Производство на фунгициди и пестициди в
Sapec Crop Protection, Португалия
Селскостопанските приложения помагат за генериране на лекарствена резистентност при многобройни бактериални инфекции при хора, убиват американци 23,000-100,000 годишно и с нарастващо количество антибиотици прилага в чужбина, 700,000 хора света.
Сега a гъбична видове, Candida auris, има разработени множество лекарства, съпротивление и бързо се разпространява в човешките популации по целия свят (виж фигурата). CDC съобщава 90% от C. auris Инфекциите са резистентни към едно противогъбично лекарство и 30% до две или повече.
Случаите на C.auris по държави. От CDC (2019)
Клинични случаи на Candida auris, докладвани от CDC от февруари 28, 2019: от щатски щат. От CDC (2019).
C. auris, a мая, убива имунокомпрометирани пациенти в болници, клиники и старчески домове с удивителен клип, до 40-60% от тези, които страдат от инфекции на кръвта след един месец.
В стаите на заразените и мъртвите, гъбичката изглежда непримирима към почти всички опити за ликвидиране. Гъбата може оцелее дори спрей от аерозолиран водороден пероксид от пода до тавана.
Как лекарствата, устойчиви на лекарства, идват да преследват съвременната болница и застрашават стерилните пространства, които асепсисът е адресирал преди 150 години?
Това става все по-очевидно C. aurisРезистентността и многото други видове гъби са проследени до масовото приложение на фунгициди в промишленото земеделие. Тези химикали приближават молекулните структури на противогъбичните лекарства.
През културите- пшеница, банан, ечемик, ябълка, както и много други - фунгицидите се избират за резистентни щамове, които се намират в болници, където също са резистентни към лекарствата, прилагани на пациенти.
Пътят на дрождената резистентност
Наскоро Матю Фишър и колегите му класифициран шест основни класа фунгициди, всички рядко се използва в Средния запад на САЩ преди 2007.
- азоли намлява морфолини насочете към биосинтетичен път на ергостерол, който генерира плазмената мембрана на гъбични клетки. Най- бенз пречат на гъбичките цитоскелет, предотвратяване на сглобяването на клетка микротубулите. - стробилурини намлява инхибитори на сукцинат дехидрогеназа поемат по-физиологични пътища, инхибирайки верига за пренос на електрони на митохондриално дишане. Най- анилинопиримидини се проявяват като митохондриални сигнални пътища.
Candida auris има еволюира резистентност към азолни противогъбични средства, включително флуконазол, с променлива възприемчивост към други азоли, амфотерицин В, намлява ехинокандините. Азоли, използвани в и двете защита на културите и медицински настройки, са фунгициди с широк спектър, унищожаването на широк спектър от гъби, вместо насочване към определен тип.
Как се намират гъбичките и фунгицидите в полето?
C. auris, вероятно дълго време циркулира самостоятелно в продължение на хиляди години като Том Чилър на CDC хипотези, първоначално е изолиран при хора от ушния канал на 70-годишна японка в токийска болница в 2009 (въпреки че впоследствие 1996 изолат е идентифицирани). По-късна изолация установи, че дрождите, способни на инфекция на кръвния поток.
В опит да се идентифицира източникът на инфекцията, международен екип секвениран резистентни изолати, събрани от болници в Пакистан, Индия, Южна Африка и Венецуела, 2012 – 2015.
Срещу очакванията, екипът откриваше различия заместители на аминокиселиниазолна резистентност сред ERG11 единични нуклеотидни полиморфизми- един сред няколко такива SNPs - в четири географски региона. Те не бяха същия щам, което показва, че всеки резистентен фенотип се е появил самостоятелно.
С други думи, щамове изолирани от разстояние един от друг са се развили уникални решения за фунгицидите, на които са били изложени.
Това може да означава молекулярна адаптация към различни експозиции. Но също така може да се посочи, че в отговор на такова широко излагане на фунгициди в полето, всеки щам еволюира свое собствено уникално решение на проблема.
Въпреки че гъбичките не го правят хоризонтално прехвърляне техните гени със скорост, която правят вирусите и бактериите, миграция на пациенти и гъбички, последните като търговия със селскостопански продукти, може да помогне за увеличаване на разнообразието на фунгицидната резистентност, циркулираща във всеки един локал.
Втори отбор идентифицирани множество генотипове с различен международен произход в относително ограничените граници на Обединеното кралство. Трети екип, както показва близката карта, идентифицирани подобен микс в американските случаи.
