מדען גידל דגן בגן

החקלאים של המאה ה-21 עדיין נלחמים במזיקים – אבל חושבים גם על הסביבה ועל הבריאות. אז איך צומחים מכאן? שני סטארט-אפים ישראליים מגייסים יכולות הנדסיות, בינה מלאכותית, כימיה, ביולוגיה ולמידת מכונה כדי שיהיו לנו פחות כימיקלים בצלחת  

החקלאות של המאה ה-21 מתמודדת עם אתגר לא פשוט: איך לגדל יותר מזון – ובו זמנית לגרום פחות נזק לסביבה? במצב הקיים, שבו יותר מ-40% מהיבולים בעולם מושמדים בגלל מזיקים (חרקים, מחלות, פטריות וכו’), ההערכה היא שבעוד כשני עשורים כבר לא יהיה מספיק מזון לכלל אוכלוסיית העולם. אז איך נלחמים במזיקים? מתברר שהתשובה מסובכת.

יש כיום שפע של פתרונות כימיים שמשמשים להתמודדות עם מזיקים שפוגעים ביבולים בשלבים השונים של גדילת הצמח. הבעיה היא שפתרונות כימיים אלה הם גורם מרכזי  לפגיעה בסביבה שנוצרת כתוצאה מחקלאות.

אמנם רוב הפתרונות הסינתטיים שנפוצים היום נוטים להיות יעילים יותר מהפתרונות הביולוגיים, אך הם אינם ידידותיים לסביבה ולאדם, וחלקם אפילו רעילים. הפגיעה גדולה עד כדי כך, שלא ניתן יהיה להשתמש לאורך זמן בפתרונות הכימיים הקיימים באותו היקף ובאותה כמות. לכן, המגמה הכללית היא לפתח פתרונות חדשים ובטוחים – בעיקר פתרונות ביולוגיים או כאלה שמקורם בחומרים מן הטבע.

ועדיין, הפתרונות הביולוגיים – טבעיים יותר, ברי קיימא יותר ובריאים יותר – לא נותנים את המענה שהחקלאים משוועים לו. זאת הסיבה שרק 5% משוק התשומות לחקלאות – שמוערך כיום בכ-200 מיליארד דולר – הם מוצרים ביולוגיים או טבעיים. בשורה התחתונה, נכון ל-2023, הביולוגיה פשוט לא מצליחה להדביק את הפער.

האם המהפכה נידונה לכישלון? שתי חברות ישראליות מבקשות לשנות את המצב.

המטרה: לעבור מסינתטי לטבעי

הכירו את לביא ביו (Lavie Bio) – חברה ששמה לה כמטרה להביא לחקלאים את הגביע הקדוש: מוצרים ביולוגיים ברמה שהכימיה יודעת לתת.

“החזון שלנו הוא לאפשר חקלאות בת קיימא על ידי מעבר מהעולם הסינטטי לעולם הביולוגי הטבעי”, אומר עמית נעם, מנכ”ל לביא ביו. “אנחנו רוצים להכניס לשוק מוצרים ביולוגיים שיודעים להוות תחליף או השלמה לכימיה – ובכך לעזור לגדל ולפתח את עולם החקלאות ואספקת המזון לשנים רבות קדימה”.

אומנם נתח השוק של המוצרים הביולוגיים מצומצם – אבל בלביא ביו דווקא רואים כאן פוטנציאל צמיחה גדול. בחברה צופים שבעשור הקרוב השוק הביולוגי יהפוך מ-5% ל-25% משוק התשומות.

לביא ביו נחשבת לאחת החברות המתקדמות בעולם בתחום הפיתוח של מוצרים ביולוגיים חדשניים ברמה גבוהה. לטענת נעם לפתרונות ביולוגיים יש יתרון על פתרונות כימיים כי בניגוד לכימיה, הביולוגיה מציעה מוצרים טבעיים, לא סינתטיים וללא רעלים. הדרך שלהם להתמודדות עם פטריות, למשל, היא להניח בקרקע מעין “אויב טבעי” שנלחם עם הפטרייה על משאבי מזון ומים ובכך מונע ממנה לשרוד בצורה טבעית ובלי לייצר שאריות המהוות סכנה לגידולים בשונה מהכימיה.

