A new EMBL spin-off leverages new insights into plant biology for more efficient crop protection.
Two out of the three co-founders of Cerelixis: Marianna Vrettou Schultes and José Antonio Marquez. Credit: BioInnovation Institute/Esben Zøllner
Summary
To sustainably feed a growing population, we need complementary solutions to conventional crop protection, which already faces significant challenges from climate change, slow innovation, and strict regulations.
Researchers from EMBL Grenoble’s Marquez Team contributed to the mechanistic understanding of abscisic acid (ABA) receptors – components of a key signalling pathway that helps plants respond to environmental stress.
This discovery enables the development of precision phytostimulants – chemicals that could help crops grow better and be more resilient to adverse environmental conditions.
The research led to the creation of Cerelixis, an EMBL spin-off working on translating these findings into solutions for sustainable agriculture.
Feeding a projected 11 billion people by the end of the 21st century necessitates a substantial increase in food production. However, boosting yields has traditionally meant relying on crop protection strategies – pesticides or herbicides to prevent crop loss due to pests, weeds, fungi, etc. Yet, these conventional methods are increasingly challenged by factors such as climate change, stricter regulations, and growing resistance issues.
EMBL researchers have developed a promising solution that complements conventional crop protection by improving plants’ resilience to adverse conditions. This innovation could partially address the new challenges we face, while aiming for a more environment- and health-friendly approach. This research is now being translated into real-world agricultural solutions through a new EMBL spin-off – Cerelixis.
Crop protection rooted in improved molecular understanding
When the plant hormone ABA binds to its receptors, it activates signals that can help switch on key enzymes by shutting down their inhibitors. Essentially, the ABA signalling pathway acts as a central command centre, orchestrating vital plant responses to environmental stresses and developmental cues. Beyond stress responses, the ABA pathway also plays crucial roles in seed dormancy, germination, and plant growth regulation. It is thus of fundamental importance in plant survival and adaptation to fluctuating conditions.
Research in the Marquez lab helped explain at a molecular level how the ABA signalling pathway is activated in plants. This, in turn, provided insights on how to design molecules to either switch this pathway on or off. Such novel molecules could act as ‘phytostimulants’, strengthening the plants’ resilience to adverse conditions and potentially leading to better harvest quality.
What are phytostimulants
Phytostimulants are substances other than nutrients and pesticides, which, when applied to plants or seeds can affect their physiological processes in a way that provides potential benefits to growth, development, and/or stress response.
“At Cerelixis, we’re pioneering smart, targeted solutions to enhance and safeguard crops by outsmarting biological and environmental vulnerabilities,” explained Julia Santiago Cuellar, an EMBL alumna and now an Associate Professor at the University of Lausanne in Switzerland. “Our process starts with identifying crucial protein targets in trait regulation. We then rapidly screen vast molecular libraries to find activators or disruptors. This accelerated discovery yields multiple promising candidates, which we refine into powerful, precise tools. These tools enable crops to resist threats, enhance resilience, and ultimately increase yields – it’s like flipping a molecular ‘off switch’ to sustainably overcome plant limitations.”
Cultivating change: collaborative effort within Europe
The new start-up, Cerelixis, has a strong foundation in sustainable agriculture, built by bringing together experts from across Europe. This endeavour also leveraged technological advancements supported by European Commission infrastructure programmes, such as iNEXT and Fragment Screen.
Marquez, with over two decades of experience in structural biology research and high-throughput technologies, drives the scientific core of Cerelixis. His expertise has been instrumental in numerous plant biology discoveries.
“This approach provides an efficient and comprehensive pipeline from X-ray-based ligand screening to medicinal chemistry optimisation,” said José Antonio Marquez, Team Leader at EMBL and co-founder of Cerelixis. “The Marquez Team’s development of a technical solution, including the CRIMS database, also means we can now perform rapid atomic-scale 3D structural analysis, so this whole process now takes considerably less time. Its potential is immense.”
The Cerelixis team also includes Marianna Vrettou Schultes, the Co-founder and Managing Director. Her expertise covers research and development, strategic marketing, and business development. “With over 17 years in agricultural R&D, I still find it incredibly fulfilling to embark on my own entrepreneurial journey to spread a wind of change, especially when it has the potential for such a positive impact on the industry,” said Schultes.
Further strengthening Cerelixis’s scientific direction is plant molecular and structural biologist Julia Santiago Cuellar. She is an EMBL alumna and now an Associate Professor at the University of Lausanne in Switzerland.
