革新的環境技術シンポジウム2023〜2050年カーボンニュートラルを⽀えるイノベーション〜
2023年12月20日

カーボンニュートラルの実現を目指した
バイオものづくり技術の開発
公益財団法人地球環境産業技術研究機構(RITE)
バイオ研究グループ／グループリーダー、主席研究員

乾 将⾏

バイオものづくりが可能となる技術的背景■直近の10年でDNA合成、ゲノム編集等の技術革新による、合成生物学が急速に台頭。
さらに、ゲノム解析、IT・AI技術の進展とあいまって、バイオ×デジタルでの開発競争が激化。
■その結果、⾼度にゲノムがデザインされ、物質生産性を⾼度に⾼めた細胞（＝スマートセル）を利用した、新たな物質生産プロセス（バイオものづくり）を利⽤することが可能となりつつある。
＊合成生物学は、遺伝⼦配列や代謝経路を設計し、生物機能をデザインする学問

スマートセルの創出

生物情報のデータ化・デジタル化① ゲノム解析のコスト低下・時間短縮 「読む」
次世代シーケンサーの登場で一人当たりのヒトゲノム解析は、コスト・時間︓1億ドル・10 年 → 1000ドル・１日（※2000年と2020年の⽐較）

ゲノムの設計・
代謝経路の Design
最適化

Build

LearnTest

DBTL
サイクル

② IT・AI技術の進化 「理解する」
ディープラーニング等によりゲノム配列が示す「意味」を解明

AI,IT技術を活用した学習

生物機能のデザイン③ ゲノム編集の技術革新 「操作する」

DNA合成・ゲノム編集による微生物作成製

物質作成
効率の評価

物質生産・商⽤化

スマートセル

素材

燃料

2020年にノーベル化学賞を受賞した
CRISPR/Cas9などにより、ゲノム編集の難易度が低下④ DNA合成コストの低下 「作る」
塩基のブロックから、DNAを合成する技術が進展し、コスト︓1/1000に低減（※2000年と2020年の⽐較）
引用︓経産省 第14回 産業構造審議会 経済産業政策新機軸部会（2023年4月19日）

有用物質の生産性が大幅に向上した微生物

機能性ポリマーなど
⾼機能材料原料2

日本におけるバイオものづくりの経緯と現状【問題意識】■バイオものづくりは、資源⾃律や化⽯資源依存脱却など地球規模の社会課題解決と経済成⻑との両⽴を可能とするイノベーション。合成生物学、IT・AI等の技術の進展に加えて、地球環境問題への意識の⾼まりによる化⽯資源脱却、地政学的リスクによる資源⾃律の必要性など、実用化に向けて周辺環境が整いつつある中、今後の大幅な市場規模の拡大が⾒込まれ、⽶中でも兆円単位での投資が⾏われ、競争が激化。
■今後、バイオものづくり分野で我が国の産業を興していくためには、技術開発、具体的なプレイヤー（企業）育成、市場創出のための仕組み作り等について我が国の強みを精緻に分析・整理した上で、強弱をつけながら、戦略的に⽅向性を検討する必要がある。

【これまでの経緯】■政府では、2019年にバイオ戦略を策定（2020年に更新）。「2030年に世界最先端のバイオエコノミー社会を実現」することを目標に、「持続的な製造法で素材や資材のバイオ化している社会」を掲げ、各市場領域での取組みを推進。
■今般、新たな微生物の設計・開発や微生物を用いた製造プロセスの⾼度化等、必要となる技術開発及び社会実証を⾏う予算事業として、今般、グリーンイノベーション基⾦(GI基⾦)（1767億円︓2023年３月に第⼀次公募の採択事業者決定）やバイ
オものづくり革命推進基⾦（3000億円︓2023年３月末に公募開始）を措置。
3
引用︓経産省 第14回 産業構造審議会 経済産業政策新機軸部会（2023年4月19日）から抜粋

化学プロセスとバイオプロセスによるものづくりの違い■ 化学プロセスは、800℃以上の⾼温⾼圧条件下でものづくりが⾏われるが、バイオプロセスでは、⾃然条件下(常温常圧下) でものづくりが進⾏し、CO2排出量の削減が期待できる。
■ バイオものづくりでは、化学プロセスとは違い⼀般的に多段階の反応を重ねる必要がないので、炭素数の多い複雑な物質生産ほど競争⼒が⾼い。一方、バイオで作れる物質数を増やすためには、目的物質ごとに最適化された微生物の生産株・生産技術を開発する必要がある。