לביא ביו מפתחת מוצרים ביולוגיים לחקלאות שמבוססים על חיידקים (מיקרובים) מקצה לקצה: משלב זיהוי החיידקים שיכולים להפוך למוצרים, דרך האופטימיזציה שלהם והפיכתם למוצר שאפשר למכור, ועד המסחור. “הייחוד שלנו הוא בביצוע כל תהליך הפיתוח באמצעות טכנולוגיה מאוד מתקדמת של בינה מלאכותית ולמידת מכונה”, מציין נעם.

החברה הוקמה כספין-אוף של חברה בשם אבוג’ן (EVGN) ועדיין יש לה את זכות השימוש בטכנולוגיה שפותחה שם. “זה מאפשר לנו לזהות את החיידקים בצורה מיחשובית יותר טוב מכל חברה אחרת בעולם. בנוסף, אחרי שלב הזיהוי, זה מאפשר לנו לעשות אופטימיזציה לחיידקים אלה, ולשפר בכ-20% את פעילותו של כל אחד מהם”, מוסיף נעם.

אחד הנכסים המשמעותיים של החברה הוא מאגר של כ-150 אלף מיקרובים, הנמנה עם מאגרי המיקרובים הגדולים ביותר בעולם. בנק המיקרובים פותח בחלקו בחברה, וחלקו התקבל במסגרת הסכם שיתוף פעולה גדול עם חברת קורטבע, שהעבירה ללביא ביו עשרות אלפי מיקרובים מרוצפים גנטית. על בסיס הבנק הגנטי הייחודי הזה פועלות היכולות המיחשוביות של החברה שיודעות לנתח את כמות המידע העצומה.

“בניגוד לחברות רבות המנסות להבין דרך הגנטיקה אילו מיקרובים יכולים להיות יעילים לכל מיני מזיקים, שיטת העבודה שלנו אחרת”, אומר נעם. “מה שאנחנו עושים משול למתורגמן שיודע לתרגם גנים לפונקציות או תכונות של החיידקים. הטכנולוגיות בהן אנחנו עושים שימוש מאפשרות לנו לחפש את המיקרובים שיש להם את הפונקציות והתכונות בעלות ההיתכנות להפוך אותם למוצרים מסחריים שמהווים תחליף ראוי וירוק למוצרים הכימיים הקיימים בשוק.

“נכון לעכשיו שיעור ההצלחה שלנו בזיהוי מיקרובים שיכולים להפוך למוצרים הוא בערך פי 10 ממה שכל המתחרים הבינלאומיים שלנו יודעים לעשות. כלומר, בעוד שאנחנו צריכים לסרוק 100 חיידקים בשביל לזהות 10 חיידקים בעלי פוטנציאל גבוה, המתחרים יצטרכו לסרוק בין אלף לאלפיים חיידקים כדי להגיע לאותה תוצאה. הטכנולוגיה מאפשרת לנו ליצור מוצר בשנתיים-שלוש מהר יותר מכל אחד אחר – וגם בעלות נמוכה משמעותית”.

הדרך מחיידק למוצר

בתהליך יש שלושה שלבים מרכזיים ובכולם מעסיקה החברה גם אגרונומים: שלב המחקר, שאחראי לגלות את החיידק שיכול להפוך למוצר; שלב הפיתוח, שכולל גידול של החיידקים, התאמה של תהליכי גידול ותהליכי פורמולציה לכל מועמד למוצר, ויצירה של תכשיר יבש או נוזלי שהוא למעשה הגרסה הראשונה של המוצר שתיבחן בניסויי שדה; ושלב המסחור. “יש לנו כיום שמונה מוצרים בפיתוח ויש המון עבודה על כל פרויקט לאורך השלבים”, אומר נעם.

“מוצר אחד כבר מוכן למסחור ובמוצר השני אנחנו נכנסים לעוד שיתוף פעולה עם הרשות כדי להביא אותו למסחור. זה שיתוף פעולה יפה מאוד – הלכנו יד ביד מהתמיכה הראשונית ועד למסחור.

