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Ministério da Agricultura, Pecuária
e Abastecimento
Análise de Risco de Plantas GM sobre Organismos não-alvo
Carmen Pires*
Curso: Capacitação na Aplicação e Biossegurança Ambiental de Plantas Geneticamente Modificadas
26 a 30 de novembro de 2012 Embrapa Milho e Sorgo
CTNBio, Resolução Normativa nº 5, de 12 de março de 2008:
“Dispõe sobre normas para liberação comercial de Organismos
Geneticamente Modificados e seus derivados.”
Art. 6º. Para efeitos desta Resolução Normativa considera-se: I – avaliação de risco: combinação de procedimentos ou métodos, por meio dos quais se avaliam, caso a caso, os potenciais efeitos da liberação comercial do OGM e seus derivados sobre o ambiente e a saúde humana e animal. II – organismo: toda entidade biológica capaz de reproduzir ou transferir material genético, inclusive vírus e outras classes que venham a ser conhecidas;
CTNBio, Resolução Normativa nº 5, de 12 de março de 2008:
“Dispõe sobre normas para liberação comercial de Organismos
Geneticamente Modificados e seus derivados.”
Art. 6º. Para efeitos desta Resolução Normativa considera-se: I – avaliação de risco: combinação de procedimentos ou métodos, por meio dos quais se avaliam, caso a caso, os potenciais efeitos da liberação comercial do OGM e seus derivados sobre o ambiente e a saúde humana e animal. II – organismo: toda entidade biológica capaz de reproduzir ou transferir material genético, inclusive vírus e outras classes que venham a ser conhecidas;
CTNBio, Resolução Normativa nº 5, de 12 de março de 2008:
“Dispõe sobre normas para liberação comercial de Organismos
Geneticamente Modificados e seus derivados.”
ANEXO IV
AVALIAÇÃO DE RISCO AO MEIO AMBIENTE (A)PLANTAS
CTNBio, Resolução Normativa nº 5, de 12 de março de 2008:
“Dispõe sobre normas para liberação comercial de Organismos
Geneticamente Modificados e seus derivados.”
ANEXO IV
AVALIAÇÃO DE RISCO AO MEIO AMBIENTE (A)PLANTAS
“3. os possíveis efeitos em organismos indicadores relevantes (simbiontes, predadores, polinizadores, parasitas ou competidores do OGM) nos ecossistemas onde se pretende efetuar o seu cultivo, em comparação com o organismo parental do OGM em um sistema de produção convencional;”
CTNBio, Resolução Normativa nº 5, de 12 de março de 2008:
“Dispõe sobre normas para liberação comercial de Organismos
Geneticamente Modificados e seus derivados.”
ANEXO IV
AVALIAÇÃO DE RISCO AO MEIO AMBIENTE (A)PLANTAS
“3. os possíveis efeitos em organismos indicadores relevantes (simbiontes, predadores, polinizadores, parasitas ou competidores do OGM) nos ecossistemas onde se pretende efetuar o seu cultivo, em comparação com o organismo parental do OGM em um sistema de produção convencional;”
Quais organismos indicadores?
CTNBio, Resolução Normativa nº 5, de 12 de março de 2008:
“Dispõe sobre normas para liberação comercial de Organismos
Geneticamente Modificados e seus derivados.”
ANEXO IV
AVALIAÇÃO DE RISCO AO MEIO AMBIENTE (A)PLANTAS
“3. os possíveis efeitos em organismos indicadores relevantes (simbiontes, predadores, polinizadores, parasitas ou competidores do OGM) nos ecossistemas onde se pretende efetuar o seu cultivo, em comparação com o organismo parental do OGM em um sistema de produção convencional;”
Como selecionar esses organismos?
Quais organismos indicadores?
Significância funcional no sistema de cultivo
Priorizar Espécies ou grupos
Identificação Rotas de
Exposição
Identificação Rotas Efeitos
Adversos
Construção Hipóteses de Risco
Priorizar hipóteses para espécies selecionadas ou processos
Selecionar e conduzir Experimentos
Identificação dos possíveis efeitos adversos sobre os serviços ambientais no ambiente receptor
Decisão baseada em
Dados Hipótese pode ser descartada
Hipótese confirmada
Caso (característica, cultura, ambiente receptor)
Associação com a cultura
Priorizar Grupos Funcionais
Definição do Caso (levantamentos de
informação)
Etapa (Tier) 1
Etapa (Tier) 2
Modelo conceitual Formulação do Problema
Caracterização do Risco
Especificação de medidas do efeito adverso
(endpoints)
Identificação da cadeia causal entre o estressor e o
efeito adverso
Etapa (Tier) 3 Planejamento Experimental
Fase de análise Tier 4...n
Caracterização da Exposição Caracterização do Efeito Adverso
Metodologia para Análise de Risco de
Plantas GM em Organismos não-alvo
Algodoeiro Bt no Brasil: Grupos funcionais selecionados
Efeitos Adversos →
Grupos Funcionais
Pro
dução
↓
Saú
de
Solo
↓
Non
-crop
econ
. ↓
Valo
r
cultu
ral ↓
Valo
r
Co
nserv.↑
Qualid
ade
ambien
te ↓
Doen
ças
hu
man
as ↑
Herbívoros - praga X X X
Predadores/ Parasitóides X
Polinizadores de
culturas X X X
Decompositores de solo X X X
Espécies ameaçadas de
Extinção X
Doenças de plantas X
Significância funcional no sistema de cultivo
Priorizar Espécies ou grupos
Identificação Rotas de
Exposição
Identificação Rotas Efeitos
Adversos
Construção Hipóteses de Risco
Priorizar hipóteses para espécies selecionadas ou processos
Selecionar e conduzir Experimentos
Identificação dos possíveis efeitos adversos sobre os serviços ambientais no ambiente receptor
Decisão baseada em
Dados Hipótese pode ser descartada
Hipótese confirmada
Caso (característica, cultura, ambiente receptor)
Associação com a cultura
Priorizar Grupos Funcionais
Definição do Caso (levantamentos de
informação)
Etapa (Tier) 1
Etapa (Tier) 2
Modelo conceitual Formulação do Problema
Caracterização do Risco
Especificação de medidas do efeito adverso
(endpoints)
