Виробництво фунгіцидів і пестицидів у м
Сапек захисту рослин, Португалія
Сільськогосподарські препарати допомагають генерувати стійкість до лікарських препаратів через множинні бактеріальні інфекції людини, вбиваючи американців 23,000-100,000 на рік, а також збільшуючи кількість антибіотиків застосовується за кордоном, 700,000 людини світовий.
Тепер а грибковий види, Candida auris, має розвиненою мультипрепарат Опір і швидко поширюється по всій людській популяції по всьому світу (див. малюнок). CDC повідомляє 90% від C. auris інфекції викликають резистентність до одного протигрибкового препарату і 30% до двох і більше.
Зауваження C.auris за країнами. З CDC (2019)
Клінічні випадки Candida auris, повідомлені CDC станом на лютий 28, 2019: штат США. З CDC (2019).
C. auris, a дріжджі, вбиває імунодефіцитних хворих у лікарнях, клініках і будинках престарілих на величезний кліп, до 40-60% тих, хто страждає інфекціями кровотоку протягом місяця.
У кімнатах інфікованих і померлих грибок виявляється непримиренним майже до всіх спроб ліквідації. Грибок може виживати навіть спрей від аерозольного перекису водню від підлоги до стелі.
Яким чином стійкі до лікарських засобів гриби приїжджають до сучасної лікарні і ставлять під загрозу стерильні простори, якими займалася асептика 150 років тому?
Це стає все більш очевидним C. aurisРезистентність Росії, а також багатьох інших видів грибів, простежується в масовому застосуванні фунгіцидів у промисловому сільському господарстві. Ці хімічні речовини наближені до молекулярних структур протигрибкових препаратів.
По всьому посіву- пшениця, банан, ячмінь, яблуко, серед багатьох інших - фунгіциди вибирають для резистентних штамів, які знаходяться в лікарнях, де вони також стійкі до препаратів, що вводяться пацієнтам.
Шлях дріжджової резистентності
Нещодавно Метью Фішер і його колеги класифікований шість основних класів фунгіцидів, все рідко використовуються на Середньому Заході США перед 2007.
Команда азоли та морфоліни націлювати на біосинтетичний шлях ергостеролу, який генерує плазматичну мембрану клітин грибів. The бензимідазоли заважають грибам цитоскелет, запобігання складання комірки мікротрубочки. Команда стробілурини та інгібітори сукцинатдегідрогенази приймають більше фізіологічних шляхів, інгібуючи ланцюг переносу електронів мітохондріального дихання. The анілінопіримідини з'являються мішені мітохондріальних сигнальних шляхів.
Candida auris має еволюціонували стійкість до комплекту азольних протигрибкових засобів, у тому числі флуконазол, із змінною сприйнятливістю до інших азолів, амфотерицин В, та ехінокандіни. Азоли, що використовуються в Росії обидва засоби захисту рослин та медичні установки, є фунгіциди широкого спектру дії, анігіляція широкого кола грибів, а не націлювання на певний тип.
Як гриб і фунгіцид знаходили один одного в полі?
C. auris, Певно довгий циркулюючий на його власних протягом тисячоліть тому що CDC Tom Chiller висуває гіпотези, вперше був виділений у людей з вушного каналу 70-річної японки в токійській лікарні 2009 (хоча ізолят 1996 був ідентифікований). Надалі ізоляція виявила дріжджі, здатні до інфекції крові.
Прагнучи визначити джерело інфекції, міжнародна команда послідовний стійкі ізоляти, зібрані в лікарнях Пакистану, Індії, Південної Африки і Венесуели, 2012 – 2015.
Проти очікувань команда знайшла розбіжність заміни амінокислотпов'язані з азольною стійкістю серед ERG11 однонуклеотидні поліморфізми—Один з них кілька таких СНП - у чотирьох географічних регіонах. Вони не були тим самим штамом, що вказувало на те, що кожен стійкий фенотип виник самостійно.
