バイオものづくりプロジェクト 技術集
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

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
New Energy and Industrial Technology Development Organizationバイオものづくりプロジェクト技術集
目 次 Contents
プロジェクト主旨

1

プロジェクト概要

2

プロジェクト実施体制

3

技術紹介
パウダー化微生物を用いた機能スクリーニングシステム（京大）

4複合酵素系・複合微生物系の新しい設計技術（京大）

5

未培養 / 難培養微生物の可培養化技術（産総研、長岡技科大、広大）

6

ミリオンスクリーニング技術（長岡技科大、産総研、オンチップバイオ）

7

ハイスループット酵素活性評価システム（神大）

8

テンプレート酵素選定技術（神大・理研）

9

物質交換が可能な無細胞合成反応場の構築（九大）

10

酵素の特異性改良技術（千葉大）

11

微生物とその関連情報の保管提供（NITE・九大）

12

培養データ駆動型ダイナミクス解析技術開発（産総研）

13

発酵槽培養における生産性低下因子探索技術開発（産総研）

14

代謝モデルバリエーション生成技術（京大、医薬基盤研）

15

可溶化蛋白質高発現化手法（産総研）

16

ジャー環境下での安定蛋白質変異体設計法開発（産総研）17

バイオものづくりのための実用性評価支援（阪大）

18

人工知能を活用した微生物培地コンサルティング（北見工大）

19

培養状態の定量的記述技術（阪大・九大）

20

バイオ生産プロセスの LCA/TEA シミュレーター（東大）

21

AI を活用した自動培養制御システム（ちとせ研究所）

22

微生物用シングルユース（SU）（大阪工大）

23

遺伝子組換え植物を利用した大規模有用物質生産システムの実証開発（産総研、北大、東大、鹿島、デンカ）

24

バイオファウンドリ
DBTL バイオファウンドリによる超高速スマートセル育種（神戸大）

25

大阪工業大学・バイオものづくりラボ（大阪工大）

26

関東圏バイオファウンドリ拠点の形成（GEI）

27

高性能 CFD ソフトウェア・スケールダウンモデルを利用したバイオ生産プロセスの最適化手法とスケールアップ実証手法の開発（GEI）

28

バイオ生産プロセスへのマイクロ波技術の適用（マイクロ波化学）

29

バイオマス残渣の前処理技術としての新加水分解技術の適用（GEI、小桝屋）

30

バイオ生産プロセスにおける LCA による排出 CO₂ の算出方法の確立（GEI）

31

バイオものづくり人材育成32

プロジェクト主旨「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」プロジェクト（2020〜2026年度）は、前⾝のプロジェクト「植物等の⽣物を⽤いた⾼機能品⽣産技術の開発」で開発した物質⽣産能⼒を⼈⼯的に最⼤限向上させた⽣物細胞「スマートセル」
について、各産業分野の⾼機能品を⽣産するプロセスに活⽤されるために、産業⽤スマー
トセルの創出に向けたバイオ資源の拡充や、スマートセルの特徴に応じた培養・分離・精製・回収の⼀連のバイオ⽣産プロセス条件を最適化する統合解析システムを開発し、原料から最終製品に⾄るバリューチェーン上のボトルネック解消を図ります。また実⽣産への橋渡しを効果的に⾏うバイオファウンドリ基盤の整備やバイオものづくり⼈材の育成を⾏い、バイオエコノミー社会の実現を⽬指します。

プロジェクトの概要

バイオエコノミー社会の実現
1プロジェクト概要
研究開発の⽬的
微⽣物等を活⽤したバイオによるものづくりは、従来の化学プロセスに⽐べ、常温常圧下での反応が進⾏する等、省エネルギーな物質⽣産プロセスが組み⼊れられる可能性があるとともに、原料を化⽯資源に依存しないバイオマスからの物質⽣産も期待されることから、炭素循環型社会実現に資するものづくりへの⼤きな変⾰が期待できると考えています。バ
イオマス等を原料としたものづくりへの転換、炭素循環型社会の実現を⽬指す上で強化すべき取組として、バイオ資源活⽤促進のための各種技術や従来法にとらわれない次世代⽣
産技術の開発等について情報解析技術を活⽤して確⽴することが急務です。
本プロジェクトでは、バイオものづくり産業の基盤として、バイオ資源活⽤促進のための各種技術や従来法にとらわれない次世代⽣産技術開発を実施します。次世代⽣産技術としてはスケールアップや後⼯程の回収・破砕、分離、精製等まで含め、⼯業化に向けた⽣産プロセスに関わる技術の開発と検証を⽬指します。

研究開発の内容
研究開発項⽬①「バイオ資源活⽤促進基盤技術開発」
環境中から直接回収されたゲノムDNA情報や⼆次代謝関連遺伝⼦群をデジタル技術との融合による解析を活⽤しつつ、新たな酵素群・微⽣物資源・植物等の取得を進め、あわせて関連する技術の開発を⾏います。
研究開発項⽬②「⽣産プロセスのバイオファウンドリ基盤技術開発」
既存の設備等も活⽤しつつ、実⽣産への橋渡しを可能とするスケールを有し、⼀気通貫で⽣産プロセスを検証し評価サンプルを創出できるバイオ⽣産システム基盤の構築とその周辺技術開発を⾏います。さらに、⽣産プロセスから得られる情報等に基づく産業⽤スマー
トセル開発の実現を⽬指し、⽣産パラメーター情報等をフィードバック可能とする情報解
析技術を開発します。LCA評価⼿法も取り⼊れて技術課題の解決と新たな技術を理解する
⼈材の育成も図ります。
研究開発項⽬③「産業⽤物質⽣産システム実証」
炭素循環型社会の実現に向けて特定の⽣産ターゲットを設定した上で、⽬的物質の⽣産性向上を狙うとともに、量産化を⾒据えて⽣産プロセスの最適化を図り、産業⽤スマートセル等の⽣物機能を活⽤した物質⽣産による⽣産物のサンプル評価を⾏います。

URL: https://www.nedo.go.jp/activities/ZZJP_100170.html
2

プロジェクト実施体制
2020-2022年度研究実施体制

技術推進委員会

NEDO

外部評価による研究進捗
確認、計画改善指摘

関 実 プロジェクトリーダー (PL)
千葉⼤学

中川 智 サブPL

松村 健 サブPL

バイオインダストリー協会

元産総研

助成事業

委託事業
研究開発項⽬①「バイオ資源活⽤促進
基盤技術開発」(⼀部委託含む）

研究開発項⽬②「⽣産プロセスのバイオ
ファウンドリ基盤技術開発」●京都⼤学/⼩川 順
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●神⼾⼤学/近藤 昭彦 ●GEI/伊原 智⼈
データベース空間からの新規
酵素リソースの創出

スマートセル時代のバイオ
⽣産プロセス実⽤化を促進させるためのバイオ
ファウンドリ拠点の確⽴●産総研/福澤 徳穂
遺伝⼦組換え植物を利⽤した⼤規模有⽤⽣産システムの実証開発

社 会 実 装3

研究開発項⽬③「産業⽤物質⽣産シス
テム実証」
2021年度から、毎年公募により採択●実証(助成フェーズ)●実証(委託フェーズ)

バイオ資源活⽤促進基盤技術
パウダー化微⽣物を⽤いた機能スクリーニングシステム
京都⼤学
技術の説明
表現形顕在化処理菌体スクリーニング技術（パウダースクリーニング技術）
・ あらかじめ培養した菌体をパウダー化して保管しているため、スクリーニング時に菌体を培養する期間が不要であり、効率的に探索できる。
・ パウダー化により膜透過性が向上し、細胞内の機能を、制限要素を排除して顕在化させ評価することができる（図）。 (制限要素︓エネルギー（ATP量）、還元⼒（NAD(P)H量）、補酵素
量、電⼦伝達メディエーター量、など）
・ 酵素や代謝系は菌体内に保持されており、外環境に対し安定化されている。
・ 負荷の存在下で菌体処理を施すため、あらかじめノイズレベルの弱い活性はキャンセルされ、ロバストな活性が顕在化している。そのため、産業応⽤に資するものが選抜されやすい。
・ ⽔を排除する処理が施されているため、疎⽔性化合物や溶媒に対する親和性が⾼く、疎⽔性化
合物への変換活性を評価しやすい。
例１
NAD(P)H再⽣系との組み合わせ
Ketone

