Биопестициды или агрохимия – делайте ваши ставки, господа!

В последнее время все чаще поднимается вопрос, что лучше – биопрепараты или синтетические аналоги. По этому поводу есть экспертное мнение с подробным разбором биопестицидов, которые не так уж безобидны, как кажется на первый взгляд. А коль скоро это так, возможно, регулирующие органы будут обращать более пристальное внимание на натуральные СЗР

Гарри Тейхер получил докторскую степень в области биохимии и молекулярной биологии в Университете Копенгагена и работал в различных областях исследований и разработок, специализирующихся на стратегиях биологической защиты растений. До 2018 года он занимал различные руководящие должности в Cheminova и FMC, одновременно выступая в качестве приглашенного лектора в области биохимии растений, биотехнологии, патологии растений и защиты растений. В настоящее время он управляет независимым консалтинговым отделом стратегического управления исследованиями и разработками, предоставляя экспертные знания в области научных коммуникаций и стратегического управления отраслью исследований и разработок.

Комментируя вопрос о том, что лучше – биопестициды или агрохимия, Гарри Тейхер высказывает свою точку зрения:

«Краткий ответ — да — почти по всем показателям, в том числе, с точки зрения здоровья человека.

Однако, мы должны постоянно осознавать, что биопестициды, несмотря на то, что они, как правило, имеют низкий риск для здоровья человека или как опасность для окружающей среды, не обязательно являются безвредными, несмотря на их естественное происхождение.

На сегодня, хотя оценки размеров мирового рынка средств защиты растений (как традиционных пестицидов, так и биопестицидов) различаются, но все согласны с тем, что рынок биопестицидов ожидаемо вырастет. Если в 2003 году на долю биопестицидов приходилось примерно 2% мирового рынка пестицидов, то в 2020 году 8%. Совокупный годовой темп роста рынка биопродуктов почти в три раза больше, чем у обычных пестицидов.

Этот рост обусловлен ужесточением нормативных требований в отношении пестицидов, осведомленностью потребителей об опасностях, вызываемых химическими пестицидами, и необходимостью новых и устойчивых способов действия активных ингредиентов. Все эти факторы стимулируют развитие рынка биопестицидов.

Биопестициды могут быть такими же эффективными, как и обычные химические пестициды, предлагать короткие интервалы перед сбором урожая, предлагать дополнительные способы действия, как правило, они биоразлагаемы, оставляют мало (или вообще не оставляют) вредных веществ. Они могут быть дешевле синтетических аналогов и их легче регистрировать.

Как правило, биопестициды имеют низкий риск для здоровья человека или окружающей среды, но важно знать, что биопестициды не обязательно безвредны, несмотря на то, что они природного происхождения.

Механизм действия биопестицидов

Биопестициды могут быть сгруппированы по способу их действия в биогербициды, биоинсектициды и бионематициды и биофунгициды. Далее мы рассмотрим каждую из этих групп с точки зрения здоровья человека.

Биогербициды

Как правило, биогербициды нацелены на специфические ферменты и препятствуют (ингибируют) их нормальное функционирование.

В то время как биогербициды нацелены на многие из тех же метаболических процессов в растениях, на которые нацелены обычные (синтетические) гербициды, не все биогербицидные способы действия напрямую связаны с процессом фотосинтеза.

Например, биогербициды могут ингибировать метаболические процессы на основе митохондрий, включая дыхание и биосинтез липидов, влиять на дыхание у млекопитающих, насекомых и микроорганизмов. Это может иметь последствия для воздействия этой группы биопестицидов на окружающую среду и является предметом растущего интереса к исследованиям в данной области.

Микробные биогербициды включают бактериальные и грибковые эндофиты (микроорганизмы, которые колонизируют растения, не вызывая заболевания), а также вирусы.

Исследования, касающиеся воздействия на здоровье человека, здесь, в основном, сосредоточены на потенциальной токсичности и патогенности, в то время как их потенциальная аллергенность изучена меньше.

Биоинсектициды

Биоинсектициды включают микроорганизмы (такие как B. thuringiensis), которые заражают насекомых или нематод, и природные соединения с инсектицидной активностью, полученные из микроорганизмов, растений или животных.

Некоторые штаммы Bacillus thuringiensis (Bt) специфичны для видов чешуекрылых, в то время как другие штаммы могут быть нацелены на личинок двукрылых и полукрылых. Сообщения о токсичности Bt по отношению к нецелевым организмам, а также о связывании бактериальных токсинов глинистыми почвами являются предметом дискуссии.

