Swamdoder- en plaagdoderproduksie by
Sapec Gewasbeskerming, Portugal
Die landbou-toepassings help dwelmweerstand teen verskeie menslike bakteriese infeksies, wat 23,000-100,000-Amerikaners jaarliks vermoor en met 'n toenemende hoeveelheid antibiotika doodmaak. toegepas in die buiteland, 700,000 mense wêreldwyd.
Nou 'n swam spesies, Candida auris, het ontwikkel multi Weerstand en versprei vinnig oor menslike bevolkings regoor die wêreld (sien figuur). Die CDC rapporteer 90% van C. auris infeksies klok in weerstand teen een antifungale middel en 30% tot twee of meer.
C.auris gevalle per land. Van CDC (2019)
Kliniese gevalle van Candida auris gerapporteer deur CDC vanaf Februarie 28, 2019: deur die Amerikaanse staat. Van CDC (2019).
C. auris, a gis, vermoor immunokompromitteerde pasiënte in hospitale, klinieke en verpleeginrigtings teen 'n geweldige klip, tot 40-60% van diegene wat bloedstroominfeksies in 'n maand se tyd ly.
In die kamers van die besmette en die dood, lyk die swam onverganklik vir byna alle pogings om uit te wis. Die swam kan oorleef selfs 'n vloed-tot-plafon bespuiting van die geosoleerde waterstofperoksied.
Hoe het dwelmbestande swamme die moderne hospitaal binnegekom en die steriele ruimtes asepsis in gevaar 150 jaar gelede in gevaar gestel?
Dit word toenemend duidelik C. aurisse weerstand, en dié van baie ander swamspesies, is traceerbaar vir industriële landbou se massa-toediening van swamdoders. Hierdie chemikalieë benader die molekulêre strukture van antifungale middels.
Oor gewasse-Wit, piesang, gars, appel, onder baie ander - die swamdoders kies vir weerstandbiedende stamme wat hul pad vind in hospitale waar hulle ook bestand is teen die middels wat aan pasiënte toegedien word.
Die pad van gisweerstand
Matthew Fisher en kollegas onlangs geklassifiseer ses hoof klasse swamdoders, almal selde gebruik in die VSA Midde voor 2007.
Die asole en morpholines teiken die ergosterol biosintetiese pad, wat die plasmamembraan van swamme selle genereer. Die benzimidazolen inmeng met swamme sitoskelet, voorkoming van die samestelling van sel mikrotubules. Die strobilurien en succinate dehidrogenase remmers neem meer fisiologiese roetes, inhibeer die elektronoordragketting van mitochondriese respirasie. Die anilinopyrimidines blyk te wees op mitochondriale seinweë.
Candida auris het ontwikkel weerstand teen 'n reeks azool antifungale, insluitend Fluconazole, met veranderlike vatbaarheid vir ander azole, amfoterisien B, en echinocandins. Azole, gebruik in beide gewasbeskerming en mediese instellings, is breëspektrum swamdoders, 'n wye verskeidenheid swamme vernietig eerder as om 'n spesifieke soort te rig.
Hoe het swamme en swamdoders mekaar in die veld gevind?
C. auris, waarskynlik lank reeds sirkuleer vir duisende jare as CDC se Tom Chiller hypothesizes, is eerste geïsoleer by mense van die oorkanaal van 70-jarige Japannese vrou by 'n Tokio-hospitaal in 2009 (alhoewel 'n 1996-isoleer daarna was geïdentifiseer). Later isolasie het die gis in staat gestel om bloedstroominfeksie te verkry.
In 'n poging om die bron van die infeksie te identifiseer, 'n internasionale span volgorde weerstandbiedende isolate versamel van hospitale regoor Pakistan, Indië, Suid-Afrika en Venezuela, 2012-2015.
Teen verwagtinge het die span divergent gevind aminosuurvervangingsgeassosieer met azool weerstand onder die ERG11 enkel nukleotied polimorfismes-Een onder verskeie sulke SNP's-oor vier geografiese streke. Hulle was nie dieselfde stam nie, wat aandui dat elke weerstandbiedende fenotipe onafhanklik na vore gekom het.
Met ander woorde, stamme geïsoleer deur afstand van mekaar ontwikkel unieke oplossings vir die swamdoders waaraan hulle blootgestel is.