“אנחנו עובדים עם רשות החדשנות כבר שנה חמישית ברציפות”, מספר נעם. “הרשות הייתה מאוד משמעותית ביכולת לפתח את המוצרים שלנו. התחלנו שלב ראשוני עם קונספט של מה שאנחנו רוצים לעשות והם היו איתנו לאורך כל הדרך. רשות החדשנות היא מכפיל כוח גם ביכולת שלנו להאיץ את הפעילות וגם ביכולת לתת ולידציה למשקיעים ולאנשים בשוק שיש פה פיתוח טכנולוגי שעבר בחינה מקצועית והרשות מוכנה להשתתף במימון שלו”.

ללביא ביו יש כיום שני סוגים של מוצרים, שכל אחד מהם פונה לסוג אחר של גידול ומחלות.

הראשון נקרא “Bio-Stimulants”, שמטרתו לשפר את היבול ואת הניצולת של נוטריינטים בקרקע. כשמוסיפים אותו כציפוי זרע בעת הזריעה, הוא יודע לשפר יבול של חיטה ב-6%. המוצר מיועד למגדלי חיטה, שעורה, סויה, שיבולת שועל ודגנים אחרים. כיום הוא מופץ בארה”ב וקנדה ובעתיד יתרחב לאירופה וברזיל.

הסוג השני נקרא “Bio-Pesticides” והוא נועד להחליף חומרי ריסוס כדי להילחם במחלות, פטריות וחרקים מזיקים. המוצר מיועד לגידולים שהם יותר High-value crops – כלומר לפירות וירקות שעלולים לסבול ממחלת ריקבון הפרי, כמו בגפנים. חברת קורטבע קיבלה את הרישיון למכור את המוצר הזה.

מוצר שלישי שנמצא בתהליך פיתוח מתקדם נבדק בשדותיהן של כמה חברות ענק על פי בקשתן (במקביל לבדיקה הפנימית של לביא ביו). נעם מספר בגאווה: “אחת החברות אמרה לנו: ‘בדקנו 20 מוצרים נגד המחלה. 19 מהם זרקנו לפח ואנחנו רוצים להישאר רק איתכם, כי רק המוצר שלכם הצליח להביא את התוצאות שרצינו’. אנחנו רואים בכך הוכחה נוספת לכך שהצלחנו לבנות מכונה שיודעת להביא עוד ועוד מוצרים לשוק בצורה שיטתית. בכל פעם שאנחנו מביאים מוצר – הוא מדויק. עובדה שזה עובד בשטח”.

בינה מלאכותית להגנת הצומח

מה קורה כשמחברים ידע בביולוגיה, כימיה, מדעי המחשב וחשיבה עסקית? התשובה נמצאת במעבדות ובשדות של הסטארט-אפ אגרימץ’ (Agrematch).

הנתונים המדאיגים של קשיי החקלאות המודרנית הביאו את ד”ר איתן גליק, יפעת שוב וד”ר יעל פיליפ לייסד את החברה בשנת 2017 מתוך רצון לתת מענה לאחת מהבעיות המרכזיות של החקלאים: מחסור בחומרים חדשים שישמשו להתמודדות עם מזיקים ולהגנה על הגידולים.

מנכ”ל אגרימץ’, היזם אייל בן חנוך, הכיר את מייסדי החברה והצטרף אליה בתחילה כמשקיע. לאחר שההיכרות העמיקה, התמנה למנכ”ל. “הצוות כאן פנומנלי”, הוא אומר. “המטרה שהם שמו לחברה אינה פשוטה והמשוכה מאוד גבוהה, אבל הם יכולים לעשות את זה”.

בן חנוך מונה שתי סיבות עיקריות לצורך בחומרים חדשים בחקלאות: הראשונה היא התיישנות החומרים, משום שבטבע המזיקים מפתחים עמידות למדבירי העשבים והחרקים ולחומרים נגד מחלות צמחים. השנייה היא שינויים ברגולציה, המוציאים חומרים קיימים שונים מרשימת החומרים המותרים בשימוש, בעיקר בגלל רעילות ושארתיות בקרקע.

