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Die Zehnjahresreise zu einem neuen Fungizid

Um die Erträge auf der vorhandenen Ackerfläche nachhaltig zu steigern und eine wachsende Bevölkerung zu ernähren, ist es unerlässlich, Pflanzen vor Krankheiten zu schützen. Wie entwickeln Wissenschaftler bei BASF Produkte, die wirksam und gleichzeitig sicher für Mensch und Umwelt sind? Wir haben den Weg vom Labor bis zum fertigen Produkt verfolgt.

Um die Erträge auf der vorhandenen Ackerfläche nachhaltig zu steigern und eine wachsende Bevölkerung zu ernähren, ist es unerlässlich, Pflanzen vor Krankheiten zu schützen. Wie entwickeln Wissenschaftler bei BASF Produkte, die wirksam und gleichzeitig sicher für Mensch und Umwelt sind? Wir haben den Weg vom Labor bis zum fertigen Produkt verfolgt.

Was uns die ganze Zeit angetrieben hat, war der Wunsch, Landwirte beim Anbau von Nahrungsmitteln besser zu unterstützen. Zu sehen, dass Revysol so erfolgreich geworden ist, ist eine große Belohnung für uns.“

Dr. Martin Dust

Head of Global Regulatory Affairs Fungicides bei BASF

Es sieht aus wie ein ganz normales Gewächshaus, aber viele der Pflanzen scheinen bald abzusterben und lassen ihre verfärbten Blätter hängen. Kein Wunder – schließlich wurden sie alle mit Krankheitserregern inokuliert, die Pilzerkrankungen verursachen.

Wir befinden uns im Fungizid-Gewächshaus von BASF in Limburgerhof. Hier werden neue Wirkstoffe beispielsweise an Weizen, Sojabohnen, Kopfsalat und Tomatenpflanzen auf ihre Wirksamkeit getestet. Erzielt ein Wirkstoff vielversprechende Ergebnisse, weil er eine Pflanze vor einer Pilzinfektion zu schützen oder sie zu heilen scheint, wird er weiterentwickelt und in Feldversuchen getestet.

„Moderne Landwirtschaft setzt auf hohe Erträge, um die Versorgung mit qualitativ hochwertigen Nahrungsmitteln zu gewährleisten. Pilzerkrankungen verringern die Erträge deutlich und wirken sich negativ auf die Qualität der Nahrung aus“, so Dr. Klaas Lohmann, Principal Scientist Fungicide Chemistry bei BASF.


Pilzinfektionen bergen ein hohes Risiko, ganze Ernten zu vernichten. Deshalb nutzen Landwirte Fungizide, um diese Erkrankungen in den Griff zu bekommen.“

Dr. Klaas Lohmann

Principal Scientist Fungicide Chemistry bei BASF

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Effizienz sichern

Viele Krankheitserreger entwickeln mit der Zeit allerdings eine Resistenz gegenüber dem Wirkstoff. Angesichts der sinkenden Wirksamkeit älterer Pflanzenschutzmittel besteht ständiger Bedarf für Innovationen. Zugleich müssen Pflanzenschutzmittel zunehmend strengeren Umweltschutz- und Sicherheitsanforderungen gerecht werden und den Nachweis erbringen, dass sie ungefährlich für Menschen, Tiere und die Umwelt sind.

„Die Herausforderung ist enorm. Unsere Aufgabe besteht darin, neue Wirkstoffe zu finden, die den Krankheitsdruck auf Kulturpflanzen mindern und für Mensch und Umwelt sicher sind“, so Lohmann. „Sie müssen außerdem für die Landwirte praktisch und leicht anwendbar sein.“

Diese Aufgabe lässt sich nur mit einem ausgefeilten Ausleseverfahren erfüllen. Es dauert etwa zehn Jahre, ein neues Pflanzenschutzmittel auf den Markt zu bringen. Der erfolgreichen Entwicklung des neuen Fungizids Revysol® beispielsweise ist ein langer Forschungs- und Entwicklungsprozess vorausgegangen. Dieser hat Mitte der 2000er-Jahre im Labor von Lohmann mit dem gezielten Screening von mehr als 4.000 möglichen Molekülen begonnen. Letztendlich erfüllte nur ein Kandidat sämtliche Anforderungen.

„Wir untersuchen die Substanzen erst im Labor und dann im Gewächshaus auf ihre Wirksamkeit. Wenn wir etwas Vielversprechendes finden, möchten wir im nächsten Schritt die Funktionsweise verstehen“, erläutert Lohmann. Handelt es sich um etwas wirklich Neues, synthetisieren er und sein Kollege ähnliche Moleküle, um das leistungsfähigste zu finden.