Identificação da cadeia causal entre o estressor e o
efeito adverso
Etapa (Tier) 3 Planejamento Experimental
Fase de análise Tier 4...n
Caracterização da Exposição Caracterização do Efeito Adverso
Metodologia para Análise de Risco de
Plantas GM em Organismos não-alvo
O que abordaremos:
- Processo de seleção de organismos não-alvo para as ARA (espécies dentro de grupos funcionais)
- Rotas de Exposição - Efeitos Adversos - Hipóteses de Risco
Significância funcional no sistema de cultivo
Priorizar Espécies ou grupos
Identificação Rotas de
Exposição
Identificação Rotas Efeitos
Adversos
Construção Hipóteses de Risco
Priorizar hipóteses para espécies selecionadas ou processos
Selecionar e conduzir Experimentos
Identificação dos possíveis efeitos adversos sobre os serviços ambientais no ambiente receptor
Decisão baseada em
Dados Hipótese pode ser descartada
Hipótese confirmada
Caso (característica, cultura, ambiente receptor)
Associação com a cultura
Priorizar Grupos Funcionais
Definição do Caso (levantamentos de
informação)
Etapa (Tier) 1
Etapa (Tier) 2
Modelo conceitual Formulação do Problema
Caracterização do Risco
Especificação de medidas do efeito adverso
(endpoints)
Identificação da cadeia causal entre o estressor e o
efeito adverso
Etapa (Tier) 3 Planejamento Experimental
Fase de análise Tier 4...n
Caracterização da Exposição Caracterização do Efeito Adverso
Metodologia para Análise de Risco de
Plantas GM em Organismos não-alvo
Metodologia para Análise de Risco de Plantas
GM em Organismos não-alvo
Significância Funcional no Sistema de Cultivo
Priorizar espécies ou grupos de espécies
Associação com a Cultura
Etapa (Tier) 1
Seleção de espécies: Matriz 1
Critérios para classificar dentro dos grupos
funcionais: 1. Associação com a cultura
Distribuição Geográfica
Especialização de Habitat
Prevalência
Abundância
Fenologia
da cultura
ciclo de vida da espécie ou taxon na cultura
Obs.: critérios específicos para certos grupos funcionais !!
GMO ERA Project
Qual a significância funcional da espécie ou
taxon?
Critérios para classificar dentro dos grupos
funcionais: 2. Significância Funcional
GMO ERA Project
Na cultura-alvo Vegetação natural
próxima
Em outras culturas
Biodiversidade funcional nos
agroecossistemas
GMO ERA Project
Significância Funcional para cada Espécie
ou Grupo de Espécies
Grupos Funcionais:
Pragas -
Herbívoros praga
Patógenos praga
Ervas daninhas
Polinizadores
Agentes de Controle
Biológico -
Predadores
Parasitas, patógenos e
parasitóides
GMO ERA Project
Significância Funcional: critérios de seleção
• Potencial na cultura-alvo
• Potencial em outras culturas
• Potencial em áreas naturais
• Outros papeis ecológicos
DG EH P A Fe C OC VN OF Classificação
Vespa
Polistes spp.
3 1 3 2 1 1 1 2 ? 14
Percevejo
Podisus nigrispinus
3 1 2 2 1 2 2 2 ? 15
Joaninha
Cycloneda sanguinea
3 1 3 3 2 3 3 2 ? 20
Tesourinha
Doru luteipes
3 1 3 3 1 2 3 ? ? 16
Crisopídeos
Chysoperla externa
3 1 2 2 2 3 1 2 ? 16
Aranhas
Thomisidae
3 1 3 3 1 ? 2 2 ? 15
Grupo Funcional:
Predadores Significãncia
Funcional
Associação com a
Cultura
Matriz de Seleção 1
GD HS P A TL C OC NA OF Classificação
Vespa
Polistes spp.
3 1 3 2 1 1 1 2 ? 14
Percevejo
Podisus nigrispinus
3 1 2 2 1 2 2 2 ? 15
Joaninha
Cycloneda sanguinea
3 1 3 3 2 3 3 2 ? 20
Tesourinha
Doru luteipes
3 1 3 3 1 2 3 ? ? 16
Crisopídeos
Chysoperla externa
3 1 2 2 2 3 1 2 ? 16
Aranhas
Thomisidae
3 1 3 3 1 ? 2 2 ? 15
Grupo Funcional:
Predadores Significância
Funcional
Associação com a
Cultura
Matriz de Seleção 1
Significância funcional no sistema de cultivo
Priorizar Espécies ou grupos
Identificação Rotas de
Exposição
Identificação Rotas Efeitos
Adversos
Construção Hipóteses de Risco
Priorizar hipóteses para espécies selecionadas ou processos
Selecionar e conduzir Experimentos
Identificação dos possíveis efeitos adversos sobre os serviços ambientais no ambiente receptor
Decisão baseada em
Dados Hipótese pode ser descartada
Hipótese confirmada
Caso (característica, cultura, ambiente receptor)
Associação com a cultura
Priorizar Grupos Funcionais
Definição do Caso (levantamentos de
informação)
Etapa (Tier) 1
Etapa (Tier) 2
Modelo conceitual Formulação do Problema
Caracterização do Risco
Especificação de medidas do efeito adverso
(endpoints)
Identificação da cadeia causal entre o estressor e o
efeito adverso
Etapa (Tier) 3 Planejamento Experimental
Fase de análise Tier 4...n
Caracterização da Exposição Caracterização do Efeito Adverso
Metodologia para Análise de Risco de
Plantas GM em Organismos não-alvo
Identificação Rotas de
Exposição
Identificação Rotas Efeitos
Adversos
Construção Hipóteses de Risco
Priorizar hipóteses para espécies selecionadas ou
processos
Etapa (Tier) 2 Especificação de
medidas do efeito adverso (endpoints)
Identificação da
cadeia causal entre o estressor e o efeito adverso
Etapa (Tier) 3 Planejamento Experimental
Metodologia para Análise de Risco de Plantas
GM em Organismos não-alvo
Identificação Rotas de
Exposição
Identificação Rotas Efeitos
Adversos
Construção Hipóteses de Risco
Priorizar hipóteses para espécies selecionadas ou
processos
Etapa (Tier) 2 Especificação de
medidas do efeito adverso (endpoints)
Identificação da
cadeia causal entre o estressor e o efeito adverso
Etapa (Tier) 3 Planejamento Experimental
Metodologia para Análise de Risco de Plantas
GM em Organismos não-alvo
Exposição e Efeitos adversos
GMO ERA Project
• Essa etapa é realizada somente com as espécies que
receberam as prioridades mais altas na Etapa 1.
