シンセティック・バイオロジーによるサステナブルな材料の開発

シンセティック・バイオロジーが救いの手を差し伸べる?

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「革新的なデザインの力」を真似て、新世代の企業や大学からスピンアウトしたベンチャー企業が、日常生活の素材を再構築しています。



絹でできた飛行機や、化学汚染物質を食べるように設計された微生物など、シンセティック・バイオロジー(合成生物学)の革命は研究室から現実の世界へと進みつつあります。

シンセティック・バイオロジーとは、簡単に言えば、DNAの命令を変更して、細胞が特定の物質を作ったり、汚染物質を浄化するなどの新しい能力を獲得することです。命令セットは合成された人工的なものですが、細胞にとっては自然なものです。細胞自体は変更されませんが、様々な物質を作る役割を与えられます。プロセスの核となるのは、合成DNAと細胞の型/株の2つの要素です。目的の結果を得るためには、この2つを最適に組み合わせることが重要です。

2000年代初頭に行われたヒトゲノムの解析は、この分野にとって大きな転換点となりました。

インペリアル・カレッジ・ロンドンのバイオメディカル・システム・エンジニアリングの教授リチャード・キトニー氏は、「その背景には、効果的かつ迅速、かつ低コストでDNAを正確に配列し、合成DNAを書けるようになったことが挙げられます」と述べています。

代替素材を使ったファッションを展開するスタートアップ企業Bolt Threads社の創業者兼CEOのダン・ウィドマイアー氏によると、現在実を結んでいる革命は、考え方の転換がもたらしたものです。彼は、「大きな進歩は、生物学のメカニズムを観察して理解しようとするのではなく、エンジニアが機械を見るように生物学を扱い、その機能を使って別のことをしようとしたことです」と語ります。

今日、シンセティック・バイオロジーは、材料、燃料、食品を作る全く新しい方法を提供することで、環境問題への取り組みに最も影響を与える可能性があります。例えば、ファッション業界は、世界のGDPの約1〜1.5%を生み出す一方で環境への負荷が大きくなっています。世界銀行によると、製品の焼却や埋め立ての割合が高いこの業界は、世界の二酸化炭素排出量の約10%を占めています。同時に、製造過程で発生する何百万トンものマイクロファイバーが海に流れ込み、食物連鎖に入り込んでいます。

Bolt Threads社は、シンセティック・バイオロジーを用いて持続可能な素材を開発しています。Kering社、lululemon社、adidas社などの企業が独占的なアクセスを確保するために投資してきました。Myloと呼ばれる新素材は、木がリンゴを実らせるのと同じように、キノコを作る菌糸体を、温度、CO2、空気の流れをコントロールすることで生まれた代替レザー製品です。

「完全に循環している物質経済の完璧な例があります。それは、40億年の寿命を持つ地球と生物圏です」とウィドマイアー氏は言います。「生命はあらゆるものをリサイクルする素晴らしいメカニズムを進化させてきました」。彼はその例として、クモの糸を挙げています。クモの糸は天然のスーパーマテリアルで、重量に対して鉄鋼の5倍から10倍の引張強さを持っています(図参照)。

Bolt Threads社は、クモの糸にヒントを得たタンパク質を開発しています。バイオエンジニアリングの技術を応用して、遺伝子を酵母に組み込み、発酵によってタンパク質を大量に生産します。 そうして得られたシルクタンパク質を精製して紡績し、繊維にします。絹に含まれる長い分子鎖は強度の源であり、ファッションをはじめとする様々な分野で活用されています。例えばAirbus社は、クモの糸を合成して飛行機を作り、機体の重量を大幅に減らすことによって、消費燃料が削減できるかどうかを検証しています。



シンセティック・バイオロジー分野において、農業・食品分野もまた、資源の消費量も二酸化炭素排出量も多い分野です。代替タンパク質を扱う新興企業のBeyond Meat社、Impossible Foods社、Better Dairy社は、シンセティック・バイオロジーの技術を用いて、従来の肉や乳製品に比べてわずかな排出量と環境負荷で代替品を生産しています。

また、環境浄化のための微生物を開発している企業もあります。Gingko Bioworks社から独立した廃棄物処理を行うAllonia社は、多くの製品や製造プロセスに含まれ、分解されにくく、健康に悪影響を及ぼす可能性のある化学物質の一種であるパーフルオロアルキル物質やポリフルオロアルキル物質(PFAS)を食べる微生物を開発しています。大手企業では、Bayer社やBASF社などがシンセティック・バイオロジーのベンチャー企業との提携・買収により、化学・農業分野での生産量の維持と環境負荷の低減に取り組んでいます。

 

製造業としての性質と課題

現在、シンセティック・バイオロジーをリードしている市場は、英国、米国、シンガポール、中国ですが、取り組みはグローバルに行われています。Gingko Bioworks社の共同創業者で、1990年代半ばにシンセティック・バイオロジーが始まって以来、この業界に携わってきたトム・ナイト氏は、iGEM(International Genetically Engineered Machine)財団が進歩のための強力なエンジンになっていると言います。彼らが開催するシンセティック・バイオロジー・コンテストには、アフリカから日本、韓国、メキシコまで参加し、毎年何千ものエントリーがあります。この記事の複数のインタビュー対象者は、イノベーションにとって競争が重要であることを強調しました。「シンセティック・バイオロジーの分野で活躍している多くの人々が、このプログラムから生まれています」とナイト氏は言います。また、国連の「持続可能な開発目標(SDGs)」で示されている世界的な課題も、次世代の研究者の注目の的となっています。

現在、シンセティック・バイオロジーの分野で重要な目標となっているのは、材料の信頼性と再現性を高めることです。キトニー教授は、1960年代にノイズや信頼性といった課題に直面していた半導体産業との類似性を指摘します。半導体産業では研究開発により均一化することで、これらの問題は解決されました。キトニー教授によれば、シンセティック・バイオロジーの分野でも、「バイオ・ファウンドリー」が増えれば、同様の効果が期待できると言います。バイオ・ファウンドリーとは、大量に処理できる装置を用いて自動化と標準化を行い、シンセティック・バイオロジー製品の試作、実験、大量生産を可能にする工場のようなものです。

楽観的な見方にもかかわらず、この分野には課題があります。過去の「バイオ」のハイプ・サイクル(新技術に対する社会の関心や普及の度合い)は期待外れでした。例えば、バイオ燃料革命は期待に応えられませんでした(2018年の世界の航空燃料消費量に占める割合はわずか0.1%です)。そこには、ベンチャーキャピタルの非現実的な時間的制約や、石油に対する価格競争力の欠如などの問題があります。シンセティック・バイオロジーのスタートアップ企業にも、このような過剰な投資サイクルが影響を与える可能性がありますが、賞のような見返りがあるからこそ努力ができるとBolt Threads社のウィドマイアー氏は言います。「このような革命が成功すれば、経済全体が一変するでしょう。シリコンバレーを生み出し、世界を変えた半導体産業を見てください」。



エコノミスト・インテリジェンス・ユニット著




本ページは2021年7月にピクテ・アセット・マネジメントが作成した記事をピクテ・ジャパン株式会社が翻訳・編集したものです。



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