化学プロセスによるものづくり
⽯油

CO2排出量3000万トン／年(900万トン／年を計画)
基礎化学品等C1〜C8

ナフサ
クラッキング
800〜900℃

化学誘導品等
汎⽤プラスチック
ポリエチレン、ポリプロピレンなど

合成繊維原料ポリエチレンテレフタラート
アクリロニトリルなど

合成ゴム

バイオマス

CO2

二酸化炭素
CO2

炭素固定微生物の利⽤を拡⼤微生物4〜60℃

塗料原料・溶剤
機能性材料
ポリカーボネートなど

油脂製品

糖

グリセリン、脂肪酸⾼級アルコールなど

バイオ誘導品等
微生物
4〜60℃

最終製品等
インク・ペンキ
タイヤ・日⽤品
汎⽤素材・包装材

スチレン、ブタジエンなど

ポリウレタン、ブタノールなど

バイオプロセスによるものづくり

バイオ技術を適⽤できる
対象を拡⼤

糖類

繊維・産業資材
⾼機能素材
・⾼機能プラ
肥料・農薬
⾷品・飼料
⾹料・⾷品添加物
バイオ医薬品アミノ酸
タンパク質・酵素

引用︓経産省 第16回 産業構造審議会 商務流通情報分科会 バイオ小委員会（2023年5月12日）

4

新しい資本主義のグランドデザイン及び実⾏計画(令和４年６月７日)
Ⅲ. 新しい資本主義に向けた計画的な重点投資
2. 科学技術・イノベーションへの重点的投資（3）バイオものづくり
バイオものづくりは、遺伝子技術により、微生物が生成する目的物質の生産量を増加させた
り、新しい物質を生産するテクノロジーであり、海洋汚染、⾷糧・資源不⾜など地球規模での社会的課題の解決と、経済成⻑との両⽴を可能とする、二兎を追える研究分野である。

経 済

社会課題

経済成⻑

地球温暖化

⾷糧危機

資源不⾜海洋汚染

トレードオフの関係
QOL（クオリティ オブ ライフ）合成生物学(バイオテクノロジー)による 両⽴
二兎を追える イノベーション
引用︓経産省 第16回 産業構造審議会 商務流通情報分科会 バイオ小委員会資料を基に作成（2023年5月12日）

5バイオものづくりによる市場獲得の⽅向性■超⼤量生産が求められる燃料や基幹化学品等の分野は、既存の化学品の単価が低く、当面、バイオプロセスで製造するには投資対効果が⾒合わない。一方で、革新的な機能・性能を持つ製品や環境影響等の付加価値が求められる製品等の⾼付加価値領域ではバイオ製品のニーズが顕在化している。
■また、脱炭素に向けて航空燃料からSAFへの転換が求められているように、社会課題を契機とした規制によって新たに市場が創出され、バイオものづくりの活⽤につながる場合もある。
■これらを踏まえると、ターゲットとする市場は、①まずは⾼付加価値領域に注⼒し、②低コスト化や量産・横展開に向けた技術開発と社会課題解決のために必要な規制や市場の在り⽅の検討を進め、③中⻑期的に汎⽤品の市場領域を目指すことが重要。

＜産業領域別の付加価値インパクト＞
削減
可能な炭
素
量の期
待値

汎⽤領域
エネルギー （中⻑期的なターゲット市場）
SAF

既存汎⽤品の代替
100円/kg

基幹化学品

技術開発（低コスト化・量産）

⾼付加価値領域
機能性 （短期的なターゲット市場）
素材
添加物（⾷品・飼料）農薬

1,000円/kg

製造スケール凡例︓・大バブル 数十トン〜・中バブル 数百kg〜数トン
・小バブル 〜数百kg

化粧品・
⾹料

Kg単価10,000円/kg

医薬品
革新性の⾼い製品（出所）ADL生物化学産業に係る国内外動向調査を元に経済産業省作成

引用︓経産省 第14回 産業構造審議会 経済産業政策新機軸部会（2023年4月19日）

重点領域とステップ①⾼付加価値領域での製品創出⼒の強化（⾼機能素材・化粧品等）②技術開発（低コスト化・量産）
規制や市場の在り⽅の検討③汎⽤領域（基幹化学品・エネルギー分野等）
6

バイオものづくりを巡る国際競争の活発化
バイオものづくりの分野では、今後の大幅な市場規模の拡大を⾒越した巨額の投資が⾒込まれる。
グローバルでは、⽶中で兆円単位の投資が⾏われる等、そうした投資を⾃国内に誘導するための産業政策の競争が活発化している。

⽶国⼤統領令（令和４年９月12日）

中国政府によるバイオ関連研究開発の⽀援例■バイオものづくりが今後10年以内に世界の製造業の3分の1を置き換え、その市場規模が約30兆ドル（約4000兆円）に達すると分析。

2021年の⽶国議会の報告書によれば、中国共産党は、経済成⻑及び天然資源不⾜に対応するため、バイオ分野の研究開発に1000億ドル（約11兆円）以上の戦略的な投資を決定。

■世界中でバイオ分野の技術覇権競争が加速している状況を踏まえ、バイオものづくりの拡大等に向けて集中的な投資を⾏う⽅針。
⽶国における合成生物学ベンチャーへの⺠間投資額
2019年

約4000億円

2021年

約2兆円
（注1）1⽶ドル＝110円換算

⼭⻄合成生物産業
エコロジーパーク(⼭⻄省)約1400億円

合成生物技術イノベーションセンター(天津市)
約360億円7
引用︓経産省 第16回 産業構造審議会 商務流通情報分科会 バイオ小委員会（2023年5月12日）

欧⽶における規制誘導等を通じたバイオ製品市場の創設
欧州や⽶国では、バイオ製品市場の創設を加速化させるため、規制や政府調達を積極的に活用
⽶国︓Bio-Preferred制度