例２
ATP再⽣系, Acyl-CoA供給系との組み合わせ

NAD(P)H

metabolism

Chiralalcohol

Fatty acid+
ATP

GlucoseGlucosedehydrogenaseedNAD(P)+

Acyl-CoAsynthetasemetabolism
ADP/AMP+
Glucose+O2

Gluconic acid
GluconolactoneCoA

FA-metabolite

FA-modifying
systemAcyl-CoA

パウダー微生物ラ イ ブ ラ リ ー

応⽤先• 迅速かつ簡便な微⽣物機能探索、特に、広範な微⽣物種を対象とした⼀次スクリーニング• 安定性の⾼い酵素、微⽣物触媒の提供• エネルギー（ATP)・補酵素（NADH等）の供給による活性向上・反応持続性向上、原料の多様化• 適度な膜透過性（細胞間物質供給）が必要な微⽣物変換プロセス、例えば、疎⽔性化合物⽣産

参考資料
パウダースクリーニング技術の活⽤事例• Hibi, M. et al.: Multi-enzymatic synthesis of optically pure β-hydroxy α-amino acids, Adv.
Synth. Catal., 357(4), 767-774 (2015)• Hibi, M. et al.: Attempt to simultaneous generation of three chiral centers in 4hydroxyisoleucine with microbial carbonyl reductases, Bioorg. Med. Chem., 26(7),1327-1332 (2018)

お問合せ先
京都⼤学 ⼩川 順

E-mail: ogawa.jun.8a@kyoto-u.ac.jp

URL: http://www.hakko.kais.kyoto-u.ac.jp/index.html
4

バイオ資源活⽤促進基盤技術
複合酵素系・複合微⽣物系の新しい設計技術
京都⼤学
技術の説明
複合酵素系の新しい設計技術
・ 補基質・電⼦伝達分⼦等が関与する複合酵素系（図）、阻害物質（活性酸素等）除去を配慮した複合酵素系、⽣産物を多様化するカスケード反応のための複合酵素系の新規設計技術開発。
OCOR3

複合微⽣物系を⽤いたプロセス開発のための基盤技術
・ 嫌気性菌や植物根圏菌などの難培養菌からなる複合微⽣物系の機能を、共培養菌を⽤いて顕在化する技術 。
・ 共培養することにより複合微⽣物系の機能を、制限要素を排除して顕在化させ評価する技術。例えば、腸内細菌機能発現のための嫌気条件・還元環境を提供する
共培養技術（⽔素産⽣菌を⽤いた共培養、NAD(P)H産⽣菌を⽤いた共培養など）。

O

R1

*

H2O

R1

R3COOH

R2

reductase

NAD(P)H

GDHNA
NAD(P)+

Glucose

OH O
ADP

R1

* *

ATP

O

R1

応⽤先

O aldolase

RX

R1

P450 R1
monooxygenase

OH
O
*

R2

NAD(P)HNAD(P)+

R2

dioxygenase
RY

Succinate
α-Ketoglutarate

hydratase

+
RX

R2

hydrolase
e

RY
R1

R1

FAD

NAD(P)+FADH2

NAD(P)H

R2

R2• 補酵素、エネルギー要求性複合酵素系の設計、開発• ⽣産物を多様化するカスケード反応のための複合酵素系の設計、開発• 難培養微⽣物コミュニティーの機能を活⽤した技術• 還元⼒（⽔素、NAD(P)Hなど）がコミュニケーション分⼦となる複合微⽣物系プロセス開発

参考資料
複合酵素系の活⽤事例• Horinouchi, N. et al.: One-pot microbial synthesis of 2'-deoxyribonucleoside fromglucose, acetaldehyde, and a nucleobase, Biotechnol. Lett., 28(12), 877-881 (2006)
共培養因⼦の解析事例• Watanabe, H. et al.: Evaluation of electron-transferring cofactor mediating enzyme
systems involved in urolithin dehydroxylation in Gordonibacter urolithinfaciens DSM
27213, J. Biosci. Bioeng., 129(5), 552-557 (2020)
複合微⽣物機能の解析事例• Saijai, S. et al.: Analysis of microbial community and nitrogen transition with enriched
nitrifying soil microbes for organic hydroponics, Biosci. Biotechnol. Biochem., 80(11),2247-2254 (2016)

お問合せ先
京都⼤学 ⼩川 順

E-mail: ogawa.jun.8a@kyoto-u.ac.jp

URL: http://www.hakko.kais.kyoto-u.ac.jp/index.html
5未培養/難培養微⽣物の可培養化技術
未だ培養出来ていない微⽣物を培養する(国研)産業技術総合研究所、⻑岡技術科学⼤学、広島⼤学
技術の説明
この技術で何ができるか︖
WODL培養例
バクテリア
地球上の微⽣物のうち、0.02%しか利⽤でき好気培養・嫌気培養が可能て お ら ず 、 99.98 ％ は 利 ⽤ で き て い な い未培養・難培養微⽣物と⾔われています。
これら微⽣物の可培養化率向上こそが、新規
宿主・機能（遺伝⼦資源）を⼊⼿して新製品に
環境微⽣物探索
つなげていく上での最初の障壁です。本技術でへの応⽤例は従来に無い圧倒的な可培養化率を実現し、浸透圧耐性環境微⽣物
迅速な新製品・シード開発等に寄与する新規のスクリーニング
宿主・機能探索に必須な培養技術を実現します。
0.02%

99.98%999.98%
9従来の単離・培養微⽣物

酵⺟

培養実績例
ドロップレットを跨いだ微⽣物間相互作⽤の再現や、環境サンプルからの未培養・難培養
微⽣物・新規微⽣物候補株の単離にも成功しており、可培養化率は最⼤で70%に達しています。

未培養・難培養微⽣物

本技術で可培養化中核となる培養技術
直径100μm程度のサイズのドロップレット
である液中液滴water-in-oil w/o droplet 、（WODL）およびWODLをゲル化剤によって固定化したGel Microdroplet（GMD）1つ1つを微⼩培養器として⽤います。本技術は様々な条件での培養と、次ページの”ミリオンスク
リーニング技術”と組み合わせ100万検体単位の微⽣物探索が可能です。
WODL (w/o droplet)

⽷状菌

最⼤で70%の可培養化率*達成*微⽣物増殖ドロップレット数/全ドロップレット数

GMD (Gel microdroplet)
10
100
00万個
0
0万 個
/800µL

難培養微⽣物群

Verrucomicrobia、
Bdellovibrionota、Planctomycetes

未培養微⽣物Candidate Phyla Radiation SR1

新規微⽣物候補株

10株以上獲得応⽤先宿主・遺伝⼦資源探索のための培養として、以下のような応⽤例があります。
• 100万〜1000万単位で微⽣物を培養• 未培養・難培養微⽣物の可培養化• 新規微⽣物の獲得• 複合微⽣物系の再現• 単独での培養が難しいような微⽣物の培養• ⼀般的な環境微⽣物・単離株の培養・育種

お問合せ先
国⽴研究開発法⼈産業技術総合研究所 ⽣物プロセス研究部⾨E-mail: tamaki-hideyuki@aist.go.jp

URL: https://unit.aist.go.jp/bpri/bpri-gene/index.html
6ミリオンスクリーニング技術
100万検体をスクリーニングする

⻑岡技術科学⼤学、(国研)産業技術総合研究所、(株)オンチップ・バイオテクノロジーズ

技術の説明
この技術で何ができるか︖
ミリオンスクリーニング技術は、従来技術では数ヶ⽉から年単位かかっていた作業を、
1,000倍効率化することで、数⽇から数週間に短縮可能な技術です。”未培養・難培養微⽣物の可培養化技術”による可培養化率向上と組み合わせて、従来はアクセス不能であった⽣物
資源（宿主・遺伝⼦資源など）も獲得可能になります。
本事業では従来のドロップレット培養スク
リーニング技術と⽐較して、検出系の拡充による汎⽤性向上や所要時間の短縮や作業者の負担軽減も実現しています。

”未培養・難培養微⽣物の可培養化技術”と本技術を組み合わせて実現
1. 広域な⽣物資源・遺伝⼦資源の探索範囲
可培養化率の劇的向上による探索範囲の拡⼤
2. ウルトラ-ハイスループット
種々の条件下(培養条件・評価⽅法)で100万〜1,000万検体を1⽇で解析可能
3. ⽣育・物質⽣産状況で選択的に選抜
ドロップレット1つ1つが「培養器」である
ため、微⽣物の⽣育や代謝物を評価可能（シングルセルのスクリーニングシステム
では不可能）
微⽣物探索・育種対象例
酵素活性︓ペプチダーゼ、セルラーゼ、アミ
ラーゼ、RNaseなど
物質⽣産性︓様々な脂肪酸組成の油脂
⽣育能︓⽐活性、代謝能、耐性等を検出
GMDを⽤いて新規な油脂⽣産微⽣物を探索