Не е ясно освен случаите, свързани с пътуването, дали всички случаи са произлезли от щамове от чужбина. Без базова линия на гъбично натоварване сред, например, местните селскостопански работници, един ендогенен източник остава възможност.
Разпространение на Candida auris в САЩ. (A) Максимално филогенетично дърво от филогенетични изолати от Колумбия, Индия, Япония, Пакистан, Южна Корея, Южна Африка, Венецуела и САЩ в САЩ. (Б) Честотата на клиничните случаи в САЩ чрез скала. (C) Филогеографията на въведените скали. Твърдите линии показват въвеждания, които са свързани с пациенти, за които е известно, че са получили здравни грижи в чужбина. Адаптирано от Chow et al. (2018).
За да добавите към сложността, също така се появяват множество механизми, чрез които се появява съпротива.
Доминик Санглард обобщава три: намаляване на лекарствената концентрация в гъбични клетки, промени в лекарствената цел и компенсаторни механизми, които намаляват токсичността на лекарството. Върху тях, трите могат да бъдат постигнати чрез различни генетични събития. Наред с SNPs са инсерции в генома на гъбичките, делеции и структурни промени, включително генетични или хромозомни копия.
Едно проучване намерени 51 гени свързани с това колко чувствителни са циркулиращите щамове на a Fusarium битка пропиконазол, само един клас триазолов фунгицид.
Пътят към такова съпротивление може да бъде сложен, като се извива отвъд еволюирането от под противогъбично средство директно.
В 2015, изследователи намерени че C. auris геномът притежава няколко гена за АТР-свързващо семейство касетъчни транспортери, главна фасилитаторна суперсемейство (MFS). MFS транспортира голямо разнообразие от субстрати през клетъчните мембрани и е доказано ефективно има на широки класове лекарства. Това позволява C. auris да преживее атака на противогъбични лекарства.
Екипът установи, че това C. auris Геномът също кодира множество генни семейства, които улесняват вирулентността на гъбичките. C. auris адаптивно форми биофилми които поддържат противогъбична резистентност чрез висока плътност на клетките, наличието на стероли за биофилмните клетки и ефективна употреба и растеж на хранителните вещества.
Други гъби, други опасности
Candida auris едва ли е единствената смъртоносна гъба, сближаваща се при мултирезистентност. Близката карта показва множество припокриващи се видове в резистентността на растенията и хората.
Една гъба, Aspergillus fumigatus, може да предложи условен преглед на C. auris настоящи и бъдещи траектории.
Азол противогъбични итраконазол, вориконазол и позаконазол отдавна се използват за лечение на белодробна аперилоза, инфекцията, причинена от A. fumigatus. Гъбите причиняват приблизително 200,000 смъртни случаи годишно, през последното десетилетие бързо развива устойчивост към противогъбични лекарства.
Брой рецензирани доклади за резистентност към азолни фунгициди за растения (в синьо) и при хора (в червено) за патогени Aspergillus fumigatus, Candida albicans, C. auris, C. glabrata, Cryptococcus gattii и Cryptococcus neoformans. От Fisher (2018).
Проучвания, сравняващи дългосрочни потребители на азоли и пациенти, които само започват да приемат лекарството, са показали, че са устойчиви на лекарства A. fumigatus преобладаваше и в двете групи, което предполага, че съпротивата еволюира в селското стопанство вместо медицински.
Изследователите са намерени биогеографски доказателства, които предполагат резистентност към мултитриазол A. fumigatus щамовете в клинични и екологични условия споделят значително припокриване. На фигурата наблизо, лекарствена резистентност A. fumigatusнамерени в полето (зелено) и в клинични проучвания (червено) заедно, показвайки тяхното свързване в Европа и Азия.
Глобалната карта изобразява географското разпределение на щамовете Aspergillus fumigatus, резистентни към мулти-триазол. Описани са две различни мутации: TR34 / L98H (кръг) и TR46 / Y121F / T289A (квадрат). Процентите означават степента на резистентност към разпространението на околната среда. От Chowdhary et al. (2013).
Друга работа наскоро намерени азол-резистентни A. fumigatus свързани с използването на триазолови фунгициди в селскостопанските площи извън Богота, Колумбия. Почвите бяха взети от редица полета на културите и A. fumigatus се отглеждат на агар, третиран с итраконазол или вориконазол фунгициди. В повече от 25% от случаите, A. fumigatus продължително, въпреки фунгицидното лечение.
