RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

バイオ研究グループ
グループメンバー（2021 年 12 月末）
グループリーダー・
主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
研究員
研究員
研究員

乾
将行
寺本 陽彦
平賀 和三
寺崎 肇
宮本 正人
田中 裕也
須田 雅子
北出 幸広
豊田 晃一
加藤 直人
長谷川 智
渡邉 彰
小暮 高久
久保田 健
生出 伸一
大井 潔
清水 哲
肥後 明佳
Natalia Maria Theresia

研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手

柏木 紀賢
小林 淳平
橋本 龍馬
猿谷 直紀
野嵜 裕貴
Dyah Candra Hapsari Subagyo
渡邊 淳子
池永 由布子
水口 祥子
永守 美雪
内藤 香枝
池田 永子
米田 和代
小泉 真夕
西
淳子
森 佳代子
岩島 素巳
吉田 佳世
岡田 亜弥
岸 紀美代

カーボンニュートラルに貢献するバイオリファイナリー技術の開発
1. はじめに一方、近年、バイオテクノロジーは、合成生物学やゲノ

日本政府は、 2020 年 10 月、「2050 年カーボンニ

ム編集技術等が急速に進展している。さらにバイオテクュートラル」を宣言した。2030 年までに温室効果ガス

ノロジーと、発展が著しい IoT や AI 等の情報技術（デジの排出を 46％削減し、2050 年までに温室効果ガスのタル）とが融合した“バイオ×デジタル技術”の技術革新

排出を実質ゼロとする。これにより、2050 年に脱炭素が起こりつつある。このバイオ×デジタル技術やバイオ資社会を実現することを目標とした。

源を活用した“バイオものづくり”は、カーボンニュートラ

本宣言を実現するための政策として、「2050 年カー
ボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」が 2020 年

ル・カーボンネガティブの点において大きく貢献が期待できる。

12 月に策定され、2021 年 6 月に改訂された。本戦略

当グループでは、これまで、地球環境と経済の両立をにおいて、産業として成長が期待され、なおかつ温室効めざして、微生物を利用したバイオリファイナリー技術、

果ガスの排出を削減する観点からも取り組みが不可欠

即ち再生可能資源（バイオマス）を原料としてバイオ燃料と考えられる１４の重要分野が設定された。この中でバやグリーン化学品を製造する技術の開発を進めてきた。

イオテクノロジーが貢献できる分野として、「⑪カーボン

これは、前述の「⑪カーボンリサイクル・マテリアル産業」

リサイクル・マテリアル産業」が挙げられる。具体的には、に貢献できる技術である。この開発で我々は、代表的なATJ（Alcohol to Jet）や微細藻類によるバイオ代替航工業微生物であるコリネ型細菌が、還元条件下では増殖

空機燃料などのカーボンリサイクル燃料や、バイオマスは抑制されるものの代謝機能は維持され、糖類を代謝し資源や CO2、及び廃プラスチックや廃ゴムを原料として有機酸等を効率よく生成する現象を見出した。そして、バイオテクノロジーで生産するカーボンリサイクル化学

こ れ を 基 に 、 増 殖 非 依 存 型 バ イ オ プ ロ セ ス 「 RITE

品の生産分野である。

26

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

Bioprocess®」を開発した。また、工業化に必須の要素技術である「非可食バイオマス由来の混合糖の完全同時利用」や「発酵阻害物質への高度耐性」等を確立した（第2 章参照）。
それらの技術を利用して、バイオ燃料としてはエタノー

図 1 「RITE Bioprocess®」を利用した

ル、ブタノール、グリーンジェット燃料、バイオ水素、グリ

バイオリファイナリーの概念

ーン化学品としては乳酸、コハク酸、アラニン、バリン、シ
キミ酸、プロトカテク酸、4-アミノ安息香酸、4-ヒドロキ
シ安息香酸等の世界最高レベルの高効率生産を報告している。現在は、より高付加価値な香料・化粧品・医薬等の原料となる芳香族化合物等の生産技術開発に注力して研究開発を行っている（第 3 章参照）。
また、一方で、これまでにバイオテクノロジーとデジタルを融合した最新の技術開発として、国立研究開発法人
新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）「スマー2.１. 「RITE Bioprocess®」の特長
特長① 増殖非依存型バイオプロセス「RITE Bioprocess®」では、まず、目的物質を効率的に生産できるように高度に代謝設計されたコリネ型
細菌を大量に培養する。そして、細胞を反応槽に高密度に充填後、嫌気的な条件や、増殖に必須な因子を削除することにより細胞の分裂を停止させた状態で反応を行う（図 2）。

トセル」プロジェクト、SIP 戦略的イノベーション創造プロ
グラム、NEDO「バイオものづくり」プロジェクトに参画し、RITE Bioprocess®

従来の合成法では生産が難しかった高機能化学品の生合成や生産プロセスの効率化に向けて研究開発を進め反応槽に微生物を高密度充填し発酵特許

C5, C6 糖

混合糖の完全同時利用
発酵阻害物質に対する高耐性ている。2020 年からは、NEDO「ムーンショット」プロ

バイオ燃料
グリーン化学品

ジェクトに参画し、非可食性バイオマスを原料とした海洋
分解可能なマルチロック型バイオポリマーの研究開発に

増殖非依存型バイオプロセス■ 高収率、高生産■ シンプルなシステム

JP3869788
JP4451393
US7368268
EP1647594
JP4712716
US8604180
DE602004026192.0

FR1647594
JP4927297
US7598063
JP4294373

従来の発酵法微生物が増殖しながら物質を生産も取り組んでいる（第 4 章参照）。
本 概 説 で は 、 ま ず 、 我 々 の コ ア 技 術 で あ る 「 RITE
増殖

Bioprocess®」とその特長について説明する。次に、そ増殖依存型バイオプロセス■生産（反応）時間は微生物の増殖に依存■細胞増殖による炭素損失

れらを利用したターゲット別の開発成果等について紹介

図 2 「RITE Bioprocess®」の特長①する。そして、基盤技術開発として、近年進展が著しい（増殖非依存型バイオプロセス）“バイオ×デジタル技術”の技術革新に基づく国家プロジ
ェクトについて述べ、最後に、事業化への取り組みについて紹介する。

高効率化の鍵は、微生物の増殖を抑制した状態で化合物を生産させるという、増殖非依存型バイオプロセスにあり、増殖に必要な栄養やエネルギーが不要となる。す2. RITE のコア技術「RITE Bioprocess®」

なわち、添加した糖原料が増殖等に使われず、目的物質

当グループは、新しい技術コンセプトに基づく革新的の生産に使用される点がポイントとなる。これにより微バイオプロセス「RITE Bioprocess®」を RITE のコア

生物細胞を化学触媒のように極めて効率的に利用する技術として確立している。そして、バイオ燃料や、アミノことが可能となり、通常の化学プロセスと同等以上の高酸・芳香族化合物を始めとしたグリーン化学品を、高効

い生産性を備えたバイオプロセスを実現させることに成率で製造する技術開発に大きな成果を上げ、国内外か功した。

ら高い評価を得ている（図 1）。

27

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ「RITE Bioprocess®」では、前述のように増殖しな

特長② C５&C６糖類の完全同時利用
セルロース系バイオマスは、キシロースやアラビノースなどの C５糖と、グルコースなどの C６糖の混合物からいため、発酵阻害物質に対して高耐性であることを実証している（図 4）。

構成される。そのため、セルロース系バイオマスを原料として効率的に生産するためには、C５糖と C６糖の同時Comparison of resistance tofermentation inhibitors

利用が不可欠である。

4-HB

C5 糖代謝遺伝子を導入したコリネ型細菌は、グルコ（C５糖）の利用速度が遅いため（図 3 左グラフ参照）、原料を連続的に投入すると C５糖が蓄積され、やがて、化

Relative ethanol
productivity（%）

ース（C６糖）に比べ、キシロース（C５糖）、アラビノース

100

80

80

O

60

60

40

40

20

20

0

合物の生産効率が低下する。

Furfural

100

OH
0

5

10

15

20

0

Concentration (mM)

これに対し、さらに C５糖輸送体遺伝子を導入するこ●RITE Bioprocess

O

0

20

CHO

40

60

Concentration (mM)■Zymomonas mobilis▲Saccharomyces cerevisiae

RITE’s report: Appl. Environ. Microbiol. 73:2349-2353. 2007.

とによって、C５糖の利用速度を C６糖並みに高めることに成功している（図 3 右グラフ参照）。これにより、C５

図 4 「RITE Bioprocess®」の特長③&C６糖類の完全同時利用が可能となり、セルロース系（発酵阻害物質に対する高耐性）

原料を効率的に利用できるようになった。
2.2. 「RITE Bioprocess®」による主な生産物質
現在、当グループによって高生産を実現している物質

Improvement of simultaneous
utilization of C6 & C5 sugars by introducing
pentose transporter gene（araE）の一部を図 5 に示す。前述の様に、多くの物質で世界最高レベルの生産性を達成している。バイオ燃料では、エタ

Concentration of sugars (mM)

ノールやバイオ水素からブタノールや高性能バイオジェ
200

200

glucosexylosearabinose

150

150

100

100

50

50

0
0

2

4

6

8

10

12

ット燃料素材へ、グリーン化学品では、L-乳酸、D-乳酸、

glucosexylosearabinose

アミノ酸から芳香族化合物などの高機能化学品へと幅広い展開を図っている。

002Time(h)

4

6

8

10

12

Time(h)

バイオ燃料
ガソリン混合・代替・エタノール *RITE’s report: Appl. Microbiol. Biotechnol. 85:105-115. 2009.

