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藻類・水圏微生物の機能解明と制御によるバイオエネルギー創成のための基盤技術の創出

研究領域HP

戦略目標

「水生・海洋藻類等による石油代替等のバイオエネルギー創成及びエネルギー生産効率向上のためのゲノム解析技術・機能改変技術等を用いた成長速度制御や代謝経路構築等の基盤技術の創出」

研究総括

松永 是(東京農工大学 学長)

概要

 本研究領域は、藻類・水圏微生物を利用したバイオエネルギー生産のための基盤技術創出を目的とします。藻類・水圏微生物には、高い脂質・糖類蓄積能力や 多様な炭化水素の産生能力、高い増殖能力を持つものがあることに着目し、これらのポテンシャルを活かした、バイオエネルギー創成のための革新的な基盤技術 の創出を目指します。
 具体的には、近年急速に発展したゲノミクス・プロテオミクス・メタボロミクス・細胞解析技術等を含む先端科学も活用し、藻類・水圏微生物の持つバイオエ ネルギーの生産等に有効な生理機能や代謝機構の解明を進めるとともに、それらを制御することによりエネルギー生産効率を向上させるための研究を対象としま す。さらに、バイオエネルギー生産に付随する有用物質生産や水質浄化等に資する多様な技術の創出に関する研究も含みます。
 将来のバイオエネルギー創成につながる革新的技術の実現に向けて、生物系、化学系、工学系などの幅広い分野から新たな発想で挑戦する研究を対象とします。

領域アドバイザー

石倉 正治  (王子製紙株式会社研究開発本部開発研究所 上級研究員 )
井上 勲  (筑波大学生命環境系 教授)
大倉 一郎  (東京工業大学 名誉教授)
大竹 久夫  (大阪大学大学院工学研究科 教授)
大森 正之  (中央大学理工学部 教授)
嵯峨 直恆  (北海道大学大学院水産科学研究院 教授)
竹山 春子  (早稲田大学理工学術院 教授)
田畑 哲之  ((財)かずさDNA研究所  副所長)
民谷 栄一  (大阪大学大学院工学研究科 教授)
横田 明穂  (奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科 教授)
横山 伸也  (鳥取環境大学環境学部 教授)

課題選考に関する総評(平成24年度)

 本研究領域は、水生・海洋藻類等の成長や代謝を制御することにより、バイオ燃料等のエネルギー生産・有用物質生産や水質汚染浄化等に資する多様な技術の創出を目指すという戦略目標のもとに設けられたものです。

 本研究領域では、藻類・水圏微生物の中に高い脂質・糖類蓄積能力や多様な炭化水素の産生能力、高い増殖能力を持つものがあることに着目し、これらのポテンシャルを活かした、バイオエネルギー創成のための革新的な基盤技術の創出を目指しています。その目的を達成するためには、様々な分野の研究者の有機的な協働とともに、新進気鋭の研究者の独創的な発想を活かした挑戦的なテーマによる成果も期待されることから、実施体制としては、CRESTとさきがけの2つのタイプで行っています。

 最後の選考となる今年度は、(1) バイオエネルギー創成のための革新的な基盤技術の創出に資する分野および多様な要素のうち、藻類等の成長制御や代謝機構の特徴を活かした実用化を進める上で必要となる基盤技術や、生体残渣や副生成物などの効果的な活用のための基盤技術の構築に係る分野も必要であること、(2) 民間を含むなど今後の実証展開を念頭に置いたチーム構成などにも配慮し、各分野の研究手法に精通したグループの協働による画期的な基盤技術を実現する提案であること、(3) 海外においても研究が進展しつつあることを十分に踏まえた上で、戦略目標達成のためにより優れた成果を挙げる方策が明確であること、さらには、(4) 現状のサイエンスを進展させ、次のステップにつなげる役割が期待できること、を重視して選考を行いました。

 今年度の本研究領域の公募提案数は19件でした。選考は、研究総括が11名の領域アドバイザーの協力のもとに行いました。まず、書類選考では各提案課題についてその課題内容に近い研究領域を専門とする領域アドバイザー3名ずつが査読し、それらの書面評価を踏まえて多角的な検討を行い、7件の面接選考対象課題を選定しました。次いで、面接選考を行い、最終的に3件の提案を採択しました。

 不採択となった提案の中には、独創性・学術性などの点では採択した提案に匹敵するものの、バイオエネルギー創成のための革新的な基盤技術の創出を目指すという本研究領域の目的との関係がやや明確でないという理由で採択に至らなかった提案も見受けられました。

 本研究領域は今年度をもって研究提案募集を終了しますが、今後の研究推進により、将来のバイオエネルギー創成につながる革新的技術の実現に向けて、生物系、化学系、工学系などの幅広い分野から次への可能性にチャレンジする研究の優れた成果が得られることを期待しています。

