Procesos biorracionales en el descubrimiento y desarrollo de biopesticidas
2 julio 2018 Las empresas de Agchem están ampliando su I + D de bioplaguicidas y sus carteras, impulsadas por requisitos reglamentarios más estrictos sobre plaguicidas, la conciencia de los consumidores sobre los peligros causados por los plaguicidas químicos y la eliminación gradual de los plaguicidas tóxicos convencionales.
Uno de los desafíos críticos de este proceso es el descubrimiento y desarrollo de candidatos biopesticidas.
El descubrimiento y el desarrollo de bioplaguicidas sigue un proceso biorracional de exploración / descubrimiento y selección sobre el desarrollo, la formulación y la ampliación del plomo, hasta el desarrollo de la aplicación, la fabricación y la introducción comercial.
Proceso biorracional: el diseño e implementación de procesos de descubrimiento y desarrollo de bioplaguicidas mediante la detección (y la conservación de) efectos biológicos específicos (incluido el control de plagas y patógenos, el alivio del estrés de los cultivos y una mayor resiliencia de las plantas) contra los patógenos y las plagas que están destinados a controlar.
Figura 1: Procesos de descubrimiento y desarrollo de biopesticidas.
Exploración de biopesticidas
Exploración de bioplaguicidas: la identificación de especies candidatas naturales biopesticidamente activas: incluye la observación en el campo (la identificación de plantas que muestran un crecimiento natural excepcional o respuestas de defensa contra plagas), así como indicadores etnobotánicos, anatómicos y fisiológicos para identificar candidatos potenciales.
Etnobotánica: el estudio científico de los conocimientos y costumbres tradicionales sobre las plantas y sus usos.
Descubrimiento de bioinsecticidas
Antes del desarrollo de plaguicidas sintéticos durante y después de la Segunda Guerra Mundial, la etnobotánica de plaguicidas derivados de plantas, principalmente insecticidas, se remonta al menos a dos mil años en Asia y las regiones mediterráneas. En Europa y América del Norte, los pesticidas derivados de plantas se remontan a más de 150 años.
Uno de los ejemplos de bioinsecticidas etnobotánicos más citados es el uso de plantas del género Pyrethrum (ahora clasificadas como Crisantemo o Tanacetum) en preparaciones de insecticidas, que se remonta a Persia alrededor del 400 a.C. Traído a Europa a principios del siglo XIX, flores secas y molidas de crisantemo dálmata (Tanacetum cinerariaefolium) se utilizaron para controlar los piojos del cuerpo durante las guerras napoleónicas. Hoy en día, el piretro y sus análogos sintéticos de piretroides se encuentran entre los insecticidas biológicos y convencionales más utilizados.
NeemAzadirachta indica) es un árbol de hoja perenne originario del subcontinente indio, utilizado durante miles de años contra plagas domésticas y de almacenamiento, así como plagas relacionadas con cultivos de campo, y actualmente atrae la atención mundial debido a su potencial como bioplaguicida comercial.
Descubrimiento de biofungicidas
En 1988, los científicos de Alemania Oriental encargados de la producción de esporas del patógeno fúngico de la planta, Sclerotinia trifoliorum, descubrió que un parásito fúngico inhibía el patógeno. Reconociendo su potencial como proceso plaguicida natural, C. minitanes fue desarrollado con éxito como bioplaguicida comercial por sus descubridores, tras la reunificación de Alemania.
Sin duda, el descubrimiento de que los microbios no patógenos pueden inducir respuestas de defensa de las plantas no es nuevo. Mi abuelo, famoso por sus rosas que nunca parecían estar afectadas por el moho, seguiría su ejemplo del abuelo, y rocía posos de cerveza ricos en levadura sobre sus rosas.
Ahora entendemos que la exposición de las células de levadura fúngica a las hojas de las plantas conduce a la inducción de respuestas de defensa de las plantas, ya que las plantas creen que están bajo la invasión de un posible patógeno fúngico.