Іншими словами, штами ізольовані відстані один від одного розвивалися унікальні розчини фунгіцидів, яким вони піддавалися.
Це може свідчити про молекулярну адаптацію до різних експозицій. Але це також може вказувати на те, що у відповідь на такий широкий вплив фунгіциди в польових умовах кожен штам еволюціонували своє власне унікальне рішення проблеми.
Хоча грибів немає горизонтальна передача їхні гени зі швидкістю, яку роблять віруси та бактерії, міграція хворих та грибків, останні останні торгівля сільськогосподарською продукцією, може сприяти збільшенню різноманітності фунгіцидної стійкості, що циркулює в будь-якій одній локалі.
Друга команда ідентифікований множинних генотипів різного міжнародного походження в відносно обмежених межах Сполученого Королівства. Третя команда, як показує найближча карта, ідентифікований подібна суміш у випадках у США.
Але не зовсім очевидно, крім випадків, пов'язаних з подорожами, чи всі випадки походять від штамів з-за кордону. Без базового рівня грибного навантаження серед, скажімо, вітчизняних сільськогосподарських робітників, ендогенним джерелом залишається можливість.
Розповсюдження Candida auris в США. (A) Максимальне філогенетичне дерево фітогенетичних маркерів ізолятів з Колумбії, Індії, Японії, Пакистану, Південної Кореї, Південної Африки, Венесуели та США у США. (B) Частота клінічних випадків у США за кладою. (C) Філогеографія введених скарбів. Суцільні лінії вказують на введення, які пов'язані з пацієнтами, які, як відомо, отримували медичну допомогу за кордоном. Адаптовано з Chow et al. (2018).
Щоб додати до складності, також з'являються численні механізми, за допомогою яких виникає опір.
Домінік Санглард узагальнює три: зниження концентрації лікарського засобу в грибкових клітинах, зміни цільового призначення препарату і компенсаторні механізми, які пригнічують токсичність лікарського засобу. Поверх цих трьох можна отримати різноманітні генетичні події. Поряд з SNPs є інсерції в геном гриба, делеції і структурні зміни, включаючи події генної або хромосомної копії.
Одне дослідження знайдений Гени 51 пов'язані з тим, як чутливі циркулюючі штами a Fusarium загибель була пропіконазол, тільки один клас триазольного фунгіциду.
Дорога до такого опору може бути складною, що виходить за межі простої еволюції з-під протигрибкової безпосередньо.
У 2015, дослідники знайдений який C. auris геном приймає кілька генів для гена Сімейство транспортерів, що зв'язують АТФ, основний фасилітатор суперсемейства (MFS). MFS транспортує велику різноманітність субстратів через клітинні мембрани і виявляється ефективно має широких класів лікарських засобів. Це дозволяє C. auris пережити натиск протигрибкових препаратів.
Команда виявила, що це C. auris Геном також кодує ряд генних сімей, які полегшують вірулентність грибів. C. auris адаптивно формується біоплівки що підтримують протигрибкову стійкість шляхом високої щільності клітин, наявність стерини на клітинах біоплівки та ефективному використанні та рості поживних речовин.
Інші гриби, інші небезпеки
Candida auris навряд чи є єдиним смертельним грибом, що сходяться на стійкість до множинних лікарських засобів. Сусідня карта показує багаторазове перекриття видів рослин і людини.
Один грибок, Aspergillus fumigatus, може запропонувати умовний попередній перегляд C. auris's траєкторії сучасного і майбутнього.
Азольні протигрибкові препарати ітраконазол, вориконазол і позаконазол вже давно використовуються для лікування легеневий асперлілог інфекції, викликаної A. fumigatus. Гриби викликають приблизно 200,000 смерті на рік, в останнє десятиліття швидко розвивається стійкість до протигрибкових препаратів.