 本領域の目的達成のためには、多岐にわたる分野の協働と、多角的なアプローチが求められることから、個々の研究課題を推進するだけでなく、研究領域全体として有機的な連携を進め、CRESTとさきがけの相乗効果を高めるために両者を一体的・統合的に推進する体制で進めます。また、研究の進捗に応じて、相互の研究成果の情報交換を密にし、両推進体制間におけるコラボレーション(研究協力)等も積極的に推進します。さらに、本研究領域が目指す“基盤技術の創出”とその“社会への実装”に向けて、研究成果の発信にも力を入れていきたいと考えています。

平成24年度採択分

形質転換ユーグレナによるバイオ燃料生産基盤技術の開発

研究代表者(所属)
石川 孝博 (島根大生物資源科学部 教授)
概要
微細藻類ユーグレナは、光合成により得た貯蔵多糖パラミロン(β-1,3-グルカン)から、バイオディーゼル燃料としての利用が期待されるワックスエステル(主成分は、ミリスチン酸C14とミリスチルアルコールC14)を大量に生産します。本研究では、ワックスエステル発酵経路とその調節機構の解明および関連有用遺伝子による形質転換技術を用いて、より高い光合成活性を持ちワックスエステル高生産可能な‘スーパーユーグレナ’作出のための基盤技術の確立を目指します。

海洋微生物発酵制御を基盤とした大型藻類の完全資源化基盤技術の開発

研究代表者(所属)
中島田 豊 (広島大学大学院先端物質科学研究科 准教授)
概要
脱化石・原子力資源の世界的要請を背景に、海洋藻類の高効率エネルギー・資源化技術が求められています。そこで本研究では、海洋微生物が持つ耐塩性および海藻糖質代謝機能に着目し、海洋複合メタン生成菌群を活用した高効率メタン発酵技術を中心として、高塩条件下での前処理技術、高付加価値物質や金属の回収技術等を含む、海洋藻類のエネルギー・資源化システム実用化に必要な要素技術の確立を目指します。

合成代謝経路構築によるシアノバクテリアのバイオアルコール生産

研究代表者(所属)
花井 泰三 (九州大学大学院農学研究院 准教授)
概要
本研究は、シアノバクテリア(ラン藻)に大規模な遺伝子組み換え技術を利用して外来遺伝子群を導入し、合成代謝経路(連鎖的な酵素反応)を構築することで、シアノバクテリアが本来生産しない化学物質(イソプロパノール等のバイオアルコール)を連続生産させるための基盤技術を構築することを目的としています。本研究により、火力発電所等の燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を原料として、石油代替燃料および化成品原料として活用できるバイオアルコール生産が可能となり、低炭素循環型社会の実現に貢献することが期待されます。

平成23年度採択分

藻類完全利用のための生物工学技術の集約

研究代表者(所属)
植田 充美 (京都大学大学院農学研究科 教授)
概要
豊富な大型藻類を原料とした「ものづくり」に向け、メタゲノムやセルロース利用微生物のゲノム情報から大 型藻類の細胞壁多糖類などの化合物を分解する各種酵素等を探索し、それらの機能を細胞表層工学の手法により酵母等に集積し、高機能エキスパート細胞触媒を 創製します。この技術を中心として、大型藻類からバイオ燃料だけでなく、燃料電池発電や有用化合物生産をも含む「大型藻類バイオリファイナリー」の実現の ための生物工学技術を集約した基盤技術の創製を目指します。

植物栄養細胞をモデルとした藻類脂質生産系の戦略的構築

研究代表者(所属)
太田 啓之 (東京工業大学バイオ研究基盤支援総合センター 教授)
概要
多くの藻類は、植物のような貯蔵器官を持たず、光合成を行う細胞で貯蔵脂質の合成・蓄積を行います。その ため栄養飢餓などの限られた条件で脂質の高生産が起こります。研究代表者らは最近、植物でも葉のような栄養細胞では、種子と異なり、必須元素であるリンの 飢餓時に顕著な脂質蓄積が起こることを見出しました。本研究では、このような植物葉と藻類の脂質蓄積の共通性を基に、藻類脂質の高生産系を戦略的に構築す ることを目的とします。そのため、有用藻類のゲノムや栄養飢餓応答遺伝子の情報などを網羅した基盤情報の集積とデータベース化を行い、それらを駆使して DHAなど種々の有用脂肪酸類の高生産系を創製し、バイオ燃料や有用物質を藻類で高効率で生産するための基盤技術の創出を目指します。

ラン藻の硝酸同化系変異株を利用した遊離脂肪酸の高効率生産系の構築

研究代表者(所属)
小俣 達男 (名古屋大学大学院生命農学研究科 教授)
概要
本研究では、ラン藻による脂肪酸の大量生産系の構築を目指します。特色の第一は、細胞の増殖を抑制した状 態でCO2から脂肪酸を合成させて細胞外に放出させることにより、肥料コストを大幅削減する点、第二は光エネルギーを最大限に脂肪酸の生産に活用させるこ とで安定な大量生産を可能にする点です。これにより、単位肥料量あたりの生産量を従来の10 倍相当とし、細胞乾燥重量の4 倍以上の脂肪酸生産を実現します。