応⽤先
活性・機能に基づいた環境微⽣物の探索や微⽣物の育種に利⽤可能です。以下の例があります。
• 従来よりも⽐活性が⾼い酵素を探索• 菌体あたりの⽣産性が向上した/低下した株• 新規な活性を有する微⽣物を探索を育種。⽣産性に関わる遺伝⼦資源を獲得• 全く新しい遺伝⼦資源を有する微⽣物を探索 • 特定の培養環境に適応した菌株を育種

参考資料• Nakamura, A. et. al.: 7-Aminocoumarin-4-acetic acid as a fluorescent probe fordetecting bacterial dipeptidyl peptidase activities in water-in-oil droplets and in bulk,
Anal. Chem., 94(5), 2416-2424(2022)

お問合せ先⻑岡技術科学⼤学 技術科学イノベーション専攻 発酵科学研究室

E-mail: owataru@vos.nagaokaut.ac.jp

URL: https://www.microorganisms.jp/ogasawara-lab/7

ハイスループット酵素活性評価システム
⾃動化設備を活⽤した並列多検体酵素活性評価
神⼾⼤学
技術の説明
バイオものづくりに資する酵素資源拡充のために、データベースの未知酵素や⼈⼯改変型酵素の活性評価は重要です。⼀般に活性評価では、酵素遺伝⼦発現クローンの選抜、培養・発現、宿主⽣物から酵素抽出・精製、酵素反応液の調製、酵素反応測定の順に作業を⾏います。クローン選抜や溶液調製は、複雑な作業のため時間がかかっており、処理する検体の増加に伴う⼈的ミスが起こるな
どして、酵素活性データのハイスループット取得を困難にしています。我々は、クローン選抜や溶液調製の⼯程で⾃動化設備を導⼊し、⾃動化に適合した酵素活性評価ワークフローを構築することで、「ハイスループット酵素活性評価システム」を開発しました。
開発したシステムのスループット性として、１⽇あたり並列処理で2,000種類の酵素活性データを再現性よく取得できます。本技術は、触媒効率データの⼤規模取得、エラープローンなどを通して創出した⼤規模改変酵素ライブラリーや環境中の未知天然酵素群の活性評価などに有効です。
酵素抽出・アフィニティ精製

クローン選抜・培養・酵素発現

分注ワークステーション

コロニ 画像解析
コロニー画像解析
析（明視野・蛍光）遺伝⼦
ライブラリー 宿主微⽣物
コロニーピッキング

酵素活性測定酵素発現菌体⾃動精製

クローン選抜

⾃動アッセイシステム

精製酵素液

⾃動溶液分注

多検体培養・酵素発現<活性評価例>
実験操作
実験時間

準備

ABS

0.4

交換

抽出・精製
40 分

交換

透析
120 分

⾃動植菌

準備

搬送

⽐⾊・蛍光定量
搬送

測定 分注
10 分10 分

Test #1
Test #2
Test #3

0.3
0.2
0.1

搬送

反応
60 分

(吸光度時間変化測定)
活性 定

0 0

100

200

時間 [秒]

300

測定
10 分

「ハイスループット酵素活性評価システム」の概要

応⽤先• 新規活性酵素や超⾼活性酵素の取得をお考えの⽅• 新規物質バイオ⽣産系の創出をお考えの⽅• 有⽤物質の⽣産性向上をお考えの⽅• データ駆動型研究にご興味のある⽅

参考資料• 蓮沼誠久ほか︓微⽣物の⾼速育種を実現するスマートセル創出プラットフォーム, 化学⼯学,
86, 157-160 (2022)• Vavricka, CJ. et al.: Machine learning discovery of missing links that mediate alternative
branches to plant alkaloids, Nat. Commun., 13,1405 (2022)

お問合せ先神⼾⼤学 先端バイオ⼯学研究センター
hasunuma@port.kobe-u.ac.jp
E-mail: hidese@people.kobe-u.ac.jp

URL:http://www.egbrc.kobe-u.ac.jp
8テンプレート酵素選定技術
データベース空間からの有⽤酵素の絞り込み
神⼾⼤学、(国研)理化学研究所
技術の説明
バイオものづくり産業において、バイオ変換に最適な酵素の選定は産業競争⼒の源泉です。従来、酵素の選択は既知の情報から⼈間の頭脳で⾏われているため、利⽤する酵素変換と酵素活性はEC番号に限定されています。データベースの酵素遺伝⼦情報は増加の⼀途を辿り、膨⼤な酵素配列情報からバイオものづくりに最適な酵素を選定する必要があります。
我々は、反応特異性の観点から『テンプレート酵素（広い基質特異性と⾼い触媒効率を併せ持つ）』を探索する技術「ムサシメソッド」を開発しました。この技術によってデータベースに存在する数万種類を超える酵素配列から迅速にテンプレート酵素候補を絞り込み、ロボティクスによって基質特異性や触媒効率などのデータを幅広く集積することで、テンプレート酵素を体系的に取得できます。これによって、EC番号に基づく酵素探索に捉われず、『超⾼活性型酵素』や『新規活性酵素』を網羅的に獲得することができます。

応⽤先

テンプレート酵素選定の流れ• 新規活性酵素や超⾼活性酵素の取得を⽬指している⽅• 新規物質バイオ⽣産系の創出をお考えの⽅• 有⽤物質の⽣産性向上をお考えの⽅• データ駆動型研究にご興味のある⽅

参考資料• 蓮沼誠久ほか︓微⽣物の⾼速育種を実現するスマートセル創出プラットフォーム, 化学⼯学,
86, 157-160 (2022)• Vavricka, CJ. et al.: Machine learning discovery of missing links that mediate alternative
branches to plant alkaloids, Nat. Commun., 13,1405 (2022)• 特願2022-57114

お問合せ先神⼾⼤学 先端バイオ⼯学研究センター
hasunuma@port.kobe-u.ac.jp
E-mail: hidese@people.kobe-u.ac.jp

URL:http://www.egbrc.kobe-u.ac.jp
9物質交換が可能な無細胞合成反応場の構築
微⼩ゲルビーズを活⽤した迅速酵素機能評価系の構築
九州⼤学
技術の説明
本技術では、酵素やタンパク質の分⼦進化システムの反応場として、微⼩な酸化還元応答性ハイド
ロゲルビーズを利⽤します。ゲルビーズにより形成された区画の中で、無細胞合成により酵素・タ
ンパク質を発現・固定化し、その機能に応じてビーズを染⾊する系を構築します。回収されたビー
ズは穏やかな還元条件下で崩壊することから、⽬的の遺伝⼦を容易に回収可能です。
技術の優位性︓・無細胞合成→評価→内包物の回収の⼀連の操作をゲルビーズの中で実施可能
・微⽣物から⽣細胞まで優しく包括→評価・選抜→回収が可能なシステム①対象遺伝子ライブラリーからの 無細胞タンパク質合成(CFPS) と 微小ゲルビーズへの固定化
⽬的酵素の無細胞合成

Cell-free Protein Synthesis (CFPS)

微小ゲルビーズ（反応区画）

⽣合成酵素のゲルへの固定化：ゲル基材(PEG-SH)+：⽬的酵素：pDNA orfragments
酵素基質の添加・染⾊②ゲルビーズのソーティング

回収遺伝⼦は次サイクルへ③ゲルの崩壊による遺伝子の回収

遺伝⼦型と表現型の⼀致

⽬的ビーズ群の選択的回収

応⽤先• 無細胞合成系を活⽤した酵素・タンパク質の分⼦進化⼯学のための反応場の提供• 組換え酵素・タンパク質を発現した微⽣物の迅速スクリーニング並びに回収• 微⽣物・細胞からの分泌物を指標とした迅速スクリーニング並びに回収

参考資料• Kamiya, N. et al.: Liquid marbles as an easy-to-handle compartment for cell-freesynthesis and in situ immobilization of recombinant proteins, Biotechnol. J., 1800085(2018)• 特許第6573873号, 国際特許US2017239356

お問合せ先
九州⼤学⼤学院 ⼯学研究院

E-mail: kamiya.noriho.367@m.kyushu-u.ac.jp

URL: https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/10

酵素の特異性改良技術
基質結合に伴う安定性を指標としたスクリーニング
千葉⼤学
技術の説明
我々は、任意の酵素の基質結合イベントを細胞蛍光シグナルに変換する技術を開発しました。
この技術によって、様々な⽣合成中間体の可視化が可能となり、様々な酵素反応の⽣産物スクリー
ニング、とくに酵素の基質特異性の⾼速変換が可能となると期待されます。

