Productos biológicos en la protección de cultivos: ¿Son una mejor opción que los productos químicos desde una perspectiva de salud humana?
2 marzo 2020 En los últimos años, cualquier discusión sobre cuestiones de protección de cultivos ha llevado inevitablemente a la pregunta: los productos biológicos: ¿son una mejor opción que los productos químicos?
La respuesta corta es, sí, en casi todas las métricas, también desde una perspectiva de salud humana.
Sin embargo, a medida que nuestra comprensión de los mecanismos detrás de los productos biológicos continúa creciendo, debemos ser conscientes continuamente de que los bioplaguicidas, a pesar de que generalmente tienen un potencial de bajo riesgo para la salud humana o como un peligro ambiental, no son necesariamente inofensivos, a pesar de ser de origen natural.
Introducción
Las estimaciones de los tamaños del mercado mundial de productos fitosanitarios (plaguicidas convencionales y bioplaguicidas) varían, pero el consenso es que se espera que los bioplaguicidas aumenten de aproximadamente 2% del mercado mundial de plaguicidas en 2003 a aproximadamente 8% en 2020, impulsado por un compuesto anual. tasa de crecimiento casi tres veces mayor que la de los plaguicidas convencionales.
Este crecimiento está impulsado por requisitos reglamentarios más estrictos sobre plaguicidas, la conciencia del consumidor sobre los peligros causados por los plaguicidas químicos y la necesidad de modos de acción nuevos y sostenibles son factores que impulsan el crecimiento del mercado de bioplaguicidas.
Los bioplaguicidas pueden ser tan eficaces como los pesticidas químicos convencionales, ofrecen intervalos breves antes de la cosecha, ofrecen modos de acción complementarios, son generalmente biodegradables, dejan pocos (o ningún) residuos nocivos y, en general, son más baratos y fáciles de registrar.
Generalmente, los bioplaguicidas tienen un potencial de riesgo bajo para la salud humana o como un peligro ambiental, pero es importante tener en cuenta que los bioplaguicidas no son necesariamente inofensivos, a pesar de ser de origen natural.
Consideraciones de salud: modo de acción de los biopesticidas
Los bioplaguicidas pueden agruparse según su modo de acción en bioherbicidas, bioinsecticidas y bionematicidas y biofungicidas. A continuación, consideraremos cada uno de estos grupos desde una perspectiva de salud humana.
Bioherbicidas
Generalmente, los bioherbicidas se dirigen a enzimas específicas e inhiben su función normal. Al inhibir la función enzimática, los bioherbicidas inhiben la biosíntesis de componentes orgánicos vegetales, por ejemplo, ácidos grasos, o procesos metabólicos como la fotosíntesis que son necesarios para la función vegetal.
Si bien los bioherbicidas se dirigen a muchos de los mismos procesos metabólicos de las plantas a los que se dirigen los herbicidas convencionales (sintéticos), no todos los modos de acción de los bioherbicidas están directamente relacionados con el proceso fotosintético.
Por ejemplo, los bioherbicidas pueden inhibir los procesos metabólicos basados en las mitocondrias, incluida la respiración y la biosíntesis de lípidos. Además, los procesos de transporte de electrones respiratorios mitocondriales están relacionados evolutivamente con el transporte de electrones fotosintéticos, y los herbicidas dirigidos al transporte de electrones fotosintéticos pueden afectar la respiración en mamíferos, insectos y microorganismos. Esto podría tener implicaciones para el impacto ambiental de este grupo de bioplaguicidas y es un tema de creciente interés en la investigación.
Los bioherbicidas microbianos incluyen endófitos bacterianos y fúngicos (microorganismos que colonizan plantas sin causar enfermedades), así como virus.
Pueden surgir impactos adversos para la salud después de la exposición a estos organismos. La investigación sobre los impactos en la salud se ha centrado principalmente en la potencial toxicidad y patogenicidad, mientras que su potencial alergenicidad está menos estudiada.