• Essa etapa requer informação sobre o nível de
expressão do transgene específico.
Table 1. Cry1Ac levels (ppm) among plant parts for three locations
2000 and 2001.
Plant part Concentration [ppm]
Terminal leaf 2.4 + 0.15 cd
Lower canopy leaf 3.6 + 0.35 a
Young square 1.8 + 0.15 ef
White flower petal 3.1 + 0.23 b
White stamen 2.7 + 0.13 bc
Pink petals 2.4 + 0.11 cd
Pink stamen 2.2 + 0.13 de
Young boll 2.1 + 0.15 de
10-14 d-old boll wall 2.9 + 0.21 b
10-14 d-old boll . internal contents 1.5 + 0.08 f
Numbers not followed by a common letter are significantly different
(p<0.05, Proc GLM; SAS Institute 1998).
Examplo: Algodoeiro Bt no sul dos EUA (Akin et al 2002)
GMO ERA Project
Table 2. Cry2Ab levels (ppm) among plant parts for three locations separated by year.
Concentration [ppm]
Plant part 2000 2001
Terminal leaf 13.5 + 2.07 f 5.5 + 0.80 ef
Lower canopy leaf 21.0 + 1.72 bc 14.4 + 0.34 a
Young square 15.5 + 1.52 ef 11.2 + 1.52 b
White flower petal 20.1 + 2.77 bcd 8.4 + 0.60 cd
White stamen 26.2 + 0.69 a 8.8 + 0.70 bcd
Pink petals 17.5 + 0.24 de 5.4 + 0.48 f
Pink stamen 18.8 + 2.17 cde 5.6 + 0.46 ef
Young boll 22.9 + 1.43 ab 8.0 + 1.76 cde
10-14 d-old boll wall 10.0 + 2.27 g 9.0 + 0.99 bc
10-14 d-old boll.internal contents 22.0 + 0.85 bc 6.4 + 0.32 def
Numbers not followed by a common letter are significantly different (p<0.05, Proc
GLM; SAS Institute 1998).
Examplo: Algodoeiro Bt no sul dos EUA (Akin et al 2002)
GMO ERA Project
Planta GM
Expressão da Toxina
Autores Folha Flor Estame Pólen Fruto Xilema Floema Raiz Exudados
da raiz
Algodoeiro
Bt
(Cry1Ac)
+++
+++
++
+
++
Akinet
al
(2002)
Green-
plate
et al.
(1998)
Algodoeiro
Bt
(Cry 2Ab)
++
++
+++
++
Akin et
al
(2002)
Milho Bt
(Cryi AB)
+++
+
++
++
+
Nguyen
(2004)
Saxena &
Stotzky
(2000)
GMO ERA Project
O nível de expressão do transgene
depende:
• Variedade da espécie na qual o transgene foi
inserido,
• Tecido da planta,
• Condições ambientais.
GMO ERA Project
O que vocês entendem por Exposição?
Exposição e efeitos adversos como uma cadeia
causal hipotética
GMO ERA Project
O que vocês entendem por Exposição?
Exposição = condição de estar sendo submetido a uma
ação ou uma influência (ou: o contato ou a co-ocorrência
de um estressor com um receptor. EPA; USEPA 1998).
Estressor = qualquer entidade física, química ou biológica que
possa induzir uma resposta adversa.
Resposta Adversa ou Efeitos Adversos = trocas que são
consideradas indesejáveis porque elas alteram o valor estrutural ou
características funcionais dos ecossistemas ou de seus
componentes.
Exposição e efeitos adversos como uma cadeia
causal hipotética
GMO ERA Project
GMO ERA Project
• Análise de exposição:
a) produtos dos transgene,
b) metabólitos do transgene, ou
c) trocas mediadas pelo transgene
na planta GM.
