2023年拜耳植保创新报告：″CropKey″开发的2个新化合物将带来近10亿欧元销售峰值

日期:01-05-2024

世界农化网中文网报道：2023年12月，全球最大的农业创新企业之一拜耳作物科学发布了一份″植保产品开发及应用报告″。拜耳公司拥有强大的研发职能团队，每年公司投入巨额研发成本，专注于发现新的解决方案，2022年,拜耳作物科学研发费用已达到28.76亿欧元，是农业行业拥有最大研发预算支持的公司。

 

基于科技的突破、学科间的互相交融、农业实践的最新要求、创新环境和各国监管框架变化等一系列的因素，研发型企业的研发流程不断面临新的挑战。这份报告详细探讨了在拜耳内部，植保产品（农药）的开发理念和流程正在发生的革命性变化，以及这些变化将如何支持拜耳创造最有效的活性成分这一目标。

 

本文将摘取报告中关键部分，详解拜耳摒弃原有的对分子进行渐进性改进的开发思路，替代以重新构想所获得的开发进展和成果，及其当前在化合物分子、生物制剂、配方等领域内的研发关注重点。文章的最后还摘取了报告中对当前全球植保化合物分子最新监管格局的概述。该报告将为国内有志于在化合物创新领域进行深入拓展的企业提供参考。

 

拜耳化合物分子研发流程的演变

 

作为一家坚定致力于创新并拥有农业行业最大研发预算支持的公司，拜耳正通过利用作物保护技术、数据生成与分析、人工智能和计算科学的进步来改变其作物保护创新方法。拜耳拥有以前所未有的速度处理海量信息的能力，从而使新分子的发现方法在精确性、安全性、有效性和可持续性方面达到前所未有的水平。

 

基于靶标的发现，专注于新的选择性作用模式

 

在过去，植保研发工作在很大程度上依赖于对现有作用模式（MoAs）的渐进式创新--本质上是对现有化学成分进行版本更新。如今，创新战略已大不相同。在拜耳，研究人员不再为寻找下一个有前景的作用模式而筛选和选定分子先导物，而是专注于设计下一代具备特定性能和安全特性的作物保护分子，以满足农民的农艺需求以及社会对人类和环境安全的期望。拜耳将其命名为CropKey 方法，这种全新的方法用于发现能够改变或抑制杂草和病虫害所需蛋白质的作用的″锁″，这种方法将带来作物保护领域的突破性创新。

 

CropKey 利用生命科学和数字技术（如人工智能和机器学习）领域的最新突破，开辟新的研究领域，为前所未有的化学解决方案打开了大门。数字工具、数据科学和分析将帮助研究人员更快地发现、设计和评估分子的有效性和安全性。与此同时，拜耳还改进了候选物质筛选工具，以实现更好、更快的评估和决策。先进的自动化技术为生物筛选工作提供了支持，数字表型工具（如光学、高光谱成像、三角测量）正在帮助研究人员寻找新的研究起点。

 

截至目前， CropKey 方法已经提供了 30 多个正在研究的新分子靶标。超过10 个新验证的靶标已进入早期研究阶段， 超过5 个新型作用模式和筛选技术正在进行后期研究评估。CropKey 方法的首批代表性成果正在从概念转变为现实，其中包括 30 年来首个在苗后杂草控制方面具有创新作用模式的新除草剂分子，以及一个可对叶斑真菌进行广谱防治的具有创新作用模式的新杀菌剂分子。

 

图片基于2023年6月拜耳创新峰会报告

 

基于CropKey ，拜耳与主要研究机构和学术界建立了合作伙伴关系：

 

• 2022 年末，拜耳收购了德国生物技术初创公司 Targenomix，其创新的系统生物学方法可识别和选择安全、可持续的化合物； 

• 2023年，拜耳宣布与 Oerth Bio 开展新的合作，该公司独特的技术可破解植物的自然过程，从而实现在保护作物免受病虫害侵害的同时，所有其他物种和生物群不受影响；

