Mis on herbitsiid glüfosaat?

Glüfosaadi keemiline olemus, leidumine keskkonnas ja inimorganismis ning toksilisus

ÜLO NIINEMETS

Glüfosaat on aminohappe glütsiini fosfoonrühma sisaldav derivaat (keemilise nimetusega N-(fosfonometüül)glütsiin).¹ Kui aminohapped on elavate organismide valkude loomulikeks koostisosadeks, siis fosfoonrühma sisaldavad ühendid on mitme biokeemilise reaktsiooni aeglustajad (inhibiitorid). Glüfosaadi toime herbitsiidina seisneb selles, et ta aeglustab valikuliselt taimede fotosünteesivates organellides – plastiidides – paiknevat fenoolsete ühendite sünteesi rada, mistõttu katkeb paljude fenoolset rühma sisaldavate ainete tootmine. Näiteks peatub glüfosaadi mõjul aminohapete – trüptofaani, fenüülalaniini ja türosiini – süntees ja sellega ka kogu taimne valgusüntees. Selline fenoolne ainevahetusrada inimesel puudub, mistõttu saame neid nn asendamatuid aminohappeid ainult toiduga.

Glüfosaadi herbitsiidse toime avastas USA firma Monsanto uurija John E. Franz 1970. aastal ja 1974. aastal toodi turule glüfosaadil põhinev herbitsiid Roundup. Glüfosaadi patendikaitse lõppes 2000. aastal ja praegu on maailmas saadaval enam kui 30 tootja glüfosaadipõhist herbitsiidi enam kui 700 erineva koostisega. Glüfosaat on maailmas enim kasutatav umbrohutõrjevahend, mida 2014. aastal kasutati üle 825 000 tonni.² Eestis kasutati 2016. aastal glüfosaati enam kui 400 000 kilogrammi.³

Eriti suur on glüfosaadipõhiste herbitsiidide kasutus USAs, kus kasvatatakse valdavalt (ligi 90%) geneetiliselt muundatud (GMO) glüfosaadiresistentset maisi, soja ja puuvilla.² Glüfosaadiresistentsete kultuuride korral saab umbrohutõrjet teha mitte ainult põllu külviks ettevalmistamisel, vaid kogu kasvuperioodi jooksul. Peale umbrohutõrje kasutatakse glüfosaati ka nn mugavuskemikaalina põldude pritsimiseks vahetult saagikoristuse eel, et kiirendada ja ühtlustada vilja valmimist. Glüfosaat leiab laialdast kasutamist ka taimestiku piiramisel raudteede, maanteede ja hoonete ümbruses, kuid seda kasutatakse isegi metsaistutamisel.

Glüfosaatsetest herbitsiididest ja nende toimest rääkides ei aduta tihti, et tegelikult on kasutusel terve spekter eri ühendeid. Puhas glüfosaat on hape ja seetõttu omastavad taimed ja muud organismid seda kasinalt. Herbitsiidides on glüfosaat seetõttu tavaliselt soolana, näiteks Monsanto herbitsiidis Roundupis on glüfosaat isopropüülamiini soolana ja Syngenta herbitsiidis Touchdown trimetüülsulfooniumi soolana (nn glüfosaat-trimeesium). Mõlemal juhul on nii taimede kui ka mittesihtorganismide omastatavad kogused palju suuremad kui puhta glüfosaadi puhul. See on väga oluline erinevus, sest tööstuse tellitud toksilisuse uuringud on tehtud üldjuhul puhta glüfosaadiga, mitte herbitsiidides kasutatavate tegelike toimeainetega. Nii saadud tulemused ei näita antud herbitsiidi tõelist toksilisust. Paradoksaalselt ei nõuta pestitsiidide turule toomisel tööstuselt ökotoksikoloogilisi teste, mis on tehtud tegelike toimeainetega.

