Boeren kunnen geen chemicaliën meer vinden om resistente onkruiden te bestrijden die hun gewassen bedreigen. Met innovatieve technologie moeten sneller nieuwe opties worden gevonden.
Boeren verliezen terrein in hun decennialange strijd tegen ongewenste wilde planten die resistent zijn geworden tegen veel chemische sproeimiddelen. Volgens de grootste producenten van deze middelen ter wereld, waaronder Bayer, Corteva, BASF en Syngenta, is het dringend tijd om nieuwe chemicaliën te ontwikkelen die de opmars van onkruid en andere plagen, zoals schimmels en insecten, kunnen stuiten.
Sommige onkruidsoorten zijn inmiddels resistent tegen een vijftal verschillende chemicaliën, zegt Bob Reuter, hoofd onderzoek en ontwikkeling bij de landbouwpoot van Bayer. Boeren combineren allerlei middelen om de krachtigste bestrijdingsformule te vinden en pesticideproducenten willen meer vaart zetten achter de ontwikkeling van nieuwe onkruidverdelgers, waarmee jaren gemoeid kunnen zijn. ‘We beginnen een beetje wanhopig te worden,’ zegt Reiter. ‘We beseffen dat onze mogelijkheden zo langzamerhand uitgeput raken.’
Volgens Bayer en concurrenten als Corteva en Syngenta kunnen nieuwe AI-systemen helpen om nieuwe chemicaliën versneld op de markt te brengen, wat tot dusver een langdurig, gecompliceerd en kostbaar proces is. Ze richten zich niet alleen op de ontwikkeling van nieuwe herbiciden, maar ook van nieuwe fungiciden en insecticiden. Syngenta schat dat AI de gemiddelde periode tussen ontdekking en commercialisering van een verdelgingsmiddel met een derde zal bekorten – van vijftien jaar tot tien jaar – en dat het aantal laboratorium- en veldtesten waarschijnlijk met dertig procent zal verminderen.
Hoe het werkt
Bayer gebruikt een AI-systeem, intern ‘CropKey’ gedoopt, dat sneller dan mensen databestanden kan doorzoeken op een chemisch molecuul dat in staat is de proteïnestructuur van een onkruid af te breken. Door CropKey geselecteerde moleculen kunnen bij veldtests voor beter resultaten zorgen dan moleculen die bij conventioneel onderzoek boven komen drijven, zegt Reiter. Het zet het bedrijf op voorsprong – zoals kaarten tellen tijdens een spelletje blackjack – en is vergelijkbaar met de manier waarop farmaceutische bedrijven AI inzetten om sneller moleculen te vinden die een bepaalde ziekte attaqueren.
Volgens de bedrijfstak is een bijkomend voordeel van met AI geselecteerde moleculen dat ze gedurende het selectieproces op toxiciteit voor mensen kunnen worden gescreend – van doorslaggevend belang voor pesticiden die op gewassen voor menselijke consumptie worden gespoten – evenals op milieuveiligheid en kosten.
Het systeem heeft Bayer geholpen om een nieuwe onkruidverdelger te ontwikkelen, Icafolin genaamd, die in 2028 in Brazilië zal worden gelanceerd. Het zal het eerste nieuwe herbicide zijn in meer dan dertig jaar, aldus het bedrijf. Ook doet het bedrijf inmiddels drie keer zoveel onderzoek naar nieuwe manieren om onkruid te verdelgen dan tien jaar geleden.
‘Het is niet te geloven hoe snel het onkruid zich aanpast,’
Monsanto, dat inmiddels eigendom is van Bayer, heeft in de jaren negentig van de vorige eeuw een revolutie in de onkruidverdelging ontketend met de verkoop van genetisch gemodificeerde sojaboonzaden die bestand waren tegen glyfosaat, een herbicide dat onkruid doodt door de interne proteïneproductie ervan te stoppen. Het gebruik van glyfosaatsprays, zoals Roundup van Monsanto, steeg tot ongekende hoogte.
Maar toen ontwikkelden zich superonkruidsoorten waartegen glyfosaat minder effectief was zodat boeren hun toevlucht moesten nemen tot andere herbiciden, of tot planten die bestand waren tegen meerdere soorten chemicaliën. Daarbij komt dat Bayer miljarden dollars aan schadevergoedingen heeft moeten betalen omdat Roundup kanker zou veroorzaken, iets wat het bedrijf ten stelligste ontkent.
