DOI: https://doi.org/10.1186/s12940-024-01090-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38811948
تاريخ النشر: 2024-05-29
المؤلف: Korinna Wend وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبات الحشرية في مكافحة الآفات
نظرة عامة
تناقش هذه القسم الحاجة المتزايدة إلى تدابير فعالة لحماية النباتات ضد الآفات والأمراض، مع تسليط الضوء على الاعتماد المتزايد على المبيدات الكيميائية والبحث عن بدائل مستدامة، وخاصة المبيدات الحيوية. تقدم المبيدات الحيوية، التي تشمل الكائنات الكبيرة، والمركبات الطبيعية، والميكروبات، عدة مزايا مقارنة بالمبيدات الكيميائية، مثل انخفاض السمية، والتخصص في الآفات المستهدفة، والتحلل السريع، وتقليل احتمالية تطور المقاومة. ومع ذلك، تبقى التحديات مثل انخفاض الفعالية وارتفاع التكاليف عوائق كبيرة. من بين المبيدات الحيوية، تعتبر المبيدات الميكروبية الأكثر انتشارًا ودراسة، وتميز بإمكانيتها على التكاثر في البيئة وعلى المحاصيل بعد التطبيق.
يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى إعادة النظر وتكييف طرق الاختبار الحالية للمبيدات الحيوية، خاصة في ضوء الاهتمام المتزايد بالبدائل للمبيدات الاصطناعية. يدعون إلى تطوير طرق جديدة (NAMs) مصممة خصيصًا للمنتجات الميكروبية، حيث قد لا تكون NAMs الحالية المعتمدة للمبيدات الكيميائية قابلة للتطبيق المباشر بسبب الخصائص البيولوجية الفريدة للميكروبات. تشير هذه القسم أيضًا إلى الأدبيات الحديثة حول NAMs ذات الصلة بالأطر التنظيمية في الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة، مما يبرز أهمية تنسيق استراتيجيات الاختبار والتقييم لتسهيل التسجيل العالمي للمنتجات الميكروبية. يدعو المؤلفون إلى مزيد من المناقشة والتعاون بين الخبراء لتحسين هذه الأساليب وضمان أنها تعالج تقييمات الصحة البشرية بشكل كافٍ في سياق تنظيم المبيدات الحيوية.
مقدمة
تحدد مقدمة ورقة البحث السياق الأساسي وأهمية الدراسة. تسلط الضوء على الأهداف الرئيسية، التي تشمل معالجة فجوة معينة في الأدبيات الحالية واقتراح منهجيات أو أطر جديدة. يؤكد المؤلفون على أهمية عملهم في تعزيز الفهم داخل هذا المجال، خاصة فيما يتعلق بالمفاهيم النظرية الرئيسية أو النتائج التجريبية.
علاوة على ذلك، تضع المقدمة الأساس للأقسام التالية من خلال تلخيص موجز للفرضيات الرئيسية أو أسئلة البحث التي توجه التحقيق. كما تؤكد على الآثار المحتملة للنتائج على كل من النقاش الأكاديمي والتطبيقات العملية، مما يرسخ أهمية البحث في المساهمة في المناقشات والتطورات المستمرة في مجال الدراسة.
طرق
تناقش هذه القسم التحديات المرتبطة بالإرشادات الحالية للاختبار للمبيدات الميكروبية، مع تسليط الضوء على خصائصها المميزة مقارنة بالمبيدات الكيميائية. على عكس المبيدات الكيميائية، التي تركز بشكل أساسي على السمية، تتطلب المبيدات الميكروبية تقييمًا للعدوى والمرضية، بالإضافة إلى المستقلبات السامة المحتملة وخصائص التحسس. الإرشادات الحالية، المصممة للمواد الكيميائية، غير كافية لتقييم المخاطر الفريدة التي تشكلها الكائنات الحية الدقيقة. تنبع هذه inadequacy من نقص البحث الشامل عن الميكروبات الذي يهدف إلى تحديد الآثار الضارة، مما يؤدي إلى تقييمات السلامة التي قد لا تلتقط بالكامل الآثار المرضية المتأخرة المرتبطة بالتعرض للميكروبات.
لمعالجة هذه التحديات، يقترح المؤلفون نهج اختبار متدرج، حيث تركز الاختبارات الأولية على تركيزات عالية من العوامل الميكروبية، مع التقدم إلى مستويات أعلى فقط إذا تم ملاحظة آثار ضارة. بالإضافة إلى ذلك، يقترحون استخدام نماذج تقدير التعرض المعتمدة لتحديد التعرض الأولي للجلد أثناء التطبيق، وتحويل حجم المحلول المطبق إلى وحدات تشكيل المستعمرات (CFU). ومع ذلك، لا يزال من غير المؤكد ما إذا كانت القيم السمية يمكن تحويلها بالمثل إلى CFU، مما يشير إلى الحاجة إلى مزيد من التوضيح في هذا المجال. بشكل عام، تؤكد هذه القسم على ضرورة وجود إرشادات معدلة تأخذ في الاعتبار الخصائص الفريدة للمبيدات الميكروبية لضمان تقييم دقيق للمخاطر.
مناقشة
تؤكد المناقشة حول المبيدات الميكروبية على دورها كبدائل مستدامة للمبيدات الكيميائية في حماية النباتات، خاصة في ضوء زيادة اللوائح ومشكلات المقاومة. تعتبر المبيدات الحيوية، بما في ذلك المبيدات الميكروبية، عمومًا أقل سمية، وأكثر تخصصًا في الآفات المستهدفة، وتتحلل بسرعة، مما يقلل من احتمالية تطور المقاومة. ومع ذلك، لا تزال التحديات مثل انخفاض الفعالية وارتفاع التكاليف مقارنة بالمبيدات الكيميائية قائمة. يتم تسليط الضوء على إمكانية دمج المبيدات الكيميائية والميكروبية كاستراتيجية لتحسين مكافحة الآفات مع تقليل الأثر البيئي.