La base de datos de plaguicidas de la UE para Sustancias Básicas (sustancias con un perfil de toxicidad bajo que no se utilizan predominantemente para fines fitosanitarios pero que podrían ser útiles en la protección vegetal) incluye la cerveza como una de las 18 sustancias aprobadas, mientras que una de las 10 aprobadas de bajo riesgo. Active Substances es la levadura de cerveza (Saccharomyces cerevisiae), aprobada para su uso como fungicida.
En un ejemplo más reciente, los agricultores de Burkina Faso, junto con investigadores de la Universidad de Copenhague, están probando los efectos de una planta local (False Daisy, Eclipta alba) se descubrió que contiene compuestos antifúngicos, para desarrollar extractos de plantas económicos capaces de reemplazar los fungicidas sintéticos.
El descubrimiento de biofungicidas se está impulsando actualmente utilizando herramientas biotecnológicas, incluido el monitoreo de la expresión génica relacionada con la defensa, proteínas relacionadas con la patogénesis, bioinformática (la recopilación, clasificación, almacenamiento y análisis de información bioquímica y biológica mediante computadoras) y análisis genómico.
Descubrimiento de bioherbicidas
El descubrimiento de bioherbicidas generalmente implica el estudio de procesos bioquímicos específicos de las plantas, incluida la fotosíntesis, la biosíntesis de aminoácidos, la biosíntesis de clorofila y carotenoides y la regulación del crecimiento (fitohormonas).
Nuestra comprensión cada vez mayor de estos procesos específicos de las plantas está facilitando la identificación de los sitios de acción de nuevos herbicidas, lo que permite la detección y el desarrollo de metabolitos bioherbicidas activos con baja toxicidad en mamíferos, menor persistencia ambiental y nueva especificidad objetivo.
Desarrollo de plomo biopesticida
En el desarrollo de plomo de bioplaguicidas, los microbios aislados del suelo y los microbiomas vegetales asociados con plantas que muestran un crecimiento excepcional o respuestas naturales de defensa contra plagas se secuencian y comparan con una base de datos de patógenos conocidos. Las coincidencias se descartan, mientras que el resto pasa a la detección de bioensayos para identificar efectos bioestimuladores o biopesticidas.
Los cables potenciales se analizan y caracterizan para garantizar la ausencia de toxinas, antes de embarcarse en un proceso de pruebas de laboratorio y de campo, desarrollo del proceso de fermentación, formulación y ampliación.
Cada uno de los pasos en este proceso de desarrollo biorracional está sujeto a desafíos considerables, pero para el desarrollo de pesticidas biológicos, la transición de las pruebas de laboratorio a las de campo es una de las más cruciales. La correlación entre un resultado de invernadero y un resultado de campo no es necesariamente un hecho.
Esto se debe en parte a la complejidad de los factores bióticos y abióticos que afectan las características microbianas y la estabilidad transitoria de la formulación de los metabolitos y microbios de origen natural. El último factor, la rápida degradación por la luz ultravioleta, el oxígeno y la actividad microbiana, contribuye a una menor persistencia ambiental, un factor clave que impulsa la aceptación de los bioplaguicidas.
Para las químicas convencionales, los tiempos de desarrollo pueden ser tres veces más largos que para el desarrollo de protección biológica de cultivos, mientras que los gastos pueden ser hasta 10 veces mayores.
Figura 2: Costos de innovación y cronogramas para el desarrollo de la protección de cultivos convencional y biológica (de: FMC - Investor Relations Solutions, 2015).
Las cifras de la industria sugieren que el proceso de I + D para un plaguicida sintético novedoso cuesta más de 250 millones de dólares y requiere 10 años de desarrollo, mientras que el desarrollo de un bioplaguicida puede costar 25 millones de dólares y requerir tres años de desarrollo.
Debido a estas diferencias, las empresas emergentes de agbio y otras empresas locales e innovadoras han creado un entorno sólido y competitivo para el descubrimiento y el desarrollo de bioplaguicidas, y la ola actual de adquisiciones, colaboración y acuerdos de licencia con la industria agroquímica predominante atestigua un proceso continuo. simbiosis en el campo de la I + D de bioplaguicidas.
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