Procedimiento para eliminar productos fitosanitarios presentes en suelos.

La presente invención se refiere a un procedimiento que utiliza la actividad de las lombrices de tierra para acelerar la eliminación de productos fitosanitarios presentes en el suelo.

El procedimiento se aplica particularmente a compuestos organofosforados y piretroides, y explota la secreción de enzimas carboxilesterasas en el tubo digestivo de las lombrices de tierra, además de otras características ecológicas de las lombrices. La inoculación de esta especie en suelos contaminados con residuos de fitosanitarios facilita la degradación de estas sustancias como consecuencia de la acción de la lombriz como "biorreactor dinámico", reduciendo o eliminando las limitaciones de otros sistemas biotecnológicos para alcanzar tal fin, como son la inoculación de microorganismos o la estimulación de las comunidades microbianas existentes en el suelo.

Procedimiento para eliminar productos fitosanitarios presentes en suelos

Sector de la técnica

La presente invención se enmarca en el sector agrícola, particularmente en el campo de la 5 la utilización de procedimientos biológicos para eliminar productos fitosanitarios. Más particularmente hace referencia a la utilización de las lombrices de tierra en la biorremediación enzimática de suelos contaminados por plaguicidas organofosforados y piretroides.

Estado de la técnica

El uso intensivo de productos fitosanitarios en la agricultura genera un importante riesgo ambiental con repercusiones directas para la salud pública y la calidad del suelo. Entre los efectos adversos descritos en la literatura científica, cabe destacar la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas, la alteración de las comunidades de microorganismos 15 que controlan los ciclos de nutrientes del suelo y los efectos tóxicos en los organismos del suelo, incluidos aquellos que participan en el control integrado de plagas.

Actualmente, los métodos de recuperación de suelos contaminados por fitosanitarios

emplean diversos procedimientos biológicos que, en términos generales, consisten en: (1)

incrementar la capacidad de degradación del propio suelo a través de la bio-estimulación

de las comunidades de microorganismos naturales; tal estimulación se consigue

manipulando las condiciones del suelo (humedad, adición de enmiendas orgánicas,

aireación, etc.); (2) liberar microorganismos modificados genéticamente (OMGs) a fin de

degradar específica y eficientemente ciertos grupos de fitosanitarios; (3) cultivar especies

vegetales que ofrezcan una rizosfera apropiada para la proliferación de microorganismos y

liberación de enzimas extracelulares con actividad catalítica sobre los fitosanitarios; y (4)

añadir preparados enzimáticos con la capacidad de degradar los fitosanitarios de interés

(Bums, R.G., DeForest, J.L., Marxsen, J., Sinsabaugh, R.L., Stromberger, M.E.,

«

Wallenstein, M.D., Weintraub, M.N., Zoppini, A. (2013) Soil enzymes in a changing environment: current knowledge and future directions. Soil Biology and Biochemistry. 58, 30 216-234).

Estos métodos biotecnológicos comparten una serie de limitaciones relacionadas con la supervivencia de los microorganismos (escasez de nutrientes, humedad del suelo, toxicidad de los fitosanitarios), la accesibilidad de éstos a los fitosanitarios, la regulación ambiental en materia de gestión de OMGs y/o los elevados costes que suponen algunos de 5 estos métodos de biorremediación. En la última década se han explotado diversos sistemas biológicos que proporcionan ventajas adicionales a los ya existentes. En este sentido, las lombrices de tierra han sido utilizadas como agentes de proliferación microbiana ofreciendo una serie de ventajas como la aireación del suelo y el mantenimiento de una comunidad de microorganismos bien desarrollada y estable. Así, estos anélidos han 10 favorecido la biorremediación de suelos contaminados por metales tóxicos y contaminantes orgánicos persistentes (Hickman, Z.A., -Reíd, B.J. (2008) Earthworm assisted bioremediation of organic contaminants. Environment International 34, 1072- 1081; Boyer S., Wratten, S.D. (2010) The potential of earthworms to restore ecosystem Services after opencast mining - A review. Basic Applied Ecology 11:196-203).

Nuestra invención pretende ofrecer un servicio ambiental en el ámbito agrícola marcado por el bajo coste de su aplicación y su reducido o nulo impacto ambiental. Con la adición de lombrices endogeicas en un suelo tratado con fitosanitarios (o incluso antes de acometer un tratamiento de fitosanitarios) se logra incrementar la degradación de estas sustancias. La invención se centra en la degradación de dos grupos de fitosanitarios de uso 20 común y actual en la agricultura, los plaguicidas organofosforados y los piretroides.

Los compuestos organofosforados constituyen un amplio grupo de plaguicidas que se presentan como ésteres, tioésteres o tionoesteres derivados del ácido fosfórico, fosfónico, fosfínico o fosforamídico. El esqueleto molecular básico se configura de acuerdo con la fórmula general (I): un átomo de fósforo pentavalente al que se unen dos radicales arilo o 25 alquilo (R1 y R2) directamente o a través de átomos de oxígeno o azufre, un grupo X (también denominado grupo saliente) característico de cada organofosforado, y finalmente un átomo de oxígeno o azufre que se une al P con un doble enlace. El grupo X suele ser un radical arilo, alifático, aromático o un heterociclo, y contribuye de forma importante a las propiedades fisicoquímicas y toxicológicas del insecticida (Sogorb, M.A., Vilanova, E. 30 (2002) Enzymes involved in the detoxification of organophosphorus, carbamate and

pyrethroid insecticides through hydrolysis. Toxicology Letters 128, 215-228).