Sean Elliot, de zesde generatie uit een familie van mais- en sojabonenboeren in Iriquois County, Illinois, ontdekte aan het begin van deze eeuw voor het eerst invasieve waterhennepplanten op zijn land. Die kon Roundup van Monsanto destijds nog moeiteloos de baas. Maar twee decennia later is glyfosaat niet langer tegen het onkruid opgewassen en vreest Elliott dat waterhennep ook resistent begint te raken tegen een ander chemisch middel dat hij gebruikt, 2,4-D. Hij combineert 2,4-D nu met een derde chemisch middel, glufosinaat, om de waterhennep in bedwang te houden. Dat zal over een paar jaar misschien niet meer genoeg zijn.
‘Het is niet te geloven hoe snel het onkruid zich aanpast,’ zegt Elliott. ‘Het is zo invasief dat als we niets nieuws bedenken om het binnen de perken te houden, we het risico lopen op grote oogstverliezen.’
Verergeren
De ontwikkeling van nieuwe pesticiden kan ingewikkelder zijn dan die van nieuwe geneesmiddelen, zegt Bill Anderson, bestuursvoorzitter van de Duitse farmacie- en pesticidegigant Bayer. Bedrijven richten zich voornamelijk op het verbeteren van de belangrijkste chemicaliën die al op de markt zijn en het is tientallen jaren geleden dat er voor het laatst een nieuw herbicide is geïntroduceerd. ‘Je moet in staat zijn om een bepaalde plantensoort te doden zonder dat dat ten koste gaat van andere plantensoorten, en ook van vissen, insecten en vogels,’ zegt Anderson. ‘De kans dat je dat lukt zonder hulp van computers is uiterst gering.’
Jay Feldman, directeur van Beyond Pesticides, een in Washington D.C. gevestigde non-profitorganisatie die pleit voor vermindering van het gebruik van landbouwchemicaliën, waarschuwt dat het sproeien van nieuwe chemicaliën op onkruid dat snel resistent raakt tegen tal van herbiciden de situatie alleen maar verergert en leidt tot het ontstaan van nog krachtigere superonkruidsoorten. Door de huidige aanpak van de landbouwbedrijven verliezen oudere herbiciden hun effectiviteit tenzij ze worden gecombineerd met nieuwe chemicaliën, zegt hij, zodat boeren uitsluitend aangewezen zijn op de nieuwe zaden en chemische producten die een bedrijf aanbiedt. ‘Daarmee is er een pesticidetredmollen ontstaan,’ zegt Feldman.
Nog maar vijf jaar geleden kon een bedrijf een jaar doen over het screenen van honderdduizenden chemische verbindingen. Potentiële verbindingen werden door middel van arbeidsintensieve processen getest in laboratoria en kassen om te zien wat hun interactie was met andere planten, dieren, mensen en het milieu, en of ze effectief waren tegen de beoogde plaag, zegt Shaun Selness, hoofd van de afdeling nieuwe landbouwtechnologieën van Bayer. ‘Je kon een jaar of drie bezig zijn met veldstudies om een middel op te schalen, en uiteindelijk tot de conclusie te komen dat het toch niet werkte,’ zegt Selness. ‘Dat gebeurde heel regelmatig.’
‘Het is een must’
Het analyseren en screenen van chemische moleculen met behulp van AI kan het proces helpen bekorten tot zo’n twee à drie maanden en eerder in het ontwikkelingsproces toxiciteitsproblemen voorspellen, zegt hij.
Syngenta, de grootste pesticideproducent in de VS, zegt voor een zelfde benadering te kiezen bij de ontwikkeling van nieuwe herbiciden en insecticiden en bij al zijn onderzoeksprojecten AI-modellen te gebruiken om nieuwe actieve ingrediënten te vinden.
De technologie helpt het bedrijf niet alleen om de milieueffecten van nieuw producten beter te evalueren, maar ook om te zien of ze goedkoper kunnen worden geproduceerd, zegt Camilla Corsi, hoofd van de afdeling gewasbeschermingsonderzoek van Syngenta. ‘Het helpt ons om alle uitdagingen onder de loep te nemen waarmee onze bedrijfstak bij chemische innovatie wordt geconfronteerd.’
Sean Elliott, de boer uit Illinois, zal iedere nieuwe technologie die hem de komende jaren kan helpen zijn oogst te redden met open armen ontvangen. ‘Het is een must,’ zegt hij.
