El glifosato como un herbicida que impacta en el agro y la industria de alimentos

El glifosato (N-fosfonometil-glicina, C3H8NO5P, InChI=1S/C3H8NO5P/c5-3(6)1-4-2-10(7,8)9/h4H,1-2H2,(H,5,6)(H2,7,8,9), CAS No. 1071-83-6) es un herbicida no selectivo con un sitio único de acción (SOA, Site of Action) creado desde 1974 por Monsanto, comercializado como RoundupTM

El principal uso que se le ha dado es en la agricultura:

• 90% del consumo de glifosato en campos de barbecho, huertos, viñedos y en campos de cultivo abiertos funcionales.
• El 10% corresponde a terrenos no agrícolas como ruderales o áreas urbanizadas y rurales, para control de malezas (1, 2).

El glifosato inhibe a la enzima 5-enolpiruvilshiquimato-3-fosfato producida por las plantas, directamente relacionada con la síntesis de aminoácidos aromáticos esenciales: tirosina, triptófano y fenilalanina. Su mecanismo de acción se da por absorción a través del follaje y en menor medida por las raíces.

La enzima 5-enolpiruvilshiquimato-3-fosfato sólo se encuentra dentro del reino Plantae por lo que la inhibición de biosíntesis de aminoácidos aromáticos sólo se da en plantas (3). Su tiempo de vida media en suelos, dependiendo de condiciones climatológicas, puede variar entre 2 a 197 días.

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El efecto del glifosato en el suelo con el que tiene contacto

Químicamente, el glifosato contiene grupos carboxilo, amino y fosfonato que poseen una excelente afinidad con fracciones minerales del suelo.

La sorción (adsorción y absorción simultánea) del C3H8NO5P y de su producto de degradación principal ácido aminometilfosfónico (AMPA, CH6NO3P) es el mecanismo más aceptado para explicar el transporte de glifosato tanto en suelos como en cuerpos de agua, éste último mediante la liberación del herbicida de la matriz sólida por lixiviación. (4, 5).

Los efectos adversos comprobados en la salud y los ambientes que produce el glifosato y otros agroquímicos nocivos están ligados primordialmente a los procesos de lixiviación, que pueden ser cuantificados analíticamente por coeficientes de sorción Kd (6).

En términos ácido-base, el glifosato es un ácido débil que presenta tres constantes de disociación (pKa) en función del pH. A pH ácido (pKa = 2.27) se genera el equilibrio ácido carboxílico – carboxilato.

A un pH menos ácido (pKa = 5.58) se promueve el equilibrio ácido fosfónico – fosfonato y a pH básico (pKa = 10.25), el grupo amino pierde su protón para dejar un glifosato básico con 3 cargas negativas.

La sorción del glifosato en suelos se produce por la alta afinidad de los grupos fosfonato a óxidos de hierro y aluminio en suelos (7) y se ha demostrado además que un incremento del pH en suelos disminuye la Kd del glifosato (8) puesto que al ser más negativo el glifosato en función del pH, se incrementa la repulsión electrostática entre el glifosato básico y la superficie del suelo.

Otros factores que afectan la Kd del glifosato son el contenido de materia orgánica en suelos y particularmente la presencia de fosfonatos orgánicos que compiten directamente con la sorción del glifosato (9).

Los métodos tradicionales para medir Kd de glifosato en suelos puede llevarse a cabo por métodos estándar de sorción al equilibrio que pueden ser muy laboriosos, requieren mucha manipulación de la muestra previa a su determinación y dependen de las propiedades específicas del suelo que deben determinarse paralelamente (10).

Los riesgos latentes sobre el uso del glifosato

En años recientes, se han planteado múltiples preocupaciones ambientales que ponen en riesgo inminente a la salud humana y animal debido a la detección generalizada de residuos de glifosato en agua y suelo, su persistencia y su dispersión fuera de control (11).

Particularmente en 2015, el glifosato fue clasificado como un producto “probablemente carcinógeno” por la Organización Mundial de la Salud (OMS) a través de su Agencia Internacional para la Investigación contra el Cáncer (12).

En gran contraste, un estudio realizado en 2018 por el Instituto Nacional contra el Cáncer de los Estados Unidos no encontró relación alguna entre el uso de los herbicidas con base de glifosato y la enfermedad (13).

A este estudio se agregan las regulaciones en pesticidas emitidas por la Agencia Protectora Ambiental de los Estados Unidos (EPA) y la Autoridad en Seguridad Alimentaria Europea (EFSA) que aseguran que los herbicidas con base de glifosato no son carcinogénicos y que el riesgo de exposición a glifosato es aceptable si se utiliza en apego a su etiquetado.