Exposição e efeitos adversos como uma
cadeia causal hipotética
Exemplo: Teia trófica no algodão
Cultura
Cultura + herbívoros (incluindo polinizadores, microrganismos pragas, biota de solo e vetores)
Cultura + herbívoros + parasitóides/parasitas/predadores (insetos, fungos, bactérias, ácaros, outros)
Cultura + herbívoros + parasitóides/parasitas/predadores +
hiperparasitóides/predadores
Teias Tróficas: Interações bitróficas e tritróficas
Exemplos: parasitóide/ planta
polinizador/ planta
predador/ planta
Néctar, pólen
larva herbívoro
exudados
da planta
parasitóide de larva polinizador
larva predador
Pólen
μg/g Tecidos das
folhas
μg/g
Sabugo e palha
μg/g
Floema
μg/g
Xilema μg/g
Acima do Solo
Abaixo no Solo
Estames
μg/g
Exudados das raizes
μg/g
Raízes μg/g
Consumidores em
níveis bitróficos
Pólen
μg/g Tecidos das
folhas
μg/g
Sabugo e palha
μg/g
Floema
μg/g
Xilema μg/g
Acima do Solo
Abaixo no Solo
Estames
μg/g
Exudados das raizes
μg/g
Raízes μg/g
Exposição e efeitos adversos como uma cadeia causal hipotética
Consumidores em
níveis bitróficos
Consumidores em
níveis tróficos mais
elevados
Consumidores em
níveis bitróficos
Pólen
μg/g Tecidos das
folhas
μg/g
Sabugo e palha
μg/g
Floema
μg/g
Xilema μg/g
Acima do Solo
Abaixo no Solo
Estames
μg/g
Exudados das raizes
μg/g
Raízes μg/g
Exposição e efeitos adversos como uma cadeia causal hipotética
Consumidores em
níveis bitróficos
Consumidores em
níveis tróficos mais
elevados
A exposição pode ocorrer:
• folhas, caules, brotações
• raízes, bulbos, rizomas
• frutos, sementes
• floema
• nectários florais e extra-florais
• exudados, xilema
• resíduos da planta, folhas senescentes e raízes
• exudados das raízes
• espécies herbívoras que se alimentaram na planta
• “honeydew” produzidos pelos homópteras
• outras excreções dos herbívoros (fezes)
• consumidores secundários (predadores, parasitóides
e parasitas)
GMO ERA Project
Matriz 1: Priorização de organismos não-alvo baseado em
princípios ecológicos.
Ponto final: Lista de espécies/organismos classificados de
acordo com os riscos potenciais de exposição à cultura.
Matriz 2: Avaliação do potencial de exposição direta
e indireta ao transgene e/ou aos seus metabólitos.
Ponto final: Lista de espécies classificadas de
acordo com o risco de exposição ao trasngene.
Matriz 1
Matriz 2
Seleção de espécies
ranqueadas com valores mais
alto
GD HS P A TL C OC NA OF Classificação
Vespa
Polistes spp.
3 1 3 2 1 1 1 2 ? 14
Percevejo
Podisus nigrispinus
3 1 2 2 1 2 2 2 ? 15
Joaninha
Cycloneda sanguinea
3 1 3 3 2 3 3 2 ? 20
Tesourinha
Doru luteipes
3 1 3 3 1 2 3 ? ? 16
Crisopídeos
Chysoperla externa
3 1 2 2 2 3 1 2 ? 16
Aranhas
Thomisidae
3 1 3 3 1 ? 2 2 ? 15
Grupo Funcional:
Predadores Significância
Funcional
Potencial de
Exposição
Matriz de Seleção 1
A. Identificar as rotas de exposição (direta e
indireta):
• Direta: O inseto se alimenta na planta? É possível a exposição à
toxina ou já se conhece algum caso comprovado? Listar as
diferentes possibilidades.
• Indireta: A presa/hospedeiro são expostos à toxina? É possível a
exposição à toxina ou já se conhece algum caso? Listar as
diferentes possibilidades.
• A exposição altera o comportamento, alterando o nível de
exposição?
GMO ERA Project
B. Classificar as espécies que são mais possíveis
de serem expostas à toxina:
• Use dados que possam indicar a possibilidade de exposição
• Podemos classificar as espécies em grupos:
- possivelmente serão expostas/ possivelmente Não serão
expostas OU
- probabilidade de exposição alta/ média/ baixa
OU
1 = alta probabilidade de exposição
2 = média probabilidade de exposição
3 = baixa probabilidade de exposição
Classificação:
1 = alta probabilidade de exposição
2 = média probabilidade de exposição
3 = baixa probabilidade de exposição
Matriz 2
É necessário conhecermos o nível de
expressão da toxina!
Classificações são frequentemente relativas e
depende do conhecimento de especialistas !!!
GMO ERA Project
Incertezas e Precaução
• Preencher as lacunas do conhecimento com respostas que
poderão resultar: alta exposição ou possivelmente será
exposta (isso é o “pior cenário possível” de acordo com o
Protocolo de Cartagena)
• Classificar as espécies assumindo e não assumindo o
“pior cenário possível”.
• Se o “pior cenário possível” indica que as espécies poderão
ser altamente expostas à toxina, então será importante
coletar dados para reduzir essas incertezas.
ME CE NE
Percevejo
Podisus nigrispinus
Joaninha
Cycloneda sanguinea
Crisopídeos
Chysoperla externa
Aranhas
Thomisidae
Espécie
3
Potencial Máximo de ExposiçãoSig
Classificação
Final
MD, CE: 2
NE: 1
3 3 3 3
2 ou 3 2 ou 3 1 1
1
2
2 2 1 1
2 2 1 2
Matriz de Seleção 2
Identificação Rotas de
Exposição
Identificação Rotas Efeitos
Adversos
Construção Hipóteses de Risco
Priorizar hipóteses para espécies selecionadas ou
processos
Etapa (Tier) 2 Especificação de
medidas do efeito adverso (endpoints)
Identificação da
cadeia causal entre o estressor e o efeito adverso
Etapa (Tier) 3 Planejamento Experimental
Metodologia para Análise de Risco de Plantas
GM em Organismos não-alvo
Efeitos adversos resultantes
das rotas de exposição
I. Caracterização de Efeito Adverso
• O que é um efeito adverso?
I. Caracterização de Efeito Adverso
• O que é um efeito adverso?
Mudanças que são consideradas indesejáveis
porque elas alteram o valor estrutural ou
características funcionais dos ecossistemas ou
de seus componentes.
I. Caracterização de Efeito Adverso
• O que é um efeito adverso? Exemplos:
- decréscimo no controle biológico de
populações de insetos-praga.
- redução população de abelhas
polinizadoras.
- surgimento de novas pragas.
- desenvolvimento de resistência ao
inseticida Bt.