Dit kan molekulêre aanpassings aan verskillende blootstellings aandui. Maar dit kan ook daarop dui dat in reaksie op so 'n wye blootstelling aan swamdoders in die veld, elke spanning ontwikkel sy eie unieke oplossing vir die probleem.
Alhoewel swamme nie horisontale oordrag hul gene teen die tempo wat virusse en bakterieë doen, migrasie van pasiënte en swamme, laasgenoemde by wyse van landbou handel, kan help om diversiteit te verhoog in die swamdodende weerstand wat in enige een land versprei.
'N Tweede span geïdentifiseer verskeie genotipes van verskillende internasionale oorsprong in die relatief begrensde grense van die Verenigde Koninkryk. 'N Derde span, soos die nabygeleë kaart wys, geïdentifiseer 'n soortgelyke mengsel in Amerikaanse gevalle.
Maar dit is nie duidelik nie, behalwe reisverwante sake, of al die gevalle afkomstig is van stamme uit die buiteland. Sonder 'n basislyn van swamlading onder, sê huishoudelike landbouwerkers, bly 'n endogene bron 'n moontlikheid.
Verspreiding van Candida auris clades in die Verenigde State. (A) Maksimum parsimonie-filogenetiese boom van merker-isolate uit Colombia, Indië, Japan, Pakistan, Suid-Korea, Suid-Afrika, Venezuela en Amerikaanse kliniese gevalle in die VSA. (B) Die frekwensie van Amerikaanse kliniese gevalle deur klade. (C) Die filogeografie van ingevoerde klere. Vaste lyne dui op inleidings wat geassosieer word met pasiënte wat bekend staan as gesondheidsorg in die buiteland. Aangepas uit Chow et al. (2018).
Om by te voeg tot die kompleksiteit, verskyn daar ook verskeie meganismes waardeur weerstand voorkom.
Dominique Sanglard n opsomming van drie: afname in geneesmiddelkonsentrasie in swamselle, veranderinge van die geneesmiddel teiken, en kompenserende meganismes wat dwelmtoksisiteit daal. Daarbenewens kan die drie deur 'n verskeidenheid genetiese gebeure aangekom word. Langs SNP's is invoegings in die swamgenoom, deleties en strukturele veranderinge, insluitende gene- of chromosoomkopie-gebeurtenisse.
Een studie gevind 51 gene verwant aan hoe sensitiewe sirkulerende stamme van a Fusarium roes was propiconazool, slegs 'n enkele klas triasool swamdoder.
Die pad na so 'n weerstand kan kompleks wees, kronkelend as om net direk vanuit 'n antifungale ontwikkeling te ontwikkel.
In 2015, navorsers gevind dat die C. auris genoom gasheer verskeie gene vir die ATP-bindende kassettransporteur familie, 'n groot fasiliteerder superfamilie (MFS). MFS vervoer 'n groot verskeidenheid substrate oor selmembrane en is effektief getoon het van breë klasse dwelms. Dit laat toe C. auris om 'n aanslag van antifungale middels te oorleef.
Die span het bevind dat die C. auris genoom koördineer ook 'n aantal genefamilies wat die fungi se virulensie vergemaklik. C. auris aanpasbaar vorm biofilms wat antifungale weerstand ondersteun deur middel van 'n hoë digtheid van selle, die teenwoordigheid van sterole op biofilm selle, en doeltreffende nutriënt gebruik en groei.
Ander swamme, ander gevare
Candida auris is skaars die enigste dodelike swam wat op multidrugweerstand kom. Die nabygeleë kaart toon verskeie spesies wat oorvleuel in plant- en menslike weerstand.
Een swam, Aspergillus fumigatus, kan 'n voorwaardelike voorskou van C. auris se trajekte teenwoordig en toekoms.
Azool antifungale itraconazol, vorikonasool, en posakonasool is al lank gebruik om te behandel pulmonale asperillogose, die infeksie veroorsaak deur A. fumigatus. Die swamme veroorsaak ongeveer 200,000 sterftes per jaar, die afgelope dekade vinnig ontwikkelende weerstand teen antifungale middels.