Resulta interesante contrastar la defensa del uso del glifosato con el número de patentes otorgadas relacionadas a glifosato RoundupTM.

En la base de datos Google Patents consultada en mayo 2023, de las 12142 patentes otorgadas relacionadas a RoundupTM (14), existen:

• 5829 patentes otorgadas en Estados Unidos (48% del grueso de patentes otorgadas (15)
• 1125 patentes concedidas por la Oficina de Patentes Europea (9.2% del total de patentes otorgadas, (16)

Es decir, estas dos regiones (salvo interdicciones recientes hechas en Francia (17), Alemania y Austria) concentran casi el 57.2% de las patentes otorgadas a RoundupTM. lo cual invita a la comunidad internacional a cuestionar la validez de la defensa del uso de glifosato.

A pesar de lo anterior, a finales de la segunda década del siglo XXI, las regiones del Este Asiático (31%), Latinoamérica (20%) y algunas regiones concentradas de Europa (16%) reportaron la mayor tasa de uso del glifosato como herbicida (18).

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El debate sobre el uso del glifosato a nivel mundial

Finalmente, entre 2016 (19) y 2019 (20-21) se ha logrado demostrar en diversas revistas científicas arbitradas de prestigio mundial, una relación directa entre la exposición al glifosato y el desarrollo de linfomas no Hodgkin, la cual ha desencadenado el inicio de las restricciones o prohibiciones del uso del glifosato en Austria, Francia, Alemania y Vietnam (18).

Lo anterior, abre un debate más interesante que la defensa del uso del glifosato: restringir, prohibir o restringir hacia la prohibición del uso de glifosato en la agricultura industrial o rural en términos de los tratados comerciales vigentes.

Si se opta por restringir hacia la vía de la prohibición en menor prejuicio a Tratados Comerciales vigentes, se deberán definir Límites Máximos Residuales (LMR) de glifosato, temporalmente más restrictivos hacia la agricultura libre de glifosato.

En cualquier caso, se requieren métodos analíticos, instrumentos y/o equipos rápidos, eficientes, sensibles y específicos para determinar la concentración de glifosato en suelos, matrices alimentarias y cuerpos de agua que permitan establecer la política Nacional de restricción hacia la prohibición del uso de productos derivados de glifosato, como estrategia que dé cumplimiento al Decreto Presidencial del Gobierno de México, publicado en el Diario Oficial de la Federación el 31 de diciembre de 2020 (22).
En respuesta al Decreto, en la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Nacional (ENCB IPN), estamos en proceso de desarrollo de diversas tecnologías basadas en espectroscopías por resonancia magnética nuclear, infrarrojo cercano y ultravioleta-visible, combinadas con inteligencia artificial (23-24).

Con ellas se permite generar normas de control específicas para glifosato y AMPA como metodologías analíticas accesibles para comunidades campesinas y pequeños productores, como estrategias de acompañamiento hacia los procesos de eliminación gradual del glifosato.

De esta forma, la sustitución gradual de glifosato será una alternativa a partir de la determinación de concentraciones de glifosato en suelos y diversas matrices alimentarias, así como las correspondientes constantes de sorción de glifosato y derivados (Kd) en suelos que permitan caracterizar la lixiviación del herbicida de los suelos a cuerpos de agua.