• 拜耳还与研究机构 Rothamsted和行业合作伙伴先正达在″有害生物基因组计划″（Pest Genomics Initiative）中开展合作，该计划旨在对世界上危害最大的20种作物虫害的基因组进行测序和组装。

 

基于特征的新分子设计：重点聚焦可破解抗性的作用模式上

 

几十年来，全球的农药开发企业一直采用基于高通量筛选的发现策略，目标是从成千上万的候选分子中筛选出有前景的分子。现在，在拜耳，研究人员正在超越传统的发现途径，运用由人工智能和计算建模支持的新技术来设计具有理想性能和安全特性的新分子。与筛选现有分子以确定最有前景的分子不同，研究人员设计出具有极其特定的性能和安全特性的新分子，以满足农艺需求以及社会对人类安全和环境保护的期望。采用这种方法，拜耳的化学家与数据科学家一起利用数字模型、海量数据集和革命性的新数字技术开展工作，其目标是提供突破性的、高效的、具有竞争力的作物保护化合物，它们具有良好的特性，能够进一步提高安全性和可持续性，降低潜在的环境风险，满足农民未来的需求。

 

报告显示，为了实现上述目标，拜耳将调整小分子工作的重点，转向基于特征的设计，而非筛选和选定。拜耳调整了目标策略，将重点放在发现新的可破解抗性的作用模式上，并取消了″me-too″化学物质和用途狭窄的研究目标。

 

同时，拜耳努力加深对复杂生物系统的分子和机理的理解，以寻求将新技术整合到可持续作物保护解决方案的机会，这样就能在未来更有针对性、更广泛地优化作物保护化学物质。

 

生物制品开发：开放创新，高效利用拜耳生物加速模型

 

生物制品利用自然自身的防御机制帮助植物抵御有害生物、提高产量、预防病害，作为综合作物管理系统的一部分，与传统作物保护工具互为补充。生物制品是拜耳向农民提供广泛解决方案，鼓励现代农业实践多样性的重要组成部分。当前，拜耳的研究人员收集了超过125,000株微生物菌株，这使得他们能够利用遗传多样性为世界各地的农民开发新的有益产品。

 

拜耳重点开发两大类生物制品：生物防治产品（作物保护产品）和生物刺激素（支持植物生长过程的作物营养产品，如固氮）。在生物防治方面，工作重点是增强在果蔬领域的产品组合，其次是耕地作物。在生物刺激素方面，重点是增加固氮种子处理产品的供应，使植物能够从空气或土壤中获得更多营养，从而提高产量。

 

虽然生物制品的产品开发过程不同于合成作物保护产品，但关于这些产品对人类和环境安全性的评估同样严格。

 

对于生物制品，拜耳采用开放的创新方式，吸引来自不同技术领域的市场领先合作伙伴。通过这种方式，外部合作伙伴将其发现的有前景的候选生物″添加″到拜耳的生物加速模型中，而拜耳则为这些候选生物的开发、登记和商业化提供资源。拜耳拥有庞大的全球研发和商业基础设施，在开展这些工作方面具有独特的强大优势。此外，拜耳在农业投入品各个领域的专业知识和经验，能够将生物制品与其他技术、实践和数字工具相结合，有效整合成完全量身定制的一揽子方案。

 

制剂配方：使现有的植保产品适用于精准、低量喷洒系统

 

通过致力于农药产品的创新配方，拜耳为其现有和未来的作物保护工具减少所需的活性成分及用量，降低环境风险。此举契合拜耳2030年前将作物保护对环境的影响降低30%的承诺。

 

应用领域不断变化的趋势为创新重点提供了参考。例如，近年来无人机的快速应用（尤其是在亚洲）取代了劳动密集型背负式喷雾器的应用。世界其他地区的农场规模不断扩大，也推升了提高喷洒效率（即减少喷洒量）的需求。因此，拜耳专注于测试现有的植保产品是否适用于精准和低量喷洒系统，包括通过无人机等空施系统进行甚低量（VLV）喷洒，并在设计新配方时考虑 VLV 功能。