Большинство исследователей сходятся во мнении, что мониторинг Bt должен продолжаться, и их использование может быть изменено соответствующим образом по результатам научных работ.

Биохимические инсектициды представляют собой встречающиеся в природе соединения, обычно вырабатываемые растениями для защиты от хищников, но также включают в себя микробные экстракты, которые контролируют насекомых или вызывают защитные реакции растений.

Биохимические инсектициды могут нацеливаться на определенные нейронные функции насекомых, такие как поглощение ионов через нервные мембраны.

В то время как одни биоинсектициды обладают высокой специфичностью по отношению только к насекомым, другие могут быть направлены на метаболические процессы, которые являются общими для насекомых и млекопитающих. Поскольку фермент AChE похож у насекомых и млекопитающих, эта группа инсектицидов не считается селективной, и при их применении необходимо соблюдать осторожность.

Соответственно, следует отметить, что не все натуральные продукты могут быть зарегистрированы в качестве биопестицидов. Например, несмотря на их естественное происхождение, пиретрины, спиносад и абамектин зарегистрированы как обычные (химические) пестициды из-за их нейротоксического способа действия.

Биофунгициды

Биофунгициды представляют собой составы живых организмов или природных метаболитов, используемые для контроля активности патогенных для растений грибов.

Микробные биофунгициды включают в себя фунгипатогенные виды Bacillus. Споры бактерий Bacillus (особенно Bacillus cereus и группы Bacillus subtilis) могут загрязнять пищевые материалы и образовывать токсины, что приводит к желудочно-кишечным заболеваниям.

Биохимические фунгициды включают те, которые способны вызывать эндогенную защиту растений в виде вторичных метаболитов растений.

Хотя сами биопестицидные активаторы защитных реакций растений могут быть доброкачественными, индуцированные вторичные метаболиты растений могут представлять токсикологический риск.

С точки зрения потенциальной опасности для здоровья человека или окружающей среды, мы должны учитывать, что природные токсины могут быть во много раз более токсичны, чем синтетические токсины.

Таким образом, ключевым фактором, способствующим вероятному введению более строгих правил ЕС и национальных нормативных актов, является усиление внимания к потенциальному воздействию на здоровье и окружающую среду природных растительных токсинов или метаболитов, образующихся в результате индукции защитных реакций растений биопестицидами.

Аналогичным образом, для органических культур, которые зависят от индукции естественной защиты растений от вредителей и патогенных микроорганизмов, перспективы здоровья человека и окружающей среды в отношении токсинов, связанных с защитой растений, являются предметом растущего исследовательского интереса.

Для многих биопестицидов компоненты препарата являются инертными или не имеют токсикологической значимости, и оценка риска может основываться только на активном веществе и на основе научных данных.

Однако термин «инертность» может вводить в заблуждение, поскольку он подразумевает, что эти компоненты не имеют конкретной функции или что они являются благоприятными с точки зрения здоровья человека и окружающей среды.

На самом деле, инерты могут оказывать воздействие на здоровье и экосистему, в том числе на эндокринные нарушения и аллергенные эффекты. Таким образом, биопестицидный состав может объединять доброкачественный активный ингредиент в составе, который включает проблемные инертные ингредиенты.

Вопросы здравоохранения: экологическая судьба биопестицидов

Преимущества биопестицидов всегда следует рассматривать критически. Упомянутые общие преимущества включают в себя постулаты:

  • «Биопестициды, как правило, поддаются биологическому разложению».

Хотя биопестициды, как правило, быстро разлагаются — фактор, который упоминается как экотоксикологическое преимущество, он же является недостатком в отношении стабильности продукта в полевых условиях и фактором риска чрезмерных доз при внесении.

Поскольку многие биопестициды подвержены микробной и УФ-деградации, скорость деградации может значительно снижаться в анаэробных условиях и при отсутствии солнечного света. Например, в то время как пиретрины быстро разлагаются в почве в результате микробной активности и фотолиза, их разложением замедляется при отсутствии света и в определенных анаэробных условиях. Таким образом, они могут представлять токсикологический риск для водных организмов.

  • «Биопестициды содержат мало вредных веществ или вообще не содержат их». Это спорное заявление, так как заявление «малое или отсутствие вредных веществ» является вопросом определения — если биопрепарат эффективен против организма, он должен по определению быть вредным для этого организма, и потенциально для других похожих организмов.
  • «Биопестициды с меньшей вероятностью могут нанести вред нецелевым видам». В Руководстве ОЭСР по микробным биопестицидам говорится, что: «микроорганизм и его метаболиты не вызывают опасений по поводу патогенности или токсичности для млекопитающих и других нецелевых организмов, которые могут подвергаться воздействию микробного продукта; микроорганизм не продуцирует известный генотоксин; все добавки в микробиологическом производственном продукте и в готовых рецептурах имеют низкую токсичность и предполагают незначительный потенциал для здоровья человека или опасности для окружающей среды». Биопестициды с очень специфическим активным веществом и быстрой деградацией могут, действительно, рассматриваться как менее вероятные для вреда нецелевым видам, но это также верно и для обычных пестицидов.