図 3 「RITE Bioprocess®」の特長②（C５&C６糖類の完全同時利用）

バイオジェット燃料
・イソブタノール *・n-ブタノール *・C9~C15飽和炭化水素+芳香族化合物
・バイオ水素特長③ 発酵阻害物質に対する高耐性
リグノセルロース系バイオマスの前処理中に生成するフェノール類、フラン類などの発酵阻害物質は、目的物質の製造過程で強い阻害を示すことが知られている。

グリーン化学品
芳香族化合物・シキミ酸 (インフルエンザ治療薬タミフル原料)
・フェノール * (フェノール樹脂、ポリカーボネート)
・4-ヒドロキシ安息香酸 * (ポリマー原料)
・アニリン * (石油外天然資源タイヤ原料)
・4-アミノ安息香酸 * (医薬品原料)・プロトカテク酸 * (化粧品原料)
有機酸
・D-乳酸 *, L-乳酸 * (ステレオコンプレックス型 ポリ乳酸)
・コハク酸 *
アミノ酸
・アラニン (キレート剤)
・バリン (次世代飼料用アミノ酸、医薬品原料)・トリプトファン (次世代飼料用アミノ酸、医薬品原料)
アルコール
・イソプロパノール (プロピレン原料)
・キシリトール (甘味料)*：ポリマー原料
赤色文字：世界的高水準生産達成

図 5 「RITE Bioprocess®」による主な生産物質

このため、目的物質を効率的に生産できるようにするには、微生物（細菌）の発酵阻害物質に対する耐性を高めることが不可欠である。

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RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

3. ターゲット別開発

するものである。本プロジェクトには、RITE 発のベンチ

3.1. バイオ燃料

ャー企業である Green Earth Institute 株式会社

バイオブタノール（GEI）が RITE と共に参画し、RITE が開発したコリネ

ブタノールは、ガソリン代替としてエタノールよりもエ型細菌を使用して、「RITE Bioprocess®」によりイソ

ネルギー密度が高く、蒸気圧が低く、水と混和しにくい

ブタノールを生産した。2020 年には、このイソブタノーという優れた特性を有している。さらにブタノール(C4)ルから製造されたバイオジェット燃料が、純国産として、を出発原料として化学変換によってジェット燃料(C9-

初 め て 国 際 規 格 で あ る ASTM D7566 Annex5C15)を製造することができる。即ち、植物由来のバイオ

Neat に合格した。そして、国産バイオジェット燃料を搭

ブタノールから製造したバイオジェット燃料で航空機を載した初フライトが、2021 年 2 月 4 日の JAL の羽田

飛ばすことができる。航空機からの CO2 排出削減にはー福岡線で実現した。（詳細はこちら）

原油から植物由来の原料に置換することが必須と認識

今後は、これらの要素技術を更にブラッシュアップす

され、業界団体の動きが加速している。ブタノールを原るとともに、要素技術の統合・最適化、様々な非可食原料としたジェット燃料は、Alcohol to Jet を略して料の利活用などを通じてバイオブタノールからのジェッ

ATJ 燃料 と呼 ば れ 、 2016 年 に 米 国 材 料 試 験 協会

ト燃料生産と実用化・事業化を目指す。

（ASTM）の規格をクリアし、商業フライトへ利用が可能
となった。

RITE

革新的高効率ブタノール生産菌の開発

ブタノール耐性株の創製

こ う し た 動 き に 先 駆 け 、 当 グ ル ー プ で は 、 「 RITE
Bioprocess®」を利用した高効率バイオブタノール生産プロセスの開発を進めてきた。この中で我々は国際共

RITE‐NREL
膜濃縮・精製・蒸留

糖化液
NREL
前処理バイオマス

未利用酢酸の利用

省エネ型
バイオブタノール

RITE Bioprocess®

RITE‐PNNL

同研究活動の一環として、経済産業省の「革新的なエネ

バイオブタノール
ドロップイン燃料 (自動車燃料, 航空燃料)

ルギー技術の国際共同研究開発事業」を実施した。このオリゴマー化

NREL：National renewable energy laboratory (U.S.)

PNNL：Pacific Northwest National Laboratory (U.S.)