 

基于危害标准的化学品监管日趋严格，影响了助剂成分或配方添加剂的可用性，引发了替代品的出现，同时也催生了新解决方案的开发。监管法规驱动创新的一个例子是，欧洲即将出台微塑料法规要求以生物可降解解决方案取代基于耐久聚合物的微胶囊或聚合物种子包衣。拜耳目前正在为这些重要用途探索不同的可生物降解封装技术和聚合物。

 

农业生产系统进一步多样化，从集约化和大规模农场到专业化，如室内/垂直农业系统，以及有机农业的扩张。随着应用系统的变化，基于多肽、蛋白质和生物制品（如真菌、微生物和植物提取物）的新作用模式或活性成分的出现将进一步推动对可确保产品最佳生物传输、功效和稳定性的新型、创新和可持续配方和应用解决方案的需求。

 

开放式创新、伙伴关系与合作

 

拜耳采用″开放式创新″的合作方式来促进创新，发掘新的可能性，孵化新的想法，加快可持续化学物质和作物保护产品的开发和交付。这种积极主动的合作方式有助于扩大拜耳在创新领域的影响力，使其能够超越自身的核心能力和专业领域。

 

目前拜耳正在与全世界各国的外部研究机构展开合作，包括：

 

• iMEAN（法国）--结合数据、建模和先进算法，加速发现新型环保产品；

• Kebotix（美国）--结合数据、人工智能（AI）和机器人技术，加速新分子的合成；

• KREATiS（法国）--其技术基于″毒性作用机制″决策树，提供基于计算机的生态毒理学预测，从而优化研发时间和成本效益；

• Vivent SA（瑞士）--其技术（生物传感器）可让农民在可见症状出现之前洞察作物胁迫。

 

开放式创新、伙伴关系与合作有助于解决未满足的需求，加快发现和开发，并为研发过程带来新思维、新知识和新方法。此举还有助于确定潜在的技术合作伙伴，并最有效地利用双方资源。

 

监测和了解全球监管框架格局 确保产品始终符合监管要求

 

在销售产品的所有国家，拜耳都非常重视产品的合规性，通过广泛的全球内部专家网络来监测和了解监管趋势及发展，以便在必要时更新拜耳的档案资料，从而确保其产品始终符合适用的监管要求。

 

北美采用的标准方式是基于风险的监管。完成风险评估的监管要求既复杂又深奥，而且还在不断加码。以全球出口营销为导向获取经营许可证（LtO）时需要采取全球监管策略。例如，在美国，由环保署根据《联邦杀虫剂、杀菌剂和灭鼠剂法案（FIFRA）》对农药进行监管。该法案是一部监管农药生产、销售和使用的综合性法规，规定农药不能对″人类健康或环境造成不合理的不利影响″。《联邦食品、药品和化妆品法案（FFDCA）》要求对农产品中或农产品上的农药残留制定″容许量″（法定限量）。1996 年的《食品质量保护法案》对 FIFRA 和 FFDCA 进行了修订，规定农药可以在″合理确定无害的情况下″使用，并引入了适用于所有食品的重要新要求，即必须通过更严格的安全标准、内分泌干扰测试、总量暴露和累积效应检测。通过总量暴露，得出一个包括所有可能暴露的膳食来源的风险杯，确保消费者不会因农药在多种作物上使用而暴露于不安全的水平。《濒危物种法（ESA）》确保联邦机构授权的任何行动都不会危及任何列入名录的物种的继续生存，并由环保署以外的服务机构进行管理。除此之外，各州的农药法律也对各州农药的使用进行管理，所有联邦批准的农药也必须获得州一级的批准。

 