Кількість рецензованих звітів про резистентність до азольних фунгіцидів для рослин (у синіх тонах) та у людей (у червоному) для патогенів Aspergillus fumigatus, Candida albicans, C. auris, C. glabrata, Cryptococcus gattii та Cryptococcus neoformans. З Фішера (2018).
Дослідження, що порівнюють довгострокових азольних користувачів і пацієнтів, які тільки починають приймати препарат, показали, що вони стійкі до ліків A. fumigatus був переважаючим в обох групах, що свідчило про цю стійкість еволюціонував у сільському господарстві замість медичних установок.
Дослідники знайдений біогеографічні докази, що свідчать про резистентність до мультитриазолу A. fumigatus штами в клінічних і екологічних умовах мають значне перекриття. На фігурі поблизу, лікарська стійкість A. fumigatusзустрічаються в полі (зелені) і в клінічних випробуваннях (червоні) разом, демонструючи їх зчеплення в Європі та Азії.
Глобальна карта зображує географічний розподіл мультитриазол-стійких штамів Aspergillus fumigatus. Зображені дві різні мутації: TR34 / L98H (коло) і TR46 / Y121F / T289A (квадрат). Відсотки означають показники резистентності до екологічної активності. Від Chowdhary et al. (2013).
Інші роботи останнім часом знайдений азол-стійкий A. fumigatus пов'язаних з використанням триазольних фунгіцидів у сільськогосподарських полях за межами Боготи, Колумбія. Грунти відбиралися з масиву полів і A. fumigatus вирощували на агарі, обробленому ітраконазолом або вориконазолом фунгіцидів. У більш ніж 25% випадків, A. fumigatus зберігався, незважаючи на лікування фунгіцидами.
Тобто, завдяки сільськогосподарській практиці, Aspergillus входить до лікарні, вже пристосованої до низки протигрибкових коктейлів, призначених для перевірки її поширення. Скидання азолів для контролю за грибами на виноград, кукурудзу, кам'яні фрукти і безліч інших культур породжувало умови для прискорення лікарської стійкості у пацієнтів.
Поки тривають великі філогенетичні та біогеографічні дослідження, можна швидко прочитати існуюче поширення карти передбачає подібність між ними Aspergillus fumigatus і його молодша (і раптово більш сумнозвісна) когорта Candida auris. Штами поділяють подібні географічні розподіли, займаючи багато з тих же зон, що описані вище C. auris.
Роль промислового сільського господарства
З зонами перекриття людських і культурних стійких випадків Aspergillus fumigatus і зростання спектру нових азолостійких грибів, які руйнують клінічні умови і розвиваються зі швидкістю блискавки, можна сподіватися, що використання азольного фунгіциду буде ретельно контролюється якщо не просто припинити роботу.
Небезпека продовження цього шляху розвитку сільського господарства є гострою.
Медичні та сільськогосподарські азольні фунгіциди поділяють подібні режими дії, тому, коли опір виникає в одній арені, вона легко переноситься на іншу. У обох сільськогосподарських і медичних фунгіцидах утворюється фенильная група хімічних речовин Ван дер Ваальс з активним сайтом ген cyp51A.
Окрім специфіки органічної хімії, близькі подібності, які група Чоудхарі зображує на сусідній цифрі, свідчать про те, що мутація в Aspergillus fumigatus для запобігання прив'язки до cyp51A ген у сільськогосподарській обстановці - конкретно модифікація 14-α стерол фермент деметилази- ймовірно, надасть стійкість до медичних застосувань стереохімічно подібні препарати.
Діаграма показує подібний спосіб дії в триазолах між медичними (А) і сільськогосподарськими (В) застосуваннями. Від Chowdhary et al. (2013).
Сільськогосподарські азольні фунгіциди включають а третійзагального ринку фунгіцидів. Використовуються двадцять п'ять різних форм інгібіторів деметалізації азолів сільськогосподарського призначення, порівняно з трьома формами ліцензованих медичних азолів.