応⽤先• 酵素活性の改良（とくに⽣産物解析が困難なもの）• 酵素安定性・可溶性の改良• 化成品・バイオ燃料の微⽣物⽣産・発酵⽣産系の育種

参考資料• 特願2020-034548︓代謝物センサ及び酵素活性のスクリーニング⽅法• 特願2018-057314︓多⼊⼒・多出⼒型遺伝⼦スイッチおよびその製造⽅法• 特許5904494︓遺伝⼦スイッチおよび遺伝⼦回路の⾼速開発⽅法• 特許5757608︓遺伝⼦スイッチおよび遺伝⼦回路の選択⽅法

お問合せ先
千葉⼤学⼤学院 ⼯学研究院

URL: https://www.chiba-u.ac.jp/

E-mail: umeno@faculty.chiba-u.jp
11

微⽣物とその関連情報の保管提供〜スクリーニングデータと微⽣物の保管提供〜(独)製品評価技術基盤機構、九州⼤学
技術の説明
研究開発項⽬①では、バイオものづくりに活⽤できる新たな宿主となる微⽣物や新たな候補遺伝⼦を⾒いだすために、独創的な⼿法を⽤いて様々な活性を指標に微⽣物のスクリーニングが実施されています。実施されたスクリーニングの情報とスクリーニングで単離された有⽤な微⽣物及びその遺伝⼦について、データベース化して提供していきます。
様々なスクリーニ
ング⼿法による新規微⽣物の単離得られた微⽣物とデータの保管

ゲノム解析等による遺伝⼦情報の整備

微⽣物パウダー微⽣物パウダスクリーニング

WOD
WODL
DLミリオン
D
Lミリオン
ミ
スクリーニング

スクリーニングと単離された
微⽣物・遺伝⼦のデータベースを提供

GMD
スクリーニング

スクリーニングで得られた新規⽣物資源の整備・提供

応⽤先• 新たな宿主の候補として、スクリーニングにより得られた有⽤微⽣物を検索・利⽤できる• 微⽣物の持つ機能性をグラフでわかりやすく微⽣物の特性を知ることができる• 新たな候補遺伝⼦として、スクリーニングで得られた微⽣物のゲノム情報から遺伝⼦を利⽤できる

参考資料

お問合せ先
独⽴⾏政法⼈製品評価技術基盤機構

E-mail: bio@nite.go.jp

URL: https://www.nite.go.jp
12

培養データ駆動型ダイナミクス解析技術開発〜細胞の表現型を予測する動的モデル〜(国研)産業技術総合研究所
技術の説明
本技術は、測定された培養データをもとに宿主微⽣物の代謝反応経路の効果的な改変箇所を提案するものである。前⾝のNEDO『植物等の⽣物を⽤いた⾼機能品⽣産技術の開発』事業において、⽬的の有⽤化合物を⾼⽣産する微⽣物の代謝設計⼿法の開発1)が⾏われ、また、設計した宿主微⽣物の表現型予測が実データを使って検証されている2)。そこで本事業で経時的に変化する培養挙動に対し、それぞれの時点での細胞の表現型の1つである代謝フラックスを予測し、「収率」や「⽣産速度」の最適化のための代謝改変を提案する⼿法を開発している。使⽤する基本的な技術はフラックスバランス解析（FBA）であり、フラックス(v) は、各微⽣物のゲノムスケールレベルの代謝モ
デル (S) を⽤いて、種々の束縛条件のもと以下のように計算できる。

∑#"$% "!" #" = 0#&'(_*+,-./ ≤ ,-.0-1#23_*+,-./ ≥ 0-.0!4#-,+ ≥ *,12#&526,7 ≥ 30!4#*++/582*49 ≥ #" ≥ 0#*++/582*49 ≥ #" ≥ #'26/582*49∀' ∈ *∀4 ∈ 2!55/:∀4 ∈ 25/:

FBAにより各タイムポイントにおける増殖速度や⽬的物の⽣産速度などが算出でき、そこから培養プロファイルが予測できる（右図）。
予測値と実際の培養試験結果とギャップが⽣じた場合に解析するポイント
を提⽰し、フラックスの差異から強化・⽋損などの代謝反応の改変箇所の提案が可能になる。

M︓代謝反応数、N︓代謝産物数
GUR︓グルコース（基質）消費速度
OUR︓酸素消費速度
NGAM︓最低必要獲得ATP量μ︓⽐増殖速度

図 FBAによる各時間における表現型（⽐速度）の予測および、動的培養プロファイルの作成

応⽤先• 各企業における微⽣物⽣産による事業化の⽀援・技術コンサル

参考資料
1. Shirai, T. and Kondo, A.: In silico design strategies for the production of target
chemical compounds using iterative single-level linear programming problems,
Biomolecules, 12(5), 620 (2022)
2. Kuriya, Y. and Araki, M.: Dynamic flux balance analysis to evaluate the strain
production performance on shikimic acid production in Escherichia coli, Metabolites,
10(5), 198 (2020)

お問合せ先国⽴研究開発法⼈産業技術総合研究所

E-mail: t.taniguchi@aist.go.jp

URL: https://www.aist.go.jp/
13

発酵槽培養における⽣産性低下因⼦探索技術開発〜細胞状態の変化をとらえる統計⼿法の開発〜(国研)産業技術総合研究所
技術の説明
ラボスケールのフラスコ培養において物質⽣産能を最適化された微⽣物は、ジャーファーメンター
等を⽤いた発酵槽培養では物質⽣産性が低下することが知られている。本技術は、槽発酵培養のパラメータや遺伝⼦発現データ等から、①⽣産性や⽣育性不全に関わる要因の推定、②⽣産性低下を改善するための改変候補遺伝⼦の推定、③⽣産性を最適化する条件設定をするものである。
①や③の技術は、培養槽培養の各種培養パラメータや遺伝⼦発現データの変曲点を検出し、細胞状態の変化に影響を及ぼす要因を提案する。

培養パラメータ変曲点の検出
平滑化（各種フィルター）

変曲点判定（変化速度の定量化）

細胞状態の変化
培養時間 (h)遺伝⼦発現プロファイル変曲点の検出
変動係数による クラスタリング
変曲点判定
絞り込み

②の技術は、発酵培養槽における複数の培養条件において取得された時系列データに対してテンソル分解を適⽤することで、応答の強さをランキングするスコアを求め、ランキングにもとづいて培養条件や時刻に応答する遺伝⼦を提案する。

培養時間
培養条件
遺伝⼦

𝐼𝐼𝐼𝐼

応⽤先

𝜒𝜒𝜒𝜒

𝐽𝐽𝐽𝐽

𝐾𝐾𝐾𝐾

≈

𝐼𝐼𝐼𝐼 𝑈𝑈𝑈𝑈!

𝐺𝐺𝐺𝐺

𝑈𝑈𝑈𝑈"

Tucker分解• 各企業における微⽣物⽣産による事業化の⽀援・技術コンサル

お問合せ先国⽴研究開発法⼈産業技術総合研究所

E-mail: t.taniguchi@aist.go.jp

URL: https://www.aist.go.jp/
14

𝐽𝐽𝐽𝐽

𝑈𝑈𝑈𝑈#

𝐾𝐾𝐾𝐾

代謝モデルバリエーション⽣成技術
探索空間の拡張と測定空間の縮⼩
京都⼤学、(国研)医薬基盤健康栄養研究所
技術の説明
代謝ダイナミクスの予測には代謝モデルの⾼精度化、様々な条件・状態を包括するバリエーションが重要です。そのため、我々は以下のような酵素反応・遺伝⼦アノテーション技術や代謝バリ
エーション⽣成技術を開発しています。
1) 代謝モデル拡張
公開データベース等の酵素配列を⽤いて、機能アノテーションのための機械・深層学習モデルを作成し、酵
素配列の機能アノテーション、酵素探索等を実施します。得られる情報を利⽤して、既存のゲノムスケール
モデル（GSM）にない酵素反応等を追加、代謝モデルを拡張します。
2) 代謝バリエーション⽣成
代謝モデルを利⽤して、培養条件や代謝設計を包括するような代謝フ
ラックス分布のバリエーションを⽣成します。得られるバリエーション
をもとに、相関・類似度解析により、代謝フラックスの分類を⾏うことで、
各種条件・状態を反映した代謝シ
ミュレーションに重要な測定データ等を推定・提案します。

応⽤先• バイオ合成・代謝デザインのための酵素アノテーション・酵素候補の探索・代謝モデルの拡張• ⽬的化合物の⽣産性向上を⽬指した酵素遺伝⼦・培養条件・代謝設計・測定項⽬の予測・探索

参考資料• Watanabe, N. et al.: Exploration and evaluation of machine learning-based models for predicting
enzymatic reactions, J. Chem. Inf. Model., 60(3), 1833-1843 (2020)• Kuriya, Y. et al.: Knowledge extraction from literature and enzyme sequences complements FBA
analysis in metabolic engineering, Biotechnol. J., 16(12), e2000443 (2021)

