G7茨城・つくば科学技術大臣会合開催記念事業
第7回TIAシンポジウム －新たなる連携の「かけはし」－
つくば国際会議場 3階 中ホール300
2016年7月22日（金） 13:30 - 13:50 （20分） x 2.5

藻類バイオ：クロレラと重イオンビーム育種の可能性

河野重行
東京大学・大学院新領域創成科学研究科

“Innovation corridor”
Mt. Tsukuba

Tsukuba
Makoto GONOKAMI
President (2015-2020)
The University of Tokyo

Kashiwa
NaritaTokyo2015年7⽉1⽇ 設⽴

AIST+

環境とエネルギー分野での共同研究＋＋藻類バイオマス

AIST+

筑波大学

ABES+

ハイスループットスクリーニングと重イオンビーム育種

東京大学

理研・仁科センター

重イオンビーム照射による突然変異単離TIA連携プログラム探索推進事業『かけはし』2016●藻類バイオ3000株の機能性試験とセルフメディケーション時代の新市場開拓“Innovation corridor” と社会実装

筑波大学

Tsukuba University

機能性つくば●抗肥満柏●
抗⽼化
抗酸化 本郷●抗がん
抗認知症 藻類プラントの実証実験

Sup・微細藻類および重イオン照射株 ・伝統と最新の技術による微 ・in vitroとin vivoの機能性試験シ ・つくば‐柏‐本郷イノベーションコリ
・3,000株のカルチャーコレクション
細藻類の試験培養
ステムの開発と実践、ABESを中 ドーを軸に産学官の支援で藻類・筑波大学と東京大学
心に東京大学と産総研がタッグ 機能性の社会実装をはかる。
・環境研と理研仁科センター

藻類コレクション

培養

破砕・抽出

機能性試験

物質同定

●柏を中心に世界的に広がる『かけはし』研究の⽀援の輪
・筑波大学・藻類バイオマ
ス・エネルギーシステム開発研究センター(ABES)の全面支援
・藻類産業創成コンソーシアム

・脂肪酸分析に関しては、国立 医薬基盤・健康・栄養研究所の技術支援

・「藻類機能性研究支援フォーラム」の設置をめざす。
東京大学フューチャーセンターに企業を中心に研究支援フォーラムを結成する。

大量培養

製品化

・チェコ科学アカデミー・微生物学研究所
・ワーゲニンゲン大学・食品バイオベース研究所
・チューリッヒ応用科学大学の大量培養支援

東京大学エッジキャピタル本日の話題藻類バイオ：クロレラと重イオンビーム育種の可能性
１．藻類バイオ・世界の藻類培養施設
２．クロレラ・デンプン、オイル、ゲノム
３．重イオンビーム
・内部倍数性と重イオンビームによるゲノム再編
４．育種の可能性 （機能性）
・屋外でオイル量66％を達成
・七色のクロレラと超オイル細胞

藻類バイオは何をもたらすか︖

Yue et al. 2014 を改変※ 食料との競合と土地の収奪が問題化（2006年） ※ クリーンニューデール（2008年）
第3世代

ナタネ/大豆

藻類

ガソリン
森林資源
作物残渣

熱分解
ガス化

オイル
合成ガス

第2世代
エネルギー
作物
（ポプラ、ヤナギ、ヤシ等）

生化学
処理

第1世代
トウモロコシ
サトウキビ

加水分解

糖 類

水素化処理
/FCC

ディーゼル

F‐T 合成法

ジェット燃料

メタノール
合成

メタノール

水性ガス
シフト

水素発 酵

エタノール

開放系

閉鎖系

オイル

デンプン

水素化処理
/FCC

バイオ燃料
触媒反応/Bioforming

オバマ政権 2009-2016年
リーマンショック 2008年
ブッシュ政権 2001-2008年※ 地下資源の枯渇、CO2削減、石油価格の高騰（2004～2008年）

メタセシス
複分解エステル交換

新しい機能性http://www.dic-global.com/ja/whats_dic/scene/spirulina/

DIC established large scale cultivation technology of Spirulina in 1977 and succeeded in commercial
production of Spirulina first in the world. The DIC Group nowadays cultivates approximately 1,000 tonsof Spirulina annually, making it one of the world’s largest producers.