The early journey of Cerelixis was accelerated by EMBLEM, the technology transfer partner and commercial arm of the European Molecular Biology Laboratory, headquartered in Heidelberg, Germany. With over 25 years of experience in translating life science breakthroughs into commercial realities, EMBLEM proactively identified the potential of Cerelixis’s innovations and provided vital early-stage support and guidance.
Building on this robust European network, Cerelixis has now been selected to join the prestigious Venture Lab Programme from the BioInnovation Institute (BII) in Copenhagen, Denmark, as a result of winning the highly competitive Venture Lab Competition. This provides significant funding to advance the commercial potential of their molecules. It also grants access to BII’s world-class facilities, mentorship from seasoned professionals, and a vibrant ecosystem dedicated to fostering life science innovation.
The Cerelixis journey is just beginning, yet it’s already attracting the attention of major agricultural players, according to the co-founders. Discussions are underway with venture capital firms and agricultural R&D organisations, helping them reach the next step of commercial seed production.
Cerelixis: Moleculas de precisión para una agricultura resiliente
Resumen
Para alimentar de forma sostenible a una población en crecimiento, se necesitan soluciones complementarias a la protección de cultivos convencionales, la cual ya enfrenta desafíos significativos debido al cambio climático, la lenta innovación y normativas estrictas.
Investigadores del grupo de Márquez en EMBL Grenoble contribuyeron a comprender el funcionamiento de los receptores de ácido abscísico (ABA), componentes clave de una vía de señalización que ayuda a las plantas a responder al estrés ambiental.
Este descubrimiento y una colaboración entre el EMBL y el CSIC permite desarrollar bioestimulantes de precisión: compuestos químicos que podrían ayudar a los cultivos a crecer mejor y ser más resilientes frente a condiciones ambientales adversas.
Esta investigación dio lugar a la creación de Cerelixis, una spin-off de EMBL que trabaja en traducir estos hallazgos en soluciones para una agricultura sostenible.
Una nueva spin-off del EMBL aprovecha avances en biología vegetal para una protección de cultivos más eficiente.
Alimentar a los 11 mil millones de personas que se calcula para finales del siglo XXI requiere un aumento considerable en la producción de alimentos. Tradicionalmente, aumentar los rendimientos ha significado depender de estrategias de protección de cultivos: pesticidas o herbicidas para evitar pérdidas por plagas, malezas, hongos, etc. Sin embargo, estos métodos convencionales se ven cada vez más comprometidos por factores como el cambio climático, regulaciones más estrictas y el crecimiento de la resistencia a estos productos.
Investigadores del EMBL y IQFR-CSIC han desarrollado una solución prometedora que complementa la protección convencional de cultivos al mejorar la resiliencia de las plantas frente a condiciones adversas. Esta innovación podría abordar en parte los nuevos desafíos que enfrentamos, apuntando a un enfoque más respetuoso con el medioambiente y la salud. Esta investigación está siendo trasladada a soluciones agrícolas reales a través de una nueva spin-off de EMBL: Cerelixis.
Protección de cultivos basada en un entendimiento a nivel molecular de los mecanismos de señalización celular de las plantas
En colaboración con científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IQFR-CSIC) y de la Plataforma de Biología Química del EMBL en Heidelberg (CBCF), el equipo de J.A. Márquez en EMBL Grenoble utilizó tecnología de vanguardia del instituto para desarrollar potentes moléculas que se unen a los receptores del ácido abscísico (ABA) y modulan la vía de señalización del ABA en las plantas.
Cuando la hormona vegetal ABA se une a sus receptores, se generan señales que pueden activar cambios a nivel celular. Esta vía de señalización funciona como un centro de control dentro de las plantas, orquestando respuestas vitales frente al estrés ambiental y señales del desarrollo. Más allá del estrés, la vía ABA también regula procesos como la latencia de las semillas, la germinación y el crecimiento vegetal. Es, por tanto, fundamental para la supervivencia y adaptación de las plantas a condiciones cambiantes.
Las investigaciones del laboratorio de Jose Antonio Márquez, Jefe de la Unidad de Cristalografía en EMBL Grenoble y cofundador de Cerelixis, ayudaron a explicar a nivel molecular cómo se activa esta vía en las plantas, lo que permitió diseñar moléculas capaces de activar o inhibir este sistema. Estas nuevas moléculas podrían actuar como herramientas de precisión, fortaleciendo la resiliencia de las plantas ante condiciones adversas, acelerando la germinación y mejorando potencialmente la calidad de las cosechas.
¿Qué son los bioestimulantes?
Sustancias y materiales, excluyendo nutrientes y pesticidas, que cuando se aplican a plantas, semillas o sustratos de cultivo en formulaciones específicas, tienen la capacidad de modificar procesos fisiológicos de las plantas, frecuentemente a nivel celular, de una forma que brinda beneficios potenciales al crecimiento, desarrollo y/o respuesta al estrés.
“En Cerelixis estamos desarrollando soluciones inteligentes, dirigidas a mejorar y proteger los cultivos, superando vulnerabilidades biológicas y ambientales. Nuestro enfoque comienza identificando una proteína clave relacionada con un rasgo vegetal, luego cribamos rápidamente grandes bibliotecas de pequeñas moléculas para encontrar las que pueden activarla o bloquearla. Este proceso acelerado nos permite descubrir múltiples candidatos prometedores desde el inicio. A partir de ahí, refinamos estas moléculas en herramientas precisas que ayudan a los cultivos a resistir amenazas de forma natural, mejorar su resiliencia y, en última instancia, aumentar los rendimientos. Es como activar el ‘interruptor molecular’ correcto para eliminar lo que limita a las plantas – de forma eficiente y sostenible.” dice Julia Santiago Cuellar, ex doctoranda del EMBL y actualmente profesora asociada en la Universidad de Lausana, Suiza.
Cultivar el cambio: un esfuerzo colaborativo en Europa
La nueva spin-off Cerelixis tiene una sólida base en agricultura sostenible, construida gracias a la colaboración entre expertos de toda Europa. Esta iniciativa también hizo uso de avances tecnológicos financiados por programas de infraestructura de la Comisión Europea, como iNEXT y Fragment Screen.
El núcleo científico de Cerelixis está dirigido por José Antonio Marquez, cuya experiencia de más de dos décadas en biología estructural y tecnologías de alto rendimiento ha sido clave en varios descubrimientos en biología vegetal.
“Este enfoque proporciona una vía eficiente e integral que va desde la detección de ligandos mediante rayos X hasta la optimización química”, explica Márquez, Jefe de la unidad de Cristalografía del EMBL Grenoble y cofundador de Cerelixis. “El desarrollo de soluciones técnicas por parte de nuestro equipo, incluido el uso de la base de datos CRIMS, nos permite ahora realizar análisis estructurales tridimensionales a escala atómica de forma rápida, reduciendo considerablemente los tiempos del proceso. Su potencial es inmenso.”
El equipo de Cerelixis también incluye a Marianna Vrettou Schultes, cofundadora y directora general, cuya experiencia abarca desde la investigación y desarrollo hasta el marketing estratégico y el desarrollo empresarial.
“Con más de 17 años en I+D agrícola, me resulta increíblemente gratificante emprender mi propio camino empresarial para impulsar un cambio, especialmente cuando puede tener un impacto tan positivo en la industria”, comentó Schultes.
Apoyando aún más la dirección científica de Cerelixis está la bióloga molecular y estructural de plantas Julia Santiago Cuellar, ex doctoranda del EMBL y actualmente profesora asociada en la Universidad de Lausana, Suiza.
Los primeros pasos de Cerelixis fueron acelerados por EMBLEM, el socio de transferencia tecnológica del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL), con sede en Heidelberg, Alemania. Con más de 25 años de experiencia en convertir avances científicos en realidades comerciales, EMBLEM identificó proactivamente el potencial de las innovaciones de Cerelixis y brindó apoyo esencial en las etapas iniciales.
Gracias a esta sólida red europea, Cerelixis ha sido seleccionada para unirse al prestigioso Venture Lab Programme del BioInnovation Institute (BII) en Copenhague, Dinamarca, tras ganar la competición Venture Lab Competition. Esto les proporciona una financiación significativa para avanzar en el potencial comercial de sus moléculas, además de acceso a instalaciones de primer nivel, mentoría de expertos y un ecosistema vibrante dedicado a fomentar la innovación en ciencias de la vida.
El viaje de Cerelixis apenas comienza, pero ya está atrayendo la atención de grandes actores del sector agrícola, según sus cofundadores. Ya se están llevando a cabo conversaciones con firmas de capital riesgo y organizaciones de I+D agrícola, ayudando a dar el siguiente paso hacia la producción comercial de semillas.