GMO ERA Project
GMO ERA Project
1. Caracterização do Efeito Adverso
O que é caracterização do efeito
adverso?
Caracterização das consequencias negativas
potenciais de cada efeito adverso.
• Magnitude
• Tempo
• Escala espacial
• Reversibilidade
Consequências do efeito adverso
Impacto Ambiental de Organismo
Geneticamente Modificado (OGM)
Vai depender (entre outros):
Da espécie na qual a nova característica foi introduzida.
Da espécie doadora do gene de interesse.
Do produto de expressão do gene.
Dos outros genes presentes no “cassete de
expressão”.
Do ambiente no qual o OGM será introduzido.
Plantas GM podem afetar os Inimigos Naturais:
Diretamente através da alimentação sobre partes da planta que expressam a proteína,
Indiretamente através da utilização de presas que
se alimentam sobre plantas GM,
Indiretamente reduzindo as populações de presas (biodiversidade agrícola),
Indiretamente através da interferência na comunicação química planta-presa-IN.
Identificação Rotas de
Exposição
Identificação Rotas Efeitos
Adversos
Construção Hipóteses de Risco
Priorizar hipóteses para espécies selecionadas ou
processos
Etapa (Tier) 2 Especificação de
medidas do efeito adverso (endpoints)
Identificação da
cadeia causal entre o estressor e o efeito adverso
Etapa (Tier) 3 Planejamento Experimental
Metodologia para Análise de Risco de Plantas
GM em Organismos não-alvo
Ponto Final
(“Endpoint”)
Estressor
Efeitos
Adversos
Rota de
Exposição
Hipotética
Rota dos
Efeitos
Adversos
Hipótéticos
Rota
Causal
Planta Bt
Redução na população
do predador
Mortalidade ou
redução da
adaptabilidade
devido a ingestão
da toxina Bt
Redução no controle
biológico natural
Aumento de pragas
secundárias ou outras
pragas não-alvo da
planta Bt.
Toxina Bt ingerida
pela joaninha
Polen Bt Bt -> afídeos
alimentando nessa
planta
Seleção do
Ponto Final de
Avaliação
Ponto Final
(“Endpoint”)
Estressor
Efeitos
Adversos
Rota de
Exposição
Hipotética
Rota dos
Efeitos
Adversos
Hipótéticos
Rota
Causal
Planta Bt
Redução na população
do predador
Mortalidade ou
redução da
adaptabilidade
devido a ingestão
da toxina Bt
Redução no controle
biológico natural
Aumento de pragas
secundárias ou outras
pragas não-alvo da
planta Bt.
Toxina Bt ingerida
pela joaninha
Polen Bt Bt -> afídeos
alimentando nessa
planta
Seleção do
Ponto Final de
Avaliação
Definir um Ponto Final de Avaliação (“Endpoint”)
O que é um Ponto Final de Avaliação?
É definido em Diretrizes para Avaliação de Risco Ecológico (EUA EPA, 1998) como
"uma expressão explícita do valor ambiental a ser protegido, operacionalmente definido
como uma entidade ecológica e seus atributos.”
Caracterização de Efeito Adverso:
Definir um Ponto Final de Avaliação (“Endpoint”)
O que é um Ponto Final de Avaliação?
É definido em Diretrizes para Avaliação de Risco Ecológico (EUA EPA, 1998) como
"uma expressão explícita do valor ambiental a ser protegido, operacionalmente definido
como uma entidade ecológica e seus atributos.”
Caracterização de Efeito Adverso:
Definir um Ponto Final de Avaliação (“Endpoint”)
O que é um Ponto Final de Avaliação?
Entidade ecológica (espécie, grupo funcional, população, comunidade,)
+
Atributo (fecundidade, densidade, número de espécies, etc )
(US EPA 1998)
Caracterização de Efeito Adverso:
Ponto Final de Avaliação =
População de Doru luteipes no milho Bt (entidade ecológica)
+ densidade de adultos na área, etc (atributo)
Doru luteipes
Foto: Ivan Cruz - Densidade populacional de adultos e imaturos no milho Bt - Mortalidade quando alimentada com lagartas que se alimentaram em milho Bt. Etc...
+ Ponto Final de Avaliação
End point
Estressor
Efeitos
Adversos
Rota de
Exposição
Hipotética
Rota dos
Efeitos
Adversos
Hipótéticos
Rota
Causal
Planta Bt
Redução na população
do predador
Mortalidade ou
redução da
adaptabilidade
devido a ingestão
da toxina Bt
Redução no controle
biológico natural
Aumento de pragas
secundárias ou outras
pragas não-alvo da
planta Bt.
Toxina Bt ingerida
pela joaninha
Polen Bt Bt -> afídeos
alimentando nessa
planta
Seleção do
Ponto Final de
Avaliação
“Endpoint”
Algodoeiro
Bt Aumento de
herbívoros não-alvo
Redução no uso de pesticidas
Ausência ou baixa
abundância de competidores
herbívoros
Aumento da adaptabilidade e
preferência por plantas
hospedeiras GM
Novas pragas
Perda de produção
Redução dos predadores ou
parasitóides
Toxina Bt
ingerida por
herbívoro alvo
Toxina Bt
ingerida pelo
pulgão do
algodoeiro
Iniciador
Redução dos predadores ou
parasitóides
Ranqueando as Hipóteses de Risco
Probabilidade: qual é a chance de ocorrência de cada hipótese de risco?
“Endpoint”
Algodoeiro
Bt Aumento de
herbívoros não-alvo
Redução no uso de pesticidas
Ausência ou baixa
abundância de competidores
herbívoros
Aumento da adaptabilidade e
preferência por plantas
hospedeiras GM
Novas pragas
Perda de produção
Redução dos predadores ou
parasitóides
Toxina Bt
ingerida por
herbívoro alvo
Toxina Bt
ingerida pelo
pulgão do
algodoeiro
Iniciador
Redução dos predadores ou
parasitóides
Ranqueando as Hipóteses de Risco
Viabilidade: as hipóteses podem ser testadas?