R10

0(S)

3--------0(S,N)-X

OR2

(I)

El nivel de toxicidad de este grupo de plaguicidas lo proporciona el doble enlace "fósforo- oxígeno (ó azufre)". Así, cuando la molécula se encuentra como "P=S" (ej. clorpirifós) su toxicidad es relativamente baja por presentar una afinidad baja por el sitio activo de su 5 diana tóxica (la enzima acetilcolinesterasa presente en las sinápsis químicas). Sin embargo, cuando el átomo de azufre es sustituido por el oxígeno, la toxicidad de la molécula aumenta hasta 100 veces; a esta forma química o metabolito (P=0) se la denomina "oxon" (ej.: clorpirifós-oxon).

S

n

>

h3ch2co-p-o

Cl

Cl

OCH2CH3

h3ch2co-p-o

och2ch3

clorpirifos clorpirifos-oxon

Los piretroides son insecticidas que derivan estructuralmente de las piretrinas (II): donde R1 y R2 son átomos de halógenos o radicales alquilo o arilo, y R3 es típicamente un grupo alquilo, arilo, o alquilarilo. Son un grupo de sustancias naturales con actividad biocida producidas por las flores de Chrysanthemum. Estos fitosanitarios son muy liposolubles y presentan un coeficiente de reparto con el carbono orgánico (Koc) elevado, lo que explica 15 que estas moléculas se retengan con facilidad en los complejos orgánicos del suelo. Uno de los piretroides sintéticos más utilizados es la írans-permetrina.

trans- permetrina

Descripción de la invención

La presente invención describe un procedimiento para la degradación de fitosanitarios 5 organofosforados y piretroides que, por sus propiedades fisicoquímicas, se acumulan en los suelos. El procedimiento de la invención explota la acción de un grupo de enzimas hidrolasas denominadas carboxilesterasas (Enzyme Commission no. 3.1.1.1) que son liberadas en el tubo digestivo de una variedad de lombrices de tierra y actúan sobre estos grupos de agroquímicos. Se demuestra y caracteriza, por un lado, la existencia de estas 10 enzimas en el lumen intestinal de la lombriz y, por otro, se muestra la capacidad detoxificante de estas enzimas sobre los fitosanitarios anteriormente mencionados. Estos hallazgos se obtuvieron en experimentos tanto in vitro como in vivo', garantizando éstos últimos la viabilidad y eficacia del método en condiciones de campo.

El tubo digestivo de las lombrices de tierra ofrece un ambiente anóxico caracterizado por 15 la presencia constante de material organomineral (suelo), mucus, una comunidad de microorganismos simbionte y un cóctel de enzimas digestivas, incluidas las carboxilesterasas, que permiten la degradación y absorción de los nutrientes.

La actividad carboxilesterasa se pone de manifiesto mediante ensayos enzimáticos utilizando múltiples substratos y técnicas electroforéticas en geles de poliacrilamida. y 20 condiciones no desnaturalizantes (zimografías). Una vez demostrada la presencia de esta actividad enzimática en el lumen gastrointestinal de la lombriz, se procede a evaluar su actividad detoxificante hacia los plaguicidas organofosforados y piretroides.

Las enzimas carboxilesterasas descomponen los compuestos organofosforados a través de la fosforilación del sitio activo de la enzima y la liberación de un radical del plaguicida organofosforado denominado grupo saliente (Figura 1). En consecuencia, la enzima pierde su funcionalidad y no puede catalizar la hidrólisis de otra molécula de organofosforado (inhibición irreversible de la enzima), siendo así un mecanismo de detoxificación saturable (Thompson, C., Richardson, R. (2004) Anticholinesterase insecticides. En: Pesticide Toxicology and International Regulation., eds Marrs TC, Ballantyne B (John Wiley & Sons, Ltd), pp 89-127.). Mediante esta interacción... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para eliminar productos fitosanitarios de suelos caracterizado por inocular en el suelo lombrices de tierra que se seleccionan de entre las especies Allolobophora chlorotica, Aporrectodea caliginosa, Aporrectodea longa, Aporrectodea rosea, Aporrectodea trapezoides, Aporrectodea tuberculata, Dendrobaena madeirensis, Dendrobaena octaedra, Lumbricus terrestris, Lumbricus castaneus, Lumbricus rubellus, Lumbricus friendi, Lumbricus festivus, Octodrilus complanatus, Octolasion lacteum, Scherotheca gigas y Scherotheca savigny.

2. Procedimiento para eliminar productos fitosanitarios de suelos, según la. reivindicación 1 caracterizado por el hecho que el producto fitosanitario es un

compuesto organofosforado de fórmula general (I).

O(S) R10--------P-------

Q(S,N)-X

OR2

(I)

3. Procedimiento para eliminar productos fitosanitarios de suelos, según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho que el producto fitosanitario es clorpirifós, de fórmula:

ci ci

/ \

H3CH2CO-----P-----O Cl

OCH2CH3

4. Procedimiento para eliminar productos fitosanitarios de suelos, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que el producto fitosanitario es un

compuesto piretroide, de fórmula general (II).

R3

5. Procedimiento para eliminar productos fitosanitarios de suelos, según reivindicaciones 1 y 4, caracterizado por el hecho que el producto fitosanitario es trans-permitrina, de fórmula: