Ci sono alcune recenti pubblicazioni relative all’uso di antibiotici sulle colture e quelle che esistono spesso citano revisione documenti che fanno riferimento a precedenti fonti. La letteratura che descrive l’uso contemporaneo di antibiotici sulle piante è solitamente limitata a quella della letteratura di estensione (https://extension.psu.edu/pear-disease-fire-blight), o che riporta preoccupazioni sullo sviluppo della resistenza agli antibiotici nelle popolazioni di patogeni delle piante (Sundin e Wang 2018; Farfán et al. 2014). Eccezioni a questo sono due recenti documenti provenienti dalla Cina che forniscono alcune informazioni sugli antibiotici raccomandati dai servizi di estensione del paese (Zhang et al. 2017; Wan et al. 2019). Questi documenti utilizzano informazioni derivate da cliniche vegetali in Cina e suggeriscono che gli antibiotici appaiono tra il 2,5 e il 4,5% delle raccomandazioni.
I dati generati attraverso le cliniche Plantwise sono unici in quanto provengono da consulenti agricoli “di base”, la maggior parte dei quali sono impiegati dai ministeri dell’agricoltura. A differenza dei dati sulle vendite di pesticidi, le informazioni forniscono una panoramica della conoscenza dei consulenti agricoli e quali opzioni di gestione vengono abitualmente fornite ai piccoli agricoltori nei paesi a basso e medio reddito (LMICs). Il set di dati è consistente, copre 32 paesi e oltre 400.000 raccomandazioni. Occorre prestare cautela nel trarre conclusioni sull’uso di antibiotici da parte degli agricoltori, poiché la banca dati POMS contiene raccomandazioni fornite agli agricoltori e non riflette necessariamente il comportamento degli agricoltori. Non c’è stato alcun tentativo in questo studio di valutare quale livello di raccomandazioni siano emanate dagli agricoltori, anche se studi precedenti in Plantwise suggeriscono che i tassi di adozione di consigli da parte degli agricoltori che frequentano le cliniche, in particolare delle misure di controllo chimico, sono alti (Silvestri et al. 2019). Nonostante questo avvertimento, questi dati sembrano indicare che l’uso di antibiotici nella produzione vegetale è più esteso di quanto la maggior parte della letteratura suggerirebbe. Data la scarsità di altre fonti di informazione, in particolare da LMICs, riteniamo che il database Plantwise POMS sia una risorsa importante per valutare il livello di uso di antibiotici nei paesi in cui non è monitorato e le normative sono minime o non applicate.
Estensione dell’uso di antibiotici
I calcoli dell’uso globale di antibiotici nelle colture si basano quasi esclusivamente su dati ottenuti dagli Stati Uniti contro la peronospora causata da Erwinia amylovora su mela e pera (Gusberti et al. 2015; McManus 2014; Vidaver 2002; McManus e Stockwell 2000). Questa letteratura suggerisce che la quantità di antibiotici utilizzati per le colture negli Stati Uniti è relativamente bassa, rispetto alle quantità utilizzate nel bestiame e nell’acquacoltura, con stime che vanno dallo 0,26% allo 0,5% del consumo totale di antibiotici agricoli (McManus et al. 2002; McManus 2014). Ciò ha portato gli autori a concludere che ridurre l’uso di antibiotici sulle colture non porterebbe a una riduzione importante dell’uso mondiale (FAO e OMS 2019a). Tuttavia, la mancanza di programmi di sorveglianza, in molti paesi, combinata con la mancanza di record di applicazione, vanifica ogni tentativo di stimare le quantità reali di antibiotici applicati. Dove sono stati intrapresi studi approfonditi i risultati possono essere sorprendenti. In Costa Rica è stato suggerito che le quantità di tetraciclina e gentamicina utilizzate nelle colture possono essere 200-700 volte le quantità utilizzate nella medicina umana (Rodríguez Sánchez 2008).