欧州︓プラスチック・バッグ規制

⽶国農務省では、バイオ由来製品の購買促進を目的に、本制度を、2002年設⽴、2014年に適用拡大【政府調達制度】
バイオ由来製品を、連邦政府調達に義務化

EU指令により、プラスチック・バッグの規制措置を講ずべきことを指示（2015年）【フランス】

2015年再利用可能な厚⼿のバッグを除き、レジ袋を禁止。野菜・果物の計り売り用のプラスチックバッグは、生分解性かつバイオマス素材のもの※に限り使用可。
※一定量のバイオマス原料使用を義務づけ(2017年30%→2025年60%と含有量増加を義務づけ)
2025/1/1までにプラスチックリサイクル率100%。

USDAが定める97のカテゴリー（139 品目）（洗浄剤、カーペット、塗料など）について、全ての連邦政府がバイオ由来製品を購入することを義務づけ。

【表⽰制度】

バイオ素材以外の使⽤を禁止【オランダ】

バイオ素材以外に⾼い課⾦課⾦額として、生分解性のものは0.02€以上、ポリエチレン製は0.64€以上とすることを義務づけ。

8
引用︓経産省 第16回 産業構造審議会 商務流通情報分科会 バイオ小委員会より作成（2023年5月12日）

バイオテクノロジーにより成⻑が期待される市場分野■マッキンゼーによる分析では、細胞内分⼦や細胞、臓器を活用して物質を生成するバイオエコノ
ミーの世界市場は、2030年〜2040年に200兆円から400兆円に達すると予測している。
■医療・ヘルスケアに加えて、素材・エネルギー・⾷品などの分野でも⾼い成⻑が予測されている。
バイオエコノミーの成⻑予測（2030〜2040年）
（兆円）
400

低位予測

⾼位予測

350

121（31％）

消費財・素材・エネルギー等

132（33％）

農業・養殖・⾷品

143（36％）

医療・ヘルスケア

300250その他
2001501144（22％）

消費財・素材・エネルギー等

10088（44％）

農業・養殖・⾷品

5055（28％）

医療・ヘルスケア0（注1）1⽶ドル＝110円換算（注2）マッキンゼーのレポートでは、「ゲノム編集等により細胞内分⼦の機能を活用するもの(例︓バイオ医薬品、機能性素材等)」、「細胞、組織、及び臓器を活用するもの(例︓再生 医療、培養⾁等)」を対象として推計。
具体的には、400以上の事例から得られた各分野の既存開発品の将来市場規模推計を積み上げて試算。
間接的な経済波及効果は含まれておらず、人口動態やインフレなどの影響は含まれない。
（出所） 「2020 McKinsey Global Institute Analysis」を基に作成。

引用︓経産省 第16回 産業構造審議会 商務流通情報分科会 バイオ小委員会（2023年5月12日）

9

RITE バイオ研究グループのコア技術
原料
非可⾷バイオマス

遺伝子組換え技術
スマートセル創製技術（人⼯代謝経路設計）

ゲノム編集技術

農産廃棄物

バイオプロセス
RITE Bioprocess

反応槽に微生物を⾼密度充填し反応

工学的生産手法

適応分野バイオ燃料（膜透過液）菌はJar〜菌体分離膜を循環

ジェット燃料

ガソリン添加剤

菌体分離膜
H2

未利⽤
⾷品廃棄物等

みかん脱汁液古紙

混合糖完全同時利⽤可

コリネ型
細菌

Jar fermenter

合成吸着樹脂
充填カラム

発酵阻害
物質耐性

グリーン化学品

P

ポリマー原料

⾹料原料

医薬品原料

化粧品原料

繊維原料

飼料添加剤

塗料原料

接着剤原料

焼酎粕

酵素機能改変技術

・ 連続反応システム
⾼生産性

ふすま

ミューテーター技術(進化の加速）コーヒーかす・ スマートセル創製技術(NEDOスマートセルPJ)

CO2直接利⽤・ 酵素機能改変技術（農研機構 SIP PJ)

・ ゲノム編集技術
・ ミューテーター技術

AI制御

並列化

RITEバイオプロセス
・ 発酵阻害物質耐性

実証・ 混合糖完全同時利用可
・ 増殖阻害物質(芳⾹族化合物、ｱﾙｺｰﾙ等)に対する⾼耐性・ AI制御バイオプロセス（NEDOものづくりPJ)

生分解
ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ原料

10バイオ燃料生産技術の開発

11

COI-NEXT
カーボンネガティブの限界に挑戦する炭素耕作拠点
炭素耕作によるカーボンネガティブ社会の実現
炭素耕作型農林業の確⽴

CO2 吸収⾷料
炭素耕作による燃料生産技術の確⽴

燃料

東京農⼯大学、海洋研究開発機構

炭素耕作による材料開発技術の確⽴

炭素耕作を受容する社会の実現

H2
CO2材料

CO2貯蔵再吸収

地球環境産業技術研究機（RITE）
弘前大学、東京農⼯大学

早稲⽥大学、日本⼯学アカデミー、同志社大学、県⽴広島大学、東京家政学院大学、東京農⼯大学

東京農⼯大学、弘前大学
⻑岡技術科学大学、産業技術総合研究所、森林総合研究所

炭素耕作で生成する温室効果ガス削減と廃棄物処理技術の確⽴

メタン

窒素、リン廃棄物

カーボンネガティブ
炭素耕作産業の創成

東京農⼯大学、産業技術総合研究所（大学等）弘前大学、⻑岡技術科学大学、早稲⽥大学、日本⼯学アカデミー、同志社大学、県⽴広島大学、東京家政学院大学、産業技術総合研究所、森林総合研究所、
地球環境産業技術研究機構（RITE）、海洋研究開発機構（企業等）三菱ケミカル株式会社、太平洋セメント株式会社、有機⽶デザイン株式会社、株式会社バイオマスレジンホールディングス、草野産業株式会社、福島県広野町、四国計
測⼯業株式会社、AGC株式会社、株式会社ジャパンインベストメントアドバイザー、株式会社ニチレイフーズ、株式会社日本バイオデータ、株式会社ライケット、株式会社津軽バイオマスエナジー、株式会社エンバイオ・エンジニアリング、大陽日酸株式会社、イオン株式会社、イオンアグリ創造株式会社、公益財団法人イオン環境財団、株式会社エフピコ

