Nachgefragt

Pflanzenschutz: Von der Substanz bis zum Produkt

Lassen sich neue Wirkstoffe so schnell entwickeln, wie alte zurzeit wegfallen? Welche Herausforderungen bis zur Zulassung zu meistern sind, haben wir einen Hersteller gefragt.

Der viel diskutierte Wirkstoffverlust schlägt nun richtig zu. Hingegen scheint es kaum neue Substanzen zu geben – und das in einer Zeit, in der Resistenzen bei Ungräsern, Schädlingen und Pilzen zunehmen. Doch warum dauert es so lange, bis neue Wirkstoffe – möglichst sogar mit neuem Wirkmechanismus – auf dem Markt sind? Und welche gesetzlichen Sicherheitsbestimmungen gelten bei der Entwicklung mittlerweile? Um diese Fragen zu klären, sprachen wir mit Wissenschaftlern und Experten der BASF. Nachfolgend beschreiben wir den Weg eines Pflanzenschutzmittels vom neuen Molekül bis zur Zulassung. Dabei skizzieren wir auch die wachsenden Herausforderungen in den jeweiligen Entwicklungsschritten.

Frühe Forschung: die Suche nach der Nadel im Heuhaufen

In der ersten Phase der Wirkstoffentwicklung geht es darum, Substanzen zu finden, die gegen einen Schadorganismus wirken. Dazu gehen Wissenschaftler wie folgt vor: Entweder suchen sie aus einem großen Pool von Substanzen diejenigen heraus, die auf verschiedene Pathogene wie z. B. den Krautfäulepilz wirken (Organismus-basierter Ansatz). Oder sie konzentrieren sich auf Substanzen, deren Wirkmechanismus bekannt ist (z. B. weil die Wirkstoffgruppe gut erforscht ist). Gleichzeitig müssen die Forscher schon jetzt die Nebenwirkungen identifizieren.

Insgesamt untersuchen die Wissenschaftler in dieser frühen Phase nicht selten mehr als 100.000 Verbindungen, um später einen Wirkstoff auf den Markt bringen zu können (siehe Übersicht 1). Um die enorme Anzahl an Verbindungen testen zu können, nutzen Biochemiker vollautomatische Screening-Anlagen. Diese sind in der Lage, in kurzer Zeit enorm viele Substanzen auf ihre biologische Aktivität zu prüfen.

Können die Forscher in diesem Vorab-Screening Substanzen ausfindig machen, die eine gewisse Wirkung auf ein Pathogen haben, werden diese weiter optimiert. Dazu bedienen sie sich moderner 3D-Modellierungsprogramme, mit denen sich Molekülstrukturen am Computer designen lassen. Hilfreich hierbei ist eine Systematik, die die Beziehung zwischen chemischen Strukturen eines Moleküls und deren Aktivität darstellt, die sogenannte „Structure-Activity Relationship“, kurz SAR.

Anhand der am Computer projizierten Modelle synthetisieren Chemiker dann die Substanzen im Labor. Für ein einziges Fungizid z. B. können so etwa 30.000 bis 50.000 Verbindungen entstehen. Da über die Gruppe der Azole viel bekannt ist, war der Modifizierungsaufwand im Falle des neuen Wirkstoffs Revysol mit nur rund 4.000 Verbindungen verhältnismäßig gering.

Diese synthetisierten Verbindungen durchlaufen anschließend etliche weitere Tests auf Wirkung und Nebenwirkungen. Zuerst nur im Labor, später im Gewächshaus gegen die Pilze auf den Kulturpflanzen. Bestehen sie diese Tests, folgen weitere Untersuchungen im Freiland. Da die Nebenwirkungen mittlerweile genauso wichtig sind wie die an­gestrebte Wirkung, fallen bei jedem Übergang von einem Testsystem zum nächsten viele Substanzen weg. Bis in die Freilandversuche schafft es nur ein Bruchteil der ursprünglichen Verbindungen – oft bleibt nur eine Handvoll übrig.

Fragt man nach der größten Herausforderung im Bereich der frühen Forschung, sind sich die Experten einig: das Finden neuer Wirkmechanismen. Dies beeinflusst die landwirtschaftliche Praxis direkt, weil nur damit ein nachhaltiges Resistenzmanagement möglich ist. Zusätzlich geht es bei den Wissenschaftlern immer um die Frage: „Lassen sich Wirkung und Nebenwirkung einer Substanz trennen?“ Des Weiteren ist es teils sehr schwer, unterschiedliche Ansprüche an ein Pflanzenschutzmittel zu vereinen. So ist es z. B. gewünscht, dass ein Fungizid eine lange Dauerwirkung auf der Kulturpflanze besitzt. Im Boden oder auf Strohresten soll es sich jedoch möglichst zügig abbauen.

Der Zeitaufwand für die Phase der frühen Forschung ist unterschiedlich. Im Falle von Revysol dauerte es rund vier Jahre, bis die Wissenschaftler...