Peale glüfosaatse toimeaine sisaldavad kõik turul olevad glüfosaatsed herbitsiidid muid komponente, eelkõige pindpinevust vähendavaid surfaktante, mis sama väliskontsentratsiooni korral suurendavad toimeaine imendumist ja võimendavad sellega toksilise aine kontsentratsiooni raku sees. Surfaktandid võivad mittesihtorganismidele olla veelgi toksilisemad kui toimeaine glüfosaat ise.⁴ Nii sisaldas klassikaline Roundup surfaktandina tahkrasvade amiidseid derivatiive, mis oma toksilisuse tõttu on praeguseks ELis keelatud.⁵

Glüfosaat keskkonnas

Glüfosaati on Monsanto ja teised tootjad ning nendega seotud lobigrupid (nt Glyphosate Task Force) reklaaminud kui keskkonnale ja inimesele täiesti ohutut kemikaali. Vesilahustuva ainena ei bioakumuleeru glüfosaat¹ erinevalt näiteks kloororganilistest pestitsiididest nagu DDT, kuid tema poolestusaeg keskkonnas on pikem, kui tootjad algul olid väitnud (20–40 päeva asemel tihti 10–150 päeva ja teatud tingimustes isegi üle 250 päeva)^6,7,8 ning see võib akumuleeruda mullaosakestele ja veekogude põhjas setetesse.^8,9,10,11 Glüfosaadi eluiga mullas pikeneb, kui glüfosaat kantakse mulda taimejäänustega (taimede poolt omastatud glüfosaat näiteks taimejäänuste maasse kündmisega).¹² Suuremal määral kui glüfosaat ise võib mulda ja setetesse ladestuda glüfosaadi esmane laguprodukt aminometüülfosfoonhape (AMPA),^8,9,10,11 mis on sama toksiline nagu glüfosaat. Glüfosaadi jääke leitakse järjest sagedamini pinnase- ja põhjaveest^7,9,13,14 ning isegi müügiks villitud pudeliveest.¹⁴ Samuti on glüfosaadijääkide leidude esinemissagedus suurenenud põllumajandussaadustest, nii taimsetest kui loomsetest, aga ka inimeste uriinist.^14,15,16,17

Glüfosaadi toksilisus mittesihtorganismidele

Kuigi glüfosaat on taimemürk, on nii tootjate kui sõltumatute teadlaste uuringud näidanud, et glüfosaat on mittespetsiifiliselt toksiline ka kõigile teistele elusorganismidele.^18,19 Kuna taimedega analoogne fenoolsete ühendite sünteesirada on ka paljudel bakteritel, siis peale mittespetsiifilise toime mõjutab glüfosaat otseselt loomade ja inimeste soolestiku bakterifloorat,^17,20,21,22 ja seda isegi ohutuks peetavate glüfosaadi kontsentratsioonide juures.²² Bakterifloora muutus võib raskendada näiteks vitamiinide omastamist, bakterite sünteesitud aminohapete kättesaadavust, muuta immuunsüsteemi toimimist ja suurendada tõvestavate bakterite virulentsust.^22,23 Glüfosaat mõjub ka vabalt elavate bakterite populatsioonidele, näiteks kahandades mullabakterite arvukust või mõjutades eri funktsioonidega bakterigruppide vahekordi ja sellega vähendades mullaviljakust.^24,25,26

On näidatud, et glüfosaat võib vähendada mitmete maksaensüümide aktiivsust, kahandades sellega maksa võimet teiste toksiliste kemikaalide kahjutustamiseks^23,27,28 ning võib viia mittealkohoolse rasvmaksa väljaarenemiseni, mida omakorda seostatakse diabeedi ja vähiga.²⁹

20. märtsil 2015 lisas Maailma Terviseorganisatsiooni (WHO) juures asuv Rahvusvaheline Vähiuuringute Agentuur (IARC) glüfosaadi vähki tõenäoliselt tekitavate ühendite loetellu (klassifikatsioon 2A). Sellele klassifikatsioonile vaidlevad tootjad ägedalt vastu, väites, et glüfosaadi vähki tekitava toime kohta puuduvad tõendid. Euroopa Toiduohutuse Amet (EFSA) jõudis ELi glüfosaadi kasutusloa pikendamise menetluses tootjatega sarnasele järeldusele. Läbipaistmatuse ja tootjate lobitöö tõttu on seda järeldust väga laialdaselt kritiseerinud sõltumatud teadlased.³⁰

Toksiline küll, aga kas piisavalt toksiline?

