Auf dem Familienbetrieb in Italien blickt Marco La Selva über Weinreben, die seit Generationen geerntet werden. Das Land trägt das Gewicht des familiären Erbes, doch heute steht es vor beispiellosen Herausforderungen.
„Wir haben bemerkt, dass Bereiche, die früher grün waren, jetzt trocken sind und sich die Wetterbedingungen häufiger ändern. Jede Saison hat eigenartige Unterschiede gezeigt“, sagt er.
Wie viele Landwirte weltweit muss La Selva mit zunehmender Wasserknappheit umgehen. Um das Beste aus der verfügbaren Wassermenge herauszuholen, hat er biologische Produkte eingeführt, die den Pflanzen helfen, Wasser effizienter zu nutzen. Das wirkt sich nicht nur positiv auf die Umwelt aus, sondern spart auch Geld.
Die Erfahrung von La Selva spiegelt einen globalen Wandel wider. In den letzten zehn Jahren haben sich Biologicals von Nischenalternativen zu unverzichtbaren Werkzeugen im Arsenal der Landwirte entwickelt – sie decken alles ab, von Schädlingsbekämpfung bis hin zur Nährstoffeffizienz. Der Markt für Biologicals wird voraussichtlich bis 2030 mehr als 20 Milliarden US-Dollar überschreiten.
Marco La Selva denkt über die landwirtschaftlichen Herausforderungen nach, denen sein Hof gegenübersteht
Arten von Biologicals
Im Allgemeinen lassen sich Biologicals in drei verschiedene Kategorien einteilen:
- Biocontrolls helfen Landwirten, Schädlinge und Bedrohungen für Pflanzen mit Produkten auf Basis natürlich vorkommender Materialien zu bekämpfen.
- Biostimulanzien – derzeit das größte Marktsegment – verbessern die Pflanzenleistung und die Stresstoleranz, sodass Kulturen Belastungen wie Temperaturschwankungen und Wasserknappheit besser standhalten können.
- Schließlich optimieren Biologicals zur Nährstoffnutzungseffizienz (NUE) die Aufnahme und Nutzung essenzieller Elemente wie Phosphor, Stickstoff und Kalium durch die Pflanzen.
Innerhalb dieser drei Kategorien gibt es verschiedene Produkttypen – jeder mit eigenen Stärken und Herausforderungen. Biologicals können von pheromonbasierter Schädlingsbekämpfung über Pflanzenextrakte oder Metaboliten bis hin zu natürlich vorkommenden Mikroben oder eigens entwickelten Proteinen reichen.
Marktentwicklungen
Jérôme Cassayre, Leiter der Forschung für Biologicals bei Syngenta, beschreibt den aktuellen Moment als transformativ:
„Biologicals stellen den am schnellsten wachsenden Sektor im Pflanzenschutz dar“, sagt er, „angetrieben durch regulatorische Veränderungen, Verbrauchernachfrage und das wachsende Interesse der Landwirte weltweit.“
Diese Nachfrage hat einen unternehmerischen Goldrausch ausgelöst, mit zahlreichen Start-ups, die in das Feld eintreten. Doch Cassayre erkennt eine entscheidende Lücke: „Es gibt enorme Nachfrage und Begeisterung, aber ein Innovationsdefizit, das wir schließen wollen.“
Cassayre erklärt es so: „Es gibt die erste Ebene der Innovation – wenn die Vorteile klar sind, aber Herausforderungen bestehen. Dazu gehören Dinge wie die Verbesserung der Wirksamkeit, der Anwenderfreundlichkeit und bei Mikroorganismen die Erhöhung der Stabilität.“
Doch Cassayre ist auch sehr optimistisch, was den wissenschaftlichen Fortschritt betrifft: „Wir erreichen Ebene zwei, bei der wir Wirksamkeit und Leistung steigern und Biologicals zu einer immer zuverlässigeren Technologie machen. Letztlich wollen wir Ebene drei erreichen – mit Biologicals als konsistente Ergänzung zu konventionellen chemischen Optionen.“
Wissenschaftliche Herausforderungen
Die Verwirklichung dieser Vision erfordert die Überwindung komplexer wissenschaftlicher Hürden.