Testable hypothesis of risk Estratégias para testar um grupo de
hipóteses de risco
Ligações causais fracas
Ligações causais chaves
Experimentos fácies e difíceis
Escalonar os testes
“Endpoints” experimentais
Testable hypothesis of risk Ligações causais fracas
Ligações causais chaves
1) Milho Bt resistente a lagartas, parasitóide de ovos de lagartas Trichogramma sp. (Hymenoptera: Trichogrammatidae).
2) Milho Bt resistente a lagartas, predador de larvas de instar I de S.
frugiperda, Doru luteipes (Scudder, 1876) (Dermaptera: Forficulidae).
GMO ERA Project
Experimentos para testar as hipóteses:
Se assegure que o parasitóide será exposto a toxina Bt.
Considere as características do ciclo de vida e comportamento de alimentação do parasitóde.
Considere a biologia e comportamento de alimentação do hospediero.
Considere as taxas de mortalidade das larvas do parasitóde.
Considere o impacto do parasitóide no controle biológico de pragas: populações naturais X populações liberadas.
Hipóteses de Risco Testáveis
GMO ERA Project
2. Ranqueando os testes para as Hipóteses de Risco
Probabilidade: qual é a chance disso ocorrer?
Viabilidade: essa hipótese pode ser testada?
Testable hypothesis of risk
GMO ERA Project
Probabilidade
Avaliar o conteúdo de toxina Bt dentro dos ovos dos herbívoros (hospedeiro do parasitóide).
Determinar se a toxina Bt afeta os imaturos do Trichogramma (desenvolvimento e sobrevivência)
Determinar se o comportamento de busca do Trichogramma é afetado pela presença da toxina Bt dentro dos ovos do herbívoro.
Avaliar o impacto geral da mortalidade ou redução de adaptabilidade do Trichogramma no controle biológico.
Hipóteses de Risco Testáveis
Experimentos para testar as hipóteses:
GMO ERA Project
Viabilidade
Avaliar o conteúdo de toxina Bt dentro dos ovos dos herbívoros (hospedeiro do parasitóide).
Determinar se a toxina Bt afeta os imaturos do Trichogramma (desenvolvimento e sobrevivência)
Determinar se o comportamento de busca do Trichogramma é afetado pela presença da toxina Bt dentro dos ovos do herbívoro.
Avaliar o impacto geral da mortalidade ou redução de adaptabilidade do Trichogramma no controle biológico.
Hipóteses de Risco Testáveis
Experimentos para testar as hipóteses:
Formulação do Problema
Caracterização da Exposição
Caracterização dos Efeitos
Caracterização do Risco
Estratégias de Manejo de Risco
Monitoramento e Avaliação
Avaliação do Risco
Manejo do Risco
Modificado de R.Hill (2005) EPA (1998) EU (2002)
Análise de Risco:
Formulação do Problema
Caracterização da Exposição
Caracterização dos Efeitos
Caracterização do Risco
Estratégias de Manejo de Risco
Monitoramento e Avaliação
Avaliação do Risco
Manejo do Risco
Modificado de R.Hill (2005) EPA (1998) EU (2002)
A qualidade da
avaliação dependerá do grau de
conhecimento existente (sobre o que será realizado e sobre os efeitos esperados).
Fonte: http://www.isaaa.org/resources/publications/briefs/43/executivesummary/default.asp, Página consultada em 11/04/2012.
Cultura Nome comercial Proteína expressa
Pragas-alvo
Milho Monsanto: Mon810 - Yieldgard
Cry1Ab Spodoptera frugiperda, Heliothis virescens, Helicoverpa zea, Diatraea saccharalis.
Milho Syngenta: Bt11 Cry1Ab Spodoptera frugiperda, Heliothis virescens, Helicoverpa zea, Diatraea saccharalis.
Milho
Dow/Pioneer e Dupont:
Herculex - TC1507
Cry1F Spodoptera frugiperda, Heliothis virescens, Helicoverpa zea, Diatraea saccharalis.
Milho Syngenta: MIR
162 Vip3A
Helicoverpa zea, Spodoptora frugiperda, Agrotis ipsilon, Ostrinia nubialis, Striacosta albicosta.
Milho Monsanto: Mon89034
Cry1A.105 e Cry2Ab2
Spodoptera frugiperda, Heliothis virescens, Helicoverpa zea, Diatraea saccharalis
Milho Monsanto: Mon88017
Cry3Bb1A Larvas de Diabrotica sp.
Plantas Bt liberadas para plantio comercial no Brasil
Cultura Nome comercial Proteína expressa
Pragas-alvo
Soja MON 87701 x
MON 89788 Cry1Ac e CP4 EPSPS
Lepidopteras e resistência a herbicida
Algodão Monsanto: Bollgard
- Evento 531 Cry1Ac e NPTII
Alabama argillacea, Pectinophora gossypiella e Heliothis virescens. Resistência a herbicida
Algodão Monsanto: Bollgard II - evento MON 15985
Cry1Ac, Cry2Ab2 e NPTII
A. argillacea, H. virescens, P. gossypiella e Spodoptera frugiperda. Parcial para Spodoptera spp. e Helicoverpa zea. Resistência a herbicida.
Algodão Monsanto: MON
531 x MON 1445 Cry1Ac, NPTII e
CP4 EPSPS
Alabama argillacea, Heliothis virescens, Helicoverpa zea e Pectinophora gossypiella. Resistência a herbicida.
Algodão
Dow AgroSciences: Algodão Widestrike - evento 281-24-236 x
3006-210-23
Cry1Ac, Cry1F e PAT
Heliothis virescens, Helicoperva zea, Spodoptera frugiperda, Alabama argillacea, Pectinophora gossypiella, Spodoptera exigua, Spodoptera eridania, Spodoptera frugiperda, Pseudoplusia includens, Trichoplusia ni. Resistência a herbicida.