Aantal peer-reviewed verslae van weerstand teen azool swamdoders vir plante (in blou) en by mense (in rooi) vir patogene Aspergillus fumigatus, Candida albicans, C. auris, C. glabrata, Cryptococcus gattii en Cryptococcus neoformans. Van Fisher (2018).
Studies wat langtermyn-azoolgebruikers en pasiënte vergelyk wat net die dwelm begin gebruik het, het daardie dwelmbestande getoon A. fumigatus was algemeen in albei groepe, wat daarop dui dat weerstand ontwikkel in landbou eerder as mediese instellings.
Navorsers het gevind biogeografiese bewyse wat multi-triasoolbestand aandui A. fumigatus Stamme in kliniese en omgewingsinstellings deel beduidende oorvleueling. In die figuur naby, dwelm bestand A. fumigatusgevind in die veld (groen) en in die kliniese proewe (rooi) kaart saam, wat hul koppeling in Europa en Asië aantoon.
Die globale kaart toon die geografiese verspreiding van multi-triasoolbestande Aspergillus fumigatus-stamme. Twee verskillende mutasies word uitgebeeld: TR34 / L98H (sirkel) en TR46 / Y121F / T289A (vierkantig). Die persentasies dui op die omgewingsvoorkomsskoers van weerstand. Uit Chowdhary et al. (2013).
Ander werk onlangs gevind asool-bestand A. fumigatus verwant aan die gebruik van triasool swamdoders in landbouvelde buite Bogotá, Colombia. Grond is uit 'n verskeidenheid gewasvelde en A. fumigatus is gegroei op agar behandel met itraconazol of vorikonasool swamdoders. In meer as 25% van gevalle, A. fumigatus volgehou ten spyte van die swamdoder behandeling.
Dit is as gevolg van landboupraktyke, Aspergillus gaan hospitale binnekom wat reeds aangepas is vir die dodelike antifungale cocktails wat ontwerp is om die verspreiding daarvan na te gaan. Dumping azole om te beheer vir swamme op druiwe, mielies, steenvrugte en 'n magdom ander gewasse het die toestande gegenereer om weerstand teen dwelms in menslike pasiënte te versnel.
Alhoewel uitgebreide filogenetiese en biogeografiese navorsing nog steeds uitgevoer moet word, is 'n vinnige insae van bestaande verspreiding kaarte stel ooreenkomste tussen Aspergillus fumigatus en sy jonger (en skielik meer berugte) kohort Candida auris. Die stamme deel soortgelyke geografiese verspreidings, en beslaan baie van dieselfde gebiede soos hierbo beskryf C. auris.
Industriële landbou se rol
Met sones van oorvleuelende menslike en gewasbestande gevalle van Aspergillus fumigatus en die stygende spook van 'n nuwe azool weerstandbiedende swam verwoestende kliniese instellings en ontwikkelende teen blitsspoed, sou mens hoop dat azool swamdoder gebruik sou wees noukeurig gemonitor indien nie net uitgefaseer nie.
Die gevare van die voortsetting van hierdie pad van landbou-ontwikkeling is akuut.
Mediese en landbou-azool swamdoders deel soortgelyke maniere van aksie, dus wanneer weerstand in een arena verskyn, is dit maklik oordraagbaar na 'n ander. In beide landbou- en mediese swamdoders vorm die fenielgroep van die chemiese stof Van der Waalse kontak met die aktiewe webwerf van geen cyp51A.
Organiese chemiese spesifikasies opsy, die noue ooreenkomste wat die Chowdhary-groep in die nabygeleë figuur uitbeeld, dui daarop dat 'n mutasie in Aspergillus fumigatus om te verhoed dat die cyp51A geen in 'n landbou-omgewing - spesifiek 'n wysiging van die 14-α sterol demetielase ensiem- sal waarskynlik weerstand bied teen mediese toepassings van stereochemically soortgelyke middels.
Diagram wat soortgelyke werkingswyse in triazole toon tussen mediese (A) en landboukundige (B) toepassings. Uit Chowdhary et al. (2013).
Landbou-azool swamdoders bestaan uit a derdevan die totale swamdodermark. Vyf-en-twintig verskillende vorme van landbou-azolemetemerings-inhibeerders word gebruik, in vergelyking met net drie vorme van gelisensieerde mediese azole.