在欧盟，作物保护产品必须通过基于危害的标准，然后进行高度复杂的风险评估。与北美一样，作物保护产品的监管要求也很严格，并且随着新指南的实施而不断变化。在欧盟，第1107/2009号法规是有关作物保护产品投放市场的主要法规。在主评审国进行初步评估后，欧洲食品安全局（EFSA）的独立风险评估员通过其农药部门，在成员国专家网络的支持下，对作物保护产品中使用的活性物质进行同行评审。与此同时，欧洲化学品管理局（ECHA）也会对活性成分进行危险评估，并可能根据第 1272/2008 号关于分类、标签和包装（CLP）的立法对其进行危险分类（欧洲食品安全局在评估过程中也会使用该项立法）。欧洲食品安全局负责根据第EC 396/2005号法规的规定提出和监测最大残留限量，并评估农药残留对消费者造成的实际风险。代表成员国科学观点的成员国公共部门专家通过书面意见或参加专家协商对欧洲食品安全局进行同行审查。根据欧洲食品安全局对活性物质进行的科学风险评估，由欧盟委员会和成员国代表组成的风险管理机构决定是否批准一种活性物质，然后再进一步评估配制（含这种活性物质）的植物保护产品以及在地区和国家层面的各自用途。在欧盟以外，欧洲其他地区、中东和非洲（EMEA）的监管体系和要求各不相同，部分国家采用美国和欧盟等更发达的监管体系的评估结果来指导本国的决策。

 

拉丁美洲（LATAM）各国的监管标准各不相同。在拉丁美洲地区的一些国家，只对配方产品进行评估，而在巴西等其他国家，则需要对活性成分和配方产品进行登记。此外，巴西等国正在向基于风险的监管框架转变，而拉丁美洲地区的许多其他国家也在不断提高监管标准。这些标准通常由出口要求驱动，总体而言，这些国家的监管框架也正在不断发展。

 

亚太地区（APAC）的监管标准差异也非常大。在许多亚太地区国家，由于食品安全和环境问题，针对作物保护化学物质的监管审查日益严格，导致监管限制，在某些情况下甚至禁止使用，这是受其对全球不断变化的监管环境的观察的影响，有时并不完全适用国际标准，如联合国粮食及农业组织（FAO）准则。例如，自2021年1月起，中国采用了一种独特的程序，不再接受国际经合组织的GLP 研究，因此，目前在中国登记新的活性成分时不能使用此类国际上开展并接受的研究包。印度的监管框架主要依靠危险评估，但没有明确的危险截断标准。监管机构依靠危险信号和相关的科学解释来做出决策。目前，印度采用风险评估来评估膳食暴露，并正在努力加强监管框架，以进行基于风险的评估和决策。在建立监管框架和做出监管决定时，也会考虑其他机构（欧盟/美国环保署）的决定。

 

在当今高度全球化的世界，农民在考虑使用何种作物保护产品时，能否将作物出口到国际市场是一个重要考虑因素。如果贸易商品中存在残留，而出口目的地又制定了限制这些残留在进口商品中的含量（即最大残留限量）的法规，就会出现贸易壁垒。因此，各国之间不同的最大残留限量和进口产品残留限量豁免法规会使贸易复杂化。虽然一些国家和地区接受粮农组织准则的最大残留限量规则，但许多国家和地区采用了自己的规则，包括美国、加拿大、欧盟、英国、日本、中国台湾、韩国、俄罗斯联邦和澳大利亚。因此，如果各国的最大残留限量普遍不同，那么农民就很难计划使用哪种产品来向所有潜在的全球客户出口。

 

为了克服这些潜在的贸易壁垒，拜耳确保在开发和推出每一款新产品的同时，制定强有力的相关贸易促进策略。这种策略包括诸如在相关出口市场尽早确定关键作物的最大残留限量，或制定不会产生可测量残留的使用说明。这种方式可确保农民对作物的适销性有信心，并确保新产品的全部市场潜力（作为农民的新工具，同时也是销售高峰）尽早得到发挥。

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