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巻 号

校頁 原稿

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産業と行政

バイオとデジタルの融合

人の制御を超えたバイオ生産マネジメントにおける AI の活用
藤田 朋宏・笠原 堅
1. バイオ産業を取り巻くデジタル化の状況
AI、ビッグデータ、IoT などの言葉が、毎日ニュースで飛び交うようになってから久しい。これまでビジ

これらの革新的デジタル技術の本質の 1 つは、これまで人ができることを効率化する目的で使用していたデジタル技術が、人の能力を超えることができるようになってきていることにある。

ネスの「インフラ」として見られていたデジタル技術

こういった文脈を踏まえて、これからはバイオ産業が、スマートフォンで一気に個人レベルに拡大し、とはそのものが独立した産業として存在するのではな

GAFA+MS（Google、Apple、Facebook、Amazon、く、情報産業の発展と同様にバイオ産業も、既存の全MicroSoft）や中国企業が牽引する新しいデジタル技ての産業がバイオ化していくと筆者らは捉えている。

術（AI、ビッグデータ、IoT など）が個人の生活に

また筆者らは、全産業がバイオ化するための鍵が、近入り込んでくるなど、産業構造は確実に変化してきて年急速に高まっているデジタル技術にあると認識している。これらのデジタル技術革新が第 4 次産業革命をいる。

引き起こしているという人もいる。
デジタル技術革新は、個人の生活との接点（E コ

2. デジタル技術のバイオ生産への展開マースやスマホを使った事業など）から始まり、着実最先端の産業を牽引しているのがデジタル技術革新に産業分野への展開も進んできている。製造業においだけでなく、飛躍的に進んだバイオテクノロジーの技ては、ディスクリート型の組立産業（自動車、精密機術革新にあることは周知のことである。この技術は、械など）からこれら新技術の適用が進んでいる。ドイ

主に新たな物質の生産を担う生産菌の開発にもたらさ

ツが国を挙げて取り組む Industries 4.0 も、自動車、れている。

精密機械から装置産業、エネルギー産業への展開を指向している。
日本では、産業だけでなく社会全体へのデジタル技術の展開を、Society 5.0 として産官学で推し進めている。Society 5.0 は、サイバー空間（仮想空間）とフィジカル空間（現実社会）を高度に融合させたシステムにより、経済発展と社会的課題の解決を両立する、人間中心の社会（Society）と定義されている。これまでの Society 4.0 は情報化社会として定義されており、サイバー空間とフィジカル空間の間に人の判断が介在することが前提だった。Society 5.0 では、AI などの活用でサイバー空間の結果を直接フィジカル空間へ出力し、これまで人の能力だけではできなかった新たな価値が、産業や社会にもたらされることになる。SDGsの地球的課題解決までをも含めた実装を目指して進めている。

技術革新が求められているバイオ生産現場
技術革新が求められているバイオ生産現場(絵・藤田朋宏)（絵・藤田朋宏）

筆者紹介：ふじた・ともひろ（FUJITA，Tomohiro） ㈱ちとせ研究所（Chitose Laboratory Corp.）CEO
連絡先：〒213-0012 神奈川県川崎市高津区坂戸 3-2-1（勤務先）
かさはら・けん（KASAHARA，Ken） 同上 菌叢活用本部 本部長 連絡先：同上（勤務先）

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産業と行政発酵を中心としたバイオ生産にバイオテクノロジーがもたらされた 1960 年代は、変異処理と耐性化を手法に生産菌の開発が行われていたが、遺伝子組換え技術

3. バイオ生産に革新的デジタル技術を持ち込む上での課題の進展とともに、目指す遺伝子のデザイン、導入が可

昨今、様々な場面でデジタル技術の活用について検能となっていた。ここ数年で DNA シーケンシング技術討されているが、中でもいわゆる AI 活用については、の革新、CRISPR-Cas によるゲノム編集技術の躍進、そう簡単ではないということもわかってきている。直デジタル解析技術の高度化により、経済産業省が定義面している課題を 3 つの視点に分けて考察する。

している「スマートセル」が現実のものとして捉えられるようになってきた。バイオテクノロジーは、生産効率の改善によりバイオ産業の収益に貢献してきたところから、近年は新しい物質生産に進展し、医療分野などへ展開されている。研究の分野においては、すでに生物工学から合成生物学へと進化してきている。

1） 現象を完全に記述したデータを取得できているか否か
2） 現象を記述したデータをリアルタイムに取得できているか否か
3） 現象を生じさせる要因が、知能を持っているか否か

米国ベンチャー（Zymergen 社、Ginkgo Bioworks

例えば、囲碁や将棋は、棋譜という形で、現象を完社など）においては、革新的なデジタル技術を用いて、全に記述することができる。しかも、棋譜は、その瞬人の判断を介さない、アルゴリズムによる判断で、超間の情報であり、情報をリアルタイムに入手し、次の高効率（ハイスループット）な生産菌開発を進めてき一手を考えることができる。囲碁・将棋の難しさは、ている。加えて、Bill Gates 財団や Vinod Khosla など

