Neuartiges Tool von Forschern zur Entwicklung sichererer Pestizide

Die meisten kommerziellen Chemikalien, die jedes Jahr in den Vereinigten Staaten auf den Markt kommen, verfügen über unzureichende Gesundheits- und Sicherheitsdaten. Für Pestizide verwendet die US-Umweltschutzbehörde eine Vielzahl von Techniken, um Datenlücken zu schließen, um chemische Gefahren, Exposition und Risiken zu bewerten. Nichtsdestotrotz hat die öffentliche Besorgnis über die potenzielle Bedrohung, die diese Chemikalien darstellen, in den letzten Jahren zugenommen, zusammen mit der Erkenntnis, dass traditionelle Tierversuchsmethoden in Bezug auf Geschwindigkeit, Wirtschaftlichkeit oder Ethik nicht pragmatisch sind. Jetzt haben Forscher der George Washington University einen neuen Computeransatz entwickelt, um Pestizide schnell auf Sicherheit, Leistung und Lebensdauer in der Umwelt zu untersuchen. Darüber hinaus und vor allem wird der neue Ansatz beim Design von Molekülen der nächsten Generation helfen, um sicherere Pestizide zu entwickeln.

„In vielerlei Hinsicht ahmt unser Tool die computergestützte Arzneimittelentdeckung nach, bei der riesige Bibliotheken chemischer Verbindungen auf ihre Wirksamkeit untersucht und dann optimiert werden, um sie gegen spezifische therapeutische Ziele noch wirksamer zu machen“, sagt Jakub Kostal, Assistenzprofessor für Chemie bei GW und Hauptforscher des Projekts, sagte. „In ähnlicher Weise verwenden wir unseren systembasierten Ansatz, um Pestizide zu modifizieren, um sie weniger toxisch und leichter abbaubar zu machen, während wir gleichzeitig sicherstellen, dass sie ihre gute Leistung beibehalten. Es ist ein leistungsstarkes Werkzeug für Industrie und Aufsichtsbehörden, das bei der Entwicklung helfen kann neue, sicherere Analoga bestehender kommerzieller Agrochemikalien und schützen so das menschliche Leben, die Umwelt und das Endergebnis der Industrie.“

Unter Verwendung ihres Modells analysierte das Team 700 Pestizide aus dem Pestizidregister der EPA. Das Modell berücksichtigte die wahrscheinliche Persistenz oder den Abbau eines Pestizids in der Umwelt im Laufe der Zeit, seine Sicherheit und seine Leistung bei der Abtötung, Abwehr oder Kontrolle des Zielproblems.

Sie fanden heraus, dass nur 52 oder 7 % der analysierten chemischen Verbindungen die Kriterien für eine sichere Chemikalie erfüllten. Laut den Forschern deuten die Ergebnisse der Analyse zwar darauf hin, dass die meisten Pestizide wahrscheinlich nicht sicher sind, viele könnten jedoch sicherer gemacht werden, indem ihre Molekularstruktur so modifiziert wird, dass ihre Toxizität verringert wird, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.

„Unsere Analyse zeigt, dass es definitiv Raum für Verbesserungen gibt, wenn es um die Entwicklung sichererer Pestizide geht“, sagte Jessica Lewer, Doktorandin bei GW und Hauptautorin des Papiers. „Darüber hinaus kann der rechnerische Ansatz, den wir entwickelt haben, um sichere Pestizide besser zu screenen und zu entwerfen, als Blaupause verwendet und auf andere Branchen angewendet werden, die auf kommerzielle Chemikalien angewiesen sind, beispielsweise Kosmetika und Reinigungsprodukte.“

In Zukunft hofft das Team, sein Modell durch Pestiziddesign aus biobasierten, erneuerbaren chemischen Bausteinen zu erweitern, um die Nachhaltigkeitsziele im chemischen Design voranzutreiben.

Die Studie „Structure-to-Process Design Framework for Developing Safer Pesticides“ wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte am 30. März 2022.