(57)【要約】【課題】  大気中二酸化炭素濃度の上昇を食い止めるには、二酸化炭素の固定と利用（ＣＣＵ）の技術開発が必要である。しかし、ＣＣＵの社会実装にはエネルギーの確保とそのエネルギー分に当たる経済的負担を克服しなければならない。ＣＣＵの一つとして、有機担体表面及び内部に光合成微生物を付着あるいは接着させる、固定化細胞を用いた培養技術の開発が進められているが、この技術を社会実装するためにも、経済的課題を解決しなければならない。さまざまな種類の光合成微生物でこの培養系を用いることができれば、より多種類の高付加価値・高価格物質を生産することができ、それらの価格安定性が図られ、社会実装につなげることが容易になるからである。すなわち、本固定化細胞培養技術の利用生物種の汎用性を高めることが課題である。【解決手段】有機担体への付着あるいは接着による固定化細胞を利用した光合培養技術を用いて培養することのできる種を調べたところ、多くの種で培養可能であることが見いだした。すなわち、有機担体表面上、あるいは内部で固定化した細胞の培養技術は、培養対象生物種の点で、きわめて高い汎用性を持つことが明確となった。この結果から、多種の光合成微生物を、本固定化細胞培養技術を用いて培養し、さまざまな高付加価値、高価格物質を生産することが可能で、社会実装に伴う経済的負担を軽減できると期待される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成微生物または藻類を、光独立栄養条件で培養する培養システムであって、細胞または生物個体を、有機担体表面またはその内部に付着あるいは接着させることにより固定化し、そこに連続的あるいは間欠的に培養液を供給して増殖させる培養システムと培養方法。
ここで、有機担体は織布あるいは不織布あるいは合成樹脂シートとし、培養対象の光合成微生物または藻類を、藍色植物門（シアノバクテリア）、紅色植物門、緑色植物門、ハプト植物門、ユーグレナ植物門、不等毛植物門、渦鞭毛植物門、及び光合成細菌の種であって、その野生株及び変異株とする。
【請求項２】
請求項１に記載の培養システムと培養方法であって、温度条件を０℃以上７０℃以下の範囲内とし、光合成のための光強度を、可視光領域において１０μｍｏｌ／ｍ２  ｓｅｃ以上５００μｍｏｌ／ｍ２  ｓｅｃ以下の範囲とし、培養する生物種を以下のいずれかの種とする培養システムと培養方法。培養対象生物種を、アースロスピラ（Ａｒｔｈｒｏｓｐｉｒａ）、スピルリナ（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ）、フィツェレラ（Ｆｉｓｃｈｅｒｅｌｌａ）、アナベナ（Ａｎａｂａｅｎａ）、ノストック（Ｎｏｓｔｏｃ）、シュードアナベナ（Ｐｓｅｕｄａｎａｂａｅｎａ）、グラシラリア（Ｇｌａｃｉｌａｒｉａ）、シネコキスティス（Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ）、シネココッカス（Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ）、サーモシネココッカス（Ｔｈｅｒｍｏｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ）、アファノテセ（Ａｐｈａｎｏｔｈｅｃｅ）、ノストコプシス（Ｎｏｓｔｏｃｈｏｐｓｉｓ）、ロドスピリルム（Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ）、クロロフレクサス（Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｕｓ）、クロロビウム（Ｃｈｌｏｒｏｂｉｕｍ）、ロドバクター（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ）、シアニディオシゾン（Ｃｙａｎｉｄｉｏｓｃｈｙｚｏｎ）、シアニディウム（Ｃｙａｎｉｄｉｕｍ）、ガルディエリア（Ｇａｌｄｉｅｒｉａ）、ポルフィリディウム（Ｐｏｒｐｈｙｒｉｄｉｕｍ）、ポルフィラ（Ｐｏｒｐｈｙｒａ）、ピロピア（Ｐｙｒｏｐｉａ）、クロレラ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ）、パラクロレラ（Ｐａｒａｃｈｌｏｒｅｌｌａ）、ヘマトコッカス（Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ）、クラミドモナス（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ）、ドナリエラ（Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ）、セネデスムス（Ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ）、ボトリオコッカス（Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ）、オーデゴニウム（Ｏｅｄｅｇｏｎｉｕｍｕ）、アオサ目（Ｕｌｖａｌｅｓ）、緑藻（Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｔａ）、ナンノクロリス（Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｉｓ）、クロロコッカム（Ｃｈｌｏｒｏｃｏｃｃｕｍ）、ネオクロリス（Ｎｅｏｃｈｌｏｒｉｓ）、ココミクサ（Ｃｏｃｃｏｍｙｘａ）、シュードココミクサ（Ｐｓｅｕｄｏｃｏｃｃｏｍｙｘａ）、シュードコリシスティス（Ｐｓｅｕｄｏｃｈｏｒｙｃｙｓｔｉｓ）、ディクチオカ藻（Ｄｉｃｔｙｏｃｈｏｐｈｙｃｅａｅ）、パルマ藻（Ｐａｒｍｏｐｈｙｃｅａｅ）、ピングイオ藻（Ｐｉｎｇｕｉｏｐｈｙｃｅａｅ）、シゾクラディア藻（Ｓｃｈｉｚｏｃｌａｄｉｏｐｈｙｃｅａｅ）、褐藻（Ｐｈａｅｏｐｈｙｃｅａｅ）プレウロクリシス（Ｐｌｅｕｒｏｃｈｒｙｓｉｓ）、エミリアニア（Ｅｍｉｌｉａｎｉａ）、イソクリシス（Ｉｓｏｃｈｒｙｓｉｓ）、ゲフィロカプサ（Ｇｅｐｈｙｒｏｃａｐｓａ）、パブロバ（Ｐａｖｌｏｖａ）、珪藻（Ｂａｃｉｌｌａｒｉｏｐｈｙｃｅａｅ）、キートケロス（Ｃｈａｅｔｏｃｅｒｏｓ）、ニッチア（Ｎｉｔｚｓｃｈｉａ）、フェオダクティルム（Ｐｈａｅｏｄａｃｔｙｌｕｍ）、フィッツリフェラ（Ｆｉｓｔｕｌｉｆｅｒａ）、ナビキュラ（Ｎａｖｉｃｕｌａ）、タラシオシラ（Ｔｈａｌａｓｓｉｏｓｉｒａ）、フェオキスティス（Ｐｈｅｏｃｙｓｔｉｓ）、真正眼点藻（Ｅｕｓｔｉｇｍａｔｏｐｈｙｃｅａｅ）、ナンノクロロプシス（Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ）、ユーグレナ���Ｅｕｇｌｅｎａ）、プラシノ藻（Ｐｒａｓｉｎｏｐｈｙｃｅａｅ）、シンビオディニウム（Ｓｙｍｂｉｏｄｉｎｉｕｍ）のいずれかの生物群に属する種の野生株及びその変異株とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、光合成生物の固定化細胞培養における培養対象種およびその培養方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】［ＣＣＵ技術の開発とその社会実装の必要性］
今日、人類の活動により大気の二酸化炭素濃度が上昇し、地球温暖化の原因になっていると考えられている。そのため、二酸化炭素の排出抑制は、パリ協定で唱えられ、国連でも持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１３に「気候変動に具体的な対策を」として掲げられている。【０００３】近年の二酸化炭素排出量は、日本だけで年間１３億トン、世界では３４０億トンに達していることから、我が国だけでも数億トン規模で。二酸化炭素の排出抑制と排出された二酸化炭素の回収と埋設（ＣＣＳ；Ｃａｒｂｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｓｔｏｒａｇｅ）、さらに、二酸化炭素の固定と利用（ＣＣＵ；Ｃａｒｂｏｎ  Ｃａｐｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）の技術開発、そして、その実装を急がねばならない。【０００４】二酸化炭素排出の原因である石油や天然ガス等の化石燃料は、１億年を超える長い間、過去の地球に蓄えられた光合成生物の遺物、いわば「地球の貯金」であることから、現在の経済活動は「貯金の取り崩し社会」であって、そこから、ＣＣＵによる「炭素循環社会」への移行が求められていると言えよう。【０００５】［ＣＣＵ技術の社会実装における課題］