Nel corso di questo studio i dati sono suddivisi in regioni basate sul sistema di classificazione dell’OMS e i paesi non sono identificati individualmente in modo da proteggere l’identità nazionale, fornendo al contempo alcune informazioni sull’uso degli antibiotici. Non solo c’è un’estrema variazione tra le regioni, come si vede dai risultati presentati (Africa senza uso e MARE con quasi il 2,5% di tutte le raccomandazioni contenenti un antibiotico), ma c’è un’enorme variazione nelle quantità di antibiotici utilizzati dai vari paesi all’interno delle regioni; dati non divulgati. Le differenze regionali e nazionali nelle raccomandazioni sugli antibiotici possono essere dovute al prezzo, alla legislazione, alla disponibilità dei prodotti, ai regimi di coltivazione, alle conoscenze dei consulenti agronomici o alla natura dei patogeni che sono problemi. Si può solo speculare su quale combinazione di questi fattori causa il differenziale nell’uso di antibiotici.
Sundin e Wang (2018) suggeriscono che gli antibiotici non sono più ampiamente utilizzati a causa della spesa coinvolta, ma ciò non sembra essere il caso in quanto i costi di massa di tetraciclina e streptomicina sono disponibili rispettivamente a respectively 10 e respectively 1 al chilo, un prezzo simile all’ossicloruro di rame (Alibaba.com prezzo corretto a partire dal 2019). Tuttavia, è interessante notare che all’interno del set di dati non ci sono antibiotici raccomandati nei paesi africani.
I patogeni batterici sono presenti in tutto il mondo e su tutte le colture. Data la varietà di colture e sistemi di coltivazione utilizzati in tutto il continente africano, si ritiene improbabile che i tipi di agenti patogeni incontrati in Africa siano sufficientemente diversi dal resto del mondo. In molti LMICs, compresi quelli in Africa, gli antibiotici sono liberamente disponibili attraverso catene di approvvigionamento non regolamentate e vendite over-the-counter. È quindi improbabile che la discrepanza nell’uso di antibiotici in Africa rispetto ad altre regioni del mondo sia dovuta alla loro indisponibilità. Ciò indicherebbe che alcuni altri fattori stanno impedendo (o limitando) l’uso di antibiotici in questa regione. In Cina, l’uso di antibiotici nella produzione vegetale è superiore a quello registrato all’interno dei nostri dati (Zhang et al. 2017). Delle raccomandazioni formulate dai lavoratori di estensione cooperativi 4.5% di loro conteneva un antibiotico (Zhang et al. 2017). L’uso di antibiotici sulle colture in Cina è almeno parzialmente alimentato da sussidi governativi volti a promuoverne l’uso (Zhang et al. 2017).
Su quali colture vengono utilizzati antibiotici ?
All’interno dei dati, il riso domina le colture su cui sono raccomandati antibiotici e non è possibile determinare se ciò sia dovuto alla natura della coltura o ai paesi in cui viene coltivato. La preponderanza delle raccomandazioni contenenti antibiotici sul riso in MARE domina le differenze regionali all’interno dei dati. In MARE il 7,4% delle raccomandazioni per il riso sembrava contenere un antibiotico e, in alcuni anni, questo era quasi il 10%. Quando il riso viene rimosso dai calcoli, la percentuale di raccomandazioni contenenti un antibiotico in MARE è stata ridotta a un molto più modesto 0,6%. Il prossimo più grande consumatore di antibiotici sono le Americhe con 1.62% di tutte le raccomandazioni contenenti un antibiotico, nonostante nessun riso che appare nei dati POMS. Sembrerebbe che per qualche motivo l’applicazione di antibiotici sul riso in MARE sia prolifica rispetto ad altre aree di coltivazione del riso e ad altre colture. Tuttavia, i ricercatori di un paese marittimo sostengono che l’uso di antibiotici sul riso è relativamente minore ed è sminuito da quello utilizzato sulle colture ornamentali per scopi religiosi. Il residuo di tetraciclina era chiaro da vedere su una rosa in una recente visita nella regione dall’autore principale (Fig. 2).
Residui di spruzzo sulla rosa seguire una recente spruzzatura di tiofanato-metile e una miscela di streptomicina / tetraciclina in MARE. L’irrorazione di antibiotici sulle colture utilizzate per scopi religiosi era molto comune in un paese di mare. Le dosi suggerite dal produttore sono state spesso aumentate molte volte
Quali antibiotici vengono utilizzati?