相手にも知能があり、知能を持って盤上の状態を変化のベンチャーキャピタルが毎年有能なバイオ系スターさせるという点にある。現時点で、深層学習を活用しトアップに資金を投入しており、研究開発の新たな潮た囲碁や将棋のコンピュータープログラムは、取り得流のなかでデジタル技術革新の利用が加速している。

るすべての棋譜を読み切った上で、次の手を考えてい一方、発酵などのバイオ生産に目を向けると、物質る訳ではないと言われている。それでも、棋譜という生産としては、アミノ酸発酵生産を中心に、1970 年代

情報により、たとえ相手が知能を持っていたとしてまでに現在のような大量生産技術が日本で確立されも、相手よりも適切により多く学習できさえすれば、た。発酵プロセスを用いた生産の特徴の 1 つは、ある圧倒的勝率で勝てるプログラムを生成することが可能

製品の商業生産開始の後、生産現場での改善、すり合になる。

わせが進み、いわゆる匠の技により生産効率の向上が一方、完全な株価予想プログラムがなぜできないのもたらされることであり、それが継続的な事業収益性か。株価に影響を与え得る現象を完全に記述することへの寄与につながっていた。バイオ生産の（運転）制ができないからである。世界各国で、政府や企業から御には、デジタル技術（DCS（分散制御システム）な様々な経済指標が発表され、それを瞬時に反映するこど）が早くから使われていたが、装置産業としての成とは可能になってきている。そして、その指標は株価熟度が上がるにつれて、中国、韓国、ドイツなどのバに強く影響することは間違いないが、①株価に影響をイオ産業が肩を並べてきており、日本の技術優位性が与える全ての情報とは言えない。また、②経済指標はコストの優位性を生み出せなくなってきた。そのたある一定期間の状態をまとめて報告するものであっ

め、技術優位性を活かせる抗体医薬などの高付加価値て、リアルタイムに発生している経済状態を反映して品の生産へ技術開発の方向が向けられているのが現状いる訳でもない。しかも、③株価変動要因には、知能である。

を持った多数の投資家の行動が複雑かつ深く関与してデジタル技術革新は、バイオテクノロジーを基盤といる。このように上記 3 ついずれのポイントで考えてしたバイオ産業への展開の可能性を示しており、生産も、1 つのプログラムが株価予想において圧倒的勝率菌の開発のみならず発酵プラントの革新への機会ともを収めるのが非常に難しいと言える。

なり、経済性の改善によりスマートセルで生産した物バイオ生産の場合、どうだろうか。通常、発酵プロ質を、より広く世の中へ普及していくことにもつながセスでは、温度や pH、溶存酸素など様々なデータを指ると考えられる。

標にプロセスは制御されている。ただ、そこに AI を活用することを考えた時、通常用いられているセンサー
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データだけでは、そこで起きている現象のごくごく断考えている。

片的な状態しか把握できない。より詳細に生物の状態

筆者らが開発するプログラムは、培養中に、リアルを記述することを目的として、トランスクリプトームタイムに入力されるデータから出力値を返す。そし（網羅的な遺伝子発現解析）やメタボローム（網羅的て、その出力値に基づいて発酵制御値を微調整するこな代謝物解析）などオミックスデータを活用するといとが可能な発酵マネジメントシステムの開発を目指しう考え方もある。オミックスデータは、非常に多くのている。これを実現するために、発酵プロセスエンジ情報量を取得することができるため、生物の状態につニアとデータサイエンティストはもちろん、それ以外いて、極めて詳細に記述することが可能である。しかのプロセス開発・運用に関与する全ての人にとって使し、データが出力されるまでには、サンプルの前処理いやすいプラットフォームを整備する必要がある。

やシーケンサー・分析機器を用いたデータ取得に時間がかかり、データが出たころには、そのデータは過去5. 革新技術の社会実装と将来像のものになってしまう。つまりオミックスデータでは「バイオとデジタルの融合―製造プロセスへのデジリアルタイムに現象を記述することができない。リア

タル技術活用について知恵を結集する会」が、2017 年

ルタイムに、詳細に現象を記述できるデータを取得す

12 月 13 日から、（公社）企業情報化協会（IT 協会）、るには、非標識・非侵襲・安価・連続・大容量にデー（一財）バイオインダストリー協会（JBA）の共催で 4タを取得できることが重要である。それが実現できれ回開催された。主にバイオ産業ですでに事業を行ってば、あとは、相手は知能を持たない微生物であるが、いる企業からの参加者を中心に、革新的なデジタル技こちらからのアクションに対して先を読んだリアク術の活用について議論がなされた。技術の適用領域とションがあることまで想定する必要はない。つまり、して、スケールアップと安定生産に集約され、さらに生物の活動状況を詳細にリアルタイムに記述できる

