Știința și succesul produselor biologice în agricultură

În cadrul fermei sale de familie din Italia, Marco La Selva privește viţa de vie care a făcut față multor generații de recoltare. Pământul poartă moștenirea familiei, dar astăzi se confruntă cu provocări neașteptate. 

"Am observat că zonele care erau cândva verzi sunt acum uscate, iar tiparele meteorologice se schimbă mai frecvent. Fiecare sezon a prezentat diferențe neobișnuite", spune el.

Ca mulți fermieri din întreaga lume, La Selva trebuie să gestioneze deficitul tot mai mare de apă. Astfel, pentru a valorifica la maximum resursele de apă disponibile, a introdus produse biologice care ajută culturile să folosească apa mai eficient. Acest lucru nu are doar un impact benefic asupra mediului, ci economisește și bani.

Experiența lui La Selva reflectă o schimbare globală. În ultimul deceniu, produsele biologice au evoluat, de la alternative de nișă la instrumente esențiale în arsenalul fermierilor, adresând totul, de la controlul dăunătorilor până la eficiența nutrienților. Se preconizează că piața produselor biologice va depăși 20 de miliarde de dolari până în anul 2030.

Marco La Selva reflectând asupra provocărilor agricole cu care se confruntă ferma sa de familie.

Tipurile de produse biologice

În general, produsele biologice se împart în trei categorii distincte. 

Produsele de Biocontrol, care ajută fermierii să gestioneze dăunătorii și amenințările culturilor prin produse bazate pe materii de origine naturală. Biostimulanții — în prezent cel mai mare segment de piață — îmbunătățesc performanța plantelor și toleranța la stres, permițând culturilor să reziste la factori de stres precum fluctuațiile de temperatură și deficitul de apă. În cele din urmă, produsele biologice pentru eficiența utilizării nutrienților (NUE), ce optimizează absorbția și utilizarea de către plante a elementelor esențiale precum fosforul, azotul și potasiul.

În cadrul acestor trei categorii există diferite tipuri de produse – fiecare cu propriile puncte forte și provocări. Produsele biologice pot varia, de la produse pentru controlul dăunătorilor bazate pe feromoni, la extracte din plante sau metaboliți, microorganisme naturale sau proteine unice proiectate.

Evoluțiile pieței

Jérôme Cassayre, Directorul de cercetare pentru produse biologice de la Syngenta, caracterizează momentul actual ca fiind transformator. "Produsele biologice reprezintă sectorul cu cea mai rapidă creștere în protecția culturilor", remarcă el, "determinat de schimbările de reglementare, cererea consumatorilor și interesul tot mai mare al fermierilor la nivel mondial."

Această cerere a declanșat un interes antreprenorial crescut, cu numeroase start-up-uri care intră în domeniu. Cu toate acestea, Cassayre identifică o lacună critică: "Există o cerere și un entuziasm masiv, dar și un deficit de inovare pe care lucrăm să îl eliminăm."

             Jérôme Cassayre, Directorul de cercetare pentru produse biologice Syngenta

Cassayre explică: "Există primul nivel de inovare – când beneficiile sunt clare, dar există provocări de depășit. Acestea pot include lucruri precum îmbunătățirea eficacității, ușurința în utilizare și, în cazul microorganismelor, creșterea stabilității."

Dar Cassayre este, de asemenea, extrem de optimist în privința modului în care știința avansează deja. "Ajungem la nivelul doi, unde îmbunătățim eficacitatea și performanța, făcând din produsele biologice o tehnologie din ce în ce mai fiabilă. În cele din urmă, ne dorim să atingem nivelul trei – cu produse biologice ca un complement constant la opțiunile chimice convenționale."

Provocările științifice

Atingerea acestei viziuni necesită depășirea unor obstacole ștințifice complexe.

Cassayre identifică două categorii principale de provocări, începând cu obstacolele tehnice: "Cum putem scala producția biologică într-un mod rentabil, menținând în același timp calitatea?"

Natura vie a produselor biologice complică producția. "Microorganismele sunt delicate", explică Cassayre. "Trebuie să construim parteneriate și să scalăm fermentația cu atenție."

Dincolo de producție se află formularea — produsele biologice sunt în mod inerent mai puțin stabile decât substanțele chimice convenționale, necesitând tehnologii sofisticate de eliberare lentă și aplicare de precizie.