I 18 nomi commerciali di prodotti antibiotici all’interno del set di dati POMS sono solo una frazione di quelli disponibili per il trattamento delle malattie delle colture in molte aree del mondo (specialmente nella regione WP). Degli undici antibiotici contenuti nei dati, 6 di essi (streptomicina, tetraciclina, ossitetraciclina, gentamicina, cefadroxil, amoxicillina) sono considerati antimicrobici di fondamentale importanza per la medicina umana come definiti dall’OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità 2019). Gli altri antibiotici (acido ossolinico, kasugamicina, ningnanmicina, validamicina e aureofungina) sono limitati all’uso in ambienti agricoli contro le malattie batteriche e, in alcuni casi, fungine.
Differenze regionali
I nostri risultati confermano quello di altri, indicando che la streptomicina è l’antibiotico più comunemente usato sulle piante coltivate (McManus 2014; Zhang et al. 2017) con tetraciclina e kasugamicina in seconda e terza posizione. È interessante notare che l’antibiotico zhongshengmycin, non appare nei nostri dati, nonostante sia il secondo antibiotico più raccomandato nelle cliniche vegetali cinesi (oltre un quarto delle raccomandazioni antibiotiche) (Zhang et al. 2017).
La kasugamicina è stata ampiamente utilizzata in tutte le regioni, ma l’uso di altri antibiotici mostra una notevole variazione regionale con sei degli 11 antibiotici che compaiono solo in una regione. Nonostante il gran numero di record da SEA, solo 3 antibiotici formano la maggior parte dei dati (99%), vale a dire kasugamicina, streptomicina e tetraciclina. Quasi tutta la kasugamicina utilizzata in MARE era sul riso (solo il 14% sulle colture non di riso) e tuttavia la kasugamicina era l’antibiotico di scelta in America (72% di tutti i record contenenti un antibiotico), tuttavia non ci sono record di riso portato alle cliniche nei dati provenienti dalle Americhe.
Altri antibiotici mostrano restrizioni regionali simili, ad esempio l’acido ossolinico è stato usato nel WP (35% di tutte le raccomandazioni antibiotiche), ma da nessun’altra parte, allo stesso modo nel MARE il 38% delle raccomandazioni contiene tetraciclina, tuttavia questo antibiotico appare solo in tre occasioni al di fuori di questa regione. In effetti, ipotizziamo che le registrazioni di” tetraciclina “in aree al di fuori del MARE siano in realtà un’abbreviazione di”ossitetraciclina”.
Si ritiene improbabile che la variazione regionale degli antibiotici sia dovuta alla loro specificità contro le malattie batteriche della regione. Tuttavia, la resistenza a un antibiotico può guidare alcune delle differenze, poiché gli agricoltori si rivolgono a alternative quando i prodotti diventano inefficaci (Manulis et al. 1999; Goodman 1980). In alternativa, le differenze regionali possono essere dovute alla selezione iniziale dei produttori, agli impianti di produzione e alla commercializzazione. L’enorme variazione (ordini di grandezza) nell’uso di antibiotici tra paesi simili che si fronteggiano (dati non mostrati) è interessante di per sé, ma getta anche dubbi sulla legittimità dell’estrapolazione dell’uso di antibiotici da un paese all’altro (Van Boeckel et al. 2015).
Contro quali problemi sono raccomandati gli antibiotici?
Gli antibiotici sono generalmente utilizzati contro i patogeni batterici sia in ambito medico che veterinario. Sulla base della diagnosi scritta circa il 60% delle diagnosi era contro un batterio chiamato o una malattia batterica (64% se basato su caselle di controllo). È ragionevole supporre che nella maggior parte di questi casi l’applicazione di antibiotici sarebbe stata benefica per la salute della coltura, ma nel 6% dei casi, in cui la diagnosi era “appassimento batterico”, un trattamento antibiotico spray non avrebbe avuto alcun effetto.
La seconda più grande categoria di organismi in cui sono stati raccomandati antibiotici era contro insetti e/o acari 12% (18% se basato su caselle di controllo). Ciò è sorprendente in quanto gli antibiotici non hanno attività contro gli artropodi. L’uso di antibiotici contro insetti e acari è particolarmente diffuso in MARE, che ha rappresentato oltre il 90% delle raccomandazioni antibiotiche contro questo gruppo. Oltre agli effetti antibatterici alcuni antibiotici tra cui, streptomicina, kasugamicina, aureofungina, ningnanmicina, acido ossolinico e validamicina hanno attività contro altri gruppi patogeni tra cui funghi (Vallad et al. 2010; Lee et al. 2005), muffe dell’acqua (Tso e Jeffrey 1956) e virus (Han et al. 2014).