デジタルツインとしてサイバー空間での革新がフィジ

データがあれば、発酵プロセスにおいて機械が学習しカル空間へ反映されていくシステムの開発を求める声

判断することのできるバイオ生産マネジメントは、実が出された。

用可能なレベルに十分達し得ると期待できる。

4. バイオ生産に革新的デジタル技術を持ちこむ手段

バイオテクノロジーをもとに発展してきたバイオ産
業もデジタル技術から離れて存在できるものではない。
ここで思い起こすのは、かつての半導体産業である。世界の半導体産業は、今日に至るまで一貫して高ここで扱うデータは、現象をリアルタイムかつ詳細い成長を維持している。デジタル化がさらに進む今後に記述できる必要がある。そこで系中の状態をあらゆも成長は確実である。しかし日本の半導体産業は状況る角度から（光学的に、電気化学的に、力学的、化学を異にしている。1960 年代にトランジスタ生産額で的に）捉えるために複数のセンサーを適用し、発酵プ世界トップになり、80 年代から 90 年代前半にかけてロセスにおける様々な指標との相関関係のあるデータは半導体メモリーの主力である DRAM で世界を席巻を取得する。例えば、菌体の状態を光学的データ（形した。それからわずか 20 年後の今日、そのシェアは態画像、ラマン光、表面電荷など）としてリアルタイ見る影もないところにまで低下している。

ム検出するなどである。

バイオ産業も半導体産業も、産業の成り立ちや競争

日本には、非常に高度なセンシング技術・デバイスの構図は異なるが、テクノロジーを競争力の源泉としが多数ある。一方で、そのほとんどはこれまでは人がて産業を成り立たせている点は同じである。バイオ産

理解することを前提としたアプリケーションへの活用業がモノづくりの産業として、バイオテクノロジーとに限られていた。今回、人が理解することを前提とせデジタル技術を活かした技術革新への投資を、リスクず、機械による学習に特化して入手可能なセンサーをを背負っても進めることを決断するタイミングが迫っ見直したとき、今までバイオ生産を把握する目的としている。て見落とされていた中にも、適したセンサーは多数あ

この革新的デジタル技術をチャレンジャーが用いれることがわかってきている。筆者らは、そのようなセばバイオ産業のディスラプターとなる。微生物を扱うンサーを組み合わせたデータ取得装置およびそれを組ノウハウを蓄積してきた既存企業が用いれば、バイオみ込んだ培養器を用いてデータを取得することを、今産業の新たな市場が拡がる可能性を持っている。

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産業と行政将来、AI を活用した発酵マネジメントシステムが発酵プロセスの基盤となる技術プラットフォーム構実用レベルに達したとき、人の判断、制御を超えた発築において協調することで、発酵プロセスを活用し酵により、ディスクリート型製造業で実現されている

た産業の国際的な成長に対して日本企業が大きく貢多品種連続生産（マスカスタマイズ生産）が可能とな献すると共に、日本企業の国際競争力向上を目指す。

り、モノづくり産業におけるバイオ産業の地位は飛躍

つまり、今回これを複数の日本企業・アカデミアが的に高まる。

6. コンソーシアムの結成
最後に、筆者らが作ろうとしているプラットフォー連携してコンソーシアムを結成して実現しようとしているが、一般的なコンソーシアムとは異なる点がある。本コンソーシアムは、国から受け入れる資金は、その後の民間投資を呼び込むための呼び水として位置

ムは、次のようなものである。

付ける。国からの助成金による研究開発成果を元に、・日本企業の中で閉じたものにはしない。このプラッさらに大きな民間投資を呼び込むことで、国からのサトフォームがグローバルスタンダードになるようにポートが終了した後も民間資金で研究開発を継続し、発展させることで、発酵プロセス関連の世界市場全最終的に各企業が自社の事業として国際競争力のある体の拡大を目指す。

レベルにまでシームレスに開発を継続できることを前・既存プロセスの自動化や高度化にはとどまらない。

提とする組織体として結成しようとしている。本コン

これまで活用されてこなかったデータとモデル、そソーシアムをそのような組織体として成立させるためしてそれを活用した発酵マネジメントシステムかに、これまで国内外の多くの大企業と、発酵・バイオら、これまでにない全く新しい発酵プロセスを生み関連の研究開発を共に格闘してきた㈱ちとせ研究所

出し、新しい産業領域を生み出すことを目指す。

が、その運営に対して責任を持ち、コンソーシアム参・個別の企業の努力だけで成し遂げられるものではな

画企業が国際競争力のある事業を作るところまでを全い。そこで、これまで競い合ってきた日本企業が、力で支援する体制を整える。

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