Nuevos herbicidas en 3, 2, 1

No es tarea sencilla desarrollar nuevos modos de acción. Pero ante el problema cada vez mayor de malezas, la comunidad científica se entusiasma y el horizonte parece estar cada vez más cerca.

Por: Permingeat, H.

Uno de los principales problemas de la agricultura moderna es la aparición cada vez mayor de resistencia de las malezas a los herbicidas. La base de datos international WeedScience documenta 505 casos de resistencia en 264 especies de malezas (153 dicotiledóneas y 111 monocotiledóneas) para 21 de los 31 modos de acción de herbicidas conocidos, involucrando a 164 herbicidas diferentes que afectan a 95 cultivos en 71 países (Heap, 2021).

Los cinco grupos de herbicidas más utilizados incluyen al glifosato (26% del mercado), los inhibidores de acetolactato sintasa (16%), los inhibidores de la acetilCoA-carboxilasa (7%), las auxinas sintéticas (9%) y los inhibidores del fotosistema II (6%), que también son los grupos con el mayor número de especies resistentes reportadas (Gaines y col., 2021).

El problema se hace más complejo cuando las malezas ofrecen resistencias a más de un herbicida, lo que se conoce como resistencia cruzada (si los herbicidas son de la misma familia) o múltiple (si corresponden a diferentes modos de acción), ya que esto limita las herramientas químicas que dispone el productor para un control eficiente. Actualmente, hay 59 especies resistentes a dos sitios de acción, 20 especies resistentes a tres sitios de acción, 13 especies resistentes a cuatro sitios de acción, ocho especies resistentes a cinco sitios de acción, una especie resistente a seis sitios de acción y una especie resistentes a siete sitios de acción (Heap, 2021).

Desde un punto de vista agronómico, la resistencia a los herbicidas se puede definir como la capacidad heredada de una planta para sobrevivir y reproducirse después de la exposición a una dosis de herbicida que normalmente es letal para una planta silvestre de la misma especie. Este proceso dinámico impacta tanto en la producción agrícola como en el medioambiente y representa un gran desafío para los agricultores, los científicos y el sector agroindustrial (Perotti y col., 2020).

En este contexto, hay un marco de consenso entre los científicos de que la solución pasa por implementar un manejo integrado de malezas que conduzca a la prevención del movimiento de semillas de malezas y la diversificación de las prácticas de manejo, al tiempo que ralentice las consecuencias biológicas (como la resistencia a los herbicidas) para que las malezas no evolucionen más rápidamente que los avances tecnológicos (Gaines y col., 2021). De manera similar, Perotti y col. (2020) proponen mitigar la evolución de malezas resistentes mediante estrategias proactivas -que disminuyan la presión de selección por el uso de herbicidas- y reactivas, que limiten la dispersión de las malezas resistentes. Entre las primeras, se destacan las prácticas de manejo agrícola como la rotación de herbicidas y el uso de mezclas de herbicidas (la rotación es responsabilidad directa del productor, mientras que las mezclas comparten responsabilidad con quienes formulan los ingredientes activos) y nuevos modos de acción. Entre las segundas, se citan el control mecánico (que es responsabilidad del productor) y biotecnologías innovadoras como la del RNAi y la de gene drive (ambas de reversión de la resistencia, ajenas de ser generadas por el agricultor). También hay un grupo de tecnologías que comparten ambas estrategias (proactivas y reactivas), como la rotación de cultivos y el sistema de labranza (ambos con decisión y responsabilidad del productor), el uso de variedades de cultivos resistentes a herbicidas (generadas por mutagénesis o ingeniería genética) y tecnologías derivadas de la agricultura inteligente y de precisión (basadas en software de procesamiento de imágenes de alta definición para el reconocimiento de malezas, aplicaciones de nanotecnología, tratamiento localizado y puntual con maquinaria inteligente, robots o drones, etc.).

El desarrollo de herbicidas y de nuevos modos de acción tuvo un protagonismo muy alto hasta mediados de la década de 1980.

Fue cuando se introdujeron en el mercado los 31 modos de acción que hoy conocemos con diferentes ingredientes activos, con una fuerte inversión de la industria de síntesis química. La situación actual es diferente. Según mostró Archer Phillips (2020), el número de productos fitosanitarios que ingresan al mercado disminuyó en los últimos años, debido a que los presupuestos de I+D se desvían a otras tecnologías de protección de cultivos, en particular semillas genéticamente modificadas, productos biológicos y otras tecnologías alternativas. La consolidación dio lugar a la concentración de la industria en menos empresas de mayor tamaño.

Pese a que el productor encuentra en los herbicidas un aliado clave en el manejo de las malezas, deberá comenzar a combinarlos con otras de las prácticas mencionadas anteriormente. Las rotaciones de herbicidas como las mezclas o combinaciones en la formulación son estrategias recomendadas universalmente para mitigar o controlar la resistencia a herbicidas. La literatura científica indica que las mezclas son generalmente superiores en eficiencia a las rotaciones, pero esta última se emplea a menudo debido a su fácil implementación (Beckie y col., 2021).