Това е, поради земеделски практики, Aspergillus влиза в болници, които вече са приспособени към убитите антифунгални коктейли, предназначени да проверят разпространението му. Изхвърлянето на азоли за контрол на гъбички върху грозде, царевица, костилкови плодове и безброй други култури създава условия за ускоряване на лекарствената резистентност при хора.
Макар че все още предстои да се проведат обширни филогенетични и биогеографски изследвания, ще се извърши бърз прочит на съществуващото разпространение карти предлага сходства между Aspergillus fumigatus и неговата по-млада (и изведнъж по-известна) кохорта Candida auris. Щамовете имат сходно географско разпределение, заемайки много от същите зони, описани по-горе C. auris.
Ролята на индустриалното земеделие
С зони на припокриващи се човешки и културно устойчиви случаи Aspergillus fumigatus и нарастващия спектър от нови устойчиви на азоли гъбички, които опустошават клиничните условия и се развиват със светкавична скорост, бихме се надявали, че употребата на азол фунгицид ще бъде наблюдавани отблизо ако не просто се прекрати.
Опасностите от продължаването на този път на развитие на селското стопанство са остри.
Медицинските и селскостопанските азолни фунгициди имат сходни начини на действие, така че когато се появи съпротива в една арена, тя лесно може да се прехвърли на друга. Както в селскостопанските, така и в медицинските фунгициди, фенилната група на химичните форми Ван дер Ваалс контакт с активния сайт на ген cyp51A.
Отделно от особеностите на органичната химия, близките сходства, които групата Чоудхари изобразява на близката фигура предполагат, че мутация в Aspergillus fumigatus за предотвратяване на свързването с. \ t cyp51A ген в селскостопанска среда - конкретно модификация на 14-a стерол деметилазен ензим- вероятно ще придадат устойчивост на медицински приложения стереохимични подобни лекарства.
Диаграма, показваща подобен начин на действие в триазоли между медицински (А) и селскостопански (В) приложения. От Chowdhary et al. (2013).
Селскостопански азолови фунгициди включват а третана общия пазар на фунгициди. Двадесет и пет различни форми на инхибитори на азеловите деметилиращи азоли се използват, в сравнение със само три форми на лицензирани медицински азоли.
Така че не бива да се изненадваме, че при прилагането на тези фунгициди при ландшафтните везни в милиони лири годишно, медицинската употреба на триазолови противогъбични средства, използвайки същия начин на действие, бързо ще се превърне в неефективна.
Вместо да се намесва в интерес на глобалното обществено здравеопазване да се ограничат тези дълготрайни приложения, правителствена политика през последните години популяризира изгоден в световен мащаб експанзия използване на фунгициди, подпомагане на условията за вирулентни лекарствени резистентни гъби.
В 2009, фунгициди бяха приложени върху 30% от царевица, соя и житни площи в САЩ, на обща стойност 80 милиона акра. Превантивното използване на фунгициди за контролиране на ръждата от соя се увеличи четирикратно между 2002 и 2006, въпреки съмнителна икономическа обосновка. Глобалните продажби продължават да растат, почти три пъти от 2005, от $ 8 млрд. До $ 21 млрд. В 2017.
Фунгицидите се разширяват не само в продажбите, но и в географското разпределение.
От картите наблизо ще видим тетраконазол селскостопански триазол, преместени от изолирана употреба в западните равнини в края на 1990s до масивно приложение в Централна долина на Калифорния, горния Среден Запад и Югоизток. боскалид, фунгицид, използван в плодовите и зеленчукови култури, се е увеличил от ~ 0.15 до 0.6 милиона паунда от 2004 до 2016, увеличение на 400% и сега е широко прилагано в цялата страна.
Очаквана земеделска употреба (EPest-висока) на фунгициди тетраконазол (вляво) и боскалид (вдясно) в паунда на квадратен мили в САЩ, 1999 и 2014. Държавните и други ограничения върху употребата на пестициди не са включени в EPest-високите или EPest-ниските оценки. Оценките EPest-low обикновено отразяват тези ограничения, тъй като те се основават предимно на изследвани данни. Високите оценки на EPest включват по-обширни оценки на употребата на пестициди, които не са докладвани в проучвания, които понякога включват държави или зони, когато са наложени ограничения на употребата. Потребителите трябва да се консултират с държавните и местните агенции за ограниченията за специфична употреба. Проект за национална оценка на качеството на водите (НАВКП) / USGS / ARERC.
От всеки нов локал фунгицидите проникват в местната среда.
