Presencia de plaguicidas en el ambiente

Los insecticidas sistémicos, como los neonicotinoides, son una de las principales causas del declive de los insectos benéficos. Esto ha llevado a prohibiciones y restricciones en el uso de neonicotinoides a nivel mundial, especialmente en la Unión Europea, donde cuatro neonicotinoides de uso común (imidacloprid, tiametoxam, clotianidina y tiacloprid) están prohibidos para uso agrícola al aire libre. Aunque esto podría parecer una victoria para la conservación, las restricciones al uso de neonicotinoides solo beneficiarán a las poblaciones de insectos si los insecticidas emergentes no tienen impactos negativos similares sobre los insectos benéficos. Flupiradifurona y sulfoxaflor son dos insecticidas novedosos que han sido registrados para su uso a nivel mundial, incluso dentro de la Unión Europea. Estos nuevos insecticidas pertenecen a diferentes clases químicas, pero comparten el mismo modo de acción que los neonicotinoides, lo que plantea la pregunta de si también tienen efectos subletales similares en los insectos benéficos. Aquí, realizamos una revisión sistemática de la literatura sobre los posibles efectos subletales de estos nuevos insecticidas en insectos benéficos, cuantificando dichos efectos mediante un metaanálisis. Demostramos que tanto la flupiradifurona como el sulfoxaflor tienen impactos subletales significativos en insectos benéficos a niveles de exposición realistas en campo. Estos resultados confirman que las prohibiciones sobre el uso de neonicotinoides solo protegerán a los insectos benéficos si van acompañadas de cambios significativos en el proceso regulatorio de agroquímicos. No modificar dicho proceso resultará en un declive continuo de los insectos benéficos y de los servicios ecosistémicos de los que depende la producción alimentaria mundial.

Systemic insecticides, such as neonicotinoids, are a major contributor towards beneficial insect declines. This has led to bans and restrictions on neonicotinoid use globally, most noticeably in the European Union, where four commonly used neonicotinoids (imidacloprid, thiamethoxam, clothianidin and thiacloprid) are banned from outside agricultural use. While this might seem like a victory for conservation, restrictions on neonicotinoid use will only benefit insect populations if newly emerging insecticides do not have similar negative impacts on beneficial insects. Flupyradifurone and sulfoxaflor are two novel insecticides that have been registered for use globally, including within the European Union. These novel insecticides differ in their chemical class, but share the same mode of action as neonicotinoids, raising the question as to whether they have similar sub-lethal impacts on beneficial insects. Here, we conducted a systematic literature search of the potential sub-lethal impacts of these novel insecticides on beneficial insects, quantifying these effects with a meta-analysis. We demonstrate that both flupyradifurone and sulfoxaflor have significant sub-lethal impacts on beneficial insects at field-realistic levels of exposure. These results confirm that bans on neonicotinoid use will only protect beneficial insects if paired with significant changes to the agrochemical regulatory process. A failure to modify the regulatory process will result in a continued decline of beneficial insects and the ecosystem services on which global food production relies.

El presente trabajo analiza la investigación que se ha llevado a cabo en México con relación al uso y efecto de los plaguicidas en el ambiente y salud humana. Se revisaron 394 artículos publicados en los últimos 20 años en revistas indizadas o arbitradas. Las publicaciones se agruparon en 7 temas principales: 1) patrón de uso de plaguicidas, 2) efectos en el ambiente; 3) estudios ecotoxicológicos; 4) exposición en población humana; 5) residuos en alimentos; 6) toxicología de plaguicidas (estudios in vitro e in vivo); y 7) bioplaguicidas y biorremediación. El análisis de estas investigaciones indican que actualmente se utilizan Plaguicidas Altamente Peligrosos (PAPs) en las zonas agrícolas del país, su uso histórico y actual se relaciona con efectos negativos en ecosistemas terrestres y costeros, se han reportado efectos en la salud de los trabajadores agrícolas y sus familias, tales como alteraciones hematológicas, hormonales, daños genéticos, alteraciones del comportamiento y daños celulares; los niños constituyen el grupo más vulnerable a la exposición, además se han documentado daños genéticos, reproductivos y neuronales en modelos celulares y en organismos de laboratorio y se reportan residuos en alimentos como leche, hortalizas y granos. Como medidas de mitigación, se documentan procesos de biorremediación de suelos y agua contaminada, así como el uso de bioplaguicidas. La recomendación principal de este trabajo para las autoridades regulatorias y los tomadores de decisiones, es la implementación de programas de registro de plaguicidas (tipo y volumen) utilizados en prácticas agrícolas y control de vectores de enfermedades, como punto de partida para dimensionar la problemática ambiental y de salud humana que representa el uso actual e histórico de plaguicidas en México.