スピルリナ（Spirulina）は、藍藻綱ユレモ目の幅 5-8μm、長さ300-500μm ほどの「らせん形」をした濃緑色の単細胞微細藻類

http://www.dic-global.com/en/whats_dic/scene/spirulina/

藻類市場

研究成果を市場に反映させたい!?
品目市場規模備考

バイオ燃料

7,560億‐20兆円

2013—2035年の国際市場予測1）2）

海苔

2,500‐3,000億円

国内（小売ベース）1）

昆布

2,400億円

ワカメ

500億円

国内95%、輸入100%が養殖産 3）

スピルリナ

600億円

国内（2014年）6）

DHA+EPA

450億円

国内（2014年）4）（多くが魚油由来）

アスタキサンチン

253億円

国際（2018年予測）5）

クロレラ

100‐200億円

約30,000 トン3）

国内流通量500トン台6）

フコイダン

150億円

国内（2016年予測）6）

ユーグレナ

79億円

国内（2013年）（2018年300億円予測）7）

フコキサンチン

2億円

国内（2008年）約0.5トン/年 8）1) 富士経済グループプレスリリース https://www.fuji-keizai.co.jp/
2) http://www.maff.go.jp/j/biomass/b_kenntou/04/pdf/siryo5.pdf
3) SankeiBiz http://www.japan-seaweed-association.com/sympo2000/wakamegyoukainokadai.htm4) http://www.health-mag.co.jp/info/?id=1413854966-264208
5) http://bizex.goo.ne.jp/release/detail/195151/
6) 健康メディア.com http://www.kenko-media.com
7) https://www.asset-alive.net/article.php?mode=show&seq=4225
8) 原料BANK http://www.genryoubank.com/ 注）現在サプリメントの市場規模は約4,700億円といわれている。

カロテノイドの利用用途と国際市場規模1‐3)
名称
DHA+EPAβ‐カロテン

色味

用途‐

コレステロール・中性脂肪を下げる、動脈硬化の予防など

黄色

市場規模

人体の粘膜や皮膚、免疫機能を正常に保つ、老化防止

334 4)ルテイン

黄色

眼の老化予防、癌抑制効果

アスタキサンチン血赤色

眼精疲労の改善効果や動脈硬化予防効果、美肌効果

253 4)

カプサンチン赤

抗酸化作用、老化や動脈硬化を予防、がん抑制

226 4)

アナトー

黄～橙黄色、紅色の着色料として使用

カンタキサンチン

赤～橙アスタキサンチンの誘導体

リコピン

赤

強力な抗酸化作用、血流改善、生活習慣病を予防

60 4)

ルテインと同様に眼精疲労、白内障予防、黄斑炎性症に有効

35 4)

ゼアキサンチン黄赤色1000 2)200 2)

309 4)

152 4)
90 4)

■国際
■国内
■2010
■2018

1) http://www.genryoubank.com 原料BANK
02002) http://www.him‐news.com/news/view/83 健康産業流通新聞 2013.7.11
3) http://www.wakasanohimitsu.jp/seibun/ わかさ生活 わかさの秘密 成分情報
4) http://www.gii.co.jp/report/bc199439‐global‐market‐carotenoids.html The Global Market for Carotenoids BCCリサーチ億円（1ドル＝100円で計算）

400

600

800

100013本日の話題

藻類バイオ：クロレラと重イオンビーム育種の可能性
１．藻類バイオ・世界の藻類培養施設
２．クロレラ・デンプン、オイル、ゲノム
３．重イオンビーム
・内部倍数性と重イオンビームによるゲノム再編
４．育種の可能性 （機能性）
・屋外でオイル量66％を達成
・七色のクロレラと超オイル細胞

クロレラのデンプンとオイルの蓄積は⾃在に制御できる。

Parachlorella kessleri

10μmOil contents(%)

Starch contents(%)

ストレス条件（S⽋）で加速されるデンプンとオイルの蓄積

0213Time (week)

LiCp

Cp=葉緑体S

S=デンプンLi

Li=脂質クロレラのデンプン蓄積とオイル蓄積は自在に制御できる。

Parachlorella kessleri

17クロレラのデンプン蓄積とオイル蓄積は自在に制御できる。

Parachlorella kessleri

18クロレラのデンプン蓄積とオイ ル蓄積は自在に制御できる。

Parachlorella kessleri

19クロレラのデンプン 蓄積とオイル蓄積は自 在に制御できる。
AB

光CO2C

光合成

葉緑体

デンプン合成アセチルカルビン
CoA
回路

デンプン
脂肪酸合成

カルビ

ER
遊離脂肪酸

TAG

Parachlorella kessleri

アミノ酸合成など

オイル

細胞質

P. kessleriの全ゲノム解析結果
Genome Statistics
Genome sizeGC%
Num of scaffolds
Avg scaffold size
N50 scaffold size (>2k bases : 400 scf)
N50 scaffold size (>5k bases : 213 scf)
N50 scaffold size (>10k bases : 193 scf)
Longest scaffold size
Num of contigs
Avg contig size
N50 contig size (>500 bases : 5,168 con)
N50 contig size (>5k bases : 2,326 con)
N50 contig size (>10k bases : 1,643 con)Longest contig size
Num of genes
Avg. protein length (aa)Avg. gene density (kb/gene)
Avg. number of exons per gene
Avg. exon length (bases)
Avg. coding sequence

62.5 Mb
58.3 %
400 scaffolds
156,382bases
543,086 bases
595,262 bases
595,262 bases
2,165,932 bases
5,168 contigs
11,748 bases
32,688 bases
36,671 bases
40,504 bases
198,966 bases
13,057 genes
467.0 aa
4.8
7.9
176.3 bases
29.3 %Ota, Oshima, Yamazaki, Kim, Yu, Yoshihara, Takeda, Takeshita et al. 2015

Oshima, Yamazaki, Kim, Yu, Yoshihara,
Parachlorella kessleri の代謝マップ Ota,Takeda, Takeshita et al. 2015

本日の話題藻類バイオ：クロレラと重イオンビーム育種の可能性
１．藻類バイオ・世界の藻類培養施設
２．クロレラ・デンプン、オイル、ゲノム
３．重イオンビーム
・内部倍数性と重イオンビームによるゲノム再編
４．育種の可能性 （機能性）
・屋外でオイル量66％を達成
・七色のクロレラと超オイル細胞

重イオンビーム（12C, 14N, 20Ne, 40Ar, 56Fe）育種法

理化学研究所・仁科センター・照射チーム（阿部・風間）

RI‐Beam Factory (RIBF)
B

113番元素の発見（森田浩介ら）

②

↑照射装置

④①

③50 m

作出酵母による
日本酒“仁科誉”

ナデシコの花色と模様の変異①②③④
http://www.riken.jp/pr/fun/homare/A series of sexual mutants and partial deletion of theY-chromosome by the heavy ion beam in Silene latifolia

C6+Ion track (Core)

xxxxx
xx

DNA
Cluster Damage
Double-strand breaks

E5B Beam Line

end-joining

Ionization
Chamber 2

Ionization
Chamber 1

RANGE SHIFTERIONIZATIONIONIZATIONCHAMBER 1
CHAMBER 2

FROM RRC
E5B BEAM LINEWOBBLERMAGNETSSCATTERER
FOIL

Seeds were irradiated with a 135 MeV/u carbon-ion beam with absorbed doses ranging from 20 to 200 Gy.

AUTOMATICSAMPLE CHANGER

本日の話題藻類バイオ：クロレラと重イオンビーム育種の可能性
１．藻類バイオ・世界の藻類培養施設
２．クロレラ・デンプン、オイル、ゲノム
３．重イオンビーム
・内部倍数性と重イオンビームによるゲノム再編
４．育種の可能性 （機能性）
・屋外でオイル量66％を達成
・七色のクロレラと超オイル細胞

まとめ 野生株、11A5株、PK4株

窒素希釈培地

4--43--32--2

1--10--0

WT
デンプン量（a.u.）

デンプン

PK4

11A5PK4

11A5

硫黄欠乏培地

4--27

3--202--13

1--6.70--0

WT

PK4

11A54--10

3--7.52--51--2.50--0246810122468時間（日）10122

4681012

オイル量（a.u.）

通常培地

WT

オイル重イオン照射株野外実験の評価
本研究Přibyl, et al. Li, et al. (2013)(2012)

Přibyl, et al.
(2012)

使用株

P. kessleri
PK4*

C. vulgaris P. kessleri
CCALA 256 CCALA 255

P. kessleri
CCALA 255

カルチャー系

Pilot‐scale
150 L

Pilot‐scale
150 L

乾燥重量
（最高値、g/L）

5.8**

5.7

14

6.6

バイオマス生産量（平均、g/L/D）

0.82**

0.71

0.64

0.94

オイル生産量（平均、g/L/D）

0.59

0.3

0.5

0.48

オイル含有量（最高値）

66 %30.6 %

25 %

51.1 %

Pilot‐scale 250 L Lab‐scale

Li, et al. (2013). Biotechnol. Bioeng. 110, 97–107.
Přibyl, et al (2012) Appl Microbiol Biotechnol 94:549–561.
*Ota, et al (2013) Bioresource Technology. in press.
**乾燥重量：66 g/m2, バイオマス生産量：9.3 g/m2/D

