Biolodzy z Uniwersytetu Warszawskiego odkryli innowacyjne pod względem struktury chemicznej związki chemiczne wykazujące się bardzo wysoką skutecznością zwalczania chwastów. Dotychczasowe testy toksykologiczne dowodzą, że odkryte cząsteczki są również bezpieczne dla człowieka i środowiska.
Głównymi autorami wynalazku są dr Rafał Archacki i dr Paweł Siedlecki z Instytutu Biologii Eksperymentalnej i Biotechnologii Roślin na Wydziale Biologii UW. Jak to bywa w przypadku ważnych odkryć naukowych, na nowe substancje natrafiono przypadkiem. W prowadzonym projekcie badawczo-rozwojowym poszukiwano substancji, które pomagałyby w zwiększaniu biomasy. Celem badań było znalezienie regulatorów białek stymulujących wzrost i rozwój roślin. Przetestowano działanie kilkudziesięciu wytypowanych związków chemicznych. Pośród nich udało się znaleźć kilka obiecujących cząsteczek, nad którymi będą trwały dalsze prace, jednak niektóre z testowanych substancji, wbrew oczekiwaniom badaczy, zamiast stymulować wzrost, hamowały go lub wręcz niszczyły rośliny.
Skuteczniejsze od preparatów rynkowych
Odkryte substancje chwastobójcze poddano testom skuteczności, które wypadły bardzo obiecująco. Porównywano działanie nowych cząsteczek ze związkiem referencyjnym – glufosynatem amonowym, który jest składnikiem dostępnego na rynku popularnego preparatu chwastobójczego.
„W trakcie testów wytypowaliśmy trzy cząsteczki chemiczne. Jedna z nich wykazywała wyższą skuteczność od związku referencyjnego i miała zarazem szerszy zakres działania. Efekty zastosowania dwóch pozostałych były porównywalne z glufosynatem” – mówi dr Rafał Archacki.
Skuteczność cząsteczek otwiera perspektywę opracowania preparatów zawierających mniejsze ilości herbicydu, co może przełożyć się na mniejsze obciążenie środowiska. Jednocześnie znaczenie ma nie tylko odkrycie skuteczniejszej substancji. Cząsteczki o podobnej sile, ale innym mechanizmie działania, to również szansa na produkcję nowych preparatów. W obliczu rosnącej odporności chwastów na herbicydy i powszechnej praktyki oprysku kilkoma preparatami, nowe rozwiązania mogą być bardzo przydatne i mają szansę na komercjalizację.
Testy potwierdzają znaczenie odkrycia
Na razie nowe cząsteczki poddano testom w warunkach laboratoryjnych oraz przetestowano je na kilku gatunkach roślin w warunkach szklarniowych. Wstępne testy toksykologiczne dowiodły, że mają one niewielki wpływ na przeżywalność komórek ludzkich. Nie są także toksyczne dla żyjących w glebie nicieni. To na razie wstępne badania, jednak dają bardzo realną perspektywę, że nowe substancje będzie można ostatecznie wykorzystać w rolnictwie czy ogrodnictwie.
Dotychczas nie udało się przeprowadzić testów polowych w warunkach prawdziwych upraw. Wymaga to zaangażowania znacznie większych środków finansowych. Na obecnym etapie prac badacze uzyskali wsparcie Uniwersyteckiego Ośrodka Transferu Technologii (UOTT) na dalsze testy w postaci grantu realizowanego w ramach programu Inkubator Innowacyjności+.
„Nasze kolejne badania będą polegały na testowaniu siły działania nowych związków na chwasty w połączeniu z dodatkowymi substancjami pomocniczymi, które są stosowane w preparatach dostępnych na rynku. Takie substancje pomocnicze mają za zadanie dodatkowo zwiększać skuteczność działania cząsteczek” – mówi dr Rafał Archacki.
„Niezwykle ważne jest pogłębienie testów toksykologicznych, ponieważ jeszcze nie wszystkie odkryte cząsteczki zostały pod tym kątem w pełni zbadane. Przepisy regulujące kwestie bezpieczeństwa są bardzo restrykcyjne, musimy więc uzyskać pewność, że odkryte substancje nie mają negatywnego wpływu na ludzi i środowisko. Do zyskania kompletu danych potrzeba więcej danych i testów. W najbliższym czasie będziemy prowadzić dalsze badania na komórkach ludzkich i nicieniach stosując rozszerzone warianty testów” – mówi dr Paweł Siedlecki.
