Naturens egen kemi - pesticider og biomedicin direkte fra naturen

 

 

 

 

Af Anne Louise Gimsing og Karina Knudsmark Jessing

 

Naturens egen kemi

Der kan hentes pesticider og biomedicin direkte fra naturen. Den syntetiserer et utal af forskellige bioaktive stoffer

 

At noget er naturligt betragtes af de fleste som noget positivt - bare se på alle shampooflaskerne, næste gang du handler. Mange af dem reklamerer med, at de indeholder »naturlige« ingredienser.

Tilsvarende spiser mange mennesker forskellige former for naturlige kosttilskud: Planter, bakterier, svampe, alger og andre levende organismer syntetiserer et utal af forskellige bioaktive stoffer.

En del er ganske giftige, men nogle kan også bruges medicinsk eller som erstatning for konventionelle pesticider, og der forskes i disse år intenst i, hvordan disse bioaktive stoffer kan udnyttes.

Den naturlige oprindelse af sådanne pesticider og biomedicin vil af mange blive opfattet som værende ensbetydende med, at disse produkter er ufarlige for mennesker og miljø.

Brugen af naturlige pesticider kan være en rigtig god idé og en mulighed for at nedsætte forbruget af konventionelle pesticider, uden at der sker en nedgang i produktionen. Tilsvarende kan biomedicin være rigtig nyttig, da naturen kan syntetisere mere komplekse forbindelser end kemikeren og dermed nedsætte risikoen for resistens.

Men det er forkert at tro, at naturlig altid er lig med ufarlig.     

 

Naturlige pesticider

Brugen af konventionelle pesticider forsøges i disse år nedsat gennem forskellige handlingsplaner og initiativer, men en væsentlig nedsættelse kan være problematisk, da det vil medføre et fald i udbytte. Et alternativ til de konventionelle pesticider kan være at udnytte de forsvarsstoffer, som planterne selv producerer.

En gruppe af stoffer, der har været særlig fokus på i denne sammenhæng, er glucosinolaterne.

Glucosinolater produceres af planter tilhørende Capparales ordnen og er nok bedst kendt fra de korsblomstrede planter, hvoraf mange er kendte grønsager - fx broccoli, kål, rucola og sennep.

Glucosinolater er ikke i sig selv bioaktive, men det er deres hydrolyseprodukter. I den intakte plante findes glucosinolaterne og enzymet myrosinase i forskellige dele af plantecellen, men i det øjeblik planten bliver angrebet af fx en nematode, så kommer glucosinolaterne i kontakt med enzymet, og der bliver dannet en række toksiske hydrolyseprodukter.

Det er for øvrigt også disse hydrolyseprodukter, der giver korsblomstrede grønsager deres karakteristiske smag og lugt, og i moderate mængder er visse af disse hydrolyseprodukter effektive imod cancer. Men i store mængder er hydrolyseprodukterne, især isothiocyanaterne, effektive til at bekæmpe svampe, bakterier, nematoder, insekter og ukrudt. Udnyttelsen af denne effekt kan ske på forskellige måder, men indtil nu har der været mest fokus på en teknik kaldet biofumigering, hvor man findeler og nedpløjer en glucosinolatholdig afgrøde, oftest sennep eller raps, hvorved glucosinolat hydrolyseprodukterne frigives i jorden. Herefter sår man så sin egentlige afgrøde, og der er i flere forsøg observeret en positiv effekt på udbyttet - koblet med en hæmning af forskellige skadevoldere.

Udnyttelsen af glucosinolaterne kan dog også ske på anden vis - fx ved at gøre brug af det restprodukt man får efter at have presset olie af raps- eller sennepsfrø. Dette restprodukt indeholder nemlig glucosinolater og myrosinase, men der er ikke tilstrækkeligt med vand til at reaktionen vil ske, og produktet kan derfor opbevares og transporteres.

Når det spredes på marken, vil vandindholdet i jorden få reaktionen til at forløbe, og hydrolyseprodukterne vil blive dannet. Endelig kan man oprense glucosinolaterne og myrosinasen fra planterne og udbringe dem på marken, eller syntesevejen kan indsættes i planter, der ikke naturligt danner glucosinolater, og derved vil de selv danne deres eget pesticid.