12

炭素耕作による燃料生産技術の確⽴
カーボンニュートラル
副生CO2の利⽤

CO2

CO2
農工⼤

弘前⼤

藻類光合成

植物光合成による
CO2固定

農工⼤

熱分解
バイオ変換
糖化

バイオ燃料地産地消

改質

液体燃料
アルコール
オイル

農工⼤

水蒸気改質

RITE

バイオ変換

糖

非可⾷バイオマス(農産廃棄物など)
弘前⼤

ガス化■多様なバイオマス変換技術の一体的開発
技術融合・技術革新(農業用機械・設備など)

水素化改質
農工⼤

H2

燃料電池
多様な要素技術の開発
 地域/原料に合わせたベストミックス

・電⼒分野
・モビリティー・熱・産業プロセス

広域展開※中⻑期︓CO2フリー水素生産プロセス※短中期︓液体燃料SAF生産プロセス

東南アジアとの連携による技術実証データに基づき、経済性・環境性・社会受容性を定量的に評価し、社会実装の実現性が⾼いシステムを選抜する。

家庭用／産業用
燃料電池

水素ステーション⇒燃料電池⾃動⾞13

グリーン化学品生産技術の開発

14

市場分類
エンプラ
プロトカテク酸

・家電製品の部品や⾞載部品等の機構部分に多用

COOH

OH
HO

COOH

OH

4-ヒドロキシ安息⾹酸

H2N

COOH

CH3O

COOH

OH
HO

フェルラ酸

p-アミノ安息⾹酸

フェノール
OHOH

カテコール

OH

2-フェニルエタノール

シキミ酸
COOH

⾹料・化粧品・⾼付加価値、⾼価格・市場拡大傾向

HOOH
OH

医薬原料・⾼付加価値・ニッチだが、⼿堅い

15

RITEの競争⼒（競合研究との生産濃度⽐較）
４-アミノ安息⾹酸

シキミ酸
(g/L)

156

(g/L)

52

４-ヒドロキシ安息⾹酸
(g/L)

110

プロトカテク酸(g/L)

120

RITEが最も⾼い生産実績 World's highest productivity
85

41
43

4.8

6.4
619

1116

パイロットプラントで生産試験
開発品
OO

OH

O

OH

OH

OH

フェノール

OH
OH

HOOH
OH

OH

プロトカテク酸

シキミ酸

４-HBA

17

増殖阻害物質の⾼生産技術開発の戦略
非可⾷バイオマス由来
糖化液の利⽤に必須な技術を唯⼀保有

スマートセル技術の導入による更なる生産性向上

増殖非依存型バイオプロセス（RITE Bioprocess）「増殖非依存型バイオプロセス」+ 「⾼耐性コリネ型細菌の利⽤」
により、増殖阻害物質の⾼生産を実現

混合糖完全同時利⽤
発酵阻害物質耐性

非可⾷バイオマス

前処理
糖化混合糖(C6,C5糖)増殖阻害物質・ 芳⾹族化合物(フェノール等)
・ アルコール(ブタノール等)

工学的手法(膜リアクター等)とミューテーターによる生産物耐性株の取得による⾼生産の実現

18

グリーン化学品の微生物生産
アラニン

トリプトファン
(g/L)

(g/L)

D-乳酸(g/L)

235

96

264
207

RITEが最も⾼い生産実績 World's highest productivity
581148840120

海外での商⽤生産の実績

19

NEDO
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
データ駆動型統合バイオ生産マネジメントシステム（Data-driven iBMS）の研究開発
培養データ駆動型産業用
スマートセル構築技術の開発
20

合成生物工学によるスマートセルの創製
従来型細胞育種
発⾒(discover)

解析(analysis)

スマートセル(⾼度に機能がデザインされた生物細胞)の創製
システム生物学ツール
新規遺伝⼦クラスター同定
統合オミクス解析
ゲノム解析
転写制御解析

合成生物工学ツール
人⼯代謝パス構築
統合プラットフォーム構築
遺伝⼦クラスター合成
ゲノム編集

設計(Design)

DBTLサイクル

設計(design)

学習(Learn)
組換え(build)

試験(test)

構築(Build)

人⼯知能(AI)
機械学習等

試験(Test)
⾃動ハイスループット
アッセイ

人工的な代謝経路・遺伝子回路を計算機科学的に設計し、合成生物工学により設計通りに遺伝子を合成・編集し生産細胞を創製

21

カテコール⽤途
⾹料原料
バニリン

カテコール

ヘリオトロピン

農薬原料
カルボフランフェノール特にバイオ由来⾹料に⾼い需要がある

22

カテコール生産
スマートセル育種技術

工学的プロセス技術（二段階反応の例）
脱炭酸酵素の⾼発現株（strain-2）■代謝経路設計■配列設計■ターゲットプロテオーム■輸送体探索■文献情報からの改変提案 など