La necesidad de desarrollar nuevos herbicidas permanece activa, aunque la tasa de éxito de descubrir una nueva molécula se consigue luego de analizar 160.000 compuestos, con una inversión aproximada de 300 millones de dólares. Estas nuevas moléculas incluyen a los bioherbicidas y aquellas que son producto de la síntesis química. Los bioherbicidas son productos de origen natural que derivan de microorganismos, insectos o extractos vegetales que se pueden utilizar para controlar las malezas. Si bien comprenden compuestos derivados de la naturaleza, esto no quiere decir que sean completamente inofensivos. Las plantas producen toxinas naturales que podrían afectar la salud de otros organismos en el medioambiente o ciertas bacterias, virus y hongos que podrían causar problemas de salud en animales y humanos. Por eso es importante que las toxinas naturales se manejen con cuidado para evitar cualquier impacto no deseado.

Las rotaciones de herbicidas como las mezclas o combinaciones en la formulación son estrategias recomendadas universalmente para mitigar o controlar la resistencia a herbicidas.

Si bien estas moléculas tienen un atractivo particular en los sistemas de producción sustentables, aún faltan estudios sobre la selectividad del cultivo, la formulación apropiada y el mecanismo de acción. Esto abre más oportunidades para que investigadores e industrias avancen en el desarrollo de este tipo de productos como alternativa a los herbicidas sintéticos actuales (Hasan y col., 2021). Respecto a los herbicidas de síntesis químicas, recientemente emergieron algunos nuevos modos de acción, entre los que se destacan el Ciclopirimorato, el Aclonifen, el Cinmethylin y el Tetraflupirolimet (Qu y col., 2021), aunque aún no salieron al mercado.

Es importante que las toxinas naturales se manejen con cuidado para evitar cualquier impacto no deseado.

Preparando terreno para nuevos herbicidas

Las mutaciones del sitio blanco, como un mecanismo importante de resistencia a los herbicidas, restringen en gran medida el desarrollo y la aplicación de herbicidas en la actualidad. Qu y col. (2021) proponen dos estrategias de diseño racional de moléculas e introducen un servidor de predicción de resistencia para identificar herbicidas con bajo riesgo de evolución de la resistencia basada en mutaciones. Uno es el diseño de moléculas basadas en sitios de reconocimiento del sustrato, que brindan una buena opción para rediseñar herbicidas de "bajo riesgo" a partir de los herbicidas objetivos conocidos (inhibidores ALS, ACCasa y otros) e informan significativamente el descubrimiento de herbicidas en función de los posibles sitios blanco. Otro es el diseño de inhibidores más inteligentes que muestren la flexibilidad conformacional adecuada de las moléculas activas, lo que puede ser una estrategia fundamental en el diseño de nuevos herbicidas con baja susceptibilidad a las mutaciones de resistencia.

A la hora de diseñar herbicidas con nuevos modos de acción resulta imprescindible considerar el riesgo de resistencia. Las evaluaciones precisas y rápidas de la resistencia inducida por mutaciones ayudarían a las moléculas activas a combatir eficazmente la resistencia potencial conferida por las mutaciones del sitio blanco.

Los métodos de diseño y predicción, junto con múltiples estrategias de inhibición de blancos metabólicos y la insistencia en el uso científico de herbicidas, pueden volverse populares en la innovación de herbicidas. Estas tecnologías justifican el optimismo y entusiasmo sobre los futuros descubrimientos de herbicidas, pero no debemos olvidar que constituyen sólo una de las herramientas del manejo integrado de malezas.

REFERENCIAS

• Archer Phillips MW. (2020). Agrochemical industry development, trends in R&D and the impact of regulation. Pest Management Science, 76: 3348-3356.

• Beckie HJ, Busi R, Lopez-Ruiz RJ and Umina PA. (2021). Herbicide resistance management strategies: how do they compare with those for insecticides, fungicides and antibiotics?. Pest Manag Sci, 77: 3049–3056.

• Gaines TA, Busi R and Küpper A. (2021). Can new herbicide discovery allow weed management to outpace resistance evolution?. Pest Manag Sci, 77: 3036–3041.

• Hasan M, Ahmad-Hamdani MS, Rosli AM and Hamdan H. (2021). Bioherbicides: An Eco-Friendly Tool for Sustainable Weed Management. Plants, 10: 1212

• Heap I. (2021). Weedscience.org

• Perotti VE, Larran AS, Palmieri VE, Martinatto AK, Permingeat HR. (2021). Herbicide resistant weeds: A call to integrate conventional agricultural practices, molecular biology knowledge and new technologies. Plant Science, 290: 110255

• Qu RY, He B, Yang JF, Lin HY, Yang WC, Wu QY, Li QX and Yang GF. (2021). Where are the new herbicides?. Pest Manag Sci, 77: 2620–2625.