事業では、米国立再生可能エネルギー研究所（NREL）と図 6 「RITE Bioprocess®」によるバイオブタノールの共同研究により、非可食バイオマス由来の混合糖を原

およびジェット燃料生産料としたバイオブタノール生産技術の開発、および、米パ
シフィック・ノースウエスト国立研究所（PNNL）との共同

グリーンジェット燃料

研究により、ブタノールをジェット燃料などの drop-in

航空分野においても環境負荷低減が急務となってお燃料に変換する技術開発を進めた。加えて、当グループ

り、CO2 排出量削減対策として航空機の電動化や水素では、生産株のブタノール耐性の向上、生産株の代謝経の利用が試みられてはいるものの技術的課題が大きく、路の最適化、および省エネルギー型ブタノール回収技術

現行の航空機にそのまま利用可能で再生可能な液体バの開発等を行った。これらにより、ブタノールのバイオ生

イオ燃料の普及が不可欠となっている。

産では、世界最高レベルの高生産性を達成している（図６）。

ジェット燃料は炭素数 C9～C15 のノルマルパラフィ
ン、イソパラフィン、シクロパラフィンと芳香族化合物を一方、事業化に向けた取り組みとして、当グループは、

主成分とする混合物である。これまでに、油脂を水素化

日本航空株式会社（JAL）が主催する「10 万着で飛ばそ処理して製造する HEFA、発酵生産したエタノールやブう ！ JAL バ イ オ ジ ェ ッ ト 燃 料 フ ラ イ ト 」 プ ロ ジ ェ ク ト

タノールを化学重合して製造する ATJ など７種類のグリ（2018 年～2020 年）にて我々の技術が採用された。

ーンジェット燃料製造法が ASTM International によ本プロジェクトは、JAL と日本環境設計株式会社が協力って認証され、2020 年には前述の様に、当グループのして回収した古着を原料とし、バイオジェット燃料を製造

バイオブタノール生産技術を用いたバイオジェット燃料

29

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

も ATJ 燃料として認証を受けている。しかしこれら認証

ギー省が「Energy Earthshots Initiative」を立ち上済みバイオジェット燃料は主にイソパラフィンから構成さげ、第 1 弾の「Hydrogen Shot」で野心的な CO2 フリ

れ、ジェット燃料に必須なシクロパラフィンや芳香族化合

ー水素のコスト目標（10 年以内に 80%削減）を打ち上

物成分が不足していることから、単独では燃料規格を満げるなど、世界各国で水素国家戦略が一気に動き出したさず、石油系ジェット燃料と混合して最大でも 50％まている。

での割合でしか使用できない。

微生物を利用した水素生産（バイオ水素生産）は、将来

そこで我々は、シクロパラフィンや芳香族化合物も含の持続可能な CO2 フリー水素製造技術となり得るが、み、石油系ジェット燃料と混合せずに単独使用も可能な

経済性あるバイオ水素生産技術の確立には、生産性の飛高性能グリーンジェット燃料の開発も目指している。当

躍的な向上が必要とされる。当グループは、シャープ株

グループでは関連する技術として、C2-C8 化合物を連式会社との共同研究により、ギ酸を介した暗発酵水素生

結してジェット燃料サイズの C9-C15 分岐鎖・環状ジェ産経路を利用して圧倒的な水素生産速度 (最大 300 L

ット燃料前駆物質を生成できるバイオ触媒の開発や、前H2/h/L) を達成している。この成果を基盤とし、光発酵

駆物質のジェット燃料成分への化学変換の実証などをとの統合による水素収率の向上に向けた技術開発に取行ってきている（図 7）。

り組んでいる。
ギ酸を介した水素生産経路では、バイオマス由来糖類（グルコース）の分解により生成する還元力の一部しか

発酵生産
ATJ燃料

糖

OH

微生物

化学変換

C１２
イソパラフィン

イソブタノール

糖

微生物

課題となる。そこで、還元力として NADH と還元型フェレドキシン（Fd2-）を利用できる高収率水素生産経路を

発酵生産・バイオ触媒変換

C9-C15分岐鎖・環状前駆体

利用できないため、原料あたりの水素収率が低いことが高性能
グリーンジェット燃料

化学変換

C9-C15イソパラフィン
シクロパラフィン
芳香族化合物

導入し、これが駆動することを示している。また、光発酵
水素生産に利用する光合成細菌のユニークな酢酸代謝制御機構を明らかにし、これを利用して酢酸から水素へ

図 7 新規高性能グリーンジェット燃料の開発の変換効率を向上させることに成功している（図 8）。

バイオ水素

暗発酵水素生産

水素は燃焼時に水しか生成しないこと、再生可能エネ
ルギーを含む多様なエネルギー源からの生産・貯蔵・運搬が可能なこと、電力、運輸、熱・産業プロセスのあらゆ[NiFe]H2[Mo]

