私たちが暮らす世界は化石資源に大きく依存しています。燃料から合成繊維、プラスチックまで、多くの化学物質や素材は、化石油や天然ガスを原料として精製されます。日用品の製造に化石資源を使うことは、国家のエネルギー安全保障を脅かすと受け止められ、気候変動の原因としてもしばしば非難されています。そのため、代替原料として再生可能なバイオマスを利用するなど、化石資源への依存を減らす取り組みが進められています。
バイオマスを原料として考えると、まず「食料か燃料か」という議論が思い浮かびます。食用のトウモロコシや砂糖を原料に使うべきでしょうか。幸い、リグノセルロースや藻類バイオマスなど、適した非食料バイオマスは安価で豊富にあるため、少なくとも将来的には、 バイオリファイナリーで食用作物由来のバイオマスを使う必要はなくなるでしょう。最終的には、食料と燃料のバランスを確立できるようになります。
将来を見据えると、いつか二酸化炭素を原料として、現在は石油から生産されている化学物質や素材を製造できるようになるでしょう。これを実現するには、高性能な微生物を見つける必要があります。しかし、自然界から分離した微生物では、効率的かつ費用対効果の高い生産は困難です。そこで登場するのが代謝工学です。細胞の代謝性能を高めることができます。
ここ数十年、代謝工学は、医薬品、化学物質、燃料、素材をより効率的に生産するため、遺伝子改変微生物の設計と開発において急速に進歩してきました。システム生物学と合成生物学の進展により、代謝工学の分野は変化しました。ゲノム全体を迅速に解析し、続いて細胞および代謝の特性をシステムレベルで分析することで、代謝工学者は今や膨大なデータとシミュレーションツールを活用できます。これらを用いて、最適な性能を発揮する細胞を設計できます。
合成生物学によって、今では酵素や経路を設計・作製し、天然には存在しない化学物質さえも生み出せます。「システム代謝工学」と呼ばれるこの統合的な代謝工学の手法により、バイオリファイナリーの実用化に向けて、非常に高性能な生体触媒細胞を開発できるようになっています。たとえば、プラスチック、スパンデックス、ポリエステル、ポリ乳酸の製造に使われる非天然の汎用化学品である1,4-ブタンジオールは、 大腸菌のシステム代謝工学によって生産できる可能性があります。つまり、細菌を作り変えて合成繊維を作ることができます。
こうした開発は、化学産業に変革をもたらすでしょう。より持続可能な世界への歩みを後押しします。さらに、発酵、下流工程のバイオプロセス、統合型バイオプロセス合成など、代謝工学の分野で雇用機会が広がるでしょう。
詳しくは、世界経済フォーラムの報告書「Future of Industrial Biorefineries」をご覧ください。 http://www3.weforum.org/docs/WEF_FutureIndustrialBiorefineries_Report_2010.pdf
著者：Sang Yup Lee氏は、韓国科学技術院（KAIST）の特別教授、学部長、所長を務め、現在は世界経済フォーラムの新興技術に関するグローバル・アジェンダ・カウンシルの議長です。
写真：2010年5月21日、ポルト・アレグレの南西300 km（186マイル）にあるパッソ・フンドのOleoplan工場で、化学エンジニアがバイオ燃料の入った試験管を掲げています。ブラジルではバイオ燃料事業が巨大企業にますます支配されるなか、燃料用作物を栽培して収入を増やせる小規模農家もこの分野に加われるよう、事業の拡大を目指しています。REUTERS/Bruno Domingos