Der er således store perspektiver i at udnytte glucosinolat hydrolyseprodukterne som naturlige pesticider, men der er også en del problemer med det. Fx får man ikke den samme fuldstændige kontrol som med syntetiske midler, og det kan være svært at styre præcis, hvor store mængder man tilfører jorden.

 

Naturlige pesticider og miljøet

En helt anden side af sagen er de miljømæssige konsekvenser af at anvende naturlige pesticider. For er de virkelig harmløse for miljøet?

Når glucosinolat hydrolyseprodukterne kan slå skadedyr ihjel, skyldes det, at de er potente giftstoffer, og studier har vist, at de også slår »ikke mål organismer« ihjel. I et forsøg med gavnlige jordboende insekter (springhaler) viste det sig, at isothiocyanaterne er mere giftige end cypermethrin, der er aktivstoffet i de insektmidler, man kan købe i dagligvarebutikker.

Derfor er det - som for konventionelle pesticider - vigtigt at vide, hvad der sker med de naturlige stoffer i miljøet. For nogle produkter vil første skridt være at klarlægge, hvilken kemisk forbindelse det er, der har den bioaktive effekt.

Når man ved, hvilken eller hvilke forbindelser der er de aktive, bør man som for konventionelle midler undersøge stoffernes skæbne i miljøet ved at undersøge deres nedbrydning, binding, udvaskningspotentiale og giftighed over for organismer i miljøet.

For glucosinolaterne er sådanne undersøgelser udført på KU LIFE, og de viser, at isothiocyanaterne bindes stærkt i jorden, og at de også nedbrydes hurtigt (halveringstid på få dage).

Forsøg viser dog også, at de under visse betingelser kan udvaskes til drændybde, så brugen af dem er ikke helt uproblematisk, men i det store og hele tyder undersøgelserne på, at de vil være harmløse for miljøet. 

En række andre planteproducerede stoffer har også potentiale til at blive naturlige pesticider. Der er i dag ikke en særskilt lovgivning for naturlige pesticider. De skal følge samme regler som konventionelle pesticider, men der kan lempes på kravene, hvis ingredienserne anses for ufarlige, hvilket er sket for et produkt baseret på hvidløg, idet der blev henvist til, at hvidløg er en fødevare.

Fra et miljøkemisk synspunkt er dette dog ikke nok til at udelukke uønskede effekter, da der anvendes meget større mængder, når et stof bruges som pesticid, end når man spiser hvidløg eller sennep.

Som et minimum bør man klarlægge, hvilket eller hvilke bioaktive stoffer der er i produktet, og hvilke effekter de har i miljøet.

Man bør også diskutere, hvornår der egentlig er tale om et pesticid. Alle kan vel blive enige om, at hvis man oprenser glucosinolater fra sennep og udbringer det på marken, så er det et pesticid. Men hvad når man nedpløjer sennepsplanter, man har dyrket på marken?

Man kan sagtens tilføre jorden samme mængder aktivstof som med det oprensede produkt, men skal det så også godkendes som et pesticid?

 

Effektiv biomedicin

Planter har gennem år hundreder været kilde til medicin. Nogle af disse lægeplanter har været nyttesløse, men flere har i nyere tid fået deres gunstige bioaktivitet bekræftet.

Et godt eksempel på en sådan plante er kinesisk malurt (Artemisia annua). I traditionel kinesisk medicin har det i over tusind år været kendt, at te af planten kunne lindre feber. I 1970erne fandt man ud af, at planten producerer det bioaktive stof artemisinin, som er særdeles effektiv over for malariaparasitten.

I dag dyrkes planterne i stor stil, da artemisinin sælges kommercielt som den til dato mest effektive malariamedicin. Artemisinin kan optræde i koncentrationer på op til 20 g/kg plante tørvægt, hvor planten forsøgsvis dyrkes i Danmark, men i Asien og Afrika hvor planten fortrinsvis dyrkes, kan artemisinin på op til 75 g/kg plante tørvægt forekomme.

En del af denne mængde bioaktivt stof frigives til jordmiljøet, når planterne dyrkes. Vores undersøgelser har vist, at stoffet har en hurtig nedbrydning i jord inden for det første døgn efter tilsætning, men at det tager mere end en måned, før artemisinin ikke længere kan måles (detektionsgrænse 13 µg/kg).