Тому ми не повинні дивуватися, що при застосуванні цих фунгіцидів у ландшафтних масштабах у мільйонах фунтів на рік медичне застосування протигрибкових препаратів триазолу, використовуючи той самий спосіб дії, швидко стане неефективним.
Замість того, щоб втручатися в інтересах глобального громадського здоров'я, щоб обмежити ці тривалі проблемні застосування, урядова політика останніми роками сприяв розвиток прибутковий в цілому розширення використання фунгіцидів, що сприяє створенню умов для вірулентних лікарсько-стійких грибів.
У 2009, фунгіциди були застосовані на 30% кукурудзи, сої та площі пшениці в США, загальний обсяг 80 мільйонів акрів. Профілактичне використання фунгіцидів для боротьби з іржею сої в чотири рази збільшилося між 2002 і 2006, незважаючи на сумнівне економічне обґрунтування. Глобальні продажі продовжують стрімко зростати, майже зрісши з 2005, з Млрд. 8 до $ 21 млрд. У 2017.
Фунгіциди розширювалися не тільки в продажах, але і в географічному розподілі.
З карт поблизу ми бачимо тетраконазол, сільськогосподарський триазол, перейшов від ізольованого використання в західних рівнинах в кінці 1990s до масового застосування в центральній долині Каліфорнії, на верхньому Середньому Заході і на південному сході. Боскалід, Фунгіцид, що використовується в плодоовочевих культурах, збільшився з ~ 0.15 до 0.6 мільйонів фунтів з 2004 до 2016, збільшення 400%, і в даний час широко застосовується по всій країні.
Оцінювали сільськогосподарське використання (EPest-high) фунгіцидів тетраконазолу (ліворуч) і боскалида (праворуч) в фунтах на одну квадратну милю, 1999 і 2014. Державні та інші обмеження щодо використання пестицидів не були включені до оцінок EPest-high або EPest-low. Оцінки EPest-low зазвичай відображають ці обмеження, оскільки вони базуються насамперед на досліджуваних даних. Оцінки EPest-high включають більш обширні оцінки використання пестицидів, які не зафіксовані в дослідженнях, які іноді включають держави або райони, коли були застосовані обмеження щодо використання. Користувачі повинні проконсультуватися з державними та місцевими агенціями щодо обмежень щодо конкретного використання. Проект національної оцінки якості води (НАОЗК) / USGS / ARERC.
Зсередини кожної нової локалі фунгіциди проникають у місцеве середовище.
У 2012, науковці USGS навчався 33 різних фунгіцидів, що використовуються в виробництві картоплі і виявили щонайменше один фунгіцид в 75% випробуваних поверхневих вод і 58% від грунтових вод. З періодом напіврозпаду, який розтягується до декількох місяців, азольні фунгіциди здатні легко досягати і зберігатися водні середовища шляхом стоку і дрейфу розпилення, стаючи дуже рухливими.
Оскільки зміна клімату принципово змінює США, що призводить до підвищення загальних температур і екстремальних коливань між посухою та сильними дощами, гриби - передвіщений розширюватися за межами своїх нинішніх діапазонів, одночасно реагуючи на нові кліматичні режими. Aspergillus flavus, виробник рак, що викликає афлатоксин що знижує врожайність кукурудзи та отруює людей, процвітає в умовах посухи та великого дефіциту врожаю.
Оскільки ринок розглядається як сила природи, сильніша за клімат або охорону здоров'я, при нинішньому сільськогосподарському виробництві, використання фунгіцидів широкого спектру, ймовірно, тільки збільшиться.
Сільське господарство як власний контроль за грибами
У відповідь на стійкі до ліків бактерії та гриби науково-дослідні установи закликають до збору кращих даних щодо використання сільськогосподарських антибіотиків та потенційних економічних витрат від переходу від високих темпів застосування.
2016 Звіт Великобританіїз посиланням на надмірне використання сільськогосподарських фунгіцидів, рекомендовано підвищити спостереження за використанням антибіотиків і регулюючим апаратом, організованим ВООЗ, ФАО і МЕБ, що серед своїх обов'язків буде перераховувати критичні антибіотики, які повинні бути заборонені для сільського господарства.