Algodão Bayer: Algodão
TwinLink - evento T304-40 x GHB119
Cry1Ab, Cry2Ae e PAT
Alabama argillacea, Helicoverpa zea, Heliothis virenscens, Spodoptera spp, Pectinophora gossypiella e Pseudoplusia includens. Resistência a herbicida.
Wolfenbarger et al 2008
1) Estudos de campo conduzidos entre 1992 e 2006, 2) Culturas GM (algodão, milho e batata) que expressam uma ou mais proteínas de B. thuringiensis, 3) No total, foram analisados 2.981 observações de 131 experimentos relatados em 47 estudos de campo publicados, 4) Estudos que mediram o efeito da cultura GM na abundância de artrópodes não-alvo (predadores, parasitoides, onivoros, detritívoros) em relação a um controle não GM (culturas com aplicação de inseticidas), 5) Estudos que trazem médias acompanhadas de desvio padrão (ou erro padrão), 6) Estudos publicados em inglês,
Wolfenbarger et al 2008
Wolfenbarger et al 2008
“Predators were less abundant in Bt cotton compared to unsprayed non-Bt controls. As expected, fewer specialist parasitoids of the target pest occurred in Bt maize fields compared to unsprayed non-Bt controls, but no significant reduction was detected for other parasitoids. Numbers of predators and herbivores were higher in Bt crops compared to sprayed non-Bt controls, and type of insecticide influenced the magnitude of the difference. Omnivores and detritivores were more abundant in insecticide-treated controls and for the latter guild this was associated with reductions of their predators in sprayed non-Bt maize. No differences in abundance were found when both Bt and non-Bt crops were sprayed. Predator-to-prey ratios were unchanged by either Bt crops or the use of insecticides; ratios were higher in Bt maize relative to the sprayed non-Bt control.”
Wolfenbarger et al 2008
“Conclusions/Significance: Overall, we find no uniform effects of Bt cotton, maize and potato on the functional guilds of non-target arthropods. Use of and type of insecticides influenced the magnitude and direction of effects; insecticde effects were much larger than those of Bt crops. These meta-analyses underscore the importance of using controls not only to isolate the effects of a Bt crop per se but also to reflect the replacement of existing agricultural practices.”
Lovei, et al (2009). Environ. Entomol. 38(2): 293-306.
- 80 estudos de laboratório e CV publicados até meados de 2007,
- Estudos que tinham: um controle (não toxina ou a planta não GM), toxina purificada e ativada em dieta artificial, a planta GM ou partes dela, ou extratos da planta GM,
- 55 estudos com toxinas Cry, 27 com inibidores de proteinase e 2 com ambas toxinas,
- Variáveis: comportamentais (resposta a voláteis, preferencia de alimentação, consumo de presa, tempo até o pouso, ect); ciclo de vida (tempo de desenvolvimento, tx sobrevivência, reprodução, razão sexual, atividade enzimática).
Lovei, et al (2009). Environ. Entomol. 38(2): 293-306.
Lovei, et al (2009). Environ. Entomol. 38(2): 293-306.
“This synthesis identifes a continued bias toward studies on a few predator species, especially the green lacewing, Chrysoperla carnea Stephens, which may be more sensitive to GM insecticidal plants (16.8% of the quantiÞed parameter responses were signiÞcantly negative) than predators in general (10.9% significantly negative effects without C. carnea). Parasitoids were more susceptible than predators to the effects of both Cry toxins and proteinase inhibitors, with fewer positive effects (18.0%, significant and nonsignificant positive effects combined) than negative ones (66.1%, significant and nonsignificant negative effects combined). GM plants can have a positive effect on natural enemies (4.8% of responses were significantly positive), although significant negative (21.2%) effects were more common. Although there are data on 48 natural enemy species, the database is still far from adequate to predict the effect of a Bt toxin or proteinase inhibitor on natural enemies.”
Espécie testada
Toxina testada
Concentração Tipo de alimento Resultados Referência
Apis mellifera
Cry1Ba 0,625mg toxina /g dieta
de pólen
Pólen misturado a complementos
alimentares
Sobrevivência e massa da glândula hipofaringeana (operárias) inalteradas
Malone et al., 2004
Apis mellifera
Cry1Ab 5ng de toxina/ g de pólen
seco e 14,4µg de toxina/ml
de solução de açúcar
Pólen de milho Bt e solução de
açúcar misturada à toxina
Sobrevivência e massa da glândula hipofaringeana (operárias) inalteradas
Babendreier et al., 2005
Apis mellifera
Cry1Ac 0,4; 0,2 e 0,1 de pólen/ml de
solução de açúcar
Pólen de álgodão Bt expressando
Cry1Ac
Mortalidade e atividade da enzima superóxido dismutase
(operárias) inalteradas
Liu et al., 2005
Apis mellifera
Cry1Ab 1000g Cry1Ab/kg
solução
Solução de açúcar Mortalidade, taxas de consumo do xarope e capacidade de
aprendizado inalteradas (operárias). Houve redução na atividade forrageadora durante
e depois do tratamento
Ramirez-Romero et al., 2005