A doua provocare implică strategia de cercetare. "Nu ne dorim, urmărim doar descoperiri", subliniază Cassayre. "Trebuie să putem să le oferim fermierilor o înțelegere clară a modului în care funcționează produsele noastre biologice." Acest transfer de cunoștințe este crucial pentru aplicarea și utilizarea corectă, creând ceea ce el numește "un cerc virtuos de încredere și inovare între oamenii de știință și fermieri."

Dezvoltarea unor soluții biologice eficiente necesită expertiză științifică semnificativă. La Syngenta, platforme avansate de cercetare precum GeaPower® sunt utilizate pentru a studia și dezvolta acești compuși naturali. Acest lucru implică înțelegerea interacțiunilor complexe dintre microorganismele benefice și plante, identificarea ingredientelor active promițătoare și dezvoltarea unor procese fiabile de extracție și formulare. Această infrastructură ajută la accelerarea descoperirii și furnizării de soluții biologice în care fermierii pot avea încredere că vor funcționa constant în fermele lor.

De la descoperire la aplicarea în câmp

După cum subliniază Emile Fritsch, cercetător principal în cadrul Centrului de cercetare Jealott's Hill, Syngenta din Marea Britanie, descoperirea de noi produse biologice este un proces complex. "Produsele biologice au funcții diferite, dar vin și în forme diferite. Acestea variază de la produse microbiene, care sunt celule vii sau extracte, până la proteine sau biologie sintetică. Există, de asemenea, extracte naturale derivate din lucruri precum algele."

Diversitatea diferitelor opțiuni înseamnă că găsirea unor variante promițătoare necesită o abordare largă. Fritsch explică: "Gândiți-vă la acest lucru ca la o pâlnie - cu produsele microbiene am putea începe prin testarea a mii de celule vii sau extracte și să ajungem doar la câțiva candidați promițători."

Dar pe măsură ce produsele biologice s-au dezvoltat, procesul de căutare a devenit din ce în ce mai sofisticat. "Știm mai multe despre ceea ce căutăm acum", spune Fritsch, "folosind genomica și metabolomica pentru a accelera procesul." În cazul proteinelor și peptidelor, descoperiri precum AlphaFold au ajutat la accelerarea termenelor de dezvoltare.

Atunci când se găsește un candidat promițător, este timpul să se extindă producția, dar acest lucru vine cu propriile sale provocări unice. Douglas Hodgson, Liderul echipei de dezvoltare a bioproceselor, spune: "Ai de-a face cu organisme vii — mai imprevizibile și complexe decât chimia convențională."

Asigurarea unui proces robust și scalabil este critică, necesitând platforme tehnologice microbiene avansate în laborator și acces la capacități de fermentație, atât la scară pilot, cât și la scară industrială (de producție), prin investiții interne și parteneriate strategice.

Capacitățile globale deținute de Syngenta în cercetarea, dezvoltarea și producția de produse biologice — care se întind în Anglia, Elveția, Statele Unite și India — permit testarea și colaborarea la scară largă.

Această rețea de cercetare se potrivește, se aliniază și cu scara de producție a Syngenta. Recenta înaugurare a unei noi facilități de producție biologică în Orangeburg, Carolina de Sud, va produce 16,000 de tone de biostimulatori anual, alăturându-se facilităților din Atessa, Italia, Pirassununga în Brazilia și Pashamylaram în India.

 Capacitățile globale Syngenta în domeniul produselor biologice permit testarea și colaborarea la scară largă.

Provocările chimice

Chiar și produsele biologice necesită chimie analitică sofisticată. Dimitrios Papasotiriou, cercetător principal în chimia structurală, explică modul în care produsele biologice reprezintă o provocare de inginerie inversă.

"În chimia tradițională începi de la o ipoteză și testezi pentru a vedea dacă funcționează. Cu produsele biologice, adesea lucrăm invers — știm că ceva funcționează sau are un anumit efect, dar trebuie să înțelegem cum și de ce."

Produsele biologice reprezintă o provocare de inginerie inversă pentru oamenii de știință.

Prin metode de extracție și tehnici analitice precum cromatografia, spectrometria de masă, rezonanța magnetică nucleară și alte tehnici, chimiștii analiști ajută la descompunerea, identificarea și caracterizarea diferitelor componente ale fiecărui produs biologic unic. Această înțelegere permite perfecționarea metodelor de producție, ducând la produse mai puternice și mai eficiente.