「炭素循環社会」は、二酸化炭素を有機物に変換し、それを社会が利用するという炭素のサイクルである。しかし、ＣＣＵ技術の社会実装には、［０００３］に述べたような大量の二酸化炭素固定という規模の問題と、さらに多大なエネルギーが必要という二つの問題を解決しなければならない。二酸化炭素の持つエネルギーと生産される有機物の持つエネルギーの差にあたるエネルギー量は、外部から与えなければならないからである。しかも、有機物変換効率が仮に１０％であれば、供給するエネルギー量は１０倍必要という変換効率も関係する。【０００６】現在、化石燃料の多くは電力や輸送用燃料として消費され、一部が工業原料として利用されている。この電力や輸送用燃料としての利用の少なくとも一部は、再生可能エネルギー発電のようなエネルギーの直接利用システムや自動車のＥＶ化などで化石燃料の代替化が進められている。【０００７】一方、工業原料は有機物であり、将来はＣＣＵによる有機物生産が望まれる。［０００５］に述べたような多大のエネルギーの必要性を考えると、未利用エネルギーあるいは余剰エネルギーの新規利用とその効率の向上が極めて重要である。【０００８】また、ＣＣＵにより生産される有機物は、化石資源をもととする工業原料に比べると、エネルギー供給の分だけでも経済的に不利であることは明らかである。【０００９】即ち、ＣＣＵ技術開発は、技術的に可能になったとしても、その社会実装のためには、エネルギー源の創出・確保と経済的不利という二つの課題を克服しなければならないのである。【００１０】［ＣＣＵ技術としての微細藻類利用の可能性］
ＣＣＵ技術の一つとして、水界の光合成微生物、いわゆる微細藻類の光合成利用に関心が寄せられている。【００１１】光合成で蓄積される有機物の多くはデンプンなどの多糖類であるが、光合成微生物はさまざまな成分を含んでいる。抗酸化作用を持つ色素類など、付加価値の高い有機物も持つことから、高価格の有機物の割合が多ければ、生産される光合成微生物の経済的価値が高まり、上記の経済性の課題を解決できる可能性が高まる。【００１２】例えば、ヘマトコッカスはアスタキサンチンの含有量が高く、スピルリナはフィコシアニン、ドナリエラはβ−カロテンなどを多く含むことが知られている。【００１３】また、エイコサペンタイン酸（ＥＰＡ）やドコサヘキサエン酸（ＤＨＡ）などの有用物質を持つ光合成微生物も複数種知られている一方、発明者らが用いてきたクロレラは、光合成色素などの有用物質はもつが、ＥＰＡもＤＨＡなどの超長鎖脂肪酸は知られていない。【００１４】また、光合成微生物は、置かれる環境条件により、こうした有用物質生産の含有量が高まったり、作られたりすることが知られている。培養液中の窒素濃度を下げたり、浸透圧を高めたり、あるいは温度設定を変えるなど、細胞増殖させた後に高価格物質の蓄積条件を設定するなどして産物の経済的価値を高められることも知られている。【００１５】本発明者らのクロレラを用いた研究結果から、脂質のトリアシルグリセロール含量が培養液中の硫黄除去や脱水処理後の培養により増加することを報告している（先行技術特許文献１）。【００１６】なお、含有成分の利用のみならず、クロレラやスピルリナ、ユーグレナなどは、細胞そのものが健康食品として用いられている。その点で、光合成微生物をＣＣＵとして生産することになれば、［０００７］に記載の工業原料供給のほかに、食糧供給、とりわけ、有用な脂質やタンパク質供給という、工業原料と農業産物の両面の性質を持つ新たな生産システムを生み出す可能性もあろう。【００１７】このように、光合成微生物利用のＣＣＵ技術は、高価格物質の生産を含めることにより、経済性の課題を解決できる可能性が高まる。そして、そのためには、同一生物種の生産競争によって生じる高価格有機物の価格低下を防ぐとともに、培養する生物種の幅を拡大することによって、付加価値の高い有機物の種類を増やし、高価格有機物全体の価格の安定を図ることが重要である。【００１８】［光合成微生物の多様性と多様な有機物蓄積］
光合成微生物の持つ高価格有機物の多様性は、生物学的多様性がその根底にある。
光合成を行う原核微生物は、酸素を発生しない光合成を行う光合成細菌と、酸素発生型の光合成を行うシアノバクテリアとに分けられる。【００１９】光合成を行う真核生物は、シアノバクテリアを細胞内に取り込んで真核細胞となった、灰色藻の灰色植物門（Ｇｌａｏｕｃｏｐｈｙｔａ）、紅藻などの紅色植物門、緑藻やトレボウクシア藻、プラシノ藻などを含む緑色植物門、車軸藻、そして、維管束植物である。【００２０】紅藻や緑藻が、他の非光合成微生物の細胞内に取り込まれて成立したと考えられている二次共生生物があり、極めて多様な生物群を構成している。二次共生生物の例として、クリプト藻や珪藻、渦鞭毛藻、ハプト藻、褐藻、ラフィド藻、クロララクニオン藻、真正眼点藻、ユーグレナ藻などがあげられ、進化の過程で光合成能力を失ったと考えられる原生動物も含まれている。また、褐藻であるコンブやワカメなど、多細胞化したものも存在する。【００２１】こうした二次共生藻の多くが、特殊なカロチノイドやキサントフィルを含むなど、一次共生藻と異なる色素等の有機物を含む。また、貯蔵多糖もβ−グルカンを蓄積するものがあるなど、デンプンなどのα−グルカンとは異なるものも多い。【００２２】以上のことから、光合成微生物の多様性を活かして、多様な有機物利用へと展開できれば、経済的な不利を補える可能性が高まり、「炭素循環社会」の実現も可能となろう。そのためには、光合成微生物を我が国だけで１億トン近くまで生産できる技術の開発とそれを社会実装させる状況整備が不可欠である。【００２３】［従来の光合成微生物の大量培養技術とその課題］
これまで、光合成微生物の大量培養技術は、世界中で微細藻類への注目が強まった２００８年頃から、主にオープンポンドやバイオリアクターでの技術開発が進められてきた。ともに液体培養である。【００２４】とりわけ、生産コストを下げるという経済性の視点から、太陽光利用を中心とするオープンポンドによる大量培養が行われてきた。【００２５】しかし、オープンポンドでは温度の維持管理が難しいことから、熱帯、亜熱帯などの温暖な地域に制限され、中緯度地域での培養は冬期は停止するなど、培養時期が限られることも多い。そのため、高緯度地域では大量生産は難しい。【００２６】また、オープンポンド１ｍ２あたりの微細藻類生産量は、１日１ｍ２あたり２０〜５０ｇＤＷ（乾燥重量）程度であり、［０００３］に記された数値の生産には、ほとんど不可能と思えるような膨大な土地面積を必要とする。地球全体を見渡せば未利用地は存在するが、水の確保と温度管理、さらに環境保全を考慮すると可能な土地は少なく、まして我が国では不可能といえよう。【００２７】一方、液体利用のフォトバイオリアクターは高濃度の細胞での培養や温度管理は可能であるが、高層化による水圧の課題や漏水の危険性など、培養規模の拡大が難しい。【００２８】［有機担体利用の固定化細胞培養システム］
既存の培養技術では、１億トン近い規模の生産を国内で実施することは不可能である。そこで、本発明者は、織布や不織布、さらには合成樹脂、すなわち、有機担体の表面上及び内部に光合成微生物を付着、接着させることにより細胞を固定化して培養する固定化細胞培養技術を、クロレラを用いて開発してきた（先行技術特許文献２、非特許文献１）。【００２９】本培養法では、光合成生物の細胞は布等の有機担体に固定化しているため、その担体を縦に設置することが可能で、培養液は重力で落下するため、細胞表面を培養液が常に通過する状態となっている。また、培養部分が水槽でないため、大量の液体を貯める必要がなく、そのため大きな水圧がかかりにくい構造とすることができる。
すなわち、上部への拡張が容易である。また、縦型の平板担体で、担体面積当たりのクロレラの生産速度を、オープンポンドとほぼ同等の値にまで上げることが可能となった。【００３０】即ち、その平板担体を縦に置き、それを並行する形で横に並べることにより、設置土地面積あたりのクロレラ生産速度は、単位面積あたりの平板担体枚数だけ乗算され、さらに高層化が可能なことから、施設（土地）面積当たりのクロレラ生産量を２桁近く高めることが可能である。実際、高さ１ｍを想定した、装置床面積当たりの乾燥重量（ＤＷ）の増加として２００ｇＤＷ．ｍ−２．ｄａｙ−１の生産量を３日間連続で維持できるという実験結果を得ている。【００３１】本装置はまた、例えば１ｍ３規模でのユニット化も可能で、縦型のため、温度管理が容易になり、ユニットの拡張性、設置場所の汎用性に優れたシステムとなっている。すなわち、現実に炭酸ガス排出量の削減を厳しく求められている高緯度工業地帯においてＣＣＵ設備を設置できることを意味している。【００３２】また、［０００９］で述べたように、本培養技術はエネルギー源のある場所に設備の設置が可能で、その場所の条件に合わせて拡張できる。【００３３】社会実装を考慮して、さらに望まれるのが、適用可能な光合成微生物の種類を拡大し、生産有機物の多様化を図ることである。この培養対象種に関わる汎用性を備えることができれば、生産される有機物の多様化を図ることができ、社会のさまざまな需要に応えられる可能性が高まると期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】特許第５９４３３６１号公報
【特許文献２】特許第６１５２９３３号公報
【非特許文献】
【００３５】
【非特許文献１】東京薬科大学研究紀要  １５：  ９−１６（２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】背景技術［０００２］で述べたように、大気中の二酸化炭素濃度上昇の問題は世界中で解決が急がれている問題であるが、ＣＣＵによる炭素循環社会を構築するためには、［０００９］で述べたように、エネルギー源の確保と経済的な不利の２点を克服しなければならない。光合成微生物を用いる有機担体固定化細胞培養技術は、規模拡大の容易さと、設置場所や実施時期の汎用性を有することから、高緯度の寒冷な地域も含めて、未利用エネルギーの存在する地域で設置が可能である。しかし、本技術の実装のためには、培養対象種においても汎用性をもつことにより、さまざまな光合成生物で生産できるようにし、多種類の高付加価値・高価格有機物を産できるようにすることによって、経済的な不利を解消することが重要である。すなわち、本固定化細胞培養技術を利用できる光合成微生物種を広げ、培養対象となる種の汎用性を高めることが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００３７】さまざまな光合成微生物種を用いて、有機担体への付着、接着による固定化とその条件での細胞増殖を調べたところ、織布、不織布を担体とすることによって、きわめて広い範囲の分類群で、培養可能であることが明らかになった。【００３８】実験による検証で培養可能が明らかになった種（あるいは株）は以下の通りである。
シアノバクテリアＳｐｉｒｕｌｉｎａ  ｓｕｂｓａｌｓａ、Ａｒｔｈｒｏｓｐｉｒａ  ｐｌａｔｅｎｓｉｓ  ＮＩＥＳ−３９、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ  ｓｐ．ＰＣＣ６８０３の野生株及びリン酸輸送体遺伝子破壊変異株、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ  ｓｐ．ＰＣＣ７９４２、紅藻Ｃｙａｎｉｄｉｏｓｃｈｙｚｏｎ  ｍｅｒｏｌａｅ、緑藻Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｋｅｓｓｌｅｒｉ  １１ｈ、Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｌａｃｕｓｔｒｉｓ、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓ  ｂｒａｕｎｉｉ、Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ  ｒｅｉｎｈａｒｄｔｉｉ、Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ  ｔｅｒｔｉｏｌｅｃｔａ、珪藻Ｃｈｅａｔｏｃｅｒｏｓ  ｓｏｃｉａｌｉｓ、真正眼点藻Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ  ｏｃｃｕｌａｔａ、ハプト藻Ｐｌｅｕｒｏｃｈｒｙｓｉｓ  ｈａｐｔｏｎｅｍｏｆｅｒａ、ユーグレナ藻Ｅｕｇｌｅｎａ  ｇｒａｃｉｌｉｓで細胞増殖を確認することができた。さらに、従属栄養条件下での培養であるが、ラビリンチュラＡｕｒａｎｔｉｏｃｈｙｔｒｉｕｍも増殖ができ、サンゴの共生藻Ｓｙｍｂｉｏｄｉｎｉｕｍｕ  ｓｐ．では、増殖までの検討に至っていないが、十分な光合成活性のあることまでは確認できた。【００３９】なお、培養における培養液の組成は、種によって異なるが、国立環境研究所の微細藻類コレクション等に記載の培養液組成を用いた。また、すべてのシアノバクテリアの種とＣｙａｎｉｄｉｏｓｃｈｙｚｏｎ、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａは３０℃、Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ、Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ、Ｅｕｇｌｅｎａ、Ｂｏｔｒｙｏｃｏｃｃｕｓは２５℃、他は２０℃で実験した。きわめて広範囲の分類群にまたがる多様な種で培養可能であることが判明した。【００４０】生活形態としては、プランクトン性の細胞や鞭毛をもち運動性の状態で増殖している細胞も多いが、検討したすべての光合成微生物が、有機担体表面での固定化細胞状態で培養可能であることが明らかになった。その時、運動性が消失し、付着形態に変化したと思われる種も複数存在した。【００４１】以上より、有機担体、特に織布や不織布の表面上あるいは内部に、細胞を付着あるいは接着させた固定化細胞を利用した培養システムは、光合成原核生物でも、紅藻、緑藻、珪藻、真正眼点藻、ハプト藻、ユーグレナ藻の光合成真核生物でも培養可能であること、すなわち、本細胞培養システムの適用可能な生物種が、きわめて広い範囲に広がっていることが明らかになった。【００４２】ここで、「織布は不織布の内部」は、布内部の繊維表面あるいは、繊維間空間部を意味する。また、アルギン酸カルシウムの粒子に細胞を内包させる形での固定化では細胞増殖は遅かった。このことから、固定の形態が付着型あるいは接着型であることが重要であることが判明した。【００４３】請求項１記載の「培養液」は、各光合成微生物種に適用されてきた合成培地であるが、工場排水でもその他河川や湖水等の環境水でも増殖できる場合は代用可能であることも確認した。【００４４】そのため、本固定化細胞培養の目的を、本質的にはＣＣＵの社会実装であるが、環境水の浄化などリンや窒素、その他特殊元素の吸収、吸着を目的とすることも可能である。
【発明の効果】
【００４５】有機担体上またはその内部に細胞を固定化して光合成微生物を培養する技術が、多様な種に適用できることが明らかになり、この培養技術利用の範囲を格段に広げることに成功した。【００４６】本発明により、生産物である高価格物質の種類の選択性が広がり、それぞれの条件に見合う形で、培養種の選定が容易になり、経済的に採算のとれる生産種と有用物質の選択可能性が高まった。すなわち、産業界で需要がある種々の高価格有機物を、各生産者が培養する光合成生物種を分散化し、異なる高価格物質を生産するようにできれば、それぞれが採算取れるようにＣＣＵ技術として実装化でき、市場価格の安定化も図りやすいと考えられる。【００４７】特に、ハプト藻など鞭毛をもって運動する形態と付着性形態の両方の時期が知られている種では、固定化により生息形態が変化し、細胞増殖したと推測できるが、クラミドモナス、ドナリエラ、ユーグレナなどは鞭毛をもって運動しながら増殖することが知られている。付着生育が知られていない種でも固定化細胞培養が可能であることが判明したことは、科学的にも重要な情報であり、技術開発の視点においても新規性をもつといえる。このことは、また、未検討の光合成微生物でも、多くの種で、固定化細胞状態での培養が可能であることを予想させるものである。【００４８】光合成微生物の固定化細胞培養の適用可能種に関する汎用性が明らかになり、本技術を利用して、多種類の光合成微生物を利用して多様な高価格の有機物生産を行うことが可能となったわけである。生産される高価格有機物の価格が維持されれば、経済性が確保され、本固定化細胞培養技術の社会実装が達成できる可能性が高まる。
【発明を実施するための形態】
【００４９】本培養技術における設置場所の汎用性に加えて、適用生物種においても汎用性が明確になったことから、利用可能な再生エネルギーや未利用のエネルギーのある場所で、水等の培養液成分、さらには二酸化炭素などが入手可能な場所に、本固定化細胞培養装置を設置することとなる。
【実施例】