Odkrycie o ogromnym potencjale rynkowym
Trzy odkryte cząsteczki to zaledwie pierwszy efekt prowadzonych prac. Są one nadal modyfikowane we współpracy z chemikami w celu poszukiwania kolejnych, które będą jeszcze bardziej skuteczne, a jednocześnie bezpieczne. Nawet najmniejsza zmiana cząsteczki chemicznej może mieć duży efekt biologiczny. Przy tym nie da się z góry przewidzieć efektów wprowadzanych zmian. Trzeba intuicyjnie wybierać warianty i testować je empirycznie, co wymaga czasu. Wszystko to oznacza przeprowadzenie dużej ilości testów. Dlatego badacze będą szukać potencjalnych inwestorów, którzy mogliby je sfinansować. Potrzebne będą próby polowe oraz inne bardziej dokładne testy .
„Co niezwykle ważne, trzy nowe cząsteczki to nie koniec prac w zakresie poszukiwań nowych substancji wykazujących określone właściwości. Jedną z głównych wartości odkrycia jest opracowanie metody produkowania nowych substancji. Na UW powstało know-how, które pozwala w stosunkowo krótkim czasie opracować i przetestować wiele nowych substancji. Branża agrochemiczna nieustannie poszukuje nowych substancji ze względu na rosnącą odporność roślin na dotychczas stosowane herbicydy, a także zmiany warunków środowiskowych i nowe regulacje prawne dotyczące ochrony zdrowia i środowiska naturalnego. Dla tych badaczy jest to atrakcyjna nisza rynkowa, która być może pozwoli im stworzyć spółkę spin off” – mówi dr Robert Dwiliński, dyrektor UOTT.
Kontekst rynkowy – ciągłe poszukiwanie nowych herbicydów
Po zaoraniu gleby znajduje się w niej mnóstwo nasion rozmaitych roślin, w szczególności uznawanych za chwasty, które stosunkowo szybko zaczynają wzrastać. Chcąc uzyskać wysoki plon, rolnicy muszą zwalczać chwasty, których wzrost hamuje rozwój upraw. Dopiero po opryskaniu pola i odczekaniu pewnego okresu, w którym giną chwasty a chemia przestaje działać, następuje zasiew. Dzięki herbicydom produkcja rolna może być opłacalna.
Na rynku dostępnych jest bardzo dużo różnorodnych preparatów chemicznych zwalczających chwasty w uprawach. Mogą być stosowane w różny sposób (dolistnie lub doglebowo) i na różnych etapach (przed i po rozpoczęciu upraw), działając na wszystkie rośliny bez wyjątku lub selektywnie – np. na rośliny dwu- albo jednoliścienne. W większości to preparaty oferowane przez globalne korporacje, ale dostępne są także produkty mniejszych, lokalnych firm. Choć wachlarz dostępnych na rynku preparatów jest szeroki i ciągle pojawiają się nowe, stosunkowo niewiele jest substancji aktywnych, które działają chwastobójczo. Dlatego ośrodki badawcze na całym świecie starają się nieustannie opracowywać nowe substancje czynne.
Należy podkreślić, że jedne cząsteczki bardziej oddziałują na pewne chwasty, inne mniej. W praktyce rzadko więc wykorzystuje się tylko jeden herbicyd. Zwykle stosuje się dwa lub więcej, żeby zabezpieczyć plony na wypadek sytuacji, w której jeden z nich nie zadziała. Przy tym im więcej się ich używa, tym koszty uprawy są coraz większe. Nie jest to także obojętne dla środowiska. Im więcej środków chemicznych zostanie zastosowane, tym więcej związków pozostanie w glebie. Skuteczniejsze środki dają nadzieję, że będzie można zastosować mniejsze ich ilości, a wpływ na środowisko będzie mniejszy.
Rośliny z czasem nabywają odporność na pewne substancje. Coraz częściej rolnicy muszą mierzyć się z problemem polegającym na tym, że pomimo oprysków chwasty nie giną. Tym bardziej komercjalizacja nowej substancji czynnej wygląda obiecująco. Nowych substancji poszukuje się także dlatego, że stare są wycofywane z rynku ze względu na zmieniające się przepisy. W przypadku niektórych preparatów, które były stosowane przez lata, okazuje się, że przekraczają normy i mają negatywny wpływ na zdrowie człowieka lub organizmy w glebie.
Redakcja AgroNews