REFERENCIAS

1. Roundup Herbicide Label. 2019.
2. Benbrook, C.M. Trends in glyphosate herbicide use in the United States and globally. Environ. Sci. Eur. 2016, 28, 3.
3. Avino, P., Notardonato, I., Russo, M. V., A review of the analytical methods based on chromatography for analyzing glyphosate in foods, DOI: 10.5772/intechopen.92810
4. Borggaard, O.K., 2011. Does phosphate affect soil sorption and degradation? – a review. Trends Soil Sci. Plant Nutr. J. 2 (1), 16–27
5. Kjær, J., Olsen, P., Ullum, M., Grant, R., 2005. Leaching of glyphosate and amino-methylphosphonic acid from Danish agricultural field sites. J. Environ. Qual. 34 (2), 608–620. https://doi.org/10.2134/jeq2005.0608
6. Farenhorst, A., Papiernik, S.K., Saiyed, I., Messing, P., Stephens, K.D., Schumacher, J.A., Lobb, D.A., Li, S., Lindstrom, M.J., Schumacher, T.E., 2008. Herbicide sorption coefficients in relation to soil properties and terrain attributes on a cultivated prairie. J. Environ. Qual. 37 (3), 1201–1208. https://doi.org/10.2134/jeq2007.0109
7. Sheals, J., Sjöberg, S., Persson, P., 2002. Adsorption of glyphosate on goethite: molecular characterization of surface complexes. Environ. Sci. Technol. 36 (14), 3090–3095.
8. de Jonge, H., de Jonge, L.W., 1999. Influence of pH and solution composition on the sorption of glyphosate and prochloraz to a sandy loamy soil. Chemosphere 39, 753–763. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(99)00011-9
9. Gimsing, A.L., Borggaard, O.K., 2010. Effect of phosphate on the adsorption of glyphosate in soils, clay minerals and oxides. Int. J. Environ. Anal. Chem. 82, 545–552.
10. Gimsing, A.L., Borggaard, O.K., Bang, M., 2004. Influence of soil composition on adsorption of glyphosate and phosphate by contrasting Danish surface soils. Eur. J. Soil Sci. 55 (1), 183–191. https://doi.org/10.1046/j.1365-2389.2003.00585.x
11. Kanissery, R.; Gairhe, B.; Kadyampakeni, D.; Batuman, O.; Alferez, F. Glyphosate: Its environmental persistence and impact on crop health and nutrition. Plants 2019, 8, 499.
12. International Agency for Research on Cancer (IARC). Evaluation of Five Organophosphate Insecticides and Herbicides; World Health Organization: Geneva, Switzerland, 2015; IARC Monographs Volume 112
13. Andreotti, G.; Koutros, S.; Hofmann, J.N.; Sandler, D.P.; Lubin, J.H.; Lynch, C.F.; Lerro, C.C.; De Roos, A.J.; Parks, C.G.; Alavanja, M.C.; et al. Glyphosate use and cancer incidence in the agricultural health study. J. Natl. Cancer Inst. 2018, 11, 509–516
14. https://patents.google.com/?q=roundup+glyphosate&status=GRANT
    
15. https://patents.google.com/?q=roundup+glyphosate&country=US&status=GRANT
    
16. https://patents.google.com/?q=roundup+glyphosate&country=EP&status=GRANT
    
17. Reboud, X.; Blanck, M.; Aubertot, J.-N.; Jeuffroy, M.-H.; Munier-Jolain, N.; Thiollet-Scholtus, M. Uses and Alternatives to Glyphosate in French Agriculture; Report TR507024; INRA: Dijon, France, 2017; p. 85
18. Verma, V., Iqbal, S., 2017. Glyphosate Market Size by Application (Conventional Crops, GM Crops), Industry Analysis Report, Regional Outlook (U.S, Canada, Germany, UK, France, Italy, Spain, Russia, China, India, Japan, Australia, South Korea, Malaysia, Indonesia, Brazil, Argentina, Mexico, Saudi Arabia, UAE, South Africa) Application Potential, Price Trends, Competitive Market Share & Forecast, 2016–2024. Global Market Insights, p. 150
19. Myers, J.P.; Antoniou, M.N.; Blumberg, B.; Carroll, L.; Colborn, T.; Everett, L.G.; Hansen, M.; Landrigan, P.J.; Lanphear, B.P.; Mesnage, R.; et al. Concerns over-use of glyphosate-based herbicides and risks associated with exposures: a consensus statement. Environ. Health 2016, 15, 19
20. Leon, M.E.; Schinasi, L.H.; Lebailly, P.; Beane Freeman, L.E.; Nordby, K.-C.; Ferro, G.; Monnereau, A.; Brouwer, M.; Tual, S.; Baldi, I.; et al. Pesticide use and risk of non-Hodgkin lymphoid malignancies in agricultural cohorts from France, Norway and the USA: A pooled analysis from the AGRICOH consortium. Int. J. Epidemiol. 2019, 48, 1519–1535
21. Zhang, L.; Rana, I.; Shaffer, R.M.; Taioli, E.; Sheppard, L. Exposure to glyphosate-based herbicides and risk for non-Hodgkin lymphoma: A meta-analysis and supporting evidence. Mutat. Res. Rev. Mutat. Res. 2019, 781, 186–206.
22. https://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5609365&fecha=31/12/2020
23. https://www.gob.mx/agricultura/prensa/presenta-mexico-avance-cientifico-para-determinar-huella-digital-del-vino-nacional
24. https://www.youtube.com/watch?v=CniouXD182Y

Alternativas al glifosato son un beneficio para la biodiversidad