いのち生命の奇跡のプロセスに学ぶイノベーション

２０１７年１１月２７日更新版 © 2017 TOHOKU UNIVERSITY

プロジェクト理念
三十数億年前地球上に生命が誕生して以来多種多様な生命体が、それぞれの環境に適応する形で、また、時には環境をも大きく変えたなかで生存・繁栄してきた。生命体は、最小限のエネルギーを使って、分子から精緻な高次構造を有する細胞、個体、群体レベルまでの相互に協調した機能集合体を形成し、かつ効率的な再利用により世代をも交代する奇跡的なシステムである。
また、DNAが遺伝子の本体であることが 20 世紀の中頃に発見されて以来、生命科学分野のテクノロジーは級数的な進歩を遂げ、長く閉ざされていた生命宇宙の神秘の扉を開き始めている。最小エネルギー消費プ
ロセスに基づく協調した精良な機能を具える精緻でしなやかな分子−そして組織−の自己集合化、さらにその機能制御、分解制御など生命が有する新たな驚くべき仕組みが日々発見され、生命のいわゆる秘儀 (mysterium)とも言うべきものこそが、我々の営みを革新する豊饒なアイデアを提供してくれることが明らかになってきた。
最小限のエネルギーを使って，精緻な構造と協働した高次な機能を作りだし、再利用と再生に長けたこの生命の秘儀に学ぶことは、生命への理解を深めると同時に、環境負荷が少なく精緻な新しいものづくりの分野を開拓することにつながる。現に、日本を含めたものづくり先進国では、その成長を回復させ今後更に発展させることが課題となっており、その課題解決に向けてこの最小の環境負荷プロセスによる “ものづくり”を礎とする革新的イノベーションはきわめて有用である。

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プロジェクト理念
東北大学には、生命科学研究科を中心に、多様なライフサイエンスに関わる研究者が所属しているだけでなく、工学系をはじめとしたものづくりには長年の伝統と実績がある。この特徴と実績をいかし、多種多様な生命体が有する様々な能力、機能、働きのメカニズムと、多彩な奇跡のプロセスを真摯に解明し、そのプロセスを継続的に探索することで、従来の概念をも超えた多目的最適化や極低エネルギーによる新たなものづくりと再利用と再生に基づく資源の有効利用と環境負荷を限りなく軽減した基幹産業の創出を促し、様々な地球規模的な課題を解決することが可能になる。
本プロジェクトでは、生命の奇跡のプロセスに学びそれを取り入れて、生命科学と工学とが一堂に会するこ※1とで，その連携が実を挙げる仕組みを作り「ネオバイオミメティクス（新たな生物模倣）」
ならびに「ネオ※2バイオレメディエーション（再利用・再生を考えた新たな生物学的環境修復）」
を両輪とし、バイオプロセ

スに啓発された健康・医療、環境保全、建築、エネルギー、ロボティクス、マイクロマシーン、人工知能等の様々な分野における新たなイノベーションの創出を産業界とともに実現する。このようなイノベーション創出の作業は、同時に、「生命の宇宙観」を求めて生命科学の新たな使命と可能性を切り拓くものと確信する。
※1 ネオバイオミメティクス(neo-biomimetics)は、極めて優れた生物の機能ならびに相互に協調・協働するその構造に創発された最先端生物模倣デザインを、最先端の技術を駆使し、バイオプロセスに啓発された極低エネルギーによる” ものづくり” であり、工学や材料科学、医学などの様々な分野における新たなものづくりを目指す取組。
※2 ネオバイオレメディエーション(neo-bioremediation)は、新規の微生物や菌類、植物、あるいはそれらの酵素を複合的に利用するとともに、生物が広く有する分解と再利用・再生のプロセスを学び、それら触媒反応などを人工的に再現することを通じて、近未来の次世代環境をも修復する取組。

3プロジェクト概要
社会的課題

現代社会のものづくりでは、生産の過程で膨大なエネルギーを消費してきた。持続可能性が大きな課題となっており、今までの方法論の限界が指摘されている。このため、最小の環境負荷でものづくりをする大きなブレークスルーが求められている。

解決の方法

生命は膨大なエネルギーを使わなくとも最小の環境負荷で効率的なものづくりをしてきた。本プロジェクトでは、これら生命の秘儀（mysterium）をものづくりのプロセスに導入することで、環境にやさしく持続可能なものづくりを創造することを目指す。具体的には、バイオプロセスを学んで生産プロセスを変革する(1)ネオバイオミメティクス、環境修復を行う(2) ネオバイオレメディエーションを両輪としたネオバイオプロダクションを構築し、それらを担う好奇心豊かな次世代の育成を実施する。