C6H12O6(グルコース)

2 H+

2 NADHCO2

る分野に利用することで脱炭素化が可能なこと、などか

ギ酸

2 CO2

2 C3H4O3(ピルビン酸)ら、カーボンニュートラル実現の鍵となる。しかしながら、

2 Fd2-

現行の主要な水素製造技術は化石エネルギーを原料と2 H2するため、これに由来する CO2 の排出が大きな課題と8 H2なる。日本では、2017 年に再生可能エネルギー・水素

4 H2

2 CH2O2(ギ酸)
2 C2H4O2
(酢酸)

2 CO2
2 C2H3O-CoA(アセチル-CoA)

光発酵水素生産■ 高収率水素生産経路の構築■ 酢酸から水素への高効率変換

等関係閣僚会議において「水素基本戦略」が策定され、その中で、2050 年を見据えた中長期の水素社会の実

図 8 暗発酵および光発酵水素生産株の代謝工学

現、水素利用の本格普及のためには、水素の製造、輸送・貯蔵、利用に至るまで、広範な革新的技術の着実な開発が必要とされている。また、2021 年には、米国エネル

3.2. アミノ酸（アラニン、バリン）
一般的なアミノ酸発酵は、微生物の培養と発酵生産に

30

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

通気（酸素）を必要とし、この通気量が適切にコントロー

ン、チロシン、トリプトファンといったアミノ酸や葉酸（ビルされることが、高生産の達成に重要である。これに対

タミン B9）、補酵素 Q など種々の芳香族化合物が生合して当グループでは、前述したように通気の必要がない

成されている。これらの化合物は全てシキミ酸経路と呼®

「RITE Bioprocess 」を用いて、シンプルなプロセス

ばれる代謝経路から派生する（図 9）。我々は適切な遺伝制御による省エネルギー、高生産なアミノ酸生産プロセ

子組換えを施したコリネ型細菌を高効率バイオ変換技術

スの開発を進めてきた。非通気条件でアミノ酸を生産すへ適用することで、非可食バイオマスを原料としてインフ

るには、酸素を使わずに細胞内の酸化還元バランスを適

ルエンザ治療薬タミフルの原料とされるシキミ酸、機能正に保つ仕組みが必要であり、この目的のためには目的性ポリマー原料として有望な 4-アミノ安息香酸、そしてアミノ酸に応じた人工的な生合成経路を細胞に導入すポリマー、医薬品、化粧品、接着剤、香料（バニリン）原料

る必要がある。当グループでは、こうした課題を解決しとして有望な芳香族ヒドロキシ酸の高生産プロセスの確た非通気条件でのアミノ酸生産プロセスのコンセプトを立に成功してきた。

2010 年に学術雑誌に発表した（Appl. Microbiol.
Biotechnol. 87: 159-165. 2010.）。

また、多種生物由来の遺伝子を導入することによりコリネ型細菌が本来合成できない有用芳香族化合物につRITE は、RITE 発ベンチャー企業 Green Earth

いても高生産菌株の育種を進めており、後述するスマー

Institute 株式会社（GEI）を 2011 年 9 月に設立し、トセルプロジェクトにおいて開発された技術を適用する®

「RITE Bioprocess 」によるアミノ酸等のバイオ化学

ことで更なる生産性向上を図る。

品やバイオ燃料の事業化を目指した共同研究を実施している（5 章参照）。本共同研究において、アミノ酸の一種である L-バリン生産に関しては、生産菌株の開発、スケールアップ検討やコスト低減のための各種検討を進め、2019 年には、GEI の海外パートナー企業が保有する商業スケールの発酵槽を用いた試験生産に成功。さらに生産の大規模化も成功し、商用生産を実現している。また、
L-アラニン生産に関しても、実用生産の段階に進んでおり、厚生労働省食品安全委員会による評価の結果、食品添加物としての安全性が確認され、工業用用途のみならず食品添加物としても利用可能になっている。更に、他のアミノ酸についても同様の実用化を目指し、研究開発を進めている。
図 9 様々な芳香族化合物の生合成経路

3.3. グリーン芳香族化合物
芳香族化合物は、ポリマー等の原料として重要な基幹
工業化学品であると同時に、医薬品、機能性栄養素材、

4. 基盤技術開発
4.1. NEDO バイオものづくりプロジェクト

香料、化粧品等の原料となる高付加価値な化合物が数2030 年に世界最先端のバイオエコノミー社会を実多く存在する。芳香族化合物は現在、石油や天然の植物

現することを目指した国家戦略のもと、バイオものづく等を原料として製造されているが、脱石油依存、環境保り産業の基盤となる物質生産技術の開発が急務となっ全、および生産性の観点から、高効率なバイオ生産法のている。生物機能を活用することで、原料を化石資源に確立が望まれている。微生物細胞内ではフェニルアラニ