В 2012, USGS учени учи 33 различни фунгициди, използвани в производството на картофи и намерени най-малко един фунгицид в 75% от тестваните повърхностни води и 58% от пробите от подземни води. С продължителност на полуживота до няколко месеца, азолните фунгициди могат лесно да достигнат и да продължат да съществуват водни среди чрез оттичане и разпръскване на спрей, ставайки много подвижен.
Тъй като изменението на климата фундаментално преструктурира САЩ, като доведе до по-високи общи температури и екстремни колебания между сушата и обилните валежи, гъбичките са прогнозира да се разшири извън сегашните им граници, като същевременно отговаря конкретно на новите климатични режими. Aspergillus flavus, производител на причиняващ рак афлатоксин което намалява добивите на царевица и отрови хората, процъфтява в условия на суша и големи дефицити в реколтата.
Тъй като пазарът се третира като сила на природата, по-силна от климата или общественото здраве, при сегашното земеделско производство използването на фунгициди с широк спектър вероятно ще се увеличи.
Земеделие като свой собствен контрол на гъбичките
В отговор на резистентни към лекарства бактерии и гъби, изследователските институции призовават за събиране на по-добри данни за употребата на селскостопански антибиотици и за потенциалните икономически разходи от преминаването от високи нива на приложение.
А 2016 Великобритания докладпозовавайки се на прекомерното използване на селскостопанските фунгициди, препоръча по-голям надзор върху употребата на антибиотици като цяло и регулаторен апарат, организиран от СЗО, ФАО и OIE, че сред неговите задължения ще бъдат изброени критични антибиотици, които трябва да бъдат забранени от земеделието.
Но освен събирането на повече информация и призоваването за това, което изглежда минимално регулиране, какво да се направи?
Като се имат предвид скорошните трудности в устойчивостта на антибиотици и хербициди, изглежда вероятно химическите компании и техните земеделски клиенти да продължат да развиват нови фунгициди въз основа на целенасочени молекулярни изследвания, множество лекарствени коктейли, и генно-редактирана резистентност.
Вероятно е правителствените агенции да наложат увеличение при съмнителни мерки за биологична сигурност, които също често възникват ксенофобски тревогии са свикнали обвиняват работници за замърсяване, а не за справяне със системните провали на индустриалното земеделие.
Съсредоточените мотиви на мощни медицински и селскостопански компании почти сигурно ще насърчават „решения“, които изострят надпреварата във въоръжаването между приложенията на токсични лекарства и гъбичната резистентност, изхвърлят нарастващите пермутации на смъртоносни химикали в околната среда и по-нататък консолидиране и приватизация - агро-фармацевтичен сектор.
Има обаче различен, базирана на доказателства парадигма за реагиране на фунгициден колапс.
Един бърз преглед на агроекологични примери предполага, че комбинация от моделиране на болести намлява културни практики като редуване на културите и отглеждане на покрива могат значително да намалят наличието на гъбични заболявания и по този начин да зависят от фунгицидите.
Включването, тук соята и ленът, могат да увеличат и разнообразят почвената микробиота, за да се изключат патогенните гъби. Снимка: Алексис Стокфорд)
В централната долина на Калифорния производителите на ягоди свикнали да опушват почвите с фунгициди, за да контролират разпространението на Verticillium искаш, патогенни почвени гъби, са установили, че засаждането на посевите от броколи между ротациите на ягодовите култури значително намален нива на Verticillium.
Датирайки няколко десетилетия, подобни резултати са открити при диверсификацията на сеитбообращение на картофи.
Изследователи в Индия - страна, в която има лекарства A. fumigatus намлява C. auris и двете са намерени - са проучени нови подходи за контролиране на късната болест в картофите.
Картофените култури често получават големи дози азолови фунгициди, за да се контролират гъбични патогени, като например късната болест. Вместо фунгицидно лечение, учените са прилагали силициев диоксид към листната тъкан, откривайки, че силициевият диоксид се абсорбира и заздравява клетъчните стени на картофите срещу гъбична инвазия. Степента на заразяване с болести варира от 2.8 - 7.9% в интегрираните системи за управление на базата на силициев диоксид и 49.4 - 66.7% в конвенционалните системи, зависими от фунгициди.
Като цяло, органично фермерство подкрепя взаимните гъбички в много по-голяма степен от конвенционалното земеделие, изтласквайки патогенните щамове. Селекциите на култури, включването на бобови растения и отглеждането на почвени агрегати подкрепят екологичните ниши за микробиота на почвата.