Gli antibiotici sono stati raccomandati per la gestione dei problemi fungini in tutte e quattro le regioni, tuttavia la pratica era più diffusa nelle regioni EM e SEA dove il 33% e il 17% dei record contenenti un antibiotico erano rispettivamente contro bersagli fungini. Non è possibile determinare in che misura i consulenti agricoli siano a conoscenza dell’attività antifungina di alcuni antibiotici, ma ci sono prove dai dati che suggeriscono la consapevolezza per almeno alcune combinazioni di agenti patogeni/colture. Un esempio di questo è stato l’uso di aureofungin per il controllo del ganoderma (patogeno fungino) nella noce di cocco. Questo antibiotico ha attività antifungina ed è una pratica di gestione consolidata per questa malattia (Kandan et al. 2010). In SEA tutti tranne due i dischi con aureofungin erano per la gestione del Ganoderma.
Kasugamycin è un antibiotico agricolo originariamente sviluppato per l’uso nel riso con azione contro la malattia fungina, rice blast (Mangnaporthe oryzae). In MARE, quando la kasugamicina era raccomandata contro un problema fungino era quasi esclusivamente contro l’esplosione del riso, mentre questo antibiotico non era raccomandato contro le malattie fungine del riso in nessun’altra regione. Anche la streptomicina e la tetraciclina sono state raccomandate contro l’esplosione di riso in MARE nonostante non abbiano alcun effetto su questa malattia, forse indicando un fraintendimento delle proprietà di questi due antibiotici.
È un malinteso comune nella medicina umana che gli antibiotici possano uccidere i virus (Jordan 2014), ma ciò non sembra tradursi in raccomandazioni relative alla produzione vegetale. Sulla base di caselle di controllo, 4.il 4% di tutti i record dell’intero set di dati (non solo quelli per i quali è stato raccomandato un antibiotico) riguarda esclusivamente una malattia virale, mentre dei record che contengono un antibiotico nella raccomandazione solo lo 0,54% è considerato causato da un virus. È interessante notare che l’antibiotico ningnanmycin ha, in studi sperimentali, dimostrato una certa attività antivirale (Han et al. 2014). Tuttavia, nei nostri dati ningnanmycin era limitato a relativamente pochi record nella regione del MARE e nessuno di questi era contro problemi virali. È chiaro che in alcuni casi gli antibiotici vengono utilizzati efficacemente contro bersagli non batterici, tuttavia, il loro uso dissoluto potrebbe portare alla conclusione che i consulenti agricoli non sono consapevoli del loro limitato spettro di attività. Tuttavia, è stato osservato che in molti casi, specialmente in MARE, le raccomandazioni erano identiche indipendentemente dalla diagnosi. Ipotizziamo che i consulenti agricoli in MARE combinino abitualmente un insetticida con un fungicida e un antibiotico in un’unica applicazione in modo da affrontare il problema attuale e prevenire/controllare altri problemi non ancora presenti o residenti a un livello basso.
Stadio di sviluppo gravità e superficie trattata con antibiotici
L’obiettivo del programma Plantwise è quello di assistere i consulenti dei piccoli agricoltori e questo è stato effettivamente il caso in quanto la dimensione del terreno a cui si riferiscono le raccomandazioni aveva una dimensione mediana di 0,6 Ha. L’area media non è citata in quanto è potenzialmente fuorviante a causa di quelli che sembrano essere punti decimali fuori luogo sulle forme plantwise. Gli antibiotici sono applicati alle colture a metà della loro produzione in quanto la stragrande maggioranza delle applicazioni antibiotiche erano su colture che erano nella fase “intermedia” di crescita e sono state applicate alle “foglie” delle piante. Meno del 5% dei record relativi al trattamento delle piantine. È interessante notare che ci sono stati cinque record che raccomandano l’applicazione post-raccolta di antibiotici che ovviamente solleva preoccupazioni sui livelli di residui per i consumatori. Quando si considera la gravità dell’attacco, 96% dei record ha indicato che il problema diagnosticato stava interessando un quarto o meno del basamento del raccolto che indica che gli antibiotici sono usati prima che il problema è diventato ampiamente stabilito.