Але окрім збору додаткової інформації та заклику до того, що з'являється мінімальне регулювання, що робити?
З огляду на нещодавні труднощі в стійкості до антибіотиків та гербіцидів, представляється ймовірним, що хімічні компанії та їхні фермери будуть домагатися розвитку нові фунгіциди на основі цільових молекулярних досліджень, кілька коктейлів з наркотиками та резистентність до генів.
Урядові установи, ймовірно, нав'язуватимуть підвищені, якщо сумнівні, заходи біозахисту, які також часто розпалюють ксенофобні тривогиі звикли винні робітники для забруднення, а не для усунення системних збоїв у промисловому сільському господарстві.
Згуртовані мотиви потужних медичних і сільськогосподарських компаній майже напевно сприятимуть «рішенням», які загострюють гонку озброєнь між застосуванням токсичних препаратів і грибковою стійкістю, викидають зростаючі перестановки летальних хімікатів у навколишнє середовище, і далі консолідувати і приватизувати агро-фармацевтичний сектор.
Існує, однак, інша, доказова парадигма для реагування на фунгіцидний колапс.
Швидкий огляд агроекологічних прикладів свідчить про комбінацію моделювання захворювань та культурної практики такі, як сівозміна і обрізка кришки, можуть значно зменшити присутність грибкових захворювань і, отже, залежність від фунгіцидів.
Міжкропання, тут соя і льон, можуть збільшувати і диверсифікувати мікробіоту грунту, щоб виключити патогенні гриби. Фото: Alexis Stockford)
У Центральній долині Каліфорнії виробники полуниці звикли до обкурювання грунтів фунгіцидами для контролю захворюваності Verticillium в'янути, Патогенні грунтові гриби, виявили, що посадка брокколі посідає між ротаціями суничних культур значно зменшилася рівнів Verticillium.
Починаючи з декількох десятиліть, подібні результати були знайдені в диверсифікації сівозміни картоплі.
Дослідники в Індії - країна, де стійкі до ліків A. fumigatus та C. auris обидва були знайдені - вивчені нові підходи контролювати фітофторозу в картоплі.
Посіви картоплі часто отримують великі дози азольних фунгіцидів для боротьби з грибними патогенами, такими як фітофтороза. Замість того, щоб лікування фунгіцидами, вчені застосовували кремнезем до листкової тканини, виявляючи, що кремнезем поглинався і зміцнював стінки клітин картоплі проти грибкової інвазії. Швидкість зараження хворобами варіювалася від 2.8 - 7.9% в інтегрованих системах управління на основі кремнезему та 49.4 - 66.7% у звичайних фунгіцидно залежних системах.
В цілому органічне землеробство підтримує симулистические гриби в набагато більшому ступені, ніж звичайне землеробство, витісняючи патогенні штами. Сівозміни, включення бобових культур, вирощування ґрунтових агрегатів підтримують екологічні ніші для мікробіоти ґрунту.
Зменшення кількості хімічних добрив та обмеження обробітку ґрунту, дві агроекологічні практики, які мають великі переваги для зменшення забруднення та посилення зберігання вуглецю, виберіть для корисні штами арбускулярні мікоризні грибиякі утворюють взаємні зв'язки з корінням рослин і можуть надавати стійкість до грунтових патогенів.
Інтеграція сільськогосподарського виробництва в більш широку матрицю рослинності, що не підлягає обробці, також важлива для боротьби з грибними патогенами. Дикі ландшафти зменшення потенціалу популяції патогенів до адаптації до культур і моделювання свідчить про те, що суміжні смуги диких плям зменшують агресивність патогенів на сільськогосподарських культурах.
Лабораторії Іветт Ідеальто і Джона Вандермеера зробили роботу, яку написали тут глибоко та узагальнені тут, відстеження засобів, за допомогою яких соски екологічних зв'язків — хижацтва, взаємності, конкуренції тощо — вгору і вниз по харчовій мережі, в якій сама культура виявляє себе, може викинути збитки від шкідників, у тому числі, їхні команди знаходять, іржаві гриби.
Ніжність, що стосується грибів, може бути знайдена у студента Вандермеера Дугласа Джексона дисертація на агроекологічний грибковий контроль в каві.
Захарі Гаджіан-Форошані
Захарі Гаджіан-Форошані (на фото), ще один студент Мічиганського університету, послідувавдослідження з 1970s і знайдені Мікодиплоз Личинки мух харчуються іржею кави в групі Perfecto-Vandermeer в Мексиці і Пуерто-Ріко.
Більш ніж видобуток грунту
Вся ця робота квадратів добре з агроекологічна теорія що за нинішньої політичної політики та демографічних тенденцій, поля ферм інтегруються в Матриця охорони природи скоріше, ніж підходи до «збереження землі» для збереження природних ресурсів, одночасно підтримуючи сільське господарство та виробництво продуктів харчування з низьким зовнішнім рівнем постачання.
Виникає картина екологічної складності, в якій фунгіцидна війна - це неправильний інструмент.
Замість того, щоб викинути погані гроші після поганих, сьогодні фунгіциди застосовуються в системі, в якій хвороби процвітають з спрощених ландшафтів, великих і безперервних генетично ідентичних монокультур, стрімкого прискорення глобального потепління і постійного прискорення глобальної торгівлі.
У жорстокій іронії застосування фунгіцидів приводить до еволюційного тиску на патогени для розвитку резистентності в той же час що промислове управління забезпечує майже ідеальні умови для виховання та поширення цих вірулентних мутацій.
Все це має сенс тільки тоді, коли ми визнаємо, що сектор агробізнесу розглядає природу як її найжорсткіша конкуренція.
Витираючи місцеві екології та практично вільну роботу, вони пропонують допомогти фермерам збагатити свої ґрунти, очистити їхню воду, запилити їхні рослини, прогодувати свою худобу та контролювати шкідників - патогенних грибів серед них - означає, що найбільші компанії тепер можуть продавати товарний еквівалент захоплений ринок.
Збиток завдано більше, ніж сільськогосподарський чи економічний. Це бізнес-план, що переслідується навіть під загрозою зниження нашої спроможності соціально відтворювати себе як цивілізацію.
Фермери та продовольчі активісти скаржилися на те, що промислове сільське господарство не перевищує поживні речовини та видобуток вуглецю. Компанії змушують фермерів рости настільки швидко, що виробництво вичавлює вуглець з ґрунту у вигляді продовольчих товарів. Як наслідок, земля і вода забруднюються таким забуттям безпеки харчових продуктів неможливо врахувати.
За рахунок цього забруднення, професійного опромінення, спалахів зростаючої вірулентності та ступеня, метаболічних захворювань, таких як діабет, стійкість до антибіотиків, і тепер зростаюча загроза резистентності фунгіцидів, видобуток вуглецю тепер поширюється на видобуток глобального здоров'я.
Після того, як порядок дня, альтернативні агрокультури давно переслідували і оновлювали дрібні землевласники по всьому світу і підтримувалися зростаючою науковою літературою, пропонуючи вихід з цієї пастки.
Попередня версія цієї статті була опублікована як Ферма Ферма Грибок серед нас.
Алекс Лібман - дослідник рослинного ґрунту та політичної екології Lurralde, чилійська група, яка підтримує народи Атакаменью і Айамару у боротьбі за територіальний суверенітет і права на воду перед обличчям багатонаціональних видобутку міді та літію в пустелі Атакама.
Роб Уоллес, доктор філософії, є еволюційним біологом і громадськимЗдоров'я філогеограф, він автор Великі ферми роблять великий грип і, зовсім недавно, співавтор Чітке боротьба з хворобою.