This paper analyzes the research that has been conducted in Mexico regarding the use and effects of pesticides on the environment and human health. A total of 394 articles published in indexed or peer-reviewed journals over the past 20 years were reviewed. The publications were grouped into seven main topics: (1) patterns of pesticide use; (2) environmental effects; (3) ecotoxicological studies; (4) human exposure; (5) pesticide residues in food; (6) pesticide toxicology (in vitro and in vivo studies); and (7) biopesticides and bioremediation. The analysis of these studies indicates that Highly Hazardous Pesticides (HHPs) are currently used in agricultural areas of the country. Their historical and current use is associated with negative effects on terrestrial and coastal ecosystems. Reported health effects among agricultural workers and their families include hematological and hormonal alterations, genetic damage, behavioral changes, and cellular damage. Children are the most vulnerable group to exposure. Additionally, genetic, reproductive, and neurological damage has been documented in cellular models and laboratory organisms. Residues have been found in food products such as milk, vegetables, and grains. As mitigation measures, bioremediation processes for contaminated soil and water have been documented, along with the use of biopesticides. The main recommendation of this paper for regulatory authorities and decision-makers is to implement pesticide registration programs (type and volume) used in agricultural practices and in vector control for disease prevention, as a starting point for assessing the environmental and human health issues resulting from both historical and current pesticide use in Mexico.

Este artículo se centra en los efectos de los agroquímicos sobre el rendimiento de los cultivos, la fertilidad del suelo, la salud humana y la biodiversidad. También examina el papel de las leyes agrícolas y del régimen jurídico ambiental en el abordaje del problema del uso de agroquímicos, y sugiere algunas formas alternativas de enfrentar dicha problemática. Sostiene que el impacto perjudicial de los agroquímicos en la salud humana y animal, así como en el medio ambiente, supera con creces las ventajas que se obtienen de su uso. Por lo tanto, es necesario ajustar las leyes ambientales para garantizar que el uso de agroquímicos se mantenga bajo control, y la agricultura orgánica puede ser útil en este sentido.

This paper focuses on the effects of agrochemicals on crop yield, soil fertility, human health and biodiversity. It also examines the role of agricultural laws and the environmental legal regime in addressing the problem of agrochemical application and suggests some alternative ways of addressing that problem. It argues that the detrimental impact of agrochemicals on human and animal health and on the environment far outweighs the advantages that we derive from their use. Hence, there is a need to adjust environmental laws to ensure the use of agrochemicals remains under control, and organic agriculture can be helpful in this regard.

Los agroquímicos han permitido más que duplicar la producción de alimentos durante el último siglo, y la necesidad actual de aumentar la producción para alimentar a una población humana en rápido crecimiento mantiene la presión sobre el uso intensivo de pesticidas y fertilizantes. Sin embargo, estudios globales han documentado la contaminación y el impacto de los residuos de agroquímicos en los suelos, y en los ecosistemas terrestres y acuáticos, incluidos los sistemas marinos costeros, así como sus efectos tóxicos sobre los seres humanos y otras formas de vida. Aunque los compuestos orgánicos persistentes han sido eliminados y reemplazados por productos más biodegradables, la contaminación tanto por residuos históricos como recientes sigue afectando la calidad de los alimentos humanos, del agua y del medio ambiente. El aumento actual y futuro de la producción de alimentos debe ir acompañado de una producción con mejor calidad y con menos contaminantes tóxicos. Existen caminos alternativos al uso intensivo de productos químicos para la protección de cultivos, tales como los organismos genéticamente modificados, la agricultura orgánica, el cambio en los hábitos alimentarios y el desarrollo de tecnologías alimentarias. Las agroindustrias deben seguir desarrollando prácticas avanzadas para proteger la salud pública, lo cual requiere un uso más prudente de los agroquímicos mediante pruebas previas, una cuidadosa evaluación de riesgos y su regulación mediante licencias. También es necesario educar a los agricultores y a los usuarios en general, implementar medidas para una mejor protección de los ecosistemas y promover buenas prácticas para el desarrollo sostenible de la agricultura, la pesca y la acuacultura. El fortalecimiento de la investigación científica para nuevos desarrollos en producción de alimentos, seguridad alimentaria y protección ambiental es una parte necesaria de este esfuerzo. Además, puede ser urgente un acuerdo mundial sobre buenas prácticas agrícolas, incluido el desarrollo de organismos genéticamente modificados (OGM) y su liberación para la agricultura internacional, a fin de garantizar el éxito en la producción segura de alimentos.