Биобезопасность: оценка риска биопестицидов

Хотя микробные штаммы широко распространены в окружающей среде, они обычно в природе существуют в равновесии в природе, что обеспечивает естественную биобезопасность.

Но когда определенные штаммы отбираются по их биопестицидной активности и применяются с темпами, достаточными для достижения желаемых уровней воздействия, это может вызвать обеспокоенность в отношении здоровья населения и экологических проблем.

Что касается обычных средств защиты растений, необходимо проводить различие между риском и опасностью: опасность — это то, что может причинить вред, а риск — это вероятность того, что опасность причинит вред.

При оценке микробов для борьбы с вредителями и патогенами необходимо учитывать агробиологические соображения. Критерии для оценки рисков включают в себя:

Путь воздействия

Распространенными путями воздействия являются пероральное и легочное поглощение, через слизистые и кожные покровы.

Как и в случае с обычными пестицидами, тип и способ применения биопестицидов определяют возможные пути воздействия, а также популяции, подвергающиеся воздействию.

Продукт, наносимый в виде спрея или в виде пыли или порошка, может вдыхаться во время обработки и нанесения или вызывать раздражение глаз, в то время как паста, скорее всего, представляет риск воздействия на кожу.

Жизненный цикл и экологическая судьба организма также могут влиять на путь воздействия.

Например, микробный биофунгицид может представлять риск воздействия на обработчика, но если после применения ожидается споруляция, вдыхание спор может стать важным путем воздействия на более широкую нецелевую группу, включая людей. Дополнительным фактором риска для микробных биопестицидов является возможность аллергической сенсибилизации (гиперчувствительности) у обработчиков или случайных людей, оказавшихся поблизости.

Уровень воздействия

Экологическая судьба и жизненный цикл микробных биопестицидов определяет вероятные уровни воздействия.

Микробные биопестициды – это обычно живые организмы, которые могут сохраняться и размножаться, а также распространяться с места применения, что влияет на их относительный риск для здоровья человека и окружающей среды.

Для достижения желаемых уровней эффективности биохимические биопестициды, возможно, придется применять в более высоких дозах, чем обычные пестициды — фактор, который необходимо учитывать при оценке биопестицидной токсичности для нецелевых видов.

Риск от воздействия

В дополнение к жизненному циклу и судьбе биопестицидов в окружающей среде биопестицидный механизм действия, биология целевого вредителя и способность вызывать токсины определяют потенциал токсического или патогенного воздействия препаратов на людей и другие нецелевые организмы.

Соответственно, высокоспецифичный биохимический гербицид может считаться менее склонным вызывать неблагоприятные эффекты у людей, чем, например, микробный биоинсектицид с широким спектром животных-хозяев и нацеленный на механизм, общий для физиологии целевого вредителя и других живых существ, в том числе людей.

Для живых микробных организмов физиологическая способность выживать и размножаться в окружающей среде определяется рядом факторов, включая требования к температуре и метаболизму, которые определяют их жизнеспособность в полевых условиях и, следовательно, их потенциальный риск для здоровья человека или для окружающей среды.

Выводы

Биологические средства защиты растений являются лучшим вариантом, чем химические вещества с точки зрения здоровья человека.

Однако, неблагоприятное воздействие на здоровье человека или окружающую среду может быть вызвано следующими моментами в использовании биопродуктов:

  • способ действия (например, ингибирование митохондрий, а также нейротоксические эффекты);
  • потенциал аллергической сенсибилизации;
  • вторичные метаболиты (например, индуцированные защитные токсины растений); а также формулировка инертов.

Оценка рисков для биопестицидов должна включать:

  • маршрут воздействия — характер препарата и пути его потенциального поглощения.
  • уровень воздействия — физиология и жизнеспособность микроорганизмов в окружающей среде и нормы применения биохимических пестицидов.
  • риск от воздействия — специфика способа действия, целевого хозяина и диапазона действия, а также влияние климатических и метаболических условий.

Источник: www.agribusinessglobal.com.

Автор: Гарри Тейхер. Фото: pixabay.com