前駆体生産株（strain-1）

Step１
前駆体生産

Step２
脱炭酸反応

化合物毒性耐性に優れたコリネ型細菌を宿主として、スマートセル育種技術と工学的プロセス技術の組み合わせにより細胞毒性が極めて強いカテコールの飛躍的な⾼生産を実現
23

カテコール生産
Glc

Glc

PEP
Pyr

Glc

G6P

Ribu5P

F6P

Xylu5P

R5P

GAP

S7P

GAP
BPG

lactate

E4P

PEP

ldhA

F6P

aroG
Pyruvate

DAHP

Acetyl-CoA

3-Dehydro
shikimate
aroE

qsuB

ubiDX

Protocatechuate

ShikimatearoK
Shikimate-3P
aroA

CatecholpobA66 g/L

Enolpyruvylshikimate-3-phosphate

TCA

Relative catechol conc

DAHP
aroB
Dehydroquinate
qsuC

aroC
ubiC
Chorismate

4-Hydroxybenzoate

世界最⾼値×500×3200

過去
文献値

×1

生産技術を順次積み重ねることにより66 g/Lのカテコール生産を達成

24カテコールの生産性⽐較
遺伝子構成

手法

生産濃度

グループ、報告例

Escherichia coli

フラスコ

2.0 g/L

Draths KM and Frost JW,
JACS, 1995.

Escherichia coli

ジャーファーメンター

4.2 g/LLi W et. al, JACS, 2005.

Escherichia coli

ジャーファーメンター
樹脂吸着8.5 g/LLi W et. al, JACS, 2005.

Escherichia coli

フラスコ
Batch

0.4 g/L

Balderas-Hernández VE et. al.,Microb. Cell Fact., 2014.

Escherichia coli

ジャーファーメンター
Fed-batch

4.5 g/L

3 Balderas-Hernández VE et. al.,Microb. Cell Fact., 2014.

Corynebacterium
glutamicum

ジャーファーメンター
２段66 g/L

RITE バイオ研究グループ

最も最も⾼い生産濃度を達成
25

NEDO

ムーンショットプロジェクト
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

26

ムーンショットプロジェクト
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
タイヤ摩耗粉

プラゴミ

球晶

漁網

触媒

繊維くず

光

化学分解
光
分子解体

廃棄

オンデマンド
⾼速分解

摩耗
洗濯
強靭化

成形加工プロセス

動的架橋
超分子
構造解析

精密
重合

強靭性

アカデミアとの連携でトレードオフを打破

HOO

OOH

目標

モノマー

マルチロック機構

RITE

トレードオフ海洋分解性

ポリマー分解酵素の⾼機能化

酵素

バイオモノマーの⾼生産バイオプロセス

環境分解性ポリマー

現状

環境分解
化学分解

CO2

RITE
光合成

非可⾷系
バイオマス

H2O

ポリマー分解酵素を利⽤した分解スイッチ機構の開発に注⼒27

非可⾷性バイオマス原料からアジピン酸前駆体であるcis,cis-ムコン酸のバイオ生産■ ポリアミドやポリエステル（漁網・釣具、繊維などの用途）向け原料モノマー、アジピン酸の前駆体となる
cis、cis-ムコン酸のバイオ生産に成功。
■ アジピン酸生成酵素について様々な遺伝⼦を探索中。

グルコース
キシロース
アラビノースバイオ変換

３-デヒドロシキミ酸

非可⾷バイオマス
由来の混合糖3-Dehydroshikimate
dehydratase

250 mL
反応スケール82.1 g/L, 48 h

ムコン酸濃度 (g/L)

アジピン酸の人工代謝経路

前駆体cis,cis-ムコン酸の生産

分解経路の削除

反応時間 (h)プロトカテク酸
Protocatechuate
decarboxylase（別種生物由来の遺伝子を導入）

アジピン酸生成酵素の探索
Strain AStrain B
Strain C

カテコール

Strain D

Reductase など（別種生物由来の遺伝子を導入）

Strain E
分解経路の削除

アジピン酸

化学変換

cis, cis-ムコン酸

Strain F
00.5

1.0

1.52.0

生成したアジピン酸

2.5

3.0

3.5

28

cis, cis-ムコン酸の生産性⽐較と広い⽤途
宿主
Escherichia coli 1)
Escherichia coli 2)

生産量64.5 g/L
36.8 g/L

時間
120 h
48 h

Choi et al., 2019. (インハ大、韓国)

22g/L

104 h

Bentley et al., 2020. (国⽴再生可能エネルギー研究所、アメリカ)

Corynebacterium glutamicum 4)

54g/L

168 h

Choi et al., 2018. (インハ大、韓国)

Corynebacterium glutamicum

82.1 g/L

48 hRITE

Pseudomonas putida3)Niu et al., 2002. (ミシガン州⽴大、アメリカ)

1) Front Bioeng Biotechnol. 9;7:241. 2019.
2) Biotechnol Prog. 18(2):201-211. 2002.
3) Metab Eng. 59:64-75. 2020.
4) Scientific Reports, 8:18041. 2018.