Намаляване на химическите торове и ограничаване на обработването, две агроекологични практики с големи ползи за намаляване на замърсяването и засилено съхранение на въглерод, изберете за полезни щамове на арбускуларни микоризни гъбикоито формират взаимни отношения с корените на растенията и могат да окажат устойчивост на почвени патогени.
Интегрирането на селскостопанското производство в по-широка матрица на растителността извън културите също е важно за контролиране на гъбичните патогени. Диви пейзажи намаляване на потенциала на популациите от патогени да се адаптират към културите, а моделирането предполага, че съседни пластове от диви петна намаляват агресивността на патогените върху селскостопанските култури.
Лабораториите на Ivette Perfecto и John Vandermeer са свършили работа с йома, написана в дълбочина тук намлява обобщени тук, проследяване на средствата, чрез които сърбежите на екологичните отношения - хищничество, взаимност, конкуренция и т.н. - нагоре и надолу в хранителната мрежа, в която се намира реколтата, може да отстрани вреди от вредители, включително, както откриват техните екипи, от гъби.
Нарушенията, които важат за гъбичките, могат да бъдат намерени във вандермеерския студент Дъглас Джаксън дисертация за агроекологичен контрол на гъбичките в кафето.
Захари Хаджиан-Форушани
Захари Хаджиан-Форушани (на снимката), друг студент от Университета в Мичиган, след товаизследвания от 1970 и открити Mycodiplosis ларвите на мухи се хранят с ръжда на кафето в екипа на Perfecto-Vandermeer в Мексико и Пуерто Рико.
Повече от добивната почва
Всичко това работи добре с агроекологична теория че при настоящите политически политики и демографските тенденции, стопанствата са интегрирани в матрица за опазване на природата са по-склонни от подходите за „съхраняване на земята“ за опазване на природните ресурси, като същевременно се подкрепят средствата за препитание на селските райони и производството на храни с ниско външно потребление.
Това, което се появява, е картина на екологична сложност, в която фунгицидната война е точно грешен инструмент.
Вместо това, хвърляйки лоши пари след лошо, фунгицидите днес се прилагат в система, в която болестите процъфтяват от опростени пейзажи, огромни и непрекъснати генетично идентични монокултури, бързо ускоряващо глобалното затопляне и все по-бързо темпо на глобалната търговия.
В жестока ирония, приложението на фунгицидите поставя еволюционен натиск върху патогените, за да развият резистентност в същото време че индустриалното управление осигурява почти перфектни условия за насърчаване и разпространение на тези вирулентни мутации.
Всичко това има смисъл само когато признаем, че секторът на агробизнеса разглежда природата като своя най-строга конкуренция.
Заличаването на местните екологии и почти свободната работа им помагат на земеделските производители да обогатяват почвите си, да почистват водата, да опрашват растенията си, да изхранват добитъка си и да контролират вредителите - патогенни гъбички сред тях - означава, че най-големите компании вече могат да продават комерсиализирани еквиваленти на заловен пазар.
Нанесените щети са повече от селскостопански или икономически. Това е бизнес план, преследван дори с риск да разруши способността ни да се възпроизвеждаме в обществото като цивилизация.
Фермерите и хранителните активисти се оплакват, че индустриалното земеделие представлява малко повече от това хранителен намлява въгледобив. Компаниите принуждават фермерите да растат толкова бързо, че производството изстисква въглерод от почвата под формата на хранителни стоки. В резултат земята и водата са замърсени с такава забрава безопасността на храните не може да бъде отчетена.
Чрез това замърсяване, професионални експозиции, огнища на нарастваща вирулентност и степен, метаболитни заболявания като диабет, антибиотична резистентност, и сега нарастващата заплаха от резистентност към фунгициди, въглеродният добив сега се простира до изкореняване на глобалното обществено здраве.
Веднъж след деня, алтернативните земеделски стопанства, които дълго време се преследват и актуализират от дребните собственици по целия свят и подкрепяни от нарастващата научна литература, предлагат изход от този капан.
По-ранна версия на тази статия бе публикувана като Фабрика ферма гъбички сред нас.
Алекс Либман е изследовател на растителна почва и политическа екология Lurralde, чилийска група, подкрепяща народите Атакамена и Аямара в борбата им за териториален суверенитет и права на водата в лицето на многонационалните интереси на минно-литиевата промишленост в пустинята Атакама.
Роб Уолъс, доктор на науките, е еволюционен биолог и общественголямо изобилие phylogeographer, Той е автор на Големите ферми правят големия грип и наскоро съавтор на Контрол на заболяванията.