お問合せ先国⽴研究開発法⼈医薬基盤健康栄養研究所

E-mail: araki@nibiohn.go.jp

URL: https://www.nibiohn.go.jp/
15細胞内因⼦量制御技術開発
可溶化蛋⽩質⾼発現化⼿法(国研)産業技術総合研究所、岡⼭⼤学

蛋⽩質発現量増⼤に向けた配列改変法・設計法は様々なものが提案されており、実際、我々もいくつかの⼿法を開発・提案している。
しかし、その⼿法を⽤いて蛋⽩質⽣産を⾏うと、しばしば、蛋⽩質が不溶化してしまい、失活するなど、蛋⽩質が本来の機能を発揮
できないことがある。
そこで、我々は蛋⽩質の可溶性を保ちつつ、⾼発現させる⼿法を開発している。

kD
250
150
100
75

総
タ
可 ンパ
溶
不 性画 ク質
溶
性 分
画
分

技術の説明

Clone Clone Clone
1
2
3

Clone Clone Clone
1
2
3

天然配列

設計配列１

50
37
25
20
15
10
5
2

応⽤先
• 様々な難溶性蛋⽩質の可溶化

参考資料• Saito, Y. et al.: Developing a codon optimization method for improved expression ofrecombinant proteins in actinobacteria, Sci. Rep., 9(1), 8338 (2019)• Moriya, H. et al.: Robustness analysis of cellular systems using the genetic tug-of-war
method, Mol. Biosyst., 8(10), 2513-2522 (2012)

お問合せ先国⽴研究開発法⼈産業技術総合研究所

E-mail: kameda-tomoshi@aist.go.jp

URL: https://www.aist.go.jp/
16細胞内因⼦量制御技術開発
ジャー環境下での安定蛋⽩質変異体設計法開発(国研)産業技術総合研究所、東北⼤学、⿅児島⼤学、信州⼤学

ジャーファーメンターなど⼤規模設備での培養では、培養液の環境がしばしば過酷なものとなる。具体的には、pH、
酸化・還元条件が変化する。また反応⽣
成物が、酵素と反応し、結果毒性をもた
らすこともしばしば起こる。
そこで、我々は、特殊な環境下でも機能するように安定化する⼿法を開発している。これまでに分⼦動⼒学（MD）
シミュレーションを⽤いて、様々な変異体の熱安定性を調査し、耐熱性が⾼いと思われる変異体を予測してきたが、それらを実験による合成・測定を⾏い、実際に熱安定性があること、活性が保たれる
ことを確認できている。今後は、ジャー培養時に起こる特殊な溶媒環境（低pH、酸化条件など）を計算機上に再現し、その環境下で多数変異体のシミュレーショ
ンを⾏い、ジャー環境下でも安定・失活
しない変異体の探索を⾏う予定である
（図）。

ΔG実験値

技術の説明

計算値
変性剤による蛋⽩質安定性

応⽤先• 様々な過酷な環境（pH、酸化、反応性が⾼い化合物共存下）での蛋⽩質の安定化

参考資料• Irumagawa, S. et al.: Rational thermostabilisation of four-helix bundle dimeric de novo
proteins, Sci. Rep., 11(1), 7526-7526(2021)

お問合せ先国⽴研究開発法⼈産業技術総合研究所

E-mail: kameda-tomoshi@aist.go.jp

URL: https://www.aist.go.jp/
17バイオものづくりのための実⽤性評価⽀援
プロセス開発の視点から有⽤微⽣物の探索・育種を⽀援
⼤阪⼤学
技術の説明

次世代培養技術開発

有⽤微⽣物の探索・育種

卓上バイオリアクタースケールで種々の培養データを取得

・ 探索・育種指針の提供
・ 培養条件最適化
・ 実⽤化検証

モデル培養データの提供

検証結果のフィードバック
育種指針の提案・培養技術の移転

時間をかけて探索・育種した微⽣物株がバイオリアクターではうまく⽣育しない…そんなトラブルを未然に防ぐため、卓上バイオリアクターを⽤いた培養特性評価試験により、有⽤微⽣物の探索・育種を⽀援します。また他機関との連携により、得られた培養データを次世代培養技術開発に活⽤します。

加速・⾼精度化にむけた⽀援技術（他機関との連携）
培地・培養戦略迅速決定システム (北⾒⼯⼤)

定量的マルチオミクス
解析技術（九⼤・阪⼤）オンライン排ガスメタ
ボローム（阪⼤）

LCA・TEAシミュレー
ター（東⼤）

応⽤先• 有⽤微⽣物の探索・育種指針の提供• 有⽤微⽣物の培養特性の評価と実⽤プロセスへの橋わたし• 微⽣物培養技術の相談窓⼝（NEDO特別講座との連携）

参考資料• 改訂増補版 実践有⽤微⽣物培養のイロハ 〜試験管から⼯業スケールまで〜, エヌ・ティー・エス(2018)

お問合せ先⼤阪⼤学 ⼤学院 ⼯学研究科 ⽣物⼯学専攻 ⽣物化学⼯学領域（担当・⼤政 健史）
⼤阪⼤学 ⽣物⼯学国際交流センター 分⼦微⽣物学研究室（担当・本⽥ 孝祐）

E-mail: omasa@bio.eng.osaka-u.ac.jp （⼤政）honda.kohsuke.icb@osaka-u.ac.jp （本⽥）18

URL: https://biochemicalengineering.jp/

https://hondalab.sakura.ne.jp/Molecular-M/

⼈⼯知能を活⽤した微⽣物培地コンサルティング~ロボット・⼈⼯知能を活⽤した最適培地提案システム開発~
北⾒⼯業⼤学
技術の説明

ラボオートメーションおよび多検体培養によるハイスループット培養データ収集・エキス類成分
ボびプ
デ
DB・AIや最適化アルゴリズム⽀援による最適培地組成の探索・バイオものづくりに適した培地や培養⽅法の提案を⼀貫して⽀援するためのシステムの開発。
【⼤腸菌によるタンパク質⽣産(PoC)】• AIを⽤いた最適化アルゴリズムでM9培地を改変して、⽣産量を1.95倍に増加。
• エキス成分DBを活⽤して優れた合成培地を設計(T社市販培地の1.51倍)• 半合成培地を設計(SOC培地の6.61倍)※

培地最適化システム検証のため、⼤腸菌による緑⾊蛍光タンパク質⽣産を例に有効性を検証

応⽤先• 培地コンサルティングサービスの提供（例︔⽣産性を改善する培地の提案、増殖や物質⽣産を阻害する物質の特定、育種株(スマートセル等)と野⽣株の栄養要求性の変動の検出および特定、解析結果に基づく培養⽅法の提案）• バイオファウンドリサービス提供企業への培地最適化システムの提供・システム構築⽀援

参考資料• Tachibana, S. et al.: Machine learning modeling of the effects of media formulated withvarious yeast extracts on heterologous protein production in Escherichia coli,
Microbiology Open, 10(3), e1214 (2021)• ⼩⻄正朗: 成分分析と機械学習を⽤いた微⽣物培地解析に関する研究，⽣物⼯学会誌，100(3)，125-130 (2022)

お問合せ先
北⾒⼯業⼤学 ⼯学部 応⽤化学系 ⼩⻄ 正朗

E-mail: konishim@mail.kitami-it.ac.jp

URL: https://biofoodeng.er.kitami-it.ac.jp/bioprocess/19培養状態の定量的記述技術～菌体内外の成分変化を測定～
大阪大学、九州大学
技術の説明
最先端のメタボロミクス技術、質量分析技術を活用して、細胞外成分および細胞内成分の計測を行い、プロセスと関連付けた育種、プロセス開発に必要な「培養の良し悪し」を判断するためのデータを取得します。
取得対象：細胞外培地成分（糖、アルコール、アミノ酸、有機酸、無機塩、揮発成分等）
細胞内：内因性代謝物（糖、糖リン酸、核酸、脂質、アミノ酸、アミン等）、タンパク質（中心代
謝酵素）

細胞内成分

内因性代謝物（糖、糖リン酸、核酸、脂質、アミノ酸、アミン等）、
タンパク質（中心代謝酵素）

細胞外培地成分
培養装置

•
•

•
•

糖、アルコール、アミノ酸、有機酸、無機塩、揮発成分••

産業用スマートセル開発
有用遺伝子探索・選抜技術

培養状態の記述変数を増やす（量）再解析等に適合したデータ（質）データ駆動型プロセス開発
ＡＩ発酵制御技術研究開発の期間短縮に貢献

応用先• バイオプロダクション用微生物発酵プロセスの解析• 食品微生物発酵プロセスの解析• 医薬品生産用動物細胞培養プロセスの解析

参考資料• 「メタボロミクスの先端技術と応用 」バイオテクノロジーシリーズ、シーエムシー出版(2013）• 「メタボロミクス実践ガイド」別冊実験医学、羊土社(2021)