Cassayre nennt zwei Hauptkategorien von Herausforderungen, beginnend mit technischen Hindernissen: „Wie skalieren wir die Bioproduktion kosteneffizient und halten gleichzeitig die Qualität aufrecht?“
Die lebendige Natur der Biologicals erschwert die Produktion. „Mikroorganismen sind empfindlich“, erklärt Cassayre. „Wir müssen Partnerschaften aufbauen und die Fermentation sorgfältig skalieren.“
Über die Produktion hinaus liegt die Formulierung – Biologicals sind von Natur aus weniger stabil als konventionelle Chemie und erfordern ausgefeilte Technologien für kontrollierte Freisetzung und präzise Anwendung.
Die zweite Herausforderung betrifft die Forschungsstrategie. „Wir wollen nicht nur Entdeckungen“, betont Cassayre.
„Wir müssen den Landwirten ein klares Verständnis dafür vermitteln, wie unsere biologischen Produkte funktionieren.“ Dieser Wissenstransfer ist entscheidend für die richtige Anwendung und Nutzung und schafft, wie er es nennt, „einen positiven Kreislauf aus Vertrauen und Innovation zwischen Wissenschaftlern und Landwirten.“
Die Entwicklung wirksamer biologischer Lösungen erfordert erhebliche wissenschaftliche Expertise. Bei Syngenta werden fortschrittliche Forschungsplattformen wie GeaPower® eingesetzt, um diese natürlichen Verbindungen zu untersuchen und zu entwickeln. Dies umfasst das Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen nützlichen Mikroorganismen und Pflanzen, die Identifizierung vielversprechender Wirkstoffe sowie die Entwicklung zuverlässiger Extraktions- und Formulierungsprozesse. Diese Infrastruktur beschleunigt die Entdeckung und Bereitstellung biologischer Lösungen, denen Landwirte vertrauen können, weil sie auf dem Feld konsistent funktionieren.
Jérôme Cassayre, Leiter der Biologicals-Forschung bei Syngenta
Emilie Fritsch, Principal Scientist at Syngenta’s Jealott’s Hill Research Center
Von der Entdeckung bis zur Anwendung im Feld
Wie Emilie Fritsch, Principal Scientist am Syngenta-Forschungszentrum Jealott’s Hill in Großbritannien, betont, ist die Entdeckung neuer biologischer Produkte ein komplexer Prozess:
„Biologicals haben unterschiedliche Funktionen, aber sie treten auch in verschiedenen Formen auf. Diese reichen von Mikroben, die lebende Zellen oder Extrakte sind, bis hin zu Proteinen oder synthetischer Biologie. Es gibt auch natürliche Extrakte, die aus Dingen wie Algen gewonnen werden.“
Die Vielfalt der Optionen bedeutet, dass die Suche nach vielversprechenden Kandidaten einen breiten Ansatz erfordert. Fritsch erklärt: „Stellen Sie sich das wie einen Trichter vor – bei Mikroben beginnen wir möglicherweise mit Tausenden von lebenden Zellen oder Extrakten und enden mit nur wenigen vielversprechenden Kandidaten.“
Doch mit der Entwicklung der Biologicals ist der Suchprozess zunehmend ausgefeilt geworden. „Wir wissen jetzt besser, wonach wir suchen“, sagt Fritsch, „und nutzen Genomik und Metabolomik, um den Prozess zu beschleunigen.“ Für Proteine und Peptide haben Durchbrüche wie AlphaFold geholfen, Entwicklungszeiten zu verkürzen.