Keskkonnast ning loomade ja inimorganismist leitud glüfosaadijääkide kontsentratsioone on tootjate esindajad ja mõningad „sõltumatud“ uurijad nimetanud tähtsusetuks, keskkonnale ja inimorganismile mitte mingisugust mõju avaldavaks.³¹ Keskkonna- ja inimmõjude analüüsi juures on kõige olulisem akuutset toksilisust põhjustav glüfosaadi kontsentratsioon. Kui see on piisavalt kõrge, ei olegi meil vaja muretseda. Teisalt on suured akuutsed kontsentratsioonid pigem haruldased. Samavõrra kui kontsentratsioon, on kriitiline ka toimeaeg, sest pikaajalise kroonilise kokkupuute korral võib olla mõju ka väikesel kontsentratsioonil. Kirjanduse analüüs näitab, et eri uuringute glüfosaadi toksilisuse hinnangud varieeruvad suurtes piirides samade organismide ja katsetingimuste korral.¹⁸

Nagu ülalpool mainitud, tuleneb üks osa sellest varieeruvusest otseselt glüfosaadi eri formuleeringute kasutamisest. Uuringud, mis on tehtud puhta glüfosaadiga, ei ole relevantsed, kuna seda glüfosaatsetes herbitsiidides ei kasutata. Samuti erinevad eri pikkusega uuringute tulemused ja seni on veel väga vähe andmeid glüfosaadi väikese kontsentratsiooni pikaajalisest mõjust. Varieeruvuse taustal on andmete interpretatsioonis siiski kõige sügavam lõhe tööstuse esindajate – täielik, agressiivne eitus – ja sõltumatute teadlaste võimalike keskkonna- ja terviseprobleemide möönmise vahel. Vett sogab veel see, et korporatiivse ja sõltumatu teaduse vahel ei ole asjatundjatel tihti võimalik vahet teha. Hiljuti lahvatanud skandaalide valguses on ilmnenud, et mõnegi „sõltumatu“ teadusuuringu on teinud tootjate, eelkõige Monsanto, variisikud.

Ülo Niinemets on maaülikooli taimekasvatuse ja taimebioloogia õppetooli professor ja Eesti Teaduste Akadeemia akadeemik.

LOE LISAKS Monsanto dokumendid I
LOE LISAKS Monsanto dokumendid II
LOE LISAKS Monsanto dokumendid III
LOE LISAKS Glüfosaadisaaga: kes on kes ja mis on mis?

1 Environmental Protection Agency (EPA), U. E. P. A., Pesticide Reregistration: Glyphosate. R.E.D. Facts. EPA-738-F-93-011, IX 1993.

2 C. M. Benbrook, Trends in glyphosate herbicide use in the United States and globally. Environmental Sciences Europe 2016 28, 3, doi:10.1186/s12302-016-0070-0

3 T. Pott, Mullu suurenes järsult vastuolulise taimekaitsevahendi glüfosaadi kasutamine. – ERR 19. VII 2017.

4 K. Künnis-Beres, M. Sihtmäe, L. Kanarbik, M. Heinlaan & I. Blinova, Herbitsiidide üledoseerimise või juhureostuse võimalik keskkonnamõju. Keskkonnatehnika 2013 3, 40–42.