お問合せ先
大阪大学大学院 工学研究科生物工学専攻

福崎

英一郎

E-mail: fukusaki@bio.eng.osaka-u.ac.jp

URL: https://www-bio.eng.osaka-u.ac.jp/20

バイオ⽣産プロセスのLCA/TEAシミュレーター
環境影響評価(LCA)および技術経済性分析(TEA)ツール
東京⼤学
技術の説明
完成したバイオ⽣産プロセスを評価するのではなく、これから開発するバイオプロセスについて、（１）研究初期段階のデータを基にした「社会実装段階での環境影響性、経済性」の予測評価（２）感度解析による「影響度の⾼い要素（技術開発ポイント）」の抽出（３）定量的な技術開発⽬標の設定や効率的なバイオプロセス設計の⽀援を可能とする「未来志向型のLCA／TEAシミュレーター」を開発する。

応⽤先• バイオ産業︓製品ライフサイクル（資源消費、⽣産等）におけるGHG排出削減の実現
改良効果の⾼い技術の特定とその効果の⾒える化による研究開発の優先順位付け
事業戦略、マーケティング戦略策定の定量的根拠の提⽰

参考資料• ⼩原聡，菊池康紀︓技術経済性分析に関する最近の動向と課題, ⽇本LCA学会誌, 15(4), 325331 (2019)

お問合せ先
東京⼤学 未来ビジョン研究センター ⼩原 聡

E-mail: ohara@ifi.u-tokyo.ac.jp

URL: https://ifi.u-tokyo.ac.jp21

AIを活⽤した⾃動培養制御システム〜オペレーター不要のリアルタイム制御による培養最適化〜（株）ちとせ研究所
技術の説明
本事業では、菌体や酵素をはじめとした多様な培養に応じて有効なセンシングデバイスを提供し、取得されたデータを活⽤して⾃動で培養状態を最適化するバイオとデジタルの融合した共有基盤を構築します。
本基盤を通じて、各企業課題を解決する匠不要の次世代培養技術の社会実装を⽬指します。

応⽤先• 微⽣物を⽤いたバイオ⽣産品（⾷品、化粧品、化学品等）のための迅速な試作⽣産• 新規センシングデバイスによる培養データの取得ならびに取得データを活⽤した培養条件の最適化

参考資料• 特許第6606625号︓「酸化還元電位を⽤いた測定対象系の動態推測⽤システム」• ⻑森英⼆, 笠原 堅︓微⽣物物質⽣産系開発の最適化期間を短縮するための⽅法論・⾃動化, 化学⼯学会
誌, 86(4),165-168 (2022)• 庄野暢晃ほか︓コンボリューショナルデータを活⽤したバイオ⽣産マネジメント, ⽣物⼯学会誌 98(7), 392394(2020)

お問合せ先
株式会社ちとせ研究所

E-mail: info@chitose-bio.com

URL: https://chitose-bio.com/jp/
22

微⽣物⽤シングルユース(SU)システムの開発〜多様な品⽬を、素早く、試作するために〜
常翔学園 ⼤阪⼯業⼤学
技術の説明
ニーズ︓微⽣物⽤SUバッグ培養システムは、バイオ⽣産で⾼額になりがちな固定費（⾼額な設備導⼊に伴う減価償却費、⼈件費など）を削減する効果が期待される。異物混⼊のない⽣産、低頻度⽣産における維持費削減、定置滅菌・洗浄では不安が残る菌種、など、SUに必然性がある場合も。
課題︓SUバックの低コスト化。動物細胞⽤に開発されたSU培養システムの構造（通気・攪拌型）
を微⽣物⽤に転⽤すると、SUバックは更に⾼コストに。
取組み︓低コスト化が可能な気泡塔型（攪拌⽻根レス）構造で、標準培養条件を満たす酸素供給能を有するSUバック培養システムの開発。微細泡発⽣器の活⽤。センサー類の光学化（⾮侵襲化）、シングルユース化。微⽣物培養⽤の運⽤策定による無菌接⼿類の使⽤点数削減。
ベンチマーク

開発システムの外観

シングルユース（SU）

マルチユース（MU,
steel tank）

設備導⼊コスト（減価償却）

low

high

維持コスト（⼈件費）

no

high

洗浄コスト（⼈件費）

no

CIP

チェンジオーバー

short

long

滅菌

γ線,膜ろ過 low

SIP, high

基本構造

simplecomplex

バリデーション（⼈件費）

simplevery complex

実現可能な容量< 5 kL> 400 kL

消耗品

バッグ,継⼿,使い捨て

少ない

中程度

⾼い

中程度

低い

mammalianall

CO 2排出化⽯燃料エネ使⽤国再⽣可能エネ使⽤国
適⽤

制御装置
DO制御
流加制御

ｵｰﾄｻﾝﾌﾟﾗｰ

酸素発⽣器

本体胴体部

応⽤先
• 多様な品⽬の試作品製造、および実製造• ⾼純度（異物混⼊を避けねばならない場合）な品⽬の試作品製造、および実製造• 胞⼦など培養後の滅菌・洗浄に難易度が⾼い品⽬の試作品製造、および実製造など

参考資料※実機は⼤阪⼯業⼤学バイオものづくりラボに設置されています。気軽にお問合せください。

お問合せ先常翔学園 ⼤阪⼯業⼤学 ⻑森 英⼆

E-mail: eiji.nagamori@oit.ac.jp

URL: http://www.oit.ac.jp/bio/labo/~nagamori/23

遺伝⼦組換え植物を利⽤した⼤規模有⽤物質
⽣産システムの実証開発(国研)産業技術総合研究所、北海道⼤学、東京⼤学、
⿅島建設(株)、デンカ(株)技術の説明
光合成によって⼆酸化炭素を固定する植物の物質⽣産への利⽤はGHG排出量の⼤幅削減に効果的であると考えられます。
我々は、植物の⼀過性発現系を⽤いて独⾃の効率性を追求した『植物による物質⽣産システム』を構築するための技術開発を実施しています。すなわち、遺伝⼦組換えやゲノム編集技術を⽤い⽬的タンパク質の⾼発現を可能にする宿主植物の改変・改良から、⾶躍的にバイオマスを増加させるための環境調節・栽培技術の開発、⼤量の植物試料からの効率的な抽出・精製⽅法の開発まで⼀気通貫で、省エネルギーで⾼効率に⽣産可能なプロセスを構築するための実証開発を⽬指しています。

世界的に⽤いられている Nicotiana benthamiana を⽤いて実⽤化に直結

colu mn

1st.カラム

宿主改変

Up stream

遺伝子導入･発現

宿主植物体の栽培技術
遺伝子導入後の栽培短期間化・高バイオマス・
高発現栽培条件
易遺伝子導入性･操作性

Down stream
破砕/磨砕

精製

残渣分離
清澄化

産総研

東京⼤学

⿅島建設株式会社

北海道⼤学

産総研

デンカ株式会社

共通基盤技術化

事業化
目的物質

目的物質毎に技術が異なる

事業化モデル物質による実証へ・・・

低コスト・省エネ・低設備投資
応⽤先⽇本国内での”宿主改変から抽出精製まで”⼀貫した⼤規模植物⽣産系の実⽤化技術の開発を⽬指す• 植物を⽤いた有⽤タンパク質（医薬品原材料等）の⾼⽣産技術全般
例︓医薬品（ワクチン・抗体等）、診断薬、試薬（アニマルフリー培地成分等）、機能性⾷品、化粧品、
⼯業⽤酵素等の有⽤タンパク質など

参考資料
技術紹介 https://unit.aist.go.jp/bpri/bpri-pmt/result.html

お問合せ先
国⽴研究開発法⼈産業技術総合研究所 ⽣物プロセス研究部⾨（北海道センター） 福澤 徳穂

E-mail: noriho-fukuzawa@aist.go.jp

URL: https://www.aist.go.jp/

24神⼾DBTLバイオファウンドリ
DBTLバイオファウンドリによる超⾼速スマートセル育種
神⼾⼤学
技術の説明
神⼾DBTLバイオファウンドリでは、独⾃に開発した⻑鎖DNA合成技術やハイスループット組み換
え技術、⾼速・⾼精度の細胞代謝物測定技術を組み合わせることで、⽬的物質の⽣産能⼒を⼤幅に⾼めた細胞である「スマートセル」を従来の5分の1以下の期間で開発できます。バイオファウン
ドリ実験室をオープンイノベーション拠点に「スマートセル開発プラットフォーム」のプロトタイ
プとして広く活⽤することにより、ターゲットとする特定の物質に対するスマートセルを⾼速で構築し、⾼機能な化学品や医薬品原料などをバイオプロセスにより効率よく⽣産する次世代産業「スマートセルインダストリー」の創出を⽬指しています。
⻑ 鎖DNA合成システム

