- Fortschritte in der Landwirtschaft
Die Schlüssel zur Zukunft des nachhaltigen Pflanzenschutzes
Der Klimawandel schreitet schneller voran, die gesellschaftlichen Erwartungen steigen und Resistenzen gegen bestehende Wirkstoffe nehmen zu. Unter diesen Bedingungen sind neue Lösungen für den Pflanzenschutz unerlässlich. Fortschritte in den Life Sciences und datengesteuerten Technologien sind der Schlüssel zur Erweiterung unserer Pipeline und zur Erschließung leistungsstarker neuer Möglichkeiten für die Landwirtschaft.
Hören Sie den Landwirt*innen zu – egal, wo auf der Welt sie sich befinden: Der Schutz ihrer Ernte vor schädlichen Insekten, Krankheiten und Unkraut ist oft der schwierigste Teil ihrer Arbeit. Und diese Aufgabe wird immer schwieriger.
Schädlinge werden resistent gegen die begrenzten Pflanzenschutzlösungen, die den Landwirt*innen zur Verfügung stehen. Der Klimawandel erschwert ihre Fähigkeit, genug zu produzieren, um ihre Unternehmen zu erhalten und die Versorgung mit erschwinglichen Lebensmitteln sicherzustellen, während Agrarpolitik und -praktiken von den Erwartungen der Verbraucher an die Lebensmittel, die wir essen, und die Gesundheit unseres Planeten geprägt werden.
Dies ist nicht „nur“ eine komplexe Kombination von Herausforderungen, denen Landwirte gegenüberstehen, sondern stellt eine wachsende und existenzielle Bedrohung für die Menschheit dar, denn der Pflanzenschutz sichert das Äquivalent von Lebensmitteln für mehr als 2 Milliarden Menschen. Es bedarf also dringend, wirksamer, sicherer und nachhaltiger Pflanzenschutzmittel.
Wir wissen, dass Innovationen im Pflanzenschutz eine grundlegende Transformation durchlaufen müssen, um sicherzustellen, dass Landwirte auch langfristig schnell und sicher auf Bedrohungen für ihre Ernte reagieren können.
Wir müssen einen neuen Weg finden.
Unsere Wissenschaftler erschließen die Zukunft des nachhaltigen Schutzes mit einem Ansatz, den wir CropKey nennen.
Zielbasierte Entdeckung – Auf der Suche nach dem einzigartigen Schloss
Pflanzenschutz – ähnlich wie viele Medikamente zur Heilung von Krankheiten – funktioniert, indem ein bestimmtes Protein im Zielorganismus gefunden und gehemmt wird. Durch die Hemmung dieses einen Proteins kann der Schädling selbst gehemmt werden. Dieses Protein kann als Schloss betrachtet werden, und um die gesamte umliegende Biodiversität zu schützen, müssen unsere Wissenschaftler sicherstellen, dass kein anderer Organismus genau dasselbe Schloss enthält.
Mit mehr wissenschaftlichem Verständnis als je zuvor über die Zusammensetzung von Lebewesen und ihre komplexen biologischen Prozesse in einer beliebigen Umgebung können wir mithilfe von KI und maschinellem Lernen – dem Teilbereich der KI, der Algorithmen zur Mustererkennung in Daten verwendet – die komplexen Wechselwirkungen zwischen einer theoretisch unbegrenzten Anzahl von Organismen identifizieren und einzigartige Proteine oder „Schlösser“ viel schneller und genauer als je zuvor herausfiltern.
Profilgesteuerte Entdeckung – Den perfekten Schlüssel entwerfen
Bis vor Kurzem wurden Moleküle oder „Schlüssel“ aus unserer führenden Bibliothek mit 2,6 Millionen Verbindungen physisch gescreent und nach ihrem potenziellen Nutzen als Pflanzenschutzlösungen ausgewählt. Anschließend wurden sie getestet, um ihre Sicherheits- und Nachhaltigkeitsprofile zu gewährleisten.
Heute können unsere Wissenschaftler völlig neue und präzise „Schlüssel“ entwerfen. Durch virtuelles Screening können wir die Anzahl der analysierten Moleküle exponentiell erhöhen. Computergestützte prädiktive Modellierung und miniaturisierte Tests – frühe In-vitro-Tests an einzelnen Zellen – bestätigen dann, dass ein Molekül oder „Schlüssel“ nicht an andere Proteine oder „Schlösser“ in Nicht-Zielorganismen bindet oder „passt“. Mithilfe dieser prädiktiven Werkzeuge können Wissenschaftler auch andere Nachhaltigkeitsfaktoren wie die Abbaubarkeit des Moleküls im Boden sicherstellen, wodurch die aktuellen Standards übertroffen und alle Umweltauswirkungen minimiert werden.