Bioinsecticidas
Los bioinsecticidas incluyen microorganismos (como B. thuringiensis) que infectan insectos o nematodos, y compuestos naturales con actividad insecticida procedentes de microorganismos, plantas o animales.
Algunas cepas de bacilo turingiensico (Bt) son específicas de las especies de lepidópteros, mientras que otras cepas pueden apuntar a larvas de Diptera y Hemiptera. Los informes de toxicidad de Bt hacia organismos no objetivo, así como la unión de las toxinas bacterianas a suelos arcillosos, han sido tema de debate. La mayoría de los investigadores están de acuerdo en que el monitoreo de Bt debe continuar y su uso debe modificarse según corresponda.
Los bioinsecticidas bioquímicos son compuestos de origen natural, típicamente producidos por las plantas para defenderse de la depredación, pero también incluyen extractos microbianos que controlan insectos o inducen respuestas de defensa de las plantas.
Los bioinsecticidas bioquímicos pueden apuntar a funciones neuronales específicas de los insectos, como la captación de iones a través de las membranas neurales. Generalmente, los bioinsecticidas tienen una alta especificidad hacia los insectos, debido a su mayor afinidad por los neurorreceptores de insectos, en comparación con los neurorreceptores en mamíferos.
A diferencia de los insecticidas específicos, otros insecticidas pueden apuntar a procesos metabólicos que son comunes a insectos y mamíferos. Como la enzima AChE es similar en insectos y mamíferos, este grupo de insecticidas no se considera selectivo y se debe tener el cuidado adecuado en su aplicación.
En consecuencia, debe tenerse en cuenta que no todos los productos naturales pueden registrarse como bioplaguicidas. Por ejemplo, a pesar de sus orígenes naturales, las piretrinas, el espinosad y la abamectina están registrados como pesticidas (químicos) convencionales debido a su modo de acción neurotóxico.
Biofungicidas
Los biofungicidas son formulaciones de organismos vivos o metabolitos naturales que se utilizan para controlar la actividad de los hongos patógenos de las plantas.
Los biofungicidas microbianos incluyen especies de Bacillus fungipatogénicas. Las esporas de la bacteria Bacillus (especialmente Bacillus cereus y el 'Bacillus subtilis') pueden contaminar y formar toxinas en los materiales alimenticios, provocando enfermedades gastrointestinales
Los biofungicidas bioquímicos incluyen aquellos capaces de inducir defensas endógenas de las plantas en forma de metabolitos secundarios de las plantas.
Si bien los inductores biopesticidas de las respuestas de defensa de las plantas en sí pueden ser benignos, los metabolitos secundarios de las plantas inducidos pueden presentar un riesgo toxicológico.
Desde el punto de vista del peligro potencial para la salud humana o el medio ambiente, debemos tener en cuenta que las toxinas naturales pueden ser muchas veces más tóxicas que las toxinas sintéticas.
Un factor clave que impulsa la probable introducción de regulaciones nacionales y de la UE más estrictas es, por lo tanto, el enfoque cada vez mayor en los posibles impactos en la salud y el medio ambiente de las toxinas o metabolitos naturales de las plantas producidos a través de la inducción de respuestas de defensa de las plantas mediante bioplaguicidas.
De manera similar, para los cultivos orgánicos que dependen de la inducción de defensas naturales de las plantas contra plagas y patógenos, las perspectivas de salud humana y ambiental de las toxinas relacionadas con las defensas de las plantas son objeto de un creciente interés de investigación.
Inertes de formulación de biopesticidas
Para muchos bioplaguicidas, los componentes de la formulación son inertes o no presentan ningún riesgo toxicológico, y la evaluación del riesgo puede basarse únicamente en la sustancia activa y en pruebas científicas.
Sin embargo, el término "inertes" puede inducir a error, ya que implica que estos componentes no tienen una función particular o que son benignos desde una perspectiva de salud humana y ambiental.