東北大学の強み

東北大学の生命科学研究は 90 年以上続いており、幅広いレベルで多様な生物種を対象に研究を行なってきた。また、実学尊重の理念のもと、材料科学を中心に社会に貢献する工学的な研究が行われ、医工など融合的研究の素地もある。現象のプロセスを解明する研究や、人材育成の実績も蓄積されており、プロジェクトを実現する環境が整っている。

プロジェクトの効果

ネオバイオミメティクスを通じて、ものづくりにブレークスルーをもたらすイノベーションを創出し、ネオバイオレメディエーションを通じて汚染のない持続可能社会の構築に貢献する。さらに、それらの研究の過程でバイオプロセスへの理解を深め、宇宙形成を包含する新しい「生命の宇宙感」を創出する。

組織体制

学内の様々な部局、研究所の構成員から成るアプライドバイオプロセスセンター（生命科学研究科内設置）を中心とし、社会にインパクトある研究の他プロジェクトと協力しながらプロジェクトを推進する。また、他大学や企業、自治体と連携し、実装していく。

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現代のものづくりの課題
高エネルギーなものづくり

抽出・加工・組立等

現代のものづくりでは膨大なエネルギーを消費して製品生産やそのリサイクルを膨大なエネルギー行ってきた。

電気

資源に限りがあるなか、地球環境の持資源続可能性が大きな課題となっている。
今までの方法論の限界が指摘されるなか、最小の環境負荷での精緻なものづくりが求められている。
大きなブレークスルーの必要性

熱等

原料製品

リサイクル

現代のものづくりプロセスの例

持続可能社会に向け、ブレークスルーが求められる

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生命がもつ奇跡的なシステム
低エネルギーなバイオプロセス
生命は大きなエネルギーを使わなくとも、自発的に分子、細胞、組織、個体を集合させ、細胞複雑で精緻な秩序と高次な機能を作り出し、世代を超えた再生・再利用を行っている。

分子

情報と構造に基づく協調した優れた機能を創発する自己組織化
分解と再利用に基づく資源化＝ 最小の環境負荷・効率的なものづくり
これまでの工学思想にはない、生命ならではの宇宙観がある。

自己集合

可逆的

自己組織化
再利用相互作用

生態系

協

組織個体化
調し度た機 能 の 高

再生資源 化生物は最小の環境負荷で精緻な機能を実現

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課題解決のコンセプト
これまでのものづくりのプロセス

生命の奇跡のプロセスに学ぶ

ネオバイオプロダクション

一元的な目的設定

多目的最適化高エネルギープロセス

低エネルギープロセス

単一・均一な生産条件

多様性・複雑性の活用

高コストな維持体制

構造と情報に基づく自己組織化

不可逆的なプロセス

可逆的なプロセス

資源消費と廃棄物排出 等

再生・再利用（資源のリサイクル 等）

生命の秘儀(mysterium)

生命の秘儀をバイオプロセスに啓発された＂ものづくり＂へ
7従来分野を越える新たなソリューション
従来法

生物の模倣・利用

バイオミメティクス
生物のある局面の形状を真似て既存法により製造（生物模倣デザイン）※環境負荷の大きいプロセス

生物工学・化学バイオ等

ものづくりのパラダイム変換

ものづくりに生命の秘儀（バイオプロセス）を導入
真に生物を模倣し、資源再生や環境修復を組み入れたものづくりへ

新概念

M R

生命の秘儀の活用

ネオバイオ
プロダクション

ネオバイオミメティクス
分子やその集合体を相互作用させながら高次組織に組み上げていくバイバイオレメディエーション
個 体をそのまま利 用し、機 能の一部を改変・活用して環境を修復※ものづくりと切り離されている

農学・環境科学等

オプロセスを模倣したものづくり

バイオプロセス研究

生命のプロセスや機能を解明
生命科学・生物工学等

ネオバイオレメディエーション
高次組織を解離させて資源を再生・再利用するバイオプロセスを活用し、ものづくりと環境修復に導入

生物模倣デザインからバイオプロセス模倣へのパラダイム転換8

課題解決のシナリオ
工学

ものづくりの知生命科学

バイオプロセスの解明

ネオバイオプロダクション

環境に優しいしなやかなものづくりへ

M R

生命の秘儀から学ぶこ

ネオバイオ
ネオバイオ
レメディ
ミメティクスエーション
新たな生産過程

新たな再利用・環境修復

ものづくりを確立
低エネルギー・多目的最適な生産プロセスと再生・再利用プロセス

過去の汚染の浄化や、農学

生物資源利用とで、持続可能で新しいものづくりのなかでの人材育成

再生・再利用を実現し、環境を修復・保全

ネオバイオプロダクションによる＂しなやか＂な＂ものづくり＂
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ネオバイオプロダクション
ネオバイオミメティクス