【００５０】一般に、光合成微生物の光合成能力を利用した有機物生産を行う場合、たとえば［００１２］や［００１３］に記したように、候補微生物種を決めれば、生産される有機物を決定できる。そこで、▲１▼生物種及び株の選定、▲２▼その株に適した培養条件の設定、▲３▼目的生産物の決定の順で決定される。しかし、実際は、生産したい有機物を決定し、それに見合う種の選択。すなわち、▲３▼を考慮して、▲１▼の選定を行うことも多いはずである。【００５１】ここで、▲３▼の目的生産物は、細胞そのものでもよく、あるいは、細胞から抽出される有用物質でもよい。社会の需要に見合った▲３▼の選択が可能となるわけである。【００５２】風力発電等の再生可能エネルギーは、消費地から離れたところに存在するものも多いが、そうした地域でも本固定化細胞培養システムを設置運転が可能となる。こうした技術が複数地で行われれば、ＣＣＵとして期待される規模での炭素固定循環に近づくと予想される。あるいは、工場等から排出される二酸化炭素と排水をもとに、本固定化細胞培養装置が設置され、工場に存在する未利用エネルギーの利用が可能となれば、二酸化炭素発生源におけるＣＣＵ技術として実施される可能性も高い。
【産業上の利用可能性】
【００５３】液体培養法により、既に、クロレラ、スピルリナ、ユーグレナが生産され、高価格の健康食品として、あるいは、スピルリナからはフィコシアニンの青色色素が市販されている。有機担体を用いた固定化細胞利用の培養系により、生産能力が向上すると、健康食品のみならず、抗酸化剤等の機能性物質、あるいはタンパク質源、さらには、飼料、餌料としての供給が可能となる。しかし、自由競争が進みすぎると価格破壊が生じ、経済性が保持できなくなる危険性が存在する。価格の急激な変動を抑えつつ、経済性の課題を解決することができれば、さまざまな有機物資源が社会に提供されることも可能となり、分散している未利用エネルギーをもとに、本光合成微生物利用の培養システムが、ＣＣＵとして期待される規模に達する可能性は高い。【００５４】産業と異なる基礎研究の領域になるが、光合成微生物の生理生態、あるいは生化学領域の研究では、これまで液体培養による生物材料生産がほとんどすべてであった。
本培養システムは、比較的大量の細胞を保持した形で培養できるため、生物材料を多く必要とする研究の場合は、培養に利用するケースが出てくることも考えられる。
その時は、本技術の研究用培養装置として市販される可能性もあろう。
【語彙の説明】
【００５５】”藻類“という名称は、古くは、生態学的に光合成を行う微生物群を指し、原核生物のシアノバクテリアを含んでいたが、今日、専門領域では、真核光合成生物に限定して用いることが通例である。本出願書では、この点を考慮して、可能な限り「光合成微生物」と称し、光合成細菌も含めることとする。また、アオサなども本技術の延長として利用できると思われることから、ほとんど分化していない多細胞性の藻類も含めることとする。
【００５６】また、光合成微生物の種名や分類群は、遺伝子をもとにした分子系統解析の進歩によって、時に変更されることがある。例えば、上記［００３８］の例となるが、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｋｅｓｓｌｅｒｉ  １１ｈは、もともとゲッチンゲン大学の微細藻類コレクションの緑藻クロレラの２１１−１１ｈ株とされているが、分類群が変更され、現在は、ゲッチンゲン大学、国立環境研究所微生物系統保存施設ともにトレボウクシア藻のＰａｒａｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｋｅｓｓｌｅｒｉ  ＮＩＥＳ−２１６０として記載されている。また、スピルリナとされてきたシアノバクテリアもアースロスピラに、アナシスティスもサーモシネココッカスに、ポルフィラがピロピアに名称変更され、両名称が用いられているのが現状である。このように、分類学上の位置づけが変わる場合もあるが、本発明は分類することが目的ではなく、有機担体上での固定化細胞培養技術の社会実装を目指すものであることから、どちらの名称も含むものとして扱う。また、カタカナ読みは、本来のラテン語読みと英語の影響を受けた読み方があり、異なる場合がある。
【００５７】また、「変異株」は、自然突然変異、紫外線や重粒子線、Ｘ線等の照射により起こされた突然変異、さらに、遺伝子組換えやゲノム編集などの遺伝子改変によって得られた変異株を含むものとする。
【００５８】請求項１にある「光独立栄養条件」は、光合成による増殖を意味し、ビタミンなどの有機物を微量に加える場合はあるが、主な炭素源は二酸化炭素あるいはその水に溶けた時の分子形態である培養条件のことである。