Las inertes pueden tener impactos sobre la salud y el ecosistema, incluida la alteración endocrina y los efectos alergénicos. Por tanto, una formulación de bioplaguicida puede combinar un ingrediente activo benigno en una formulación que incluye ingredientes inertes problemáticos.
Consideraciones de salud: el destino ambiental de los bioplaguicidas
Las ventajas citadas de los bioplaguicidas siempre deben considerarse críticamente. Los beneficios comunes mencionados incluyen:
"Los bioplaguicidas son generalmente biodegradables"
Si bien los bioplaguicidas generalmente se degradan rápidamente, un factor citado como una ventaja ecotoxicológica, pero como una desventaja con respecto a la estabilidad del producto en condiciones de campo, se debe tener cuidado para evitar una generalización excesiva.
Como muchos bioplaguicidas están sujetos a degradación microbiana y ultravioleta, la tasa de degradación puede disminuir significativamente en condiciones anaeróbicas y en ausencia de luz solar.
Por ejemplo, si bien las piretrinas se degradan rápidamente en el suelo por la actividad microbiana y la fotólisis, experimentan una degradación reducida en los sedimentos anaeróbicos en ausencia de luz y pueden presentar un riesgo toxicológico para los organismos acuáticos.
"Los bioplaguicidas dejan pocos o ningún residuo dañino"
Según las regulaciones de la EPA, los bioplaguicidas pueden estar sujetos a exenciones de los niveles de tolerancia residual. Sin embargo, esto es controvertido, ya que podría argumentarse que la afirmación "pocos o ningún residuo dañino" es una cuestión de definición: si el bioplaguicida es eficaz contra un organismo, por definición debe ser dañino para ese organismo y potencialmente para otros organismos relacionados o similares.
"Es menos probable que los bioplaguicidas dañen especies no objetivo"
La guía de la OCDE para bioplaguicidas microbianos es que: 'el microorganismo y sus metabolitos no plantean problemas de patogenicidad o toxicidad para los mamíferos y otros organismos no objetivo que probablemente estarán expuestos al producto microbiano; el microorganismo no produce una genotoxina conocida; todos los aditivos en el producto de fabricación microbiana y en las formulaciones de uso final son de baja toxicidad y sugieren poco potencial de peligro para la salud humana o el medio ambiente ”.
Los bioplaguicidas con un MoA muy específico y una rápida degradación podrían considerarse menos propensos a dañar especies no objetivo, pero esto se aplica tanto a los bioplaguicidas como a los plaguicidas convencionales.
Bioseguridad: perfil de riesgo de biopesticidas y evaluación
Si bien las cepas microbianas prevalecen ampliamente en el medio ambiente, tienden a existir en equilibrio en la naturaleza, lo que garantiza una red de bioseguridad natural. Pero cuando se seleccionan cepas específicas por su actividad biopesticida y se aplican en cantidades suficientes para alcanzar los niveles de efecto deseados, esto puede generar preocupaciones ecológicas y de salud pública.
En cuanto a los productos fitosanitarios convencionales, se requiere diferenciar entre riesgo y peligro: un peligro es algo que tiene el potencial de causar daño, mientras que un riesgo es la posibilidad de que el peligro cause daño. El riesgo se define a menudo como Peligro x Exposición:
Es necesario incluir consideraciones agrobiológicas al evaluar microbios para el control de plagas y patógenos. Los criterios de evaluación para la elaboración de perfiles de riesgo y la evaluación incluyen:
Ruta de exposición
Las vías comunes de exposición son la captación oral y pulmonar, la irritación ocular y la exposición dérmica. Como ocurre con los plaguicidas convencionales, el tipo de formulación y el método de aplicación definen las rutas probables de exposición, así como las poblaciones expuestas.
Un producto aplicado en forma de aerosol o como polvo o polvo puede inhalarse durante la manipulación y la aplicación o provocar irritación ocular, mientras que una pasta tiene más probabilidades de presentar un riesgo de exposición dérmica.