Build

改変計画

集積した知⾒Learn
ハイスループット
微⽣物構築システム
実験データ統合
管理システム(KIDS)

l代謝経路設計l酵素選択
Design l遺伝⼦配列設計

l最適経路計算
l制御構造推定
l⽂献/特許からの知識の抽出

メタボローム解析⽤
⾃動前処理システム

DBTLワークフロー

lメタボローム
解析lロボティック 測定データ
評価系

Test

A

⾼速⾼精度メタボローム
解析システム

B

Build

微⽣物
ライブラリー

Test

C

12連培養
12

⾃動サンプリングサンプリングサンプリン
ユニット

抽出ユニットl⻑鎖DNA合成
lハイスループッ
ト微⽣物構築ハイスループット化合物
ハ

FEFE-SFC
FCC-MS/MS 評
Designgn・・ Learn SSFE
評価システム

応⽤先

⾼精度⾃動代謝物抽出

メタボローム解析⾃動前処理ロボット• 化学合成では⽣産が難しい有⽤物質創製をお考えの⽅• 有⽤物質の⽣産性向上をお考えの⽅• データ駆動型研究にご興味のある⽅

参考資料• Vavricka, CJ. et al.: Mechanism-based tuning of insect 3,4-dihydroxyphenylacetaldehyde
synthase for synthetic bioproduction of benzylisoquinoline alkaloids, Nat. Commun., 10(1),2015 (2019)• Hilton, N. et al.: Building a global alliance of biofoundries, Nat. Commun., 10(1), 2040 (2019)• Vavricka, CJ. et al.: Machine learning discovery of missing links that mediate alternative
branches to plant alkaloids, Nat. Commun., 13(1), 1405 (2022)• 蓮沼誠久ほか︓微⽣物の⾼速育種を実現するスマートセル創出プラットフォーム, 化学⼯学,
86(4), 157-160 (2022)• 特願2020-203335

お問合せ先神⼾⼤学 先端バイオ⼯学研究センター
hasunuma@port.kobe-u.ac.jp
E-mail: hidese@people.kobe-u.ac.jp

技術の詳細についてご興味のある⽅
https://www.jba.or.jp/nedo_smartcell/

URL: http://www.egbrc.kobe-u.ac.jp
25

検索⼤阪⼯業⼤学・バイオものづくりラボ〜多様な品⽬の試作⽀援・培養技術者育成の拠点〜
常翔学園 ⼤阪⼯業⼤学
技術の説明
実験室レベル（フラスコレベル）で有望とされる選抜株や育種株を、新しいバイオものづくり（社会実装）に次々に導くために、⽣産実証や試作品製造を⽀援します。本事業で開発される要素技術群を活⽤し、⼩型バイオリアクターを⽤いた培養最適化（培養条件、培地の最適化、流加培養制御など）から、中規模培養槽（定置滅菌型）を⽤いた⽣産実証までをサポートします。中規模培
養槽まで⽣産実証が済んだ菌株は、東のファウンドリや培養受託企業各社に速やかに引き継ぐことが可能です。

応⽤先• 新規参⼊を⽬指す候補株保有企業

参考資料• ⻑森英⼆, 笠原 堅︓微⽣物物質⽣産系開発の最適化期間を短縮するための⽅法論・⾃動化, 化学
⼯学会誌, 86(4), 165-168(2022)

お問合せ先常翔学園 ⼤阪⼯業⼤学 ⻑森 英⼆

E-mail: eiji.nagamori@oit.ac.jp

URL: http://www.oit.ac.jp/bio/labo/~nagamori/
26

関東圏バイオファウンドリ拠点の形成〜バイオものづくりプラットフォームの構築〜
Green Earth Institute(株)
技術の説明
＜背景＞
微⽣物による発酵⽣産（バイオ⽣産）は、原料を化⽯資源に依存せず、有機物残渣を含むバイオマスからの物質⽣産が可能であり、カーボンリサイクルやサーキュラーエコノミーの実現に資するものづくりといえる。バイオ⽣産による事業化には原料調達から製品⽣産まで⼀貫して低コストで⽣産できるプロセス開発が必須であるが、原料・⼈件費・エネルギーコスト等の⾼騰、⽣産拠点の海外移転、⼈材・教育機会の減少等の要因から、⽇本におけるバイオものづくりそのものが減退してきている。
＜本研究開発の内容＞
関東圏バイオファウンドリ拠点（千葉県茂原市）においては、⽇本におけるバイオ⽣産プロセスのプラットフォームになること、幅広いユーザーが利⽤することを念頭に置き、できる限り多くのニーズに対応できる設備設計を⽬指し、開発施設を新設する。（ただし、前処理や精製については状況に応じて外部委託も検討。）
また、カルタヘナ法や環境規制等の法令を遵守し、菌体等のセキュリティを保持する、安⼼かつ公平な管理体制を整備・運⽤する。
＜設置予定の設備＞
建屋名称

既存建屋
（バイオエンジベンチ）

新
設
建
屋

主な設備、装置（予定）
発酵槽（30L×3、300L×3、1,500L）

使⽤⽬的
・⼀般的な発酵槽によるプロセス検討

前処理糖化室

⼆軸押出加熱器、糖化槽、セラミックフィ ・バイオマス原料の前処理および糖化反
ルタ、UF膜応

技術開発室・培養室

模擬培養槽、気泡径・ボイド率・kLa測定
・⾼性能CFD・スケールダウンモデルを装置、CFDソフトウェア、DoE解析システ
⽤いた最適条件決定、スケールアップシ
ム、発酵槽（5L×3、30L×2）、8連ジャー、
ステム開発
HTST（⾼温短時間殺菌機）、スケール
・連続発酵システム検討
アップデータ採取⽤発酵槽運転システム、・試製の種培養、前培養
連続培養⽤膜分離装置

試製室

発酵槽（300L、3,000L）、フィードタンク、・スケールアップ、⾼性能CFD実証
菌体分離⽤膜分離装置、分離板型遠⼼分離
・300L、3,000L槽規模の試験⽣産機

精製室

イオン交換塔、活性炭カラム、濃縮装置、 ・低分⼦〜中分⼦の⽣産物の精製、サン晶析装置、膜分離装置
プル製造

分析室

HPLC、GC、LC-MS、GC-MS、IC、電⼦天・各⼯程開発に必要な分析秤

ユーティリティ室

コンプレッサ、チラー、⽤⽔関係設備

・ユーティリティ供給

応⽤先• バイオ⽣産のパイロットテストの実施及び商⽤サンプルの製作• バイオ⽣産の知識・経験を有する⼈材の育成

お問合せ先Green Earth Institute株式会社

E-mail: entry@gei.co.jp

URL: https://gei.co.jp/ja/
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⾼性能CFDソフトウェア・スケールダウンモデルを利⽤したバイオ⽣産プロセスの最適化⼿法とスケールアップ実証⼿法の開発

Green Earth Institute(株)

技術の説明
＜背景＞
バイオ⽣産プロセスの最適化・スケールアップ実証は今でもプロセスの実⽤化のためには避けて通ることができないステップである。これまでに様々な取組みが⾏なわれているが、時間、費⽤、⼯数がかかるとともに、各社固有でノウハウ化されており、業界共通の⼿法が確⽴されてるとはいえない。
＜本研究開発の内容＞
動物細胞による医薬品等の開発では多く使われているQbD（Quality by Design）やスケールダウンモデルを⽤いたプロセス開発⼿法を、微⽣物を⽤いたバイオ⽣産プロセスの開発に適⽤する。
具体的には、⾼性能CFDシステムを構築し、本システムを利⽤したスケールダウンモデルや実験計画法を⽤いることによって、スケールアップの実証やプロセス最適化、コスト試算、省エネ運転法の開発を⾏う。
＜⾼性能CFDソフトウェア・スケールダウンモデル利⽤⼿法のフロー案＞①机上での⽣産設備へのスケールアップ検討（データベース or CFD）

②⼩スケールジャー
テスト（250ml or 5L）③スケールダウン
培養槽によるテスト⑥仕様等の変更④コスト・LCA試算⑤技術移転書作成

バイオ⽣産
プロセス実⽤化
CFD開発⽤模擬培養槽

CFD計算結果イメージ

応⽤先• 商⽤⽣産に向けたバイオ⽣産プロセスの開発• スケールアップと併せた低コスト・省エネな⽣産条件の検討• 研究開発段階における運転コストの試算• 事業化に必要なLCA評価