Wenn ein vielversprechender Kandidat gefunden wurde, ist es Zeit, die Produktion hochzufahren – was eigene Herausforderungen mit sich bringt. Douglas Hodgson, Leiter des Teams für Bioprozessentwicklung, sagt: „Man hat es mit lebenden Organismen zu tun – unvorhersehbarer und komplexer als konventionelle Chemie.“
Die Sicherstellung eines robusten, skalierbaren Prozesses ist entscheidend und erfordert fortschrittliche mikrobiologische Technologieplattformen im Labor sowie Zugang zu Pilot- und Produktionskapazitäten für Fermentation durch interne Investitionen und strategische Partnerschaften.
Syngentas globale Fähigkeiten in Forschung, Entwicklung und Produktion von Biologicals – von England über die Schweiz und die USA bis nach Indien – ermöglichen groß angelegte Tests und Zusammenarbeit.
Dieses Forschungsnetzwerk entspricht auch der Produktionskapazität von Syngenta. Die kürzlich eröffnete neue Produktionsanlage für Biologicals in Orangeburg, South Carolina, wird jährlich 16.000 Tonnen Biostimulanzien herstellen und ergänzt die Werke in Atessa (Italien), Pirassununga (Brasilien) und Pashamylaram (Indien).
Biologicals – die Zukunft der Landwirtschaft
Selbst biologische Produkte erfordern anspruchsvolle analytische Chemie. Dimitrios Papasotiriou, Principal Scientist für Strukturchemie, erklärt, wie Biologicals eine Herausforderung der Rückwärtsanalyse darstellen:
„In der traditionellen Chemie beginnt man mit einer Hypothese und prüft, ob sie funktioniert. Bei Biologicals arbeiten wir oft rückwärts – wir wissen, dass etwas funktioniert oder eine bestimmte Wirkung hat, müssen aber verstehen, wie und warum.“
Durch Extraktionsmethoden und analytische Techniken wie Chromatographie, Massenspektrometrie, Kernspinresonanz und andere Verfahren helfen analytische Chemiker dabei, die verschiedenen Komponenten jedes einzigartigen biologischen Produkts zu zerlegen, zu identifizieren und zu charakterisieren. Dieses Verständnis ermöglicht die Verfeinerung der Produktionsmethoden und führt zu leistungsfähigeren und wirksameren Produkten.
Für Papasotiriou sind Biologicals ein spannendes neues Gebiet: „Sie haben uns wirklich dazu gebracht, unsere technischen Fähigkeiten auf ein neues Niveau zu bringen. Wir nutzen Technologien wie Genomik, Metabolomik und Proteomik, um wirklich zu verstehen, wie Chemikalien, Proteine und Stoffwechselwege interagieren.“
Zukunft der Landwirtschaft
Die regulatorischen Rahmenbedingungen für Biologicals sind weltweit weiterhin uneinheitlich, was zusätzliche Komplexität für Wissenschaftler und Unternehmen schafft. Trotz dieser Herausforderungen bleibt die Begeisterung der wissenschaftlichen Gemeinschaft ungebrochen.
„Die Vielfalt der beteiligten Wissenschaftler ist so spannend“, sagt Cassayre.
„Das Ausmaß unserer Aktivitäten ist hilfreich, aber bei Biologicals müssen wir uns auch auf externe Partnerschaften mit anderen Unternehmen und Forschungseinrichtungen stützen. Deshalb müssen wir diesen Menschen nahe sein und die lokalen Ökosysteme nutzen.“
Angesichts der gewaltigen Herausforderungen, vor denen die landwirtschaftlichen Systeme weltweit stehen, und der Tatsache, dass Landwirte überall mehr Nahrungsmittel mit weniger Ressourcen produzieren müssen, ist diese Art von kollaborativer Wissenschaft nicht nur spannend – sie ist unverzichtbar.
Die Formulierung jedes Projekts wird sorgfältig getestet, um eine einfache Anwendung sicherzustellen und die Wirksamkeit sowie Zuverlässigkeit zu steigern