Diese datengesteuerten Technologien grenzen die Moleküle mit vielversprechender Wirksamkeit ein und eliminieren diejenigen, die die vordefinierten Sicherheits- und Nachhaltigkeitsstandards nicht erfüllen – und zwar viel schneller und genauer als bisher vorstellbar. Wenn der perfekt entworfene Schlüssel zum einzigartigen Schloss passt, haben unsere Wissenschaftler einen neuen Wirkmechanismus gefunden.
Aber dieses neue Paradigma in Screening und Modellierung beschleunigt nicht nur die Entdeckung neuer, wirksamer, sicherer und nachhaltiger Wirkmechanismen, sondern es eröffnet auch völlig neue Horizonte dessen, was möglich ist; in der Vergangenheit war es mühsam, Tausende von Molekülen zu kuratieren, zu kaufen und zu testen. Heute ermöglicht uns die Analyse von Milliarden von Molekülen in einer virtuellen Umgebung mithilfe von KI die Erforschung neuer und viel größerer chemischer Räume als je zuvor.
Den Schlüssel produzieren – Digitale Chemie & KI-gesteuerte Synthese
Aber damit hört es nicht auf: Computergestützte Werkzeuge werden dann verwendet, um das Design von Molekülen zu optimieren und Syntheserouten zu finden, wobei KI Vorschläge macht, wie das Molekül am besten hergestellt werden kann oder – um bei der Analogie zu bleiben – wie der physische Schlüssel am besten produziert werden kann. Dieser „beste Weg“ umfasst Faktoren wie den ökologischen Fußabdruck oder die Synthesekosten, zum Beispiel.
CropKey: Leistungsstarke neue Möglichkeiten für die Landwirtschaft
CropKey ist Bayers mutige Demonstration dafür, wie wir die Zukunft des nachhaltigen Schutzes erschließen werden. Doch es ist mehr als nur ein Ansatz für Innovation – es liefert greifbare Ergebnisse, die unsere Pipeline von Lösungen erweitern.
Wir haben jetzt mehr als 30 potenzielle neue molekulare Ziele in der Entdeckung untersucht und mehr als 10 Ziele als neue Wirkungsweisen in der frühen Forschung validiert, die alle aus diesem bahnbrechenden Innovationsansatz hervorgehen. Wir haben außerdem zwei völlig neue Wirkungsweisen angekündigt, die mithilfe des CropKey-Ansatz (weiter)entwickelt wurden und in Rekordzeit von der Konzeption zur Realität gebracht werden; ein einzigartiges Breitband-Fungizid für den Einsatz in Obst und Gemüse sowie ein neues Herbizidmolekül für die breitflächige Nachauflauf-Unkrautbekämpfung sollen in den nächsten zehn Jahren auf den Markt kommen.
Mit CropKey entwickelte Lösungen bieten enormes Potenzial, werden jedoch noch leistungsfähiger, wenn sie mit einer Vielzahl von Werkzeugen kombiniert werden. Sie wurden entwickelt, um zusammen mit Bayers fortschrittlichen Saatgut- und Trait-Technologien sowie biologischen Produkten als Teil integrierter Schädlingsbekämpfungsstrategien und basierend auf datengestützten Felderkenntnissen und Präzisionstechnologien angewendet zu werden. So sollen die spezifischen Bedürfnisse und Umstände jedes Landwirts berücksichtigt werden.
Pflanzenschutz ist auch ein wesentlicher Bestandteil von landwirtschaftlichen Systemen, die auf regenerativen landwirtschaftlichen Praktiken basieren, wie z. B. der Verwendung von nicht- oder reduzierter Bodenbearbeitung oder Zwischenfrüchten, um die aus der Atmosphäre sequestrierte Kohlenstoffmenge zu maximieren, die natürliche Fähigkeit des Bodens zur Speicherung dieses Kohlenstoffs, von Nährstoffen und Wasser zu erhöhen und die Leistung der Pflanzen zu verbessern.
Dieser System- und maßgeschneiderte Lösungsansatz kann die Produktivität der Landwirte steigern, die Umweltbelastung der Landwirtschaft weiter minimieren, indem CropKey entwickelte Lösungen auf hochgezielte und präzise Weise wirken und angewendet werden, während natürliche Ökosysteme verschont bleiben.
Und da unsere KI-Tools für neue Pflanzenschutzlösungen zusammen mit uns lernen, wird jede Generation von Lösungen intelligenter sein als die vorherige, und den Landwirten neue Schlüssel bieten, um ihre Pflanzen erfolgreich und nachhaltig anzubauen.