依存しないバイオマスからの物質生産が可能であり、炭31

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

素循環型社会実現への変革が期待できる。
これらの社会的状況を受け、「カーボンリサイクル実現を加速するバイオ由来製品生産技術の開発」（NEDO バ
イオものづくりプロジェクト）が 2020 年から開始された。これまで培った発酵生産技術に立脚もしくは従来法にとらわれない次世代生産技術の開発及び検証を行う。
当グループは、このプロジェクトの前身である「植物等の生物を用いた高機能品生産技術の開発」（NEDO スマ

図 10 バイオ生産システム基盤構築

ートセルプロジェクト）において、「高度に機能がデザインされ、機能の発現が制御された生物細胞」いわゆるスマ

4.2. SIP（高機能ポリマー用バイオモノマーの開発）

ートセルを設計、育種する技術を複数の大学、研究所、

当グループは府省・分野の枠を超えて基礎研究から実企業と連携して実施した。さらにその技術を使い目的物

用化・事業化までを見据えた取組を産学官連携で進める質を高濃度に生産可能な生産株を短期間で育種するこプログラムである戦略的イノベーション創造プログラムとで、技術の有効性検証を行った。

(SIP: Cross-ministerial Strategic Innovation

バイオものづくりプロジェクトではスマートセルプロジ

Promotion Program)における課題「スマートバイオ

ェクトにおいて開発された育種技術をさらに発展させる

産業・農業基盤技術」に参画しており、目標であるバイオとともに、スケールアップや精製などを含んだ生産プロとデジタルの融合・データ利活用により生物機能を活用

セス技術の開発を行う。さらに生産パラメータ情報等をしたものづくりによる持続可能な成長社会の実現に向利用し生産を制御可能な情報解析技術も併せて開発す

けて研究開発を進めている。

ることで高度なバイオ生産システム基盤の構築およびそ当グループが参画する本課題のコンソーシアムの一つの周辺技術の開発を目指す。これによりバイオ由来製品「高機能バイオマテリアル設計・生産技術開発」では、市の社会実装の加速化を目指す。

場が所望する新機能を有するポリマーを、バイオマスな

当グループはこのプロジェクトに初年度から参画し、どの安価な原料から生合成されたモノマーを用いて合微生物による物質生産技術の実用化に伴う課題を解決成することを目標としている。これまでに非常に高い耐するための“産業用スマートセル創出技術”の開発と、そ熱性を有するポリマーや電池材料となるポリマーの開発の技術の実証研究を進めている。生産目的物質は芳香を達成している（図 11）。これらのポリマーを構成するモ族化合物の 1 つであるカテコールとした。スマートセル

ノマーの生合成経路を構築するために、当グループはこプロジェクトにおいて開発した生産株と、蓄積したオミク

れらのポリマーを構成するモノマー原料の生合成に関わスデータ(メタボローム、トランスクリプトーム、プロテオ

る酵素を対象に酵素機能改変技術の開発並びにその検ーム)を利用することで産業用スマートセル創出技術の証を進めている。より具体的には、多数の変異体の酵素開発を目指す。さらにカテコールの生産技術開発を通し活性データを機械学習に供することで、有望な変異の組てプロジェクトで開発された各技術の実証検討を行う

合せの効率的な抽出技術や、酵素のアミノ酸配列情報を(図 10)。

基に目的機能を有する新規酵素の探索技術について検証している。これらの技術により、基質特異性の改変や活性の向上を達成している。2021 年度からは、新たに連携を強化しモノマー生産株の改良、培養条件の検討に取り組んでいる。培養条件の検討により、これまでの生産性を約 2 倍に高めることに成功した。今後、連携コン

32

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

ソーシアムより提供されるバイオマス由来の原料からの久性・強靭性を保って劣化を防ぎ、海洋環境中に誤って生産性について検証を進める。

拡散した際にはマルチロックが外れて高速なオンデマン
ド分解を実現可能とする。本プロジェクトにおいて実用化を目指す製品は、非可食バイオマスを原料として得られるプラスチック、タイヤ、繊維、漁網や釣具である。産学官の連携によってマルチロック型生分解性プラスチッ
クの材料設計指針を確立する。この中で、当グループは、
非可食性バイオマス原料からこれら製品の原料となる各種モノマーのバイオ生産と、マルチロック機構に活用できるプラスチック分解酵素の高機能化について研究開発を推進中である（図 12）。（本プロジェクトのホームページはこちら）図 11 開発モノマー及びポリマー合成とその用途
オンデマンド
高速分解

4.3. NEDO ムーンショット型研究開発プロジェクト
プラスチックは軽量、安価で耐久性にも優れ、我々の

漁網ゴミ

環境分解
化学分解
酵素分解

製品化、使用分解酵素の高機能化

モノマー

一般的にプラスチックなどの高分子の生分解性と耐久性・強靭性は典型的なトレードオフの関係にある。すな

マルチロック型
バイオポリマー海洋流出
マルチロック化

Light
salt
etc….

プラゴミ

回収が困難なプラゴミたち

生活に不可欠な高分子材料である。しかし、化学的に安定であるため自然環境で分解されにくい問題がある。

繊維くず

複数の環境刺激バイオ 非可食性
プロセス バイオマス 光合成

重合
環境分解性ポリマー

H2 O

バイオモノマーの高生産
NEDO Moonshot PJ

わち生分解性ポリマーは自然環境下で劣化が進みやす
いため耐久性に劣り、機械特性も十分ではないため限図 12 マルチロック型生分解性プラスチックの開発定された用途に限られる。逆に汎用プラスチックは、耐による資源循環の実現イメージ

久性・強靭性に優れるが生分解性に劣る。
もしも耐久性・強靭性と生分解性を両立させることが

5. 実用化への取り組み

できれば、環境低負荷型のプラスチックとして幅広い用

5.1. グリーンケミカルズ株式会社（GCC）

途に使用でき、資源循環も可能となる。特に海洋環境に（本社・京都研究所：RITE 本部内、散逸したプラスチックは回収が困難であり、生態系に悪静岡拠点：住友ベークライト株式会社静岡工場内）

影響を及ぼす。生分解のタイミングとスピードをコントロ（GCC についてはこちら）

ールできるプラスチック(マルチロック型バイオポリマー)の開発は資源循環の観点から極めて重要である。

現在の工業生産されているフェノールはすべて石油由来の原料から製造されている。我々は地球環境保全

NEDO ムーンショット型研究開発プロジェクト「非可や温室効果ガス削減の観点からグリーン化が困難とさ食性バイオマスを原料とした海洋分解可能なマルチロッ

れてきたバイオ法によるフェノール製造技術開発を進め

ク型バイオポリマーの研究開発」では、プラスチックのトてきた。我々の開発した 2 段工程法を利用した実用生産

レードオフ関係を打破するため、プラスチックの分解にを早期に実現するため、住友ベークライト株式会社と共「マルチロック機構」を導入する。すなわち分解の際に、同で 2010 年 2 月にグリーンフェノール・高機能フェノ

光、熱、酸素、水、酵素、微生物、触媒などの複数の刺激

ール樹脂製造技術研究組合(GP 組合)を設立し、2014を同時に必要とすることで、使用時には分解を抑えて耐

年 5 月にはグリーンフェノール開発株式会社（GPD）へ

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RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ改組した。これは技術研究組合の株式会社化第 1 号となった。2018 年 4 月には GPD はグリーンケミカルズ株
式会社（GCC）へ社名を変更した。

年 12 月には、東証マザーズに上場を果たしている。
アミノ酸では、前述のように、L-アラニンや L-バリンに関して当グループが開発した生産株による商用スケール

現在、グリーンフェノール生産技術開発で培った量産での生産に成功している（3 章 2 節参照）。また、L-アラ

技術とノウハウを活用し、従来は不可能と考えられていニンに関しては、厚生労働省により食品添加物としてのた芳香族化合物などの付加価値の高い様々なグリーン

安全性が確認され、工業用用途のみならず食品添加物

化学品の量産技術の確立を鋭意進めており、顧客ニーとしても利用可能になっている。

ズに合致したグリーン化合物の商品化を加速している（第 3 章 3 節参照）。

航空機からの CO2 排出削減に向けて大きな期待が寄せられている、非可食バイオマスを原料にしたバイオジェ

図 13 に現在の GCC の主な開発品 3 品目を示した。

ット燃料に関しても、当グループと継続的に共同研究を

2021 年は、ターゲット化合物の一つである 4-ヒドロキ

実施する等、事業化に向けた取り組みを行っている。そシ安息香酸（4-HBA）の品質評価が複数の企業によりの成果として、2021 年 2 月 4 日の JL319 便（羽田空

進行中である。

港発、福岡空港行き）にて「日本で初めての純国産バイオジェット燃料フライト」に成功した（第 3 章 1 節参照）。
その他のグリーン化学品についても当グループと協力して開発を進め、事業化に向けたマーケティングや量産化に向けたスケールアップを行っている。
今後も、GEI は、化石資源に頼らない社会の実現に向けて、バイオリファイナリー事業の発展に貢献していく。