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Nachhaltige Lösungen finden

Im Laufe des Projekts wurden Biologen, Agrarwissenschaftler, Toxikologen, Ingenieure und weitere Experten wie Dr. Martin Dust, Head of Global Regulatory Affairs Fungicides bei BASF, mit ins Boot geholt. „Wir achten bei unseren Produkten schon sehr früh auf deren Sicherheit und Nachhaltigkeit. Bereits in der Entwicklungsphase von Revysol haben wir neue Indikatorstudien genutzt, um die Chancen zu erhöhen, sowohl den höchsten regulatorischen Vorgaben gerecht zu werden als auch eine herausragende Wirksamkeit zu erzielen“, sagt Dust. „Neue Produkte müssen für ihre Zulassung insbesondere in Europa strengste Tests bestehen. Für Revysol haben wir mehr als 290 Studien durchgeführt, in denen die Sicherheit für Mensch und Umwelt umfangreich untersucht wurde.“

Bereits in der Entwicklungsphase von Revysol haben wir neue Indikatorstudien genutzt, um die Chancen zu erhöhen, sowohl den höchsten regulatorischen Vorgaben gerecht zu werden als auch eine herausragende Wirksamkeit zu erzielen.“

Dr. Martin Dust

Head of Global Regulatory Affairs Fungicides bei BASF

Aufgrund dieser strengen Anforderungen und der steigenden Entwicklungskosten werden heute in der Europäischen Union weniger Wirkstoffe zugelassen. Außerdem werden nur wenige neue Wirkstoffe zur Registrierung eingereicht.

Mit Revysol haben Lohmann und sein Team ein hochwirksames Fungizid entwickelt, das nicht nur diese hohen Anforderungen erfüllt, sondern auch praktisch in der Anwendung und einzigartig flexibel ist. „Revysol ist deshalb so besonders, weil es bei Pilzen viele verschiedene Krankheitserreger kontrolliert – selbst dann, wenn sich Mutationen entwickelt haben. Es wirkt sowohl bei Feldkulturen wie Weizen und Mais als auch bei Obst und Gemüse“, erklärt Lohmann. „Landwirte werden von Revysol profitieren, weil es ihre Ernten schützt.“

Im Arbeitsleben von Lohmann und Dust ist der Erfolg des Revysol-Projekts etwas Besonderes. „Bei der Entdeckung eines neuen Fungizids muss man ständig entscheiden, welchen Weg man weiterverfolgt. Selbst nach vielen Jahren der Entwicklung kann man in einer Sackgasse landen“, stellt Lohmann fest. „Es gibt kein Patentrezept – bei so gut wie allen wissenschaftlichen Entdeckungen spielt Intuition ebenso eine Rolle wie rationale Entscheidungen und harte Arbeit.“

Ein wichtiger Faktor ist natürlich auch Motivation. „Was uns die ganze Zeit angetrieben hat, war der Wunsch, Landwirte beim Anbau von Nahrungsmitteln besser zu unterstützen“, so Dust. „Zu sehen, dass Revysol so erfolgreich geworden ist, ist eine große Belohnung für uns.“ 

Prescreen-Labor bei BASF

Dank automatisierter Tests im Prescreen-Labor können Wissenschaftler bis zu 100.000 Substanzen im Jahr testen. Nach einer ersten Prüfung werden sie an Kulturpflanzen im Gewächshaus getestet. Die Ergebnisse bieten einen guten Anhaltspunkt dafür, welche Richtung man in der weiteren Forschung einschlagen sollte.
Zwanzig verschiedene Pflanzenarten – darunter Weizen, Tomaten, Trauben, Äpfel, Sojabohnen und Gurken – wachsen im Gewächshaus. Die Pflanzen werden mit Kandidaten für neue Fungizide behandelt und mit verschiedenen Pathogenen inokuliert. Danach werden sie überwacht, um herauszufinden, welche Produkte wirken und welche nicht.
Rost-, Mehltau- und Fäulepilze: In den Gewächshäusern der BASF werden einige der am weitesten verbreiteten Pilzarten, die Pflanzen rund um den Globus befallen, zu Testzwecken kultiviert. Bei dem hier abgebildeten Pilz handelt es sich um Cercospora zeae-maydis, auch als Blattfleckenkrankheit bekannt. Er befällt Mais, eine der wichtigsten Kulturpflanzen weltweit.
Beste Bedingungen: Jungpflanzen werden mit einem Fungizid behandelt, mit einem Krankheitserreger inokuliert und anschließend in einer Kabine im Gewächshaus mit idealen Wachstumsbedingungen für den Krankheitserreger weiter kultiviert. Täglich wird kontrolliert, wer die Nase vorn hat: das Fungizid oder der Pilz.
Ein Problem globalen Ausmaßes: Neue Kandidaten für Fungizide müssen sich gegen verbreitete Pilzkrankheiten wie etwa Blattdürre (Septoria tritici) bei Weizen beweisen. Diese stellt ein Problem für Getreidebauern dar, gedeiht insbesondere unter feucht-warmen Bedingungen und kann ganze Ernten vernichten.

Revysol ist deshalb so besonders, weil es bei Pilzen viele verschiedene Krankheitserreger kontrolliert – selbst dann, wenn sich Mutationen entwickelt haben.“

Dr. Klaas Lohmann

Principal Scientist Fungicide Chemistry bei BASF

Wie wirkt Revysol?

Wenn ein Pilz eine Pflanze infiziert,
bildet sich ein Mycel aus dünnen Hyphen
mit einer elastischen Membran, die ständig in Bewegung ist.
Ergosterol-Moleküle (orange) sorgen dafür, dass die Membran beweglich bleibt. Ergosterol wird in der Pilzzelle erzeugt, wo das Enzym C-14-Demethylase (rot) eine entscheidende Rolle spielt.
Revysol (blau) hat Ähnlichkeit mit einem flexiblen Haken, der verschiedene Formen annehmen und an das Zielenzym andocken kann, auch wenn sich Mutationen entwickelt haben. Es blockiert das Enzym und stoppt die Ergosterol-Produktion.
Infolgedessen entstehen Risse in der Membran, die Hyphen kollabieren und der Pilz stirbt.

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