تظهر المبيدات الميكروبية، وخاصة تلك المستمدة من البكتيريا مثل *Bacillus thuringiensis*، والفطريات، والفيروسات، آليات عمل متنوعة ضد الآفات، بما في ذلك إنتاج السموم والتنافس على الموارد. على الرغم من مزاياها، تبقى المخاوف بشأن الآثار غير المستهدفة ومدة الصلاحية المحدودة قائمة. ينمو سوق المبيدات الحيوية، حيث تمثل المبيدات الميكروبية أكثر من 55% من هذا القطاع، مما يشير إلى إمكانيات كبيرة لزيادة اعتمادها. تتطور الأطر التنظيمية في الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة لمعالجة الخصائص الفريدة للمبيدات الميكروبية، على الرغم من أن عمليات الموافقة الطويلة تعيق استخدامها على نطاق واسع. يجب أن تركز الاستراتيجيات المستقبلية على تحسين متطلبات البيانات وتقييمات السلامة لتسهيل تطوير وقبول المبيدات الحيوية الميكروبية في الزراعة.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12940-024-01090-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38811948
Publication Date: 2024-05-29
Author(s): Korinna Wend et al.
Primary Topic: Entomopathogenic Microorganisms in Pest Control
Overview
The section discusses the increasing necessity for effective plant protection measures against pests and diseases, highlighting the growing reliance on chemical pesticides and the search for sustainable alternatives, particularly biopesticides. Biopesticides, which include macroorganisms, natural compounds, and microorganisms, offer several advantages over chemical pesticides, such as lower toxicity, specificity to target pests, rapid decomposition, and reduced likelihood of resistance development. However, challenges such as lower efficacy and higher costs remain significant drawbacks. Among biopesticides, microbial pesticides are the most prevalent and studied, distinguished by their potential to proliferate in the environment and on crops post-application.
The authors emphasize the need to revisit and adapt existing testing methods for biopesticides, particularly in light of the increasing interest in alternatives to synthetic pesticides. They advocate for the development of New Approach Methods (NAMs) tailored specifically for microbial products, as existing NAMs validated for chemical pesticides may not be directly applicable due to the unique biological characteristics of microbials. The section also references recent literature on NAMs relevant to regulatory frameworks in the EU and the US, underscoring the importance of harmonizing testing and evaluation strategies to facilitate global registration of microbial products. The authors call for further discussion and collaboration among experts to refine these approaches and ensure they adequately address human health assessments in the context of biopesticide regulation.
Introduction
The introduction of the research paper outlines the foundational context and significance of the study. It highlights the primary objectives, which include addressing a specific gap in the existing literature and proposing novel methodologies or frameworks. The authors emphasize the relevance of their work in advancing understanding within the field, particularly in relation to key theoretical constructs or empirical findings.
Furthermore, the introduction sets the stage for the subsequent sections by briefly summarizing the main hypotheses or research questions that guide the investigation. It also underscores the potential implications of the findings for both academic discourse and practical applications, thereby establishing the importance of the research in contributing to ongoing discussions and developments in the area of study.
Methods
The section discusses the challenges associated with current testing guidelines for microbial pesticides, highlighting their distinct properties compared to chemical pesticides. Unlike chemical pesticides, which primarily focus on toxicity, microbial pesticides necessitate an assessment of infectivity and pathogenicity, alongside potential toxic metabolites and sensitizing properties. The existing guidelines, tailored for chemical substances, are inadequate for evaluating the unique hazards posed by living microorganisms. This inadequacy stems from a lack of comprehensive microbial research aimed at identifying adverse effects, leading to safety assessments that may not fully capture the delayed pathogenic effects associated with microbial exposure.
To address these challenges, the authors propose a tiered testing approach, where initial tests focus on high concentrations of microbial agents, progressing to higher tiers only if adverse effects are observed. Additionally, they suggest utilizing established exposure estimation models to quantify initial skin exposure during application, converting the volume of the applied solution into colony-forming units (CFU). However, it remains uncertain whether toxicological values can be similarly converted into CFU, indicating a need for further clarification in this area. Overall, the section underscores the necessity for revised guidelines that accommodate the unique characteristics of microbial pesticides to ensure accurate hazard assessment.
Discussion
The discussion on microbial pesticides emphasizes their role as sustainable alternatives to chemical pesticides in plant protection, particularly in light of increasing regulations and resistance issues. Biopesticides, including microbial pesticides, are generally less toxic, more specific to target pests, and decompose rapidly, which reduces the likelihood of resistance development. However, challenges such as lower efficacy and higher costs compared to chemical pesticides persist. The potential for combining chemical and microbial pesticides is highlighted as a strategy to optimize pest control while minimizing environmental impact.
Microbial pesticides, particularly those derived from bacteria like *Bacillus thuringiensis*, fungi, and viruses, exhibit various mechanisms of action against pests, including toxin production and competition for resources. Despite their advantages, concerns regarding non-target effects and limited shelf life remain. The market for biopesticides is growing, with microbial pesticides accounting for over 55% of this segment, indicating significant potential for their increased adoption. Regulatory frameworks in the EU and US are evolving to address the unique characteristics of microbial pesticides, although the lengthy approval processes hinder their widespread use. Future strategies must focus on refining data requirements and safety assessments to facilitate the development and acceptance of microbial biopesticides in agriculture.