Agrochemicals have enabled to more than duplicate food production during the last century, and the current need to increase food production to feed a rapid growing human population maintains pressure on the intensive use of pesticides and fertilizers. However, worldwide surveys have documented the contamination and impact of agrochemical residues in soils, and terrestrial and aquatic ecosystems including coastal marine systems, and their toxic effects on humans and nonhuman biota. Although persistent organic chemicals have been phased out and replaced by more biodegradable chemicals, contamination by legacy residues and recent residues still impacts on the quality of human food, water, and environment. Current and future increase in food production must go along with production of food with better quality and with less toxic contaminants. Alternative paths to the intensive use of crop protection chemicals are open, such as genetically engineered organisms, organic farming, change of dietary habits, and development of food technologies. Agro industries need to further develop advanced practices to protect public health, which requires more cautious use of agrochemicals through prior testing, careful risk assessment, and licensing, but also through education of farmers and users in general, measures for better protection of ecosystems, and good practices for sustainable development of agriculture, fisheries, and aquaculture. Enhanced scientific research for new developments in food production and food safety, as well as for environmental protection, is a necessary part of this endeavor. Furthermore, worldwide agreement on good agriculture practices, including development of genetically modified organisms (GMOs) and their release for international agriculture, may be urgent to ensure the success of safe food production.

Los biocidas, como los herbicidas, se evalúan rutinariamente por su toxicidad, pero no por sus efectos subletales en los microbios. Se sabe que muchos biocidas inducen un fenotipo adaptativo de resistencia múltiple a los antibióticos. Esto puede deberse a un aumento en la expresión de bombas de expulsión de compuestos tóxicos, a una reducción en la síntesis de porinas de la membrana externa, o a ambos mecanismos. Se observó que la exposición de Escherichia coli y Salmonella enterica serovar Typhimurium a formulaciones comerciales de tres herbicidas —dicamba (Kamba), ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) y glifosato (Roundup)— induce una respuesta alterada a los antibióticos. Las curvas de mortalidad en presencia y ausencia de concentraciones subletales de herbicidas mostraron que tanto la dirección como la magnitud de las respuestas variaron según el herbicida, el antibiótico y la especie bacteriana. Cuando se inducía una respuesta, las concentraciones mínimas inhibitorias (CMI) de antibióticos de cinco clases diferentes cambiaban hasta seis veces. En algunos casos la CMI aumentaba, en otros disminuía. Las concentraciones de herbicidas necesarias para provocar la respuesta máxima estaban por encima de los niveles máximos de residuos permitidos en alimentos, pero dentro de los niveles de aplicación comunes para todos los herbicidas. Los compuestos que podían causar esta inducción mostraban efectos aditivos cuando se combinaban. Se evaluó el papel de soxS, un inductor de la bomba de expulsión AcrAB, mediante ensayos de β-galactosidasa con cepas de E. coli con fusiones soxS-lacZ. Dicamba resultó ser un inductor moderado del regulón sox. Ensayos de crecimiento con Phe-Arg β-naftilamida (PAβN), un inhibidor de bombas de expulsión, confirmaron un papel importante de la expulsión activa en la tolerancia incrementada de E. coli al cloranfenicol en presencia de dicamba y a la kanamicina en presencia de glifosato. Se discuten vías de exposición relevantes para la salud humana, de animales domésticos y de insectos clave. IMPORTANCIA. Cada vez más compuestos químicos de uso común en la agricultura, jardines domésticos y espacios públicos pueden inducir un fenotipo de resistencia múltiple a los antibióticos en patógenos potenciales. Este efecto ocurre ante la exposición simultánea a antibióticos, y es más rápido que el efecto letal de estos últimos. La magnitud de la respuesta inducida puede socavar la eficacia de la terapia antibiótica e incrementar sustancialmente la probabilidad de aparición de mutaciones espontáneas hacia niveles más altos de resistencia. La combinación del uso intensivo de herbicidas y antibióticos cerca de animales de granja e insectos importantes, como las abejas melíferas, también podría comprometer los efectos terapéuticos y fomentar un mayor uso de antibióticos. Para enfrentar la crisis de la resistencia antimicrobiana es necesario ampliar nuestra visión de los factores ambientales que contribuyen a la evolución de dicha resistencia.