Pentru Papasotiriou, produsele biologice reprezintă un domeniu nou și captivant: "Acestea ne-au împins cu adevărat înainte pentru a încerca să ne folosim capacitățile tehnice la un nou nivel. Folosim tehnologii precum genomica, metabolomica și proteomica pentru a înțelege cu adevărat modul în care interacționează substanțele chimice, proteinele și căile metabolice."

Soluții simultane

Rosa Dominguez-Espinosa, responsabil pentru formularea produselor biologice la Syngenta, ajută la abordarea unei alte provocări complexe din domeniu: transformarea descoperirilor biologice în produse gata de utilizat de către fermieri.

Având în vedere complexitatea produselor biologice, experții în formularea produselor sunt de obicei implicați mai devreme decât ar fi în chimia convențională.

Dominguez-Espinosa spune: "Diversitatea ingredientelor active biologice înseamnă că formularea trebuie să rezolve simultan multiple provocări." Formularea trebuie să asigure stabilitate și durată de valabilitate, indiferent de condițiile de depozitare, să prevină contaminarea și să mențină compatibilitatea cu ingredientele active.

Să luăm în considerare produsele pentru Eficiența Utilizării Nutrienților (NUE). Aceste produse se confruntă cu provocări complexe, dincolo de simpla creștere a eficienței nutrienților. Fiecare produs trebuie să furnizeze eficient nutrienții în locul potrivit din plantă și să mențină nivelul dorit de activitate.

Dominguez-Espinosa își amintește că a lucrat cu un ingredient activ biologic care combina celule vegetative, preparat de fermentație și metaboliți în concentrație scăzută care își pierdeau eficacitatea în suspensie apoasă. Echipa s-a confruntat cu provocarea de a menține un volum ridicat din acest ingredient activ biologic complex, având în același timp spațiu minim pentru co-formulanți în produsul final.

După testarea mai multor opțiuni, experții în formulare de la Syngenta au dezvoltat formulări lichide, fără apă, care pot ajuta la menținerea viabilității celulelor active și care au un risc scăzut de contaminare microbiană. Formularea fiecărui produs este testată cu atenție și meticulozitate pentru a asigura ușurința în utilizare și pentru a crește eficacitatea și fiabilitatea acestor noi instrumente esențiale.

Rosa Dominguez-Espinosa, responsabil pentru formularea produselor biologice la Syngenta.

Formularea fiecărui produs este testată cu meticulozitate pentru a asigura ușurința în utilizare și pentru a crește eficacitatea și fiabilitatea.

Viitorul agriculturii

Cadrele de reglementare pentru produsele biologice rămân inconsecvente la nivel global, generând complexitate suplimentară pentru oamenii de știință și companii. În ciuda acestor provocări, entuziasmul comunității științifice rămâne la fel de ridicat.

"Diversitatea oamenilor de știință implicați este atât de captivantă," spune Cassayre. "Amploarea operațiunilor noastre este utilă, dar în domeniul produselor biologice trebuie să ne bazăm și pe parteneriate externe cu alte companii și instituții de cercetare, așa că trebuie să fim aproape de acești oameni și să valorificăm ecosistemele locale."

Cu sisteme agricole ale lumii confruntându-se cu provocări majore și fermierii de pretutindeni având nevoie să producă mai multă hrană cu mai puține resurse, acest tip de știință colaborativă nu este doar captivant - este esențial.

O soluție din mare...

Una dintre cele mai populare ingrediente folosite astăzi în produsele biologice sunt algele marine. Ascophyllum nodosum, o algă brună de mari dimensiuni, crește în apele reci ale Atlanticului de Nord și este frecvent întâlnită de-a lungul coastelor arctice ale Norvegiei.

Extractele derivate din această algă sunt extrem de puternice. Prin procese atente de extracție și formulare, Ascophyllum nodosum poate ajuta plantele să facă față schimbărilor climatice, să-și maximizeze utilizarea resurselor și să-și atingă potențialul de producție.

Gestionat responsabil și recoltat durabil, acest extract din alge marine poate ajuta la asigurarea unei rezistențe sporite a culturilor, ceea ce înseamnă mai multă siguranță pentru fermieri și recoltele lor.

Pentru mai multe detalii, vă invitam să accesați articolul în limba engleza de mai jos:

The science and success of biologicals. How Syngenta is at the cutting-edge of the fastest-growing market in agriculture: https://www.syngenta.com/agriculture/agricultural-technology/the-science-and-success-of-biologicals