ネオバイオレメディエーション

バイオプロセスを解明して製品生産プロ

再生・再利用のバイオプロセスを理解・活用し、ものづくりに還元するとともに汚染された環境を修復セスに生かし、新たな生産技術を開発
目標
特徴

バイオプロセスを活かしたものづくりの実現
分子やその集合体が情報交換・協調しながら高次構造・組織体（＝機能材料）を形成するプロセスを模倣したものづくりの構築

従来の生物模倣デザインに加え、バイオプロセスに学ぶ真の生物模倣ものづくりを実現

M R

ネオバイオ
ネオバイオ
レメディ
ミメティクスエーション
新たな生産過程

新たな再利用・環境修復目標

バイオプロセスを活かした持続可能環境の構築

特徴

組織体が一時的に解離するプロセスや分解・再生等のプロセスの模倣、多様な生物・酵素の複合的活用
バイオプロセスに基づいた再生・再利用、環境修復技術をものづくりのなかへ

バイオプロセスを活かし、二つの分野を両輪とする新分野の創生
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人材育成
研究人材の育成

将来世代の育成
さらなる融合研究

生命科学!!

新分野開拓

本プロジェクト

工学・農学

!?

シャペロン
（博士人材）

産業界
そのほか分野をつなぐシャペロンの育成

生命におけるものづくりへの好奇心喚起

生命科学と工学・農学全体の考え方や価値観を理解し、つなぐこ社会に広く生命の秘儀やものづくりの面白さを伝え、好奇心を育とができる好奇心旺盛なシャペロン（博士人材）を育成する

成する

好奇心旺盛で、生命科学と工学・農学の融合を促進する人材育成
11東北大学の強み
生物学の伝統と実績

工学系の伝統と実績

歴史ある生命科学研究

ものづくりの伝統

1921 年に理学部に生物学教室を開設して以来 90 年以上にわたり研究を蓄積してきた。

多様な生物種の研究人材代表的なモデル生物のみならず、海産無脊椎動物など多様な生物種を扱っている。
分 子、細 胞、個 体、集 団、環 境、進化まで、幅広いレベルで研究されている。

東北大学は「実学尊重」を理念

プロセス解明の伝統と実績現象のプロセスを解明する広く厚い研究層がある。に掲げ、社会を変えるものづく超臨界研究の拠点、マイクロデバりを担ってきた。

イス、材料科学と数学の連携 等

世界トップの研究所群片平キャンパスを中心に、世界トップの材料科学の研究所群を有する。また、異分野融合の実績として、日本で初めて医工学研究科を設立した。
KS 磁石鋼、八木・宇田アンテナ、pinダイオード、光ファイバー、垂直磁気記録方式 等

人材育成の伝統と実績
東北大学は「門戸開放」を掲げ
人材育成に力を入れてきた。
東洋経済「生徒を伸ばしてくれる大学」
ランキング第一位（2017 年）
高校生対象の「科学者の卵養成講座」の開催 等

生命科学と工学を融合し、人材育成を推進する環境が整っている12プロジェクトの効果
ブレークスルーに基づくイノベーション創出「生命の宇宙観」の創出

ネオバイオミメティクスを通じ、多様で柔軟、最小エネルギープロセスによる新たな製品生産を実現する

M
R

持続可能社会への貢献
ネオバイオレメディエーションを通じ、再生・再利用による資源の有効活用と環境修復を行い、持続可能なものづくりを実現する

バイオプロセスに学ぶなかで、宇宙形成を包含する新しい「生命の宇宙観」を創出する

生命の秘儀に学び、新たな社会を切り拓く

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組織体制
東北大学
アプライドバイオプロセスセンター

センター間連携

プロジェクト全体の統括を担当
研究の体制・仕組みの構築
学外連携の統括

環境研究推進センター

生物系
部局

環境系
部局

（社会にインパクトある研究Aグループ） 等

工学系
部局

ニーズ、支援・投資
他大学

企業

研究所
群

文系
部局

シーズ、実装・教育
自治体

実装の場としての社会14今後のマイルストーン
100 年後へ

30 年後

10 年後

5
2年後

年後

ものづくりのプロセスの変革育成した人材の活躍

イノベーションの創出・学外機関とのコラボレーション
次世代人材の創出

全学的なコラボレーション・社会ニーズの探索
次世代人材育成の実践

学内での共同研究体制の構築
次世代人材育成への取り組み
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