El ciclo de vida y el destino ambiental del organismo también pueden influir en la ruta de exposición. Por ejemplo, un biofungicida microbiano puede representar un riesgo de exposición para los aplicadores de plaguicidas, pero si se espera la esporulación después de la aplicación, la inhalación de las esporas puede convertirse en una ruta importante de exposición para una población no objetivo más amplia, incluidos los humanos. Un factor de riesgo adicional para los bioplaguicidas microbianos es el potencial de sensibilización alérgica (hipersensibilidad) a los manipuladores, aplicadores y transeúntes después de la exposición.
Nivel de exposición
El destino ambiental y el ciclo de vida de los bioplaguicidas microbianos definen los niveles probables de exposición.
Los bioplaguicidas microbianos son generalmente organismos vivos y pueden tener el potencial de persistir y replicarse, así como de diseminarse desde el sitio de aplicación, afectando su potencial de riesgo relativo para la salud humana o como un peligro ambiental.
Para lograr los niveles deseados de eficacia, es posible que sea necesario aplicar bioplaguicidas bioquímicos en dosis más altas que los pesticidas convencionales, un factor que debe tenerse en cuenta al evaluar la toxicidad biopesticida en especies no objetivo.
Riesgo de exposición
Además del ciclo de vida y el destino ambiental del bioplaguicida, el modo de acción del biopesticida, la biología de la plaga objetivo y la capacidad de inducir toxinas de defensa de las plantas determinan el potencial de efectos tóxicos o patógenos en los seres humanos y otros organismos no objetivo.
En consecuencia, un bioherbicida bioquímico altamente específico podría considerarse menos probable que cause efectos adversos en humanos que, por ejemplo, un bioinsecticida microbiano con una amplia gama de huéspedes animales y dirigido a un mecanismo común a la fisiología de la plaga objetivo, así como a los humanos.
En el caso de los organismos microbianos vivos, la capacidad fisiológica de sobrevivir y reproducirse en el medio ambiente está determinada por una serie de factores que incluyen la temperatura y los requisitos metabólicos, que definen su viabilidad en condiciones de campo y, por lo tanto, su potencial de riesgo para la salud humana o como un peligro ambiental.
Conclusiones
Los productos biológicos en la protección de cultivos son una mejor opción que los productos químicos desde la perspectiva de la salud humana.
Sin embargo, a medida que nuestro conocimiento de los mecanismos detrás de los productos biológicos continúa creciendo, debemos ser conscientes continuamente de que los bioplaguicidas, a pesar de que generalmente tienen un bajo potencial de riesgo para la salud humana o como un peligro ambiental, no son necesariamente inofensivos, a pesar de ser de origen natural.
El potencial de efectos adversos para la salud humana o como peligros ambientales puede derivar de:
- modo de acción (por ejemplo, inhibición mitocondrial así como efectos neurotóxicos);
- el potencial de sensibilización alérgica;
- metabolitos secundarios (por ejemplo, toxinas de defensa vegetal inducidas); y
- formulaciones inertes.
La evaluación y el perfil de riesgo de bioplaguicidas pueden ser determinados por:
- Ruta de exposición - la naturaleza de la formulación y sus posibles vías de absorción.
- Nivel de exposición - la fisiología y viabilidad de los organismos microbianos en el medio ambiente y las tasas de aplicación de bioplaguicidas bioquímicos.
- Riesgo de exposición - la especificidad del modo de acción, el hospedador objetivo y el rango del mecanismo y las condiciones climáticas y metabólicas.
Gracias por leer. Por favor, siéntase libre de lee y comparte mis otros artículos. Si este artículo le pareció interesante, encontrará más información útil en La guía Labcoat para la protección de cultivos.
Para más información visite Soluciones BioScience, que contribuye al desarrollo de soluciones de protección de cultivos sostenibles al proporcionar una gestión estratégica independiente de I + D y apoyo científico a las empresas de agroquímica y biosoluciones que desarrollan productos basados en la ciencia.
¡Obtenga el boletín hoy!