5 S. Michalopoulos, EU agrees ban on glyphosate co-formulant. EURACTIV 12. VI 2016.

6 P. Mercurio, F. Flores, J. F. Mueller, S. Carter. & A. P. Negri, Glyphosate persistence in seawater. Marine Pollution Bulletin 2014 85, 385-390, doi:10.1016/j.marpolbul.2014.01.021

7 J. P. Myers et al., Concerns over use of glyphosate-based herbicides and risks associated with exposures: a consensus statement. Environmental Health 2016 15, 19, doi:10.1186/s12940-016-0117

8 D. la Cecilia & F. Maggi, Analysis of glyphosate degradation in a soil microcosm. Environmental Pollution 2018 233, 201-207, doi:10.1016/j.envpol.2017.10.017

9 R. I. Bonansea, I. Filippi, D. A. Wunderlin, D. J. G. Marino, & M. V. Ame, The fate of glyphosate and AMPA in a freshwater endorheic basin: an ecotoxicological risk assessment. Toxics 2017 6, 3, doi:10.3390/toxics6010003

10 J. Schuette, Environmental fate of glyphosate. California Department of Pesticide Regulation, 1998 Vol. Nov.

11 S. Wang et al., (Bio)degradation of glyphosate in water-sediment microcosms – A stable isotope co-labeling approach. Water Research 2016 99, 91-100, doi:10.1016/j.watres.2016.04.041

12 L. Mamy, E. Barriuso & B. Gabrielle, Glyphosate fate in soils when arriving in plant residues. Chemosphere 2016 154, 425-433, doi:10.1016/j.chemosphere.2016.03.104

13 D. R. Van Stempvoort, J. W. Roy, S. J. Brown, & G. Bickerton, Residues of the herbicide glyphosate in riparian groundwater in urban catchments. Chemosphere 2014 95, 455-463, doi:10.1016/j.chemosphere.2013.09.095

14 J. Rendón von Osten & R. Dzul-Caamal, Glyphosate residues in groundwater, drinking water and urine of subsistence farmers from intensive agriculture localities: A survey in Hopelchen, Campeche, Mexico. International Journal of Environmental Research and Public Health 2017 14, 595, doi:10.3390/ijerph14060595

15 M. Krüger et al., Detection of glyphosate residues in animals and humans. Journal of Environmental & Analytical Toxicology 2014 04, 1000210, doi:10.4172/2161-0525.1000210

16 M. Krüger, Memo n° 9. Glyphosate detection in urine, organs and muscles of food animal and in urine of humans. The Hague, 15.–16. X 2016. https://en.monsantotribunal.org/upload/asset_cache/1007664447.pdf?rnd=GMPQBF (2016).

17 M. Forter, Glyphosat verbieten! In der Nahrungskette hat Glyphosat nichts zu suchen! Interview mit Prof. Dr. Monika Krüger, Universität Leipzig, 2015. http://www.aefu.ch/fileadmin/user_upload/aefu-data/b_documents/Aktuell/M_151005_Glyphosat_-_Auszug_OEKOSKOP.pdf

18 M. Cuhra, T. Bøhn & P. Cuhra, Glyphosate: Too much of a good thing? Frontiers in Environmental Science 2016 4, 28, doi:10.3389/fenvs.2016.00028

19 European Food Safety Authority, Final Addendum to the Renewal Assessment Report. 2015 Vol. Oct.

20 R. P. Kittle, K. J. McDermid, L. Muehlstein, & G. H. Balaz, Effects of glyphosate herbicide on the gastrointestinal microflora of Hawaiian green turtles (Chelonia mydas) Linnaeus. Marine Pollution Bulletin 2018 127, 170–174.