Dosi di antibiotico
La concentrazione di antibiotico applicato e la dose effettiva ricevuta dalle foglie dipende dalla quantità di acqua utilizzata per diluire il concentrato, poiché il deflusso sarà presto raggiunto se il raccolto fosse giovane o se il volume di spray fosse troppo alto. Tuttavia, ciò non influenzerebbe la quantità totale di antibiotico che viene spruzzato nell’ambiente. Per stimare la quantità di antibiotici applicati è utile scegliere una coltura e una regione ed esaminare più in dettaglio la quantità di prodotto applicato. Nella regione del MARE il 7,4% di tutte le raccomandazioni sul riso conteneva un antibiotico. La plantomicina (l’antibiotico più raccomandato nella regione) è una miscela di streptomicina e tetraciclina. Sulla base di questo calcolo si è ipotizzato che il tasso raccomandato fosse applicato a 7.4% dell’intera superficie risicola della regione (stimata superiore a 75 milioni di Ha (http://ricestat.irri.org:8080/wrsv3/entrypoint.htm). Se così fosse, una singola domanda rappresenterebbe oltre 63 tonnellate di streptomicina e 7 tonnellate di tetraciclina. Questo potrebbe essere una sottovalutazione in quanto la dose raccomandata dai produttori viene spesso raddoppiata dai consulenti agricoli.
Questi dati sono solo una piccola istantanea delle applicazioni chimiche, e queste quantità sono relativamente piccole rispetto al settore zootecnico, ma comunque significative soprattutto se si considera il loro destino ambientale.
Quali altri metodi di controllo vengono utilizzati contro i patogeni batterici delle piante?
A differenza del vasto arsenale di sostanze chimiche attive contro funghi e muffe dell’acqua (85 nell’intero set di dati) ci sono relativamente poche sostanze chimiche rappresentate che sono efficaci nel ridurre le malattie batteriche. Alcuni fungicidi come Mancozeb hanno un’azione limitata contro le malattie batteriche e ci sono composti battericidi specializzati come Bronopol e Bismerthiazol, ma sulla base dei nostri dati questi non sono ampiamente utilizzati. Bismerthiazol è spesso miscelato con antibiotici, infatti ci sono 6 prodotti commercialmente disponibili in Vietnam che comprendono Bismerthiazol miscelato con antibiotici (NoghiệP b n nông và phát triển nông thôn 2016).
I nostri dati suggeriscono che la sostanza chimica di gran lunga più utilizzata contro le malattie batteriche sono i sali di rame. Nell’intero set di dati oltre il 13% dei record che hanno la casella di controllo “Batterico” spuntato hanno la parola “rame” nella raccomandazione. Questa, tuttavia, è una notevole sottovalutazione dei prodotti a base di rame come molti sono raccomandati solo per nome commerciale, o come “poltiglia bordolese”. La percentuale di record che contengono un antibiotico e la parola “rame” è del 21% (ancora una sottostima). È comune che i sali di rame siano preblended con antibiotici e solo in Vietnam ci sono oltre 9 prodotti (non rappresentati nel set di dati POMS) che sono sostanze chimiche antibatteriche che comprendono una miscela di antibiotici e sali di rame (NoghipP b n nông và phát triển nông thôn 2016).
I sali di rame sono un principio attivo molto utilizzato, popolare tra i consulenti agricoli in quanto sono comunemente disponibili e attivi contro funghi, muffe d’acqua e malattie batteriche. Queste proprietà antimicrobiche lo rendono una scelta popolare tra i consulenti agricoli, specialmente se non sono in grado di fare una diagnosi definitiva, poiché un prodotto contenente rame avrà un effetto benefico contro tutte queste classi di agenti patogeni.