微細藻類のオイル⽣産性の⽐較1) ―オイル１トンを⽣産するのに必要な⽇数―
オイル含量（%DW）

バイオマス生産性（g/L/day）Parachlorella kessleri PK4

66.0

0.82

0.59

34

Chlorella sorokiniana

22.0

1.47

0.32

63

Nannochloropsis oculata

29.7

0.48

0.14

140

Dunaliella tertiolecta

71.0

0.120.085

240

Chlorella pyrenoidosa

2.0

3.640.073

270

Pavlova salina

30.90.160.049

410

Haematococcus pluvialis

52.20.060.031

625

Chlorella emersonii

63.00.040.026

770

Chaetoceros muelleri

33.6

0.070.024

833

Spirulina maxima

9.00.250.023

870

Thalassiosira pseudonana

20.60.080.016

1250

Botryococcus braunii

75.00.020.015

1300

種

名

オイル生産性 オイル1トン製造（g/L/day）
期間（日）2)

1) Watanabe et al.,2012; Přibyl et al.,2012 を参照した。
2) 5万Ｌの培養施設を用いるとして、オイル１トン当たりの生産に必要な日数を計算した。

29

⼤量培養の収穫とオイル抽出（PK4株）
A

D

C

870gDW/150L/2 weeks
EF

B

GI

HJLK

メチルtert‐ブチルエーテル：メタノール＝2:1での抽出278gLipids/870gDW (32%)

クロレラオイルと他の食用油との組成比較 ω３
100%
90%
80%
70%60%

その他
C22:1 エルカ酸 ω950%

C18:3 リノレン酸 ω340%

C18:2 リノール酸 ω630%

C18:1 オレイン酸 ω920%

C18:0 ステアリン酸
C16:2 －10%

C16:1 パルミトレイン酸ω70%

C16:0パルミチン酸
飽和脂肪酸□ C20:5 EPA ω3□ C22:6 DHA ω3

ω-3脂肪酸︓メチル基末端から3番⽬の炭素に初めの⼆重結合があるもの
エゴマ、亜⿇仁油には50〜60％含まれる。認知症、鬱病に効果があるとされる。

植物油：http://www.nisshin‐oillio.com/q_a/1_q2.shtml
動物油：http://www.live‐science.com/honkan/soap/soapchemistry03.html

本日の話題藻類バイオ：クロレラと重イオンビーム育種の可能性
１．藻類バイオ・世界の藻類培養施設
２．クロレラ・デンプン、オイル、ゲノム
３．重イオンビーム
・内部倍数性と重イオンビームによるゲノム再編
４．育種の可能性 （機能性）
・屋外でオイル量66％を達成
・七色のクロレラと超オイル細胞

ポンジュースみたいな黄色いクロレラができる。

クロレラ

クロレラ

機能性を⽣み出すクロレラファクトリー セルフメディケーション時代の到来

健康ジャーナル PREMIUM (2015)より●藻類バイオ3000株の機能性試験とセルフメディケーション時代の新市場開拓

栄養機能⾷品

重イオンビーム

機能性表⽰⾷品制度

植物性ω３を10〜52％含有

脂溶性→ ビタミン
カロテノイドポリフェノール
C12-C47⻑鎖不飽和脂肪酸
ω９エルカ酸、ネルボン酸

オイル細胞

機能性賦与

機能性試験

Supplement・株の探索と創成・オイル細胞の誘導↓

超オイル細胞
オイル含量75%以上
リノレイン酸 10-52%

機能性
抗鬱
抗酸化
抗認知症
美⽩・美肌
アンチメタボアンチアレルギー
アンチエイジング

製品化▇４つの特許技術によるオイルボディへの機能性賦与によるクロレラ新素材開発

Thank you for your attention・・・
ABCDEFG・東京大・新領域 ・先端生命
河野重行、山崎和誠、大田修平、竹下毅、浅野円花、森田彩、
平田愛子、工藤恭子、篠原利香、三木弥名子
・理研グループ
阿部知子、風間祐介、石井公太郎