Daarom moet ons nie verbaas wees nie dat die mediese gebruik van triasool-antifungale middels met dieselfde wyse van werking vinnig ineffektief sal wees wanneer hierdie swamdoders by landskapskale in miljoene pond toegepas word.
In plaas daarvan om in die belang van wêreldwye openbare gesondheid in te gryp om hierdie langproblematiese aansoeke te beperk, regeringsbeleid In onlangse jare het die winsgewende globale uitbreiding van swamdoder gebruik, die bevordering van die toestande vir virulente dwelm-weerstandige swamme.
In 2009 is swamdoders toegedien op 30% mielies-, sojaboon- en koringareas in die VSA, wat in totaal 80 miljoen hektaar was. Voorkomende gebruik van swamdoders om sojaboonroes te verdubbel, verdubbel tussen 2002 en 2006, ten spyte van 'n twyfelagtige ekonomiese rasionaal. Globale verkope gaan voort om te skiet, amper verdriedubbel sedert 2005, van $ 8 miljard tot $ 21 miljard in 2017.
Swamdoders het nie net in verkope uitgebrei nie, maar ook in geografiese verspreiding.
Van die kaarte in die omgewing sien ons Tetraconazole, 'n landbou triazool, verskuif van geïsoleerde gebruik in die westelike vlakte in die laat 1990s tot massiewe toediening regdeur Kalifornië se Central Valley, die bo-Midwest en die Suidoos. Boscalid, 'n swamdoder wat in vrugte en groentegewasse gebruik word, het toegeneem van ~ 0.15 tot 0.6 miljoen pond van 2004 tot 2016, 'n 400% toename, en word nou wyd oor die land toegepas.
Geskatte landbougebruik (EPest-hoog) van swamdoders tetrakonasool (links) en boscalied (regs) in pond per Amerikaanse vierkante myl, 1999 en 2014. Staatsgebaseerde en ander beperkings op die gebruik van plaagdoders is nie in EPest-hoë of EPest-lae skattings opgeneem nie. EPest-lae ramings weerspieël gewoonlik hierdie beperkings omdat dit hoofsaaklik gebaseer is op ondervraagde data. Uitstekende ramings sluit in meer omvattende skattings van die gebruik van plaagdoders wat nie in opnames gerapporteer word nie, wat soms state of gebiede insluit wanneer gebruiksbeperkings opgelê is. Gebruikers moet met die staat en plaaslike agentskappe konsulteer vir spesifieke gebruiksbeperkings. Nasionale Waterkwaliteit Assessering (NAWQA) Projek / USGS / ARERC.
Van binne elke nuwe land, die swamdoders percolate in die plaaslike omgewing.
In 2012, USGS wetenskaplikes bestudeer 33 verskillende swamdoders wat gebruik word in aartappelproduksie en het ten minste een swamdoder in 75% getoets oppervlaktes en 58% grondwatermonsters aangetref. Met halfleeftye wat oor 'n paar maande strek, kan azool swamdoders maklik bereik en volhard akwatiese omgewings deur afloop en spuitdrywing, word hoogs selfoon.
Aangesien klimaatsverandering die VSA fundamenteel hervorm, bring hoër algehele temperature en uiterste ossillasies tussen droogte en swaar reënval, is swamme voorspel om buite hul huidige reekse uit te brei, terwyl hulle ook spesifiek reageer op nuwe klimaatregimes. Aspergillus flavus, die produsent van a kanker-veroorsakende aflatoksien wat maïsopbrengste verlaag en mense vergiftig, droogtestoestande gedryf het en groot oes-watertekorte.
Met die mark behandel as 'n krag van die natuur sterker as die klimaat of openbare gesondheid, onder huidige landbouproduksie, sal die gebruik van breëspektrum swamdoders slegs toeneem.
Boer as sy eie swambeheer
In reaksie op dwelmresistente bakterieë en swamme, doen navorsingsinstellings 'n beroep op die insameling van beter data oor die gebruik van landbou-antibiotika en op die moontlike ekonomiese koste van die oorgang van hoë toedieningshoeveelhede.
