自始至终，安全无比

所有农民都深知，病虫害来得快，去得也快。想象一下，一支无声无息、无形无影的害虫大军在金黄的麦田、翠绿的玉米地或一排排生机勃勃的蔬菜地里悄然行进。短短数日之内，这支潜行的害虫大军就能把丰收的愿景变为农民最可怕的噩梦。

即使手握最新、最先进的植保产品，害虫仍然会产生抗药性，新型病害依旧会层出不穷。对农民来说，这好似陷入了无休止的军备竞赛，敌人也在不断适应变化，时刻威胁着我们的粮食安全。

因此，若想保障未来的粮食供应，为农民开发新的植保产品显得尤为迫切。那么，解决方案是什么？以科学精准设计的分子推动新一代工具的研发，以精准针对这些不断变化的威胁。

但问题在于：将这些解决方案从实验室推到实际应用是一场马拉松式的长跑，而非一场短跑冲刺。这一耗时过程涵盖了从最初发现具有潜力的分子，经过迭代设计周期设计候选产品，到最终获得监管部门批准前进行详尽的现场测试和安全评估研究的各个阶段。

从潜力分子到可供农民使用的产品，整个研发过程可能需要长达12年的时间，花费可能高达数亿美元。

此外，这种创新发现还存在风险，因为产品的长期安全性研究只能在研发后期才能开展。如果在这一阶段出现问题，导致产品取消，会造成巨大的金钱和时间损失。多年投入在设计分子的研究工作未能惠及农民，而这些资源本可以更有效地应用于其他领域。

但如果我们能完全改变游戏规则呢？

先正达科学家团队正开展一个耗资数百万美元的项目。通过运用新技术，确保只有最具安全性的分子才能进入研发阶段，从而降低风险并加快创新。

该项目的负责人之一、首席技术专家Anthony Flemming解释说，此项目旨在“在筛选识别分子的最初阶段，就借助突破性技术识别潜在的风险”。想象一下，在投入10年的努力和资金之前，就能借助这颗神奇的水晶球，预知分子的未来前景。先正达的科学家们正是利用这些突破性技术做到了这点。

为确保安全，任何处于研发阶段的产品都要经过数百次不同的科学测试，测试内容包括分子对目标的作用效果，以及可能对动物、人类乃至更广泛的环境产生的负面影响。

预测科学研究负责人Naomi Pain说：“在取得监管部门批准之前，我们会进行大量的测试，以充分掌握分子的行为模式和相互作用机制。”

四大“组学”

这些新技术在非正式语境下常被称作“组学”，具体而言，包括转录组学、代谢组学、细胞描绘（表型组学）和蛋白质组学。

每一项都有可能解锁大量高质量的颗粒数据，这些数据涉及新型分子、它们如何与细胞成分相互作用，以及这些相互作用可能产生的结果。

这些技术能帮助科学家调整分子的化学结构，实现与靶点完美结合，同时减少任何潜在风险。最终，这一切都有助于确保新产品的安全性和有效性。

首先是转录组学。这项技术已在医药行业，尤其是药物的发现与研发阶段得到了广泛应用。它为我们提供了一种手段，用以测量当分子与细胞相互作用时，细胞内基因表达变化的模式。可以将其想象为监听细胞内部的通信交流，借此了解到哪些基因在分子的作用下变得活跃，哪些基因在保持沉默。

Flemming说：“了解了这些信息，我们就能预测潜在的后续影响。”基因表达的某些变化是一个明确的信号，表明某种分子不太可能作为研发的优选对象。

先正达采用的转录组学运用了突破性的测序和处理方法，实现了经济高效的高通量分析。这意味着研究团队可以更快速地评估大量分子，从而加速有前景的化学研发进程。

其次是代谢组学。这项技术让科学家能够研究细胞化学成分，以及化学处理后发生的任何变化。细胞如同一个工厂，其中不断发生着许多动态过程，就像一条生产线。代谢组学为科学家们提供了观察生产线状态的窗口。通过了解发生的任何变化，有助于识别潜在的问题，从而选择具有最有利特征的分子化合物。

细胞描绘，顾名思义，是在细胞层面上进行绘画，能产生一些令人眼前一亮的视觉效果。从本质上讲，这是一种极其精细的显微镜技术。可以把它想象成世界上最小的艺术工作室，在这里，科学家们用分子“颜料”绘制出细胞内部运作的生动细致的画面。

最后是蛋白质组学。Flemming将其研究过程形象地描述为“有点像钓鱼——把分子悬垂到细胞的各个部分，随后轻轻地拉出黏附在其上的细胞组成部分”。通过这种方式，科学家们就能更准确地了解分子与细胞相互作用时的具体机制，以及细胞的哪些部分受到了这种相互作用的影响。

掌握了这四种技术意味着比以往拥有更多数据

为了展示这些“组学”技术如何协同工作，我们不妨用常见的化学物质——乙醇（酒精）为例。通过运用这四大“组学”技术，科学家们能够获取乙醇与人体生物学相互作用机制的精确数据。

转录组学显示了乙醇如何引发某些基因信号通路启动，以清除体内的乙醇等物质。通过细胞描绘，乙醇对细胞膜造成的损伤一目了然。

代谢组学不仅可以追踪乙醇的分解过程，还可以展现乙醇及其副产品如何影响健康细胞中始终进行着的自然化学过程。

最后，蛋白质组学显示了当乙醇分子进入我们的细胞时，这些细胞是如何产生蛋白质来分解乙醇并将其排出体外的。

这些技术的结合使用，可以精准客观地揭示新分子在细胞层面上可能产生的影响。

传统的安全性测试方法成本高、耗时长、效率低，且需大量的分子进行测试。与之相比，这些新技术可以在发现保护农作物的新活性成分时即可投入使用。

至关重要的是，基于这些组学技术，每个测试分子可生成多达400万个数据点。团队可以轻松地交叉引用所有来自组学技术中的大量数据，从而形成分子行为的整体视图，并深入洞察任何偏离“健康”概况的异常情况。

但这些内部数据仅仅是个开始，正如Pain所说：“我们还可以将我们生成的数据与其他数据集进行比对，从而将细胞中的反应与整个动物的效应关联起来。我们利用自己的内部数据，同时也借鉴制药等领域的外部数据。”

细胞描绘让我们能够研究细胞的内部运作。

因此，先正达的科学家在分子设计的最初阶段就率先使用多组学数据，节省了多年时间和精力。

Pain 强调了这种更安全的设计方法对分子研发的影响：“我们不仅节省了时间和资金，还助力于产生和优化新的化学成分，从而能以前所未有的速度向农民提供更多安全的分子”。

她说，“这些新技术和工作方式“小型化、信息丰富、效率更高、速度更快——从科学的角度来看，这是一个三赢的局面。”

归根结底，农民们需要生产比以往更多的粮食，同时还要应对大自然自身的进化机制，人类的最大希望就寄托在那些不断挑战极限的杰出才智和开创性技术。我们粮食的未来就取决于此。

借助分子技术新组合推动化学创新变革