Apis mellifera
Cry1Ab 0,0014% de massa de toxina em solução
Pólen de milho Bt e solução de
açúcar misturada à toxina
Comunidade bacteriana intestinal de operárias
inalterada
Babendreier et al., 2007
Apis mellifera
Cry1Ab 2,8 ou 6,2ng de
Pólen de milho Bt puro e misturado à
Atividade forrageadora, performance da colônia,
Rose et al., 2007
Quadro I - Proteínas Bt avaliadas em abelhas por meio de testes de toxicidade oral (Lima, MA, 2008)
Espécie
testada
Toxina
testad
a
Concentraç
ão
Tipo de alimento Resultados Referência
Apis
mellifera
Cry1Ba 0,625mg
toxina /g
dieta de
pólen
Pólen misturado a
complementos
alimentares
Sobrevivência e massa da
glândula hipofaringeana
(operárias) inalteradas
Malone et
al., 2004
Apis
mellifera
Cry1Ab 5ng de
toxina/ g de
pólen seco e
14,4µg de
toxina/ml de
solução de
açúcar
Pólen de milho Bt
e solução de
açúcar misturada
à toxina
Sobrevivência e massa da
glândula hipofaringeana
(operárias) inalteradas
Babendreier
et al., 2005
Apis
mellifera
Cry1Ac 0,4; 0,2 e 0,1
de pólen/ml
de solução
de açúcar
Pólen de álgodão
Bt expressando
Cry1Ac
Mortalidade e atividade da
enzima superóxido dismutase
(operárias) inalteradas
Liu et al.,
2005
Apis
mellifera
Cry1Ab 1000g
Cry1Ab/kg
solução
Solução de
açúcar
Mortalidade, taxas de consumo
do xarope e capacidade de
aprendizado inalteradas
(operárias). Houve redução na
atividade forrageadora durante
e depois do tratamento
Ramirez-
Romero et
al., 2005
Apis
mellifera
Cry1Ab 0,0014% de
massa de
toxina em
solução
Pólen de milho Bt
e solução de
açúcar misturada
à toxina
Comunidade bacteriana
intestinal de operárias
inalterada
Babendreier
et al., 2007
Quadro I - Proteínas Bt avaliadas em abelhas por meio de testes de toxicidade oral (Lima, MA, 2008)
Apis
mellifera
Cry1Ab 2,8 ou 6,2ng
de
toxina/abelh
a
Pólen de milho Bt
puro e misturado
à solução de
açúcar
Atividade forrageadora,
performance da colônia,
mortalidade e desenvolvimento
de operárias inalterados
Rose et al.,
2007
Apis
mellifera
Cry1Ab 3 e 5000ppb
(parte por
bilhão) de
toxina em
solução
Solução de açúcar Dose elevada alterou
comportamento alimentar de
aprendizagem de operárias
Ramirez-
Romero et
al., 2008
Apis
mellifera
Cry1Ac 50µg Cry1Ac
/larva
Dieta larval
artificial
Sobrevivência e tempo de
desenvolvimento larval
inalterados
Lima et al.,
no prelo
Bombus
occidentali
s e
Bombus
impatiens
Cry1Ac 11ng de
toxina/ g de
dieta de
pólen
Pólen misturado à
solução de açúcar
(2 partes de
massa de pólen: 1
parte de massa
de açúcar)
Consumo de pólen, massa das
operárias, tamanho da colônia,
quantidade de cria e produção
de rainhas e machos
inalterados
Morandim &
Winston,
2003
Quadro I - Proteínas Bt avaliadas em abelhas por meio de testes de toxicidade oral (Lima, MA, 2008). (...continuação...)
Espécie
testada
Inibidor
testado1
Concentrações Tipo de
alimento
Resultados Referência
Apis
mellifera
BBI e
SBTI
0,01; 0,1 e
0,1 mg/ml
Solução de
açúcar
Aumento da mortalidade,
diminuição da capacidade
de aprendizado e da
atividade de proteases
intestinas de operárias
Pham-Delègue et
al., 2000
Apis
mellifera
Aprotini
na
2,5mg/g Pólen misturado
a complementos
alimentares
Diminuição da longevidade
e voo precoce de operárias
Malone et al., 2001
Apis
mellifera
SBTI 0,1 e 1% do
total de
proteínas
(massa:massa)
Dieta artificial Diminuição da
sobrevivência, tempo de
desenvolvimento e massa
corporal das larvas
Brodsgaard et al.,
2003
Apis mellifera
Aprotini
na
2,5 mg/g de
dieta
Pólen misturado
a complementos
alimentares
Glândula hipofaringeana de
operárias tratadas
apresentou maior massa;
longevidade e taxa de
consumo de alimento de
operárias inalteradas
Malone et al., 2004
Apis mellifera
BBI 100µg.ml-1 Solução de
açúcar
Atividade forrageadora
inalterada
Dechaume-
Moncharmont et al.,
2005
Quadro II - Inibidores de protease testados em abelhas por meio de testes de toxicidade oral. (Lima, MA, 2008)
Apis
mellifera
BBI 100µg.ml-1 Solução de
açúcar
Atividade forrageadora
inalterada
Dechaume-
Moncharmont et
al., 2005
Apis
mellifera
SBTI 1%, 0,5%
e 0,1% da
dieta
Solução de pólen
e açúcar
Redução do teor de
proteína da glândula
hipofaringeana, da
atividade proteolítica
intestinal e da
sobrevivência de
operárias adultas
Sagili et al., 2005
Apis
mellifera
SBTI 0,1% e 1%
(massa:vol
ume)
Solução de
açúcar
Redução da
sobrevivência e da
comunidade bacteriana
intestinal de operárias
Babendreier et
al., 2007
Bombus
terrestris
BPTI
POT-1
POT-2
10; 5; 1;
0,1 e
0,001
mg.g-1
Pólen misturado
a complementos
alimentares
Efeitos na
sobrevivência
(operárias adultas)
Malone et al.,
2000
Quadro II - Inibidores de protease testados em abelhas por meio de testes de toxicidade oral (Lima, MA, 2008). (... Continuação...)
Ministério da Agricultura, Pecuária
e Abastecimento
Análise de Risco de Plantas GM sobre Organismos não-alvo
Carmen Pires*
Curso: Capacitação na Aplicação e Biossegurança Ambiental de Plantas Geneticamente Modificadas
26 a 30 de novembro de 2012 Embrapa Milho e Sorgo
Obrigada!!!