21 L. N. Nielsen et al., Glyphosate has limited short-term effects on commensal bacterial community composition in the gut environment due to sufficient aromatic amino acid levels. Environmental Pollution 2018 233, 364-376, doi:10.1016/j.envpol.2017.10.016

22 Q. Mao et al., The Ramazzini Institute 13-week pilot study on glyphosate and Roundup administered at human-equivalent dose to Sprague Dawley rats: effects on the microbiome. Environmental Health 2018 17, 50, doi:10.1186/s12940-018-0394-x

23 A. Samsel & S. Seneff, Glyphosate’s suppression of cytochrome P450 enzymes and amino acid biosynthesis by the gut microbiome: pathways to modern diseases. Entropy 2013 15, 1416-1463, doi:10.3390/e15041416

24 M. M. Newman, et al., Glyphosate effects on soil rhizosphere-associated bacterial communities. Science of the Total Environment 2016 543, 155-160, doi:10.1016/j.scitotenv.2015.11.008

25 M. M. Newman, et al., Changes in rhizosphere bacterial gene expression following glyphosate treatment. Science of the Total Environment 2016 553, 32-41, doi:10.1016/j.scitotenv.2016.02.078

26 L. Aristilde et al., Glyphosate-induced specific and widespread perturbations in the metabolome of soil Pseudomonas species. Frontiers in Environmental Science 2017 5, doi:10.3389/fenvs.2017.00034

27 K. Abass, M. Turpeinen & O. Pelkonen, An evaluation of the cytochrome P450 inhibition potential of selected pesticides in human hepatic microsomes. J Environ Sci Health B. 2009 44, 553-563, doi:doi: 10.1080/03601230902997766

28 K. Larsen, R. Najle, A. Lifschitz & G. Virkel, Effects of sub-lethal exposure of rats to the herbicide glyphosate in drinking water: Glutathione transferase enzyme activities, levels of reduced glutathione and lipid peroxidation in liver, kidneys and small intestine. Environmental Toxicology and Pharmacology 2012 34, 811–818.

29 R. Mesnage, G., Renney, G. E. Seralini, M. Ward & M. N. Antoniou, Multiomics reveal non-alcoholic fatty liver disease in rats following chronic exposure to an ultra-low dose of Roundup herbicide. Scientific Reports 2017 7, 39328, doi:10.1038/srep39328

30 C. J. Portier, & et al. (96 teadlast). Open letter: Review of the Carcinogenicity of Glyphosate by EFSA and BfR. Vol. 27. XI 2015.

Corporate Europe Observatory. EFSA and Member States vs. IARC on glyphosate: Has science won? Corporate Europe Observatory 25. XI 2015.

C. J. Portier et al., Differences in the carcinogenic evaluation of glyphosate between the International Agency for Research on Cancer (IARC) and the European Food Safety Authority (EFSA). Journal of Epidemiology and Community Health 2016 70, 741-745, doi:10.1136/jech-2015-207005

Istituto Ramazzini, Bologna, 2005. http://www.assis.it/wp-content/uploads/2015/2012/2010-Relazione-Comuni_2015-tmp.pdf

31 Monsanto Tribunal, 2017. https://en.monsantotribunal.org/upload/asset_cache/1016160509.pdf (2017).

Monsanto Inc. 21. IV 2017. https://monsanto.com/company/media/statements/glyphosate-report-response

Monsanto Inc. 25. IV 2017 https://monsanto.com/company/media/statements/monsanto-tribunal

C. Rolando, B. Baillie, D. Thompson & K. Little, The risks associated with glyphosate-based herbicide use in planted forests. Forests 2017 8, 208, doi:10.3390/f8060208

J. V. Tarazona et al., Glyphosate toxicity and carcinogenicity: a review of the scientific basis of the European Union assessment and its differences with IARC. Archives of Toxicology 2107 91, 2723–2743, doi:10.1007/s00204-017-1962-5

L. Niemann, C. Sieke, R. Pfeil & R. Solecki, A critical review of glyphosate findings in human urine samples and comparison with the exposure of operators and consumers. Journal für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit 2015 10, 3-12, doi:10.1007/s00003-014-0927-3