お問合せ先
Green Earth Institute株式会社

E-mail: entry@gei.co.jp

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バイオ⽣産プロセスへのマイクロ波技術の適⽤〜蒸留、培地滅菌プロセスにおける低炭素化の追求〜
マイクロ波化学(株)技術の説明
A. マイクロ波法

B. 現⾏法

従来では、バイオ⽣産といえど、製造過程で化⽯燃料をエネルギー源として使⽤することもあったため、プロセス⾯においてCO2排出の課題が残されていた。
今回、電化技術であるマイクロ波をバイオ⽣産プロセスに適⽤させ、より⾼度なグリーンものづくり技術を開発する。
直接的、選択的、効率的にエネルギーを伝達できるマイクロ波と再⽣可能エネルギーを組み合わせることにより、製造プロセスにおけるCO2排出量の⼤幅な削減を⽬指す。
本研究開発において、2021年度は蒸留、培地滅菌プロセスに対するマイクロ波適⽤の検証を⾏い、適⽤の可能性を確認した。
従来の蒸留におけるリボイラー、培地滅菌の連続⽅式はともに多管式構造であることが想定されるが（図B）、マイクロ波の利⽤により、装置の簡素化（図A）が期待される。
また、マイクロ波加熱は⾼温の伝熱⾯を必要としないことから、スケーリングの発⽣が抑制され、メンテナンス負荷が軽減できる
可能性がある。
各プロセスへのマイクロ波の適⽤性が確認できたことを受け、簡易的にCO2排出量の削減効果を試算した。その結果、蒸留、培
地滅菌、どちらにおいても従来の化⽯燃料を使⽤するプロセスに⽐べ、80%以上のCO2削減効果が⾒込まれることが分かった。

応⽤先• バイオ⽣産のうち、基礎化学品（バイオエタノール等）の蒸留⼯程への適⽤• 熱に弱い製品の製造プロセスへの適⽤（特に、従来の伝熱加熱では熱源付近で⾼温にさらされ、劣化、変質が避けられなかったものには効果的である可能性あり）

お問合せ先
マイクロ波化学株式会社

E-mail: info@mwcc.jp

URL: https://mwcc.jp/
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バイオマス残渣の前処理技術としての
新加⽔分解技術の適⽤〜廃棄されている⾮可⾷バイオマスを化学品原料に〜
Green Earth Institute(株)、(株)⼩桝屋
技術の説明
＜背景＞
現在の発酵産業では、原料として、トウモロコシやサトウ
キビ等を原料とした糖が使われているが、⽇本はもっぱらこれらの糖を輸⼊している。そのため、国産の発酵製品は値段
が⾼く、海外品に⽐べてコスト競争⼒が弱い要因の1つとなっている。
＜本研究開発の内容＞
本研究開発では、⽇本国内で廃棄されているようなバイオマス残渣（⾮可⾷バイオマス）を発酵原料として使うことを⽬的として、以下の2つのアプローチを⾏う。
Ø バイオマス残渣を発酵原料としようとする場合、糖化の前の処理（前処理）が必要なことが多い。前処理技術としては、酸処理、アルカリ処理等多くの⽅法があるが、いずれも課題を抱えており、コストを上げる要因となっている。本研究開発では、新しい前処理技術によって、
短時間・⾼効率で前処理を実施し、糖のコストを下げることを⽬指す。
Ø バイオマス残渣といっても、数多くの種類のものが廃棄されており、それらの中で、バイオリファイナリーの原料として適したものを選別し、検証を実施する。

茶粕

パンくず

じゃがいも残渣

野菜くず

おがくず

コーヒー粕

＜現在（2022年6⽉末）までの実施内容＞
Ø 前処理装置の発注を完了し、新設の研究施設（関東圏バイオファウンドリ拠点）において、2023年3⽉からの稼働を⽬指す。
Ø バイオマス残渣のリストを作成しつつ、その中で、バイオリファイナリーの原料として有⽤性の⾼い6種類のバイオマスについて成分分析を実施した。

応⽤先• ⾷品残渣や農業残渣をバイオリファイナリーの原料として活⽤するための前処理• 発酵メーカーが国内で原料を⾒つけるための選別

参考資料
⾷品残渣や農業残渣等のバイオマス残渣のリスト（例）
⼤項⽬ 中項⽬

名称

現在の利（ t/年間） (処理費⽤/㎏) ⽤⽅法
発⽣量

価値

動植物
コーヒー
飲料粕
性残渣
粕

含⽔率
（％）

炭素

(乾物%)

お問合せ先
Green Earth Institute株式会社

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成分
炭素

（現物％）

炭素絶対量
（t/年）

バイオ⽣産プロセスにおけるLCAによる排出CO2の算出⽅法の確⽴〜排出CO2を意識したバイオ⽣産プロセスの開発〜

Green Earth Institute(株)

技術の説明
＜背景＞
地球温暖化問題の深刻化に伴い、化学品について、その⽣産過程でどの程度のCO2排出があるのかが問題となっており、バイオ⽣産プロセスの開発にあたっても、様々な⽣産条件がCO2排出量に与える影響を考慮する必要がある。⼀⽅で、現在、CO2排出量を算出するには、バイオ⽣産プロセスにおける⽣産条件が⼀通り確定した後にLCAを実施しており、研究開発段階で、様々な条件を柔軟に設定してCO2排出量の推計をしながら、製品開発を進めるといったことができていない。
＜本研究開発の内容＞
本研究開発では、バイオ⽣産プロセス全体を通じて、 CO2排出を伴う全てのプロセスを明確にしたうえで、実験ごとに変動するデータについては、研究開発をしながらインプットし、 CO2排出量が算出できるような算定モデルを作成し、バイオ⽣産プロセスの開発とLCAを同時に実施可能とすることを⽬的とする。
＜現在（2022年6⽉末）までの実施内容＞
バイオ⽣産プロセスのうち、前処理・糖化・発酵の各プロセスを対象範囲としてLCAを実施し、CO2排出量の寄与が特に⼤きいフローを特定した。また、バイオ⽣産プロセスの開発の⽣データにおける各項⽬から、特に寄与の⼤きいフローが算出されるまでの関係性についても整理した。

バイオ⽣産プロセスの研究開発におけるLCAシステムの⽐較
従来システム本研究開発によるシステム

概要

⽣産技術開発が先⾏した後にLCAを実施⽣産技術開発とLCAを同時に実施

LCAのプラットフォーム

Excel等

SimaPro※

LCAの⽅針1件1件の製品のLCAをアドホッ
クに実施

パラメータ化されたLCAモデル
により複数の⽣産プロセスの評価を同時に実施

本研究開発のシステムのメリット• 多数の⽣産パターンにおけるLCCO2（ライフサイクルCO2）排出量等の環境影響の定量的な把握• 早い時点における製品ごとのCO2排出にかかるホットスポット
や重要なKPIとなるパラメータの把握• CO2排出削減のための代替原材料（産地等含む）の検討の推進※SimaPro︓⾼度なパラメータ分析が可能なLCA専⽤ソフトウエア

応⽤先• CO2排出量を意識したバイオ⽣産プロセスの研究開発• バイオ⽣産プロセスに特化したLCAの実施

お問合せ先Green Earth Institute株式会社

E-mail: entry@gei.co.jp

URL: https://gei.co.jp/ja/
31バイオものづくり⼈材育成〜⼈材育成プログラム概要（NEDO特別講座）

本プロジェクトでは、バイオ⽣産推進拠点（バイオファウンドリ拠点）の整備と並⾏して、バイオものづくりの社会実装を拡⼤・促進するため、各拠点でバイオものづくりを担う⼈材育成を⽬的とした「⼈材育成プログラム（NEDO特別講座）」を開講します。
（https://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_101556.html）
受講⽣は、微⽣物の持つ物質⽣産能⼒を⾼度に制御した細胞「スマートセル」について、その構築⽅法から培養装置の使い⽅、バイオプロセスの実⽤化⽅法まで、バイオものづくりに必要な各種技術などを体系的に習得できます。講義に加えて実習も⾏うことで、バイオものづくりに必要な理論から実践までを学ぶことができます。

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バイオものづくりプロジェクト技術集
2022年10月
発行 （一財）バイオインダストリー協会、（国研）新エネルギー・産業技術総合開発機構〒104‑ 0032東京都中央区八丁堀 2‑26‑ 9 グランデビルディング８階
TEL：03‑5541‑ 2731 URL：https://www.jba.or.jp/b-production