على الحشرات، كان على الفريق التأكد من سلامته لبقية العالم. فقد اختبروا المستخلص على بذور الخس لمعرفة ما إذا كان سيوقف نموها، كما عرضوا خلايا جلد بشرية وخلايا كبدية للمادة في بيئة مختبرية. كانت النتائج مطمئنة؛ إذ لم يلحق المستخلص ضرراً كبيراً بجذور الخس، وأظهر سمية منخفضة جداً للخلايا البشرية، مما يشير إلى أنه سيكون آمناً للبيئة وللأشخاص الذين يتعاملون معه.

بعد الحصول على مستخلص آمن، انتقل الباحثون إلى الخطوة التالية: تغليفه في مستحلب نانوي. قاموا بخلط مستخلص النبات مع بوليمر آمن قابل للذوبان في الماء واستخدموا موجات صوتية عالية التردد لتفكيك الخليط إلى قطرات صغيرة ومنتظمة للغاية. أنتجت هذه العملية سائلاً مستقراً حيث تُعلق المكونات النشطة للنبات في كرات مجهرية، يبلغ حجمها تقريباً حجم الفيروس. اختبر الفريق ثلاثة تركيزات مختلفة من مستخلص النبات داخل هذه القطرات النانوية، ووجدوا أن التركيبة ذات التركيز المتوسط المحدد أنتجت جزيئات أكثر اتساقاً وتجانساً. ظل هذا الخليط تحديداً مستقراً لعدة أشهر، حيث ظلت القطرات الصغيرة بنفس الحجم ولم تتكتل مع بعضها البعض، وهو أمر بالغ الأهمية لمنتج يحتاج إلى التخزين والاستخدام لاحقاً.

عندما اختبر العلماء هذه الصيغة النانوية الجديدة ضد يرقات البعوض، كانت النتائج مذهلة. كان مستخلص النبات الخام وحده فعالاً بالفعل، حيث قتل عدداً كبيراً من اليرقات عند تركيز معين. ومع ذلك، كان النسخة المستحلبة نانوياً تعمل بشكل أفضل، حيث قتلت جميع اليرقات التي لامستها تقرياً. وتحت المجهر، بدت أجسام البعوض المعالج مختلفة تماماً عن نظيراتها السليمة؛ حيث كانت أجسامها منحنية وملتوية، وفقدت الشعيرات الصغيرة التي تغطي جلدها، مما يشير إلى أن مركبات النبات قد نجحت في تعطيل أنظمتها الداخلية. لم يقتصر المستحلب النانوي على قتل البعوض فحسب، بل حافظ أيضاً على قوة مستخلص النبات، مما أثبت أن القطرات الصغيرة يمكنها إيصال السم بالضبط إلى حيث يلزم دون فقدان قوته.

ذهبت الدراسة خطوة أبعد باختبار نفس المستحلب النانوي ضد خنفساء الدقيق الحمراء، وهي آفة تصيب مخازن الحبوب. وهنا، كان الفرق بين المستخلص الخام والصيغة النانوية دراماتيكياً للغاية. وبينما قتل مستخلص النبات الخام يرقات الخنفساء، إلا أنه تطلب كمية أكبر بكثير للقيام بذلك. أما المستحلب النانوي، فقد حقق نفس التأثير المميت باستخدام جزء ضئيل من المادة. وحسب الباحثون أن النسخة النانوية كانت أقوى بمئات المرات من المستخلص الخام وحده. يشير هذا الارتفاع الهائل في القوة إلى أن القطرات النانوية سمحت للمواد الكيميائية للنبات باختراق دفاعات الخنفساء بسهولة أكبر بكثير، أو ربما حافظت على نشاط المواد الكيميائية لفترة أطول. أظهرت الخنافس المعالجة علامات ضيق مماثلة للبعوض، مما أكد أن الدفاعات الطبيعية للنبات تعمل عبر أنواع مختلفة من الحشرات.

يُظهر هذا العمل أنه من الممكن أخذ علاج نباتي تقليدي وترقيته بعلم حديث لإنشاء أداة قوية وصديقة للبيئة في آن واحد. لقد أظهر الباحثون أنه من خلال تغليف مستخلص الجامبو في قطرات صغيرة ومستقرة، يمكنهم تقليل كمية المواد النباتية المطلوبة لقتل الآفات بشكل كبير مع الحفاظ على مستوى عالٍ من الأمان للكائنات غير المستهدفة. تشير الدراسة إلى أن هذا النهج يمكن أن يقدم بديلاً مستداماً للمبيدات الكيميائية القاسية، مما يوفر وسيلة لحماية المحاصيل والصحة العامة دون العبء البيئي الثقيل لمبيدات الحشرات التقليدية. وبينما تبرز الحاجة إلى مزيد من الاختبارات لتأكيد هذه النتائج في العالم الحقيقي، فإن النتائج المختبرية تقدم لمحة واعدة عن مستقبل تعتمد فيه مكافحة الآفات على دقة تقنية النانو وقوة الطبيعة وهي تعمل معاً.