'N 2016 Britse verslag, met verwysing na die oorbenutting van landbou swamdoders, die aanbevole toename in toesig oor die gebruik van antibiotika en 'n regulatoriese apparaat wat deur die WGO, FAO en OIE georganiseer is, wat onder sy pligte kritieke antibiotika sal bevat wat uit landbougebruik geblokkeer moet word.
Behalwe om meer inligting in te samel en te roep vir wat minimale regulering voorkom, wat moet gedoen word?
Gegewe onlangse moeite in weerstand teen antibiotika en onkruiddoders, lyk dit waarskynlik dat chemiese maatskappye en hul boerdery kliënte sal voortgaan om te ontwikkel nuwe swamdoders gebaseer op geteikende molekulêre navorsing, verskeie dwelm cocktails, en geen-geredigeerde weerstand.
Regeringsagentskappe sal waarskynlik verhoog word as twyfelagtige biosekuriteitsmaatreëls, wat ook dikwels voorkom xenofobiese bekommernisseen is gewoond daaraan blameer werkers vir besoedeling, eerder as om die sistemiese mislukkings van industriële landbou aan te spreek.
Die gekonfronteerde motiewe van kragtige mediese en landbou-maatskappye is byna seker om 'oplossings' te bevorder wat 'n wapenwedloop tussen toksiese dwelmtoepassings en swamweerstand vererger, groeiende permutasies van dodelike chemikalieë in die omgewing bevorder en verder konsolideer en privatiseer die agro-farmaseutiese sektor.
Daar is egter 'n ander, bewyse-gebaseerde paradigma vir reaksie op swamdodende ineenstorting.
'N Vinnige oorsig van agro-ekologiese voorbeelde dui daarop dat 'n kombinasie van siekte modellering en kulturele praktyke soos wisselbou en bedekking kan die teenwoordigheid van swamsiektes en dus die afhanklikheid van swamdoders aansienlik verminder.
Intercropping, hier sojabone en vlas, kan die grondmikrobiot verhoog en diversifiseer om patogene swamme uit te sluit. Foto: Alexis Stockford)
In Kalifornië se Sentrale Vallei het aarbeiprodusente gewoond geraak aan die besoedeling van gronde met swamdoders om die voorkoms van Verticillium verlep, 'n patogene grondswamme, het bevind dat broccoli-gewasse tussen rotasies van aarbei-gewasse geplant word baie verminder vlakke van Verticillium.
Uit verskeie dekades teruggekom, is soortgelyke resultate gevind in die diversifisering van aartappelgewas rotasies.
Navorsers in Indië - 'n land waar dwelmmiddels A. fumigatus en C. auris is albei gevind-het bestudeer nuwe benaderings Om laatroes in aartappel te beheer.
Aartappelgewasse ontvang dikwels groot dosisse azool swamdoders om te beheer vir swampatogene soos laatroes. In plaas van swamdoderbehandelings, het wetenskaplikes silika aan blaarweefsel toegedien, en bevind dat silika die aartappel se selwande geabsorbeer en versterk het. Siekte-besmettingsyfers het gewissel van 2.8-7.9% in die silika-gebaseerde geïntegreerde bestuurstelsels en 49.4-66.7% in die konvensionele swamdoder afhanklike stelsels.
In die algemeen, organiese boerdery ondersteun mutualistiese swamme in 'n veel groter mate as konvensionele boerdery, wat patogene stamme uitdruk. Gewasrotasies, die inkorporering van peulgewasse, en die verbouing van grondaggregate ondersteun ekologiese nisse vir grondmikrobiota.
Vermindering van chemiese bemestingstowwe en beperking van bewerking, twee agro-ekologiese praktyke met groot voordele vir verminderde besoedeling en verhoogde koolstofopslag, ook kies vir voordelige stamme van arbuskulêre mycorrhizale swammeDit vorm mutualistiese verhoudings met plantwortels en kan weerstand bied teen grondpatogene.
Die integrasie van landbouproduksie in 'n breër matriks van nie-gewasplantegroei is ook belangrik vir die beheer van swampatogene. Wilde landskappe verminder die potensiaal vir patogeenbevolkings om aan te pas by gewasse en modellering, dui daarop dat aaneenlopende swede van wilde kolle die aggressiwiteit van patogene op landbougewasse verminder.
Ivette Perfecto en John Vandermeer se laboratoriums het gelyke werk geskryf, opgeskryf in diepte hier en opgesom hier, die opsporing van die middele waarvolgens ekologiese verhoudings-predasie, mutualisme, mededinging, ens. op en af in die voedselweb waarin 'n gewas bevind word, kan skadelike skade opdoen, insluitende die spanne wat hulle vind roes swamme.
Die snaaksheid soos dit van toepassing is op swamme, kan gevind word in Vandermeer-student Douglas Jackson verhandeling op agroecological fungal control in coffee.
Zachary Hajian-Forooshani
Zachary Hajian-Forooshani (foto), 'n ander Universiteit van Michigan-student, opgevolgnavorsing van die 1970s en gevind Mycodiplosis vlieg larwes voer op die koffie roes die Perfecto-Vandermeer span studie in Mexiko en Puerto Rico.
Meer as mynbougrond
Al hierdie werk vier goed met agro-ekologiese teorie dat onder huidige politieke beleid en demografiese tendense, plaasvelde geïntegreer in 'n matriks van natuurbewaring is meer geneig as 'landbesparende' benaderings om natuurlike hulpbronne te bewaar, terwyl terselfdertyd landelike lewensbestaan en lae-eksterne insette voedselproduksie ondersteun.
Wat na vore kom, is 'n prentjie van ekologiese kompleksiteit waarin swamdodende oorlogvoering presies die verkeerde instrument is.
In plaas daarvan word slegte geld na slegte, swamdoders vandag toegedien in 'n stelsel waarin siektes gedy het uit vereenvoudigde landskappe, groot en ononderbroke geneties identiese monokultures, vinnig versnelde aardverwarming en 'n steeds vinniger tempo van globale handel.
In 'n wrede ironie plaas swamdodertoepassing evolusionêre druk op patogene om weerstand te ontwikkel op dieselfde tyd dat industriële bestuur die naby-perfekte toestande bied vir die bevordering en verspreiding van hierdie virulente mutasies.
Dit maak alles net sin wanneer ons erken dat die agribesigheidsektor die natuur as sy beskou strengste kompetisie.
Uitwissing van plaaslike ekologieë en die nabye werk wat hierdie aanbod bied om boere te help om hul grond te verryk, hul water skoon te maak, hul plante te bestuif, hul lewende hawe te voer en peste-patogene swamme onder hulle te beheer. Die grootste maatskappye kan nou kommodikeerde ekwivalente verkoop aan 'n gevangemark.
Die skade wat gedoen word, is meer as landbou of ekonomies. Dit is 'n sakeplan wat nagestreef word, selfs die risiko om ons vermoë om ons sosiaal as siviele optrede sosiaal te reproduseer, te erodeer.
Boere- en voedselaktiwiste het gekla dat nywerheidskultuur verteenwoordig min meer as voedingstowwe en koolstofmynbou. Maatskappye dwing boere om so vinnig te groei dat produksie koolstof uit die grond druk in die vorm van voedselkommoditeite. Gevolglik word grond en water besoedel in so 'n vergetelheid dat voedselveiligheid kan nie verantwoord word nie.
Deur die besoedeling, beroepsblootstellings, uitbrake van toenemende virulensie en omvang, metaboliese siektes soos diabetes, weerstand teen antibiotika, en nou die toenemende bedreiging van swamdoderweerstand, strek koolstofmynbou nou uit om wêreldwye openbare gesondheid te verskerp.
Sodra die orde van die dag, alternatiewe landbou wat lankal nagestreef en opgedateer is deur kleinboere wêreldwyd, en gerugsteun deur 'n groeiende wetenskaplike literatuur, bied 'n uitweg uit die val.
'N Vorige weergawe van hierdie artikel is gepubliseer as 'N Factory Farm Swam onder ons.
Alex Liebman is 'n plant-grond- en politieke ekologie navorser met Lurralde, 'n Chileense groep wat die Atacameña en Ayamara-mense ondersteun in hul stryd om territoriale soewereiniteit en waterregte in die lig van multinasionale koper- en litiummynbelange in die Atacama-woestyn.
Rob Wallace, PhD, is 'n evolusionêre bioloog en openbare health phylogeographer. Hy is die skrywer van Groot plase maak groot griep en onlangs mede-outeur van Clear-Cutting Disease Control.