התדלדלות הכלים העומדים לרשות החקלאים יוצרת בעיה רצינית, בין היתר מכיוון שפיתוח חומרים חדשים בשיטות הקלאסיות של ניסוי וטעייה עולה הון עתק ולוקח זמן רב.

“כאן אגרימץ’ נכנסת לתמונה”, אומר בן חנוך: “הגענו למסקנה שאין מנוס ממהפכה, והדרך לפענח ולמצוא חומרים חדשים צריכה להיעשות בטכנולוגיות מתקדמות, הכוללות בינה מלאכותית ולמידת מכונה. לשם כך פיתחנו את ‘AI4AI’ – מערכת מדעית חכמה שיודעת לאפיין ולזהות תכונות שונות במרחב החומרים העצום”, ואכן, עד היום הספיקה המערכת לסרוק מיליארדי מולקולות.

AI4AI – Artificial Intelligence for Active Ingredients – היא מערכת שמלקטת במרחב הכימי חומרים שיוכלו בסבירות גבוהה לבצע פעולות רצויות ומוגדרות מראש. בעזרת המערכת יצרה אגרימץ’ שתי פלטפורמות של מוצרים: האחת של מוצרים להדברת עשבים בעזרת חומרים טבעיים והשנייה של מוצרים להדברת עשבים בעזרת חומרים סינתטיים בטוחים לשימוש. לחברה יש מוצרים והיא בשלבי משא ומתן עם חברות גדולות למסחור החומרים.

לפני חודשים אחדים גייסה החברה השקעה המאפשרת את הרחבת פיתוח המוצרים  ובהמשך רישויים בשווקים השונים. במקביל נכנסה אגרימץ’ לפרויקט משותף עם כיל, שמטרתו פיתוח דשנים מתוחכמים יותר מאלה הקיימים היום באמצאות הטכנולוגיה החדשנית של החברה. מכיוון שהטכנולוגיה שפותחה אינה מוגבלת רק לעולם החקלאות, מנהלת אגרימץ’ משא ומתן גם עם חברות מזון גדולות.

“מרבית הפרויקטים בהם עסקתי בעבר זכו לתמיכת רשות החדשנות – וכך גם אגרימץ'”, מספר בן חנוך. “הרשות היא לדעתי נדבך חשוב שמאפשר לישראל את מעמדה כאומת הסטארט-אפ. התמיכה של הרשות עוזרת ליזמים לעשות את הצעדים הראשונים, אלה שדורשים תעוזה, ולפרוץ עם יוזמות חדשות”.

השורט-ליסט של החומרים

מבחינה טכנולוגית התהליך שפותח באגרימץ’ משלב למידת מכונה וולידציה ביולוגית: המערכת החישובית מייצרת ספריות של חומרים בעלי פעילות רצויה, והמדענים בוחנים אותם על צמחים במעבדות, בשדות ובחממות כדי לבדוק את היכולת שלהם להתמודד עם המזיקים מבלי לפגוע בגידולים.

“מתוך הניסויים השונים נוצר מידע נוסף, שחוזר כמשוב למערכת”, מסביר בן חנוך, “היא לומדת ומוציאה ספריות יותר מדויקות, עד שמתכנסים לחומר שיהפוך למוצר מסחרי וגם יהיה בטוח לבני אדם. הפונקציונליות חיונית כאן, כולל הזמן שייקח למוצר או לחומר לעבור רגולציה”.

גם באגרימץ’ אחד הערכים הייחודיים לתעשייה טמון בחיסכון בזמן ובמשאבים של כל שרשרת המחקר והפיתוח – ובהורדת הסיכון. באגרימץ’ מעריכים כי AI4AI יכולה לחסוך לחברות שמפתחות מוצרי חקלאות עשרות מיליוני דולרים.

“היתרון הגדול שלנו מקורו בשילוב בין עולמות המתמטיקה, הביולוגיה, הכימיה ומדעי המחשב”, מסכם בן חנוך. “החזון שלנו הוא להיות חברת הדיסקברי של עולם החקלאות ומעבר לכך. אנחנו שואפים לפתח את הפלטפורמה למכונה שתדע לתת מענה לצרכים של כימיה פונקציונלית ולהביא מוצרים המבוססים על חומרים שהתגלו על ידי המערכת שלנו לשוק”.