Diffusione della resistenza agli antibiotici agli agenti patogeni animali e umani
Vi è grande preoccupazione per l’uso di antibiotici in agricoltura a causa del potenziale di resistenza a diffondersi a batteri importanti dal punto di vista medico. La maggior parte delle preoccupazioni si è basata sull’uso di antibiotici nella zootecnia e l’uso all’interno della produzione vegetale non è stato in gran parte commentato, forse perché si ritiene che l’uso sia molto basso rispetto alle quantità utilizzate nel bestiame o perché la comunità medica non era a conoscenza del loro uso in questo senso. Le normative relative all’uso di antibiotici sulle piante differiscono ampiamente tra paesi e regioni. L’Unione europea e il Brasile non approvano alcun antibiotico come principio attivo nei pesticidi (Donley 2019), mentre alcuni paesi ne consentono l’uso per determinate colture o in situazioni di emergenza, altri non hanno alcuna legislazione su questo argomento. Inoltre, molti paesi di SEA e WP considerano l’uso di antibiotici nella produzione vegetale come un importante mezzo per controllare gli agenti patogeni e allo stesso tempo proteggere l’ambiente.
È solo di recente che organismi internazionali come la FAO e l’OMS hanno iniziato a sollevare preoccupazioni sull’uso di antibiotici nella gestione delle malattie delle colture. In una recente riunione congiunta sulla gestione dei pesticidi, è stata formulata una raccomandazione che gli antibiotici utilizzati per la salute umana e animale non dovrebbero essere registrati come pesticidi (FAO e OMS 2019b). Queste preoccupazioni riguardano l’uso di antibiotici che creano pressione di selezione in un ambiente di coltivazione che accelera la diffusione della resistenza agli antibiotici dai batteri del suolo agli agenti patogeni umani. Tuttavia, la piena misura in cui l’uso di antibiotici in questi sistemi accelera l’emergere di resistenza agli antibiotici nei patogeni zoonotici presenti sulle colture deve ancora essere determinata (FAO e OMS 2019c).
Ci sono tuttavia buone prove che suggeriscono che le colture (specialmente quelle mangiate crude) sono un potenziale veicolo per i batteri resistenti di entrare nell’intestino umano (Boehme et al. 2004; Hassan et al. 2011; Raphael et al. 2011; Rodríguez et al. 2006; Ruimy et al. 2010; Schwaiger et al. 2011; Walia et al. 2013). Alcuni autori suggeriscono addirittura che questi batteri resistenti potrebbero essere una fonte di materiale genetico per il trasferimento genico laterale dopo l’ingestione, dando origine a patogeni resistenti agli antibiotici nell’intestino (Bezanson et al. 2008).
Un aspetto unico dell’uso di antibiotici sulle colture è che sono abitualmente mescolati con altri prodotti agrochimici. Questo uso ha portato a preoccupazioni sulle interazioni che potrebbero promuovere la resistenza crociata o la co-selezione per la resistenza agli antibiotici. Uno studio ha dimostrato che i batteri sviluppano resistenza agli antibiotici fino a 100.000 volte più velocemente se esposti a determinati erbicidi / miscele antibiotiche rispetto all’esposizione agli antibiotici da soli (Kurenbach et al. 2018). Preblended, o miscele on-farm di antibiotici e sali di rame allo stesso modo dare motivo di preoccupazione come comunità batteriche del suolo da terreno contaminato con rame sono stati segnalati per essere significativamente più tollerante alla vancomicina e tetraciclina rispetto alle comunità batteriche del suolo di controllo (Pal et al. 2015). Inoltre, i batteri che ospitano geni che conferiscono resistenza a determinati ioni metallici, incluso il rame, hanno significativamente più probabilità di avere anche geni per la resistenza agli antibiotici rispetto ai batteri senza geni di resistenza ai metalli (Pal et al. 2015). Pertanto, nonostante le quantità relativamente basse di antibiotici utilizzati nella produzione vegetale, il loro uso in combinazione con altri prodotti di produzione vegetale rappresenta un fattore di rischio potenzialmente importante per la selezione e la diffusione di microrganismi e geni resistenti dalle piante all’uomo e agli animali.
Ciò detto, coloro che sostengono l’uso di antibiotici per controllare le malattie delle piante sottolineano che non vi è alcuna prova provata di resistenza che si sia diffusa dai batteri patogeni delle piante agli agenti patogeni umani o animali nonostante oltre 50 anni di uso continuo. In effetti uno studio riporta che la percentuale di batteri resistenti agli antibiotici era maggiore in un frutteto che non era stato spruzzato con antibiotici rispetto a uno che aveva ricevuto regolari spray antibiotici (Yashiro e McManus 2012).