HOO

O

OH
O

Terephthalic acid

Oナイロン
などの原
料

研究グループ

HOOH

O

化学変換

CaprolactoneO

3-Hexenedioic acid
OHO
O

化学変換

化学変換

HOO

HO

Muconic acid
(Bio-based)

HN

Caprolactam

H 2N

Hexamethylenediamine

OHO

前駆体であるムコン酸⾃体も極めて有⽤な化合物
化学変換

NH2

O

2-Hexenedioic acid

OHHOO

ポリエス
テル
などの原料

1,6-Hexanediol

HOOHOAdipic acid29各種ポリエステルを分解する耐熱性エステラーゼ
脂肪族系の各種ポリエステル分解活性を発⾒各種ポリマー酵素処理後の重量減少
PLAO

反応条件
pH 8.010 μg ml-1
LCC
37°C, 24 hO

ポリ乳酸

PCL

OO

ポリカプロラクトン

耐熱性エステラーゼ

OPESO

OO

ポリエチレンスクシネート

PBSOOO

酵素処理前

O

ポリブチレンスクシネート

020

4060

80

100120

酵素処理後

PBSは24時間でほぼ100％の重量減少

重量減少（%）

耐熱性エステラーゼをモデル酵素とし、分解活性スイッチ機構の開発を検討

30

固定化酵素の塩によるスイッチ機構
固定化酵素
ポリマー分解酵素

塩なし条件
分解酵素は担体から溶出されない
ため、ポリマーは分解されない。

分解ポリマー

海洋分解性担体塩あり（海洋）条件（多数の微小孔とマイナス電荷）

海水の塩濃度（〜0.5 M NaCl)
では酵素が担体から遊離するため、ポリマーは加水分解される。
＝ポイント制御機構（スイッチ機構）

分解ポリマー

海洋分解性担体を利⽤した水と塩によるスイッチ機構を考案

31

実海水での塩濃度スイッチ機構の検証＋水道水(塩なし） ＋実海水(塩あり)

電子顕微鏡観察(24h反応後)ビーカーに入れたPBSフィルム

未処理PBSフィルム（RITEの⻘⽂字をフィルムに記入）
1 mg/mL（終濃度）固定化酵素を添加

37℃, 48 h＋水道水（塩なし）＋固定化酵素粉末＋実海水（塩あり）＋固定化酵素粉末（B）（A）
ほぼ変化なし無数の微細孔が形成

ビーカーの底に崩壊したフィルム

実海水で分解活性が発現し、塩濃度スイッチを確認した

32

NEDO
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
フロー連続単離法と増殖⾮依存型バイオプロセスによるローズ⾹料の生産システム実証
⾼砂⾹料⼯業株式会社
公益財団法人地球環境産業技術研究機構

33

ローズ⾹料 濃度 (mM)

フロー連続単離法と増殖非依存型バイオプロセスによるローズ⾹料の生産システム実証

⾹料素材の分類

IC50403020100

ローズ⾹料に対する耐性⽐較（IC50値*）*IC50: ここでは各微生物の増殖を半分に抑えるために必要な化合物の濃度34フロー連続単離法と増殖非依存型バイオプロセスによるローズ⾹料の生産システム実証
開発テーマ概要・ ローズ⾹料は、年間数千トン規模で製造されている。
・ 菌体への毒性が強い⾹料素材は多く、未だ合成生物学によるバイオ生産の成功事例が⾒られない。
・ RITEでは、微生物に対する毒性を回避するバイオ生産システムの開発を進めている。
『開発テーマ概略図』
産業⽤スマートセル開発

フロー連続単離技術

糖原料
⾹料素材の連続⾼生産を実現へ
コリネ型細菌
増殖⾮依存型バイオプロセス

⾹料化合物の生産

⾹料化合物の精製

フロー連続単離法と増殖非依存型バイオプロセスの組み合わせ

国産初の合成生物学による⾹料素材製造としてのナチュラル製品の社会実装、拡販

35

NEDO
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
⾼吸収型天然カロテノイドの大量生産システム実証
ハリマ化成株式会社
公益財団法人地球環境産業技術研究機構

36

⾼吸収型天然カロテノイドの⼤量生産システム実証
事業目標
希少な⾼吸収型カロテノイドを微生物によって⼤量生産する技術の開発⇒ 有効性の⾼い機能性成分の市場投入と、希少成分の⼤量供給を実現

リコペン

化学合成

β-カロテンOH

野菜・藻類 など

HOHO

ゼアキサンチン

ルテイン

OHO

カロテノイドHOO

HO

アドニキサンチン

OO

アドニルビンOH

HOO

アスタキサンチン

化学構造が異なる様々なカロテノイド

⾼い抗酸化活性主な⽤途

・ 生習慣病予防
・ ⽼化予防・ サプリメント
・ 飼料添加物・ ⾊素成分としての飼料添加物以外に、⾼い抗酸化活性を有するサプリメントとしての需要も伸びている。
・ 天然原料中の含量が⾮常に低く、市場には化学合成品が大半を占める。

37

⾼吸収型天然カロテノイドの⼤量生産システム実証・ カロテノイドは化学構造によって体内吸収性が異なり、流通している製品は吸収性が極めて低い。
・ 本事業で製造する⾼吸収型の希少カロテノイドは化学合成でも⾼収率での製造は困難。