5.３. 企業との共同研究
本概説で紹介しているバイオ燃料やグリーン化学品以外にも多くの物質に関して、企業からの要望に応えて共同研究を実施している。それらの内容については、ここでは紹介できないが、以下のようなケースがある。
図 13 GCC の主な開発品 3 品目

① その企業のメイン商品である物質を、「2050 年カ
ーボンニュートラル」に向け、化石資源由来からバ5.2. Green Earth Institute 株式会社（GEI）

イオ由来に変更するための対応を早い段階で行う。

（本社：東京都文京区、研究所：千葉県木更津市かずさ）

この場合、中長期の研究開発として実施中。

（GEI ホームページはこちら）② これまで他社から購入していた主要原料を、Green Earth Institute 株 式 会 社 （ GEI ） は 、「2050 年カーボンニュートラル」に向け、化石資

RITE が独自開 発 した前 述 の革 新的 バイオ プロセス

源由来からバイオ由来に変更するための対応を早「RITE Bioprocess®」の研究成果を早期に事業化す

い段階で行う。この場合も、中長期の研究開発とるため 2011 年 9 月 1 日に設立された RITE 発ベンチ

して実施中。

ャー企業である。同社は、微生物を用いたアミノ酸等の③ その企業の１商品である物質、あるいは、その原料

グリーン化学品生産技術やブタノール等のバイオ燃料生を、化石資源由来からバイオ由来に変更する。この産技術の実用化のため、RITE との共同研究を含めた技

場合は、早い段階で事業化可能な物質で、かつ、単術開発や事業化を目指した活動を実施しており、2021

価が高いものを短期間の研究開発として実施中。

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RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

6. おわりに

RITE バイオ研究グループでは、5 章 3 節にて紹介した

近年、前述の”バイオ×デジタル技術”の技術革新によ以外のケースも含め、共同研究先企業を募集中である。

り、大量の生命情報から法則を発見するという「データ

これまで、一般的には微生物生産が難しいとされる化合駆動型」のアプローチによる生命現象の理解が進展して物についても、例えば、前記、芳香族化合物と同様に、最いる。それを背景に、生物機能について設計（Design）、

新の要素技術開発の成果等を利用して高生産できる可構築（Build）、評価（Test）、学習（Learn）のサイクル能性がある。バイオ化したい化合物があれば、是非、ご連（DBTL サイクル）を繰り返すことによってデータを蓄積

絡いただきたい。

し、生物機能を理解していく合成生物学が急速に発展し※「RITE Bioprocess®」は、RITE の登録商標 (商標ている。
4 章で紹介したすべての国家プロジェクトでもこれら

登録第 5796262 号)の技術革新や新たな知見・手法を利用して、開発の飛躍的な効率化を実現している。そして、これらのプロジェク
トでは、前述したスマートセルを利用したバイオリファイ
ナリー技術が中核技術として大きな役割を果たしており、エネルギーに加えて工業分野（ものづくり）にも大きな波
及効果を与えることが期待されている（図 14）。

生物情報
（BD）
DNA
RNA
タンパク質
代謝物他

高度AI・
IT技術
深層学習
スマートセル
機械学習
進化工学
シミュレーション 高度に機能がデザインされ、機能の発現が制御された生物細胞
他

生物機能をデザイン
Design

Build

Learn

Test

先端バイオ技術
ゲノム編集
高速シークエンス
代謝制御
培養・育種技術他

機能発現を制御

新産業創生

スマートセルインダストリー【スマートセル】を用いた工業・エネルギー群

工業(ものづくり)エネルギー

再生可能資源利用・省エネルギー

化石資源からの脱却

バイオ化学品バイオプラスチック
バイオ繊維・高機能化学品
バイオエンプラ・香料原料
医薬品・医薬品中間体など

バイオ燃料
バイオエタノール
バイオジェット燃料
バイオディーゼル
バイオガスなど

出典：経産省 バイオエコノミーの実現に向けた国際動向と我が国の取組, H30年9月25日資料を参考に作成

図 14 バイオ×デジタルが変える
工業／エネルギー分野の融合

当グループでは、2022 年も引き続き、前述の「RITE
Bioprocess®」や「産業用スマートセル設計システム」
等を利用した芳香族化合物等のグリーン化学品生産やバイオ燃料生産等の研究開発、さらにはそれらの実用生産技術開発にも注力し、「グリーンバイオプロセスによるカーボンニュートラルの実現」に貢献していきたい。
尚、2020 年 10 月の「2050 年カーボンニュートラ
ル」宣言以来、企業からの問い合わせや引き合いが増加しており、企業との共同研究の件数も増えてきている。

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