Biocides, such as herbicides, are routinely tested for toxicity but not for sublethal effects on microbes. Many biocides are known to induce an adaptive multiple-antibiotic resistance phenotype. This can be due to either an increase in the expression of efflux pumps, a reduced synthesis of outer membrane porins, or both. Exposures of Escherichia coli and Salmonella enterica serovar Typhimurium to commercial formulations of three herbicides—dicamba (Kamba), 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), and glyphosate (Roundup)—were found to induce a changed response to antibiotics. Killing curves in the presence and absence of sublethal herbicide concentrations showed that the directions and the magnitudes of responses varied by herbicide, antibiotic, and species. When induced, MICs of antibiotics of five different classes changed up to 6-fold. In some cases the MIC increased, and in others it decreased. Herbicide concentrations needed to invoke the maximal response were above current food maximum residue levels but within application levels for all herbicides. Compounds that could cause induction had additive effects in combination. The role of soxS, an inducer of the AcrAB efflux pump, was tested in β-galactosidase assays with soxS-lacZ fusion strains of E. coli. Dicamba was a moderate inducer of the sox regulon. Growth assays with Phe-Arg β-naphtylamide (PAβN), an efflux pump inhibitor, confirmed a significant role of efflux in the increased tolerance of E. coli to chloramphenicol in the presence of dicamba and to kanamycin in the presence of glyphosate. Pathways of exposure with relevance to the health of humans, domestic animals, and critical insects are discussed. IMPORTANCE Increasingly common chemicals used in agriculture, domestic gardens, and public places can induce a multiple-antibiotic resistance phenotype in potential pathogens. The effect occurs upon simultaneous exposure to antibiotics and is faster than the lethal effect of antibiotics. The magnitude of the induced response may undermine antibiotic therapy and substantially increase the probability of spontaneous mutation to higher levels of resistance. The combination of high use of both herbicides and antibiotics in proximity to farm animals and important insects, such as honeybees, might also compromise their therapeutic effects and drive greater use of antibiotics. To address the crisis of antibiotic resistance requires broadening our view of environmental contributors to the evolution of resistance.

Tradicionalmente, la medición de la toxicidad aguda de los pesticidas sobre artrópodos benéficos se ha basado principalmente en la determinación de la dosis o concentración letal media aguda. Sin embargo, la dosis letal estimada durante las pruebas de toxicidad aguda puede ser solo una medida parcial de los efectos perjudiciales. Además de la mortalidad directa inducida por los pesticidas, deben considerarse sus efectos subletales sobre la fisiología y el comportamiento de los artrópodos para lograr un análisis completo de su impacto. En los últimos 15 años se ha publicado un número creciente de estudios y métodos relacionados con la identificación y caracterización de estos efectos. La revisión de los efectos subletales reportados en la literatura publicada, tomando en cuenta datos recientes, ha revelado nuevos conocimientos sobre los efectos subletales de los pesticidas, incluyendo efectos en el aprendizaje, el comportamiento y la neurofisiología. Caracterizamos los diferentes tipos de efectos subletales en los artrópodos benéficos, centrándonos principalmente en las abejas melíferas y los enemigos naturales, y describimos los métodos utilizados en estos estudios. Finalmente, discutimos el potencial para desarrollar enfoques experimentales que tomen en cuenta estos efectos subletales dentro del manejo integrado de plagas, así como la posibilidad de integrar su evaluación en los procedimientos de registro de pesticidas.

Traditionally, measurement of the acute toxicity of pesticides to beneficial arthropods has relied largely on the determination of an acute median lethal dose or concentration. However, the estimated lethal dose during acute toxicity tests may only be a partial measure of the deleterious effects. In addition to direct mortality induced by pesticides, their sublethal effects on arthropod physiology and behavior must be considered for a complete analysis of their impact. An increasing number of studies and methods related to the identification and characterization of these effects have been published in the past 15 years. Review of sublethal effects reported in published literature, taking into account recent data, has revealed new insights into the sublethal effects of pesticides including effects on learning performance, behavior, and neurophysiology. We characterize the different types of sublethal effects on beneficial arthropods, focusing mainly on honey bees and natural enemies, and we describe the methods used in these studies. Finally, we discuss the potential for developing experimental approaches that take into account these sublethal effects in integrated pest management and the possibility of integrating their evaluation in pesticide registration procedures.