事業内容

流通している既存カロテノイド

本事業で製造するカロテノイド

開発済みの
既存カロテノイド
⾼生産株

生合成経路の再設計体内吸収性が⾼い

体内吸収性が極めて低い

⾼吸収型希少カロテノイド
特異的生産株

本事業の概要1. ⾼吸収型カロテノイド
特異的生株の開発

⾼吸収型
希少カロテノイド

バイオマス
由来の糖

2. ⼤量培養技術の確⽴

3. 抽出・精製法の確⽴
38

NEDO
グリーンイノベーション基⾦事業
CO2を直接原料としたカーボンリサイクルの推進

39

NEDO グリーンイノベーション基⾦事業
CO2を直接原料としたカーボンリサイクルの推進
事業の目的・概要

研究開発項目1︓有⽤微生物の開発を加速する
微生物改変プラットフォーム技術の⾼度化

・ 原料のCO2供給から製品製造までのバリューチェーンを構築、商用生産までのスケールアップや製造技術の⾼度化を推進

微生物

CO2

物質研究開発項目2︓CO2を原料に物質生産できる微生物等の開発・改良技術の開発※プラットフォームとも連携しながら微生物の物質生産性を大幅に向上

ロボット
D

B

L

T

研究開発項目3︓CO2を原料に物質生産できる微生物等による製造技術の開発・実証

・ CO2を原料とした新しいバイオものづくり製品の社会実装とCO2の資源化による産業構造の変革

元株■事業規模 ︓約2530億円※微生物の開発効率を向上

改良株
AI分析

■支援規模*︓約1767億円

培養分離

精製

CO2
送達

*インセンティブ額を含む。今後ステージゲートでの事業進捗などに応じて変更の可能性あり

最終製品
加工

■事業期間 ︓2023〜2030年度■補助率など（インセンティブ率は10%）
項目1︓9/10委託、 項目2︓委託 → 2／3助成
項目3︓委託 → 2／3助成 → 1／2助成（一部内容を除く）

工場、⽕⼒発電所など㈱カネカ※、日揮ホールディングス㈱、㈱バッカス・バイオイノベーション、㈱島津製作所（項目1、2、3を実施）㈱ちとせ研究所※（項目1、2、3を実施）＊⾼精度かつ⾼速な代謝設計技術、微生物ライブラリの迅速構築および⾼品質データの迅速集積技術を開発。要素技術をデータベースによって相互に連携し、データから知識を創出するAI技術を開発（項目1）＊CO2固定化能⼒が５倍に向上したポリマー生産微生物開発、Tgの異なる３種類以上のバイオポリマー生産微生物育種（項目2）＊PHBHのセミコマーシャルプラントによる生産実証、多様な製品開発に対する統合型バイオファウンドリの機能実証（項目3）＊実用微細藻類を従来⽐1/10期間で⾮組換えゲノム編集・ゲノム調整できる基盤を開発（項目1）＊⾼効率なゲノム編集・ゲノム調整を駆使し、⾮組換えで脂質生産性を5倍以上向上（項目2）＊製造コストを代替候補品と同等以下にできる生産プロセスを開発・実証（項目3）

積水化学工業㈱※ 、 (公財)地球環境産業技術研究機構（項目2、3を実施）＊CO2→CO変換プロセスを活用したエポキシ原料生産微生物を開発し、CO2由来エポキシ接着剤生産を実現（項目2）＊接着剤の製造コスト現⾏品⽐1.2倍以下を実現（項目3）

培養・ 培養⼿法開発・ スケールアップ技術開発

分離・ 分離効率向上
・ 収率向上双日㈱※、 (⼀財)電⼒中央研究所、Green Earth Institute㈱、 DIC㈱、㈱ダイセル、東レ㈱（項目2、3を実施）＊CO2とH2を利用して増殖する水素細菌のPHB蓄積
代謝経路等を改変し、生来は生産されない低分⼦化合物を生産できる組換え株を創製（項目2）＊⾼度培養技術を確⽴し、世界最⾼水準の菌体生産速度を達成。大型培養規模で実証（項目3）

引用︓https://www.nedo.go.jp/content/100958435.pdf から改変

精製・ 収率向上
・ 廃液削減加工・加⼯プロセス開発＋2025年⼤阪・関⻄万博と連携した社会実装の促進(独)製品評価技術基盤機構※、東京⼤学、茨城⼤学、京都⼤学、(国研)海洋研究開発
機構、国⽴遺伝学研究所、ライフサイエンス
統合データベースセンター、bitBiome㈱（項目1を実施）＊CO2固定微生物の菌株情報および関連情報を網羅的に収載し、情報を効率的に検索できるデータベースとツールを登載したプラットフォームを構築。

富士フイルム㈱※（項目3を実施）＊水素細菌の物質産生能に影響する要因を解明する評価分析システムを開発。
＊複合ガス（CO2、H2、O2）から、有機物を安全かつ⾼効率に生産できるガス培養システム・スケールアップ技術を開発し、量産化スケールで実証。
※＝幹事企業40

NEDO グリーンイノベーション基⾦事業
ごみ燃焼ガスCO2から⾼機能接着剤製造
これまでに培ってきたスマートセル技術、菌株耐性化技術、酵素⾼機能化技術、バイオ変換技術などを活かし、燃焼排ガス原料から⾼付加価値化学品（⾼機能接着剤）の原料である
芳⾹族モノマーを生産する微生物生産株開発とバイオプロセス開発
を、積水化学⼯業株式会社と共同で実施。