Stoffets økotoksiske effekter er demonstreret ved at eksponere forskellige jord- og vandorganismer over for stoffet. Således fungerer stoffet som repellant over for regnorm (koncentrationen i jorden hvor ti pct. af ormene flygter, EC10: 5,2 mg/kg), og det påvirker væksten af salat (EC50: 2,58 mg/kg).

Tilsvarende effekter i marken vil forringe jordbundsmiljøet betydeligt - og gøre det vanskeligt at dyrke en anden afgrøde efter kinesisk malurt. Artemisinin er dog langt mere toksisk i vand, hvor andemad og en ferskvandsalge har 50 pct. effekt koncentrationer (EC50) på henholdsvis 0,19 og 0,24 mg/l.

Disse EC-værdier svarer til effektkoncentrationer for pesticider som fx atrazin, der i flere år har været forbudt i Danmark. Artemisinin forventes ikke at være meget mobilt i jorden, men på baggrund af dets fysiske og kemiske egenskaber vil man forvente en mobilitet svarende til den, man kender fra mange af de almindeligt anvendte pesticider i Danmark.

Kontaminering af overfladevand og grundvand i nærheden af og under marker dyrket med kinesisk malurt (med efterfølgende effekter på det akvatiske vandmiljø) kan derfor ikke udelukkes.

 

Planten redder liv

Artemisinin fra kinesisk malurt er hver dag med til at redde liv, især i den tredje verden, hvor medicinplanten yderligere har den fordel, at den gør indbyggerne uafhængige af vestlige medicinproducenter.

Tilsvarende kan brugen af naturlige pesticider nedsætte forbruget af konventionelle pesticider uden nedgang i udbyttet, og i den tredje verden kan de have et meget stort potentiale for bønder, der ikke har råd til at købe pesticider.

Derudover kan nedpløjning af planter med bioaktive stoffer have mange andre positive effekter på jorden som fx at tilføre organisk stof og næringsstoffer.

Dyrkning af planter, som syntetiserer store mængder bioaktive stoffer med økotoksikologiske effekter, skal dog ske med omhu for ikke at skade miljøet. Denne omhu kræver viden om stoffet eller stoffernes kemi i jord - og vandmiljø, hvordan, hvornår og i hvor store mængder stoffet/stofferne frigives fra planterne og om økotoksikologien af stoffet.

Når al denne viden er indsamlet, kan miljøkemikeren rådgive fx om i hvilke jordtyper, planterne kan dyrkes for at sikre hurtigst mulig nedbrydning, og om hvordan afgrøderotation kan sikre forsat stort udbytte af både afgrøder og biomedicin. Miljøkemikeren vil også kunne hjælpe med at optimere brugen af naturlige pesticider, så de bliver så effektive som muligt, uden at det skader miljøet.

Således kan biomedicin planter stadig dyrkes til stor gavn for de syge og uden uoprettelig skade på jord- og vandmiljø, og naturlige pesticider kan blive et miljømæssigt forsvarligt alternativ til konventionelle pesticider - måske også i økologisk jordbrug?

 

Anne Louise Gimsing er lektor og Karina Knudsmark Jessing er ph.d.-studerende. Begge ved Institut for Grundvidenskab og Miljø/Jordbunds- og miljøkemi.

 

<Fotos>:

(Gimsing1)

Glucosinolater produceres af fx de korsblomstrede planter som raps. Glucosinolat kan danne toksiske hydrolyseprodukter, der er effektive til at bekæmpe svampe, bakterier, nematoder, insekter og ukrudt. I et forsøg viste det sig, at ét af disse hydrolyseprodukter - isothiocyanaterne - er mere giftige end cypermethrin, der er aktivstoffet i de insektmidler, man kan købe i dagligvarebutikker.

 

(Gimsing2)

I traditionel kinesisk medicin har det i over tusind år været kendt, at te af kinesisk malurt kunne lindre feber. I 1970erne fandt man ud af, at planten producerer det bioaktive stof artemisinin, som er særdeles effektiv over for malariaparasitten.

 

<citat>:

Hvis man oprenser glucosinolater fra sennep og udbringer det på marken, så er det et pesticid. Men hvad når man nedpløjer sennepsplanter, man har dyrket på marken?