41

NEDO

バイオものづくり革命推進事業
未利用原料から有用化学品を産み出す
バイオアップサイクリング技術の開発

42

NEDO バイオものづくり革命推進事業
事業期間2023〜2032年度

予算額

約3000億円（事業期間総額）②産業⽤微生物等の改良技術の開発①未利⽤資源の調達・原料化のための実証等

NEDO ホームページ
https://www.nedo.go.jp/activities/ZZJP_100246.htmlを一部改変③微生物等による生産技術の開発・実証④分離・精製・加工技術の開発・実証⑤LCA評価・製品
表⽰等改変■未利用資源の収集･原料化、微生物等の改変技術、生産・分離・精製・加⼯技術、社会実装に必要な制度や標準化等のバイオものづくりのバリューチェーン構築に必要となる技術開発及び実証を一貫して支援します。
■多様な原料 と 多様な製品 を出口としたバリューチェーンの構築に必要な技術や社会システム実証を⾏い、バイオものづくりへの製造プロセスの転換とバイオものづくり製品の社会実装を推進し、ひいては我が国の産業競争⼒の強化と社会課題解決を目指します。

43

NEDO バイオものづくり革命推進事業
事業イメージ
未利⽤資源から生産困難バイオ製品へのバイオアップサイクリング技術を確⽴⇒ 日本のバイオものづくり産業の発展と持続可能な社会づくりに貢献
プラットフォーム

未利⽤資源

⼤量培養・発酵生産

最終製品
・ バイオ由来⾹料
・ ⾼機能繊維原料

⾷品残渣などデジタル・ロボティクス技術を活⽤した産業⽤微生物の開発拠点確⽴⇒ プラットフォーマーとしての社会貢献活動

未利⽤資源に含まれる多種糖（従来は効率的利用が困難）⇒ 事業展開による社会貢献活動

バイオアップサイクリング
コリネ菌を活⽤した有⽤物質変換

⾼付加価値化合物（従来は細胞毒性によりバイオ生産が困難）

44

未利⽤資源を利⽤したバイオものづくり製品の社会実装における２つの技術課題
入口の課題

出口の課題

未利⽤資源由来原料に含まれる糖源の利⽤効率が低い
未利用原料: キシロース、フルクトース、スクロース、その他をグルコース以上に含む。発酵阻害物質を含む。
他グループの従来型生産菌

RITEの現状の生産菌

未利用原料は複数糖を含有

RITEのコリネ菌は３種の混合糖を同時利用可能

生産可能な物質の種類が少ない
様々な化学品が生産ターゲットとして望まれる。
→ 微生物に毒性を示すためごく一部に限定。
他グループの従来型生産菌

RITEの現状の生産菌

コリネ菌は他の⼯業微生物の中で最も芳⾹族化合物に耐性が⾼い
⼤腸菌

コリネ菌

グルコースキシロース
アラビノース

スクロース

フルクトース

グルコース

毒性耐性の定量⽐較結果

組成例

効率良く利用できる糖は、グルコースに限定

混合糖同時利⽤能付与技術
発酵阻害物質耐性

耐性が低く、代謝設計はできても⾼生産ができない

毒性の強い芳⾹族化合物の世界最⾼濃度生産実績

・ 2つの課題を解決しない限り、真に有⽤な生産菌の育種と、それを利⽤した事業化は不可能。
・ RITEの生産菌は、現時点で優位。
本事業でこの優位性をさらに⾼め、世界唯⼀の能⼒を獲得。

45

NEDO バイオものづくり革命推進事業
目指す技術
本事業終了後に完成する
RITE-PFの生産菌
未利⽤資源
由来原料
利⽤能⼒

RITEの従来の生産菌

グルコース以外の糖の利用効率が低い■3種混合糖 ■毒性の強いを同時利用
芳⾹族化合物
可能の生産実績

既存プラットフォーム群■原料に含まれる ■これまで不可能だった糖種を選ばずに⾹料原料など毒性の利用可能
強い物質も生産可能

RITEの技術をベースに、本事業で開発する技術を投入して⾼機能コリネ菌を開発

⾹料素材や⽯化代替品は微生物に毒性を示すため生産できない

毒性を⽰す物質の生産能⼒

競合他社は真似できない技術的競争⼒を本事業で確保する

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NEDO バイオものづくり革命推進事業
菌株開発プラットフォームを整備
あらゆる未利用資源から、あらゆる有用化学品を生産する技術を短期間で確⽴可能

世界でも類を⾒ない
RITEプラットフォームだけの能⼒

知識・機能・生産設備を集約して世界唯⼀のプラットフォームを構築拠点整備

未利用原料対応代謝設計
糖利用能向上設計

⾼速オミクス解析
⾼速生産株構築システム

培養技術のDX
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RITE バイオ研究グループ↑ RITE
バイオ研究グループメンバー←
奈良先端科学技術大学院大学
教育連携研究室
微生物分⼦機能学（乾研究室）メンバー
48

ご清聴ありがとうございました

公益財団法人地球環境産業技術研究機構（RITE）
バイオ研究グループ〒619-0292 京都府木津川市木津川台9-2
TEL︓0774-75-2308
FAX︓0774-75-2321
代表E-mail︓mmg-lab@rite.or.jp

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