ハイパーシアノバクテリアの光合成を利用した含窒素化合物生産技術の開発

研究代表者(所属)
久堀 徹 (東京工業大学資源化学研究所 教授)
概要
窒素固定型シアノバクテリアは、大気中の窒素を直接同化し、細胞内でアミノ酸などの含窒素化合物を生合成 します。この過程では、窒素からアンモニアを生成し、これをアミノ酸などの合成に用いています。本研究では、遺伝子組み換えにより高効率でエネルギー同化 する窒素固定型シアノバクテリアを開発し、その窒素代謝系を改変した変異株を作成して、高収率に含窒素化合物を生産する技術開発を行います。さらに、この シアノバクテリアを安定に大規模培養する技術を構築し、光合成による含窒素化合物の工業生産を実現するための基盤技術の開発を行います。

高バイオマス生産に向けた高温・酸性耐性藻類の創出

研究代表者(所属)
宮城島 進也 (情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所新分野創造センター 特任准教授)
概要
紅藻は藻類の大分類群の一つであり、海洋バイオマスの基盤をなしています。研究代表者らは極限環境(高 温・酸性等)に棲む紅藻“シゾン”の100%ゲノム解読に成功し、更に遺伝子破壊・操作系を確立して、独自のモデル藻類解析系を構築しました。本研究では これら藻類と技術を用い、バイオマス生産に必須なCO2同化や糖質・油脂合成の仕組みを明らかにして、有用な遺伝子の同定・導入を行い環境変動下でも高い 生産性を持つ藻類の作出を目指します。

平成22年度採択分

海洋性アーキアの代謝特性の強化と融合によるエネルギー生産

研究代表者(所属)
跡見 晴幸 (京都大学大学院工学研究科 教授)
概要
本研究では真核生物や細菌とは異なる第3の生物界アーキア(古細菌)を構成する微生物に着目します。ま ず、アーキアが水素・メタン・イソプレノイドなどのバイオ燃料関連化合物を合成する機構およびキチン・キシランなどの余剰バイオマスを分解する機構の解明 と強化を目指します。さらに、個々に強化したバイオ燃料合成やバイオマス分解に関わる機能および新たに同定した機能を、ゲノム同士の大規模組換えなどによ り融合し、新しいバイオエネルギー生産能力を示す微生物の創製を目指します。

微細緑藻Botryococcus brauniiの炭化水素生産・分泌機構の解明と制御

研究代表者(所属)
岡田 茂 (東京大学大学院農学生命科学研究科 准教授)
概要
微細緑藻Botryococcus braunii(ボトリオコッカス ブラウニー)は光エネルギーと二酸化炭素を利用して、他の生物に例を見ないほど大量の液状炭化水素を生産し、細胞外へ放出します。この炭化水素は代替石油 としての利用が期待できます。この生物が「なぜ」、「どのように」炭化水素を生産し、細胞外へ放出するのかを、細胞および分子レベルで明らかにし、さらに そのメカニズムをより効率の良いものに改変することにより、微細藻類によるバイオ燃料生産技術の確立を目指します。

微細藻類の倍数化と重イオンビーム照射によるバイオ燃料増産株作出に関する新技術開発

研究代表者(所属)
河野 重行 (東京大学新領域創成科学研究科 教授)
概要
微細藻類を用いたバイオ燃料生産を実用化するためには、自然の微細藻類をそのまま使うのではなく、穀類や 園芸作物と同じように大量生産が可能な株を育種する必要があります。これまで、微細藻類には育種という発想はなく、ゲノムもほとんど解読されていませんで した。本研究では、園芸作物の品種改良で実績のある重イオンビームを微細藻類に照射して、形態に関する定量的データをもとにそれを選抜育種する、微細藻類 に特化した革新的で先端的な、全ゲノム情報を基盤とした育種法の確立を目指します。

海洋ハプト藻類のアルケノン合成経路の解明と基盤技術の開発

研究代表者(所属)
白岩 善博 (筑波大学 生命環境系 教授)
概要
ハプト藻類に属する円石藻は石灰岩や原油・天然ガスの起源生物の1つと考えられており、現在の海洋でも膨 大な二酸化炭素を固定する働きをもつ、光合成を行う植物プランクトンです。本研究では、円石藻によるアルケノンという脂質の合成能を強化するため、遺伝子 や代謝経路の解析・改変技術を駆使してその合成経路を解明し、多種類の中間代謝産物の生産を可能とする技術の開発を行います。そして、海水や海洋を利用す るバイオ燃料や原油の代替となる工業原料の生産を強化するための基盤技術の確立を目指します。

シアノファクトリの開発

研究代表者(所属)
早出 広司 (東京農工大学 大学院工学研究院 教授)
概要
本研究は海洋シアノバクテリアが持つ優れたバイオ燃料関連化合物生産能力に注目し、その生合成を合成生物 学的アプローチにより設計・制御し、さらに、藻体からの当該化合物の回収プロセスまで一貫して設計した「シアノファクトリ」を開発することを目的としま す。シアノファクトリは1)増殖・生産・凝集・溶解が光刺激によって制御できる海洋合成シアノバクテリアホスト、2)バイオ燃料関連化合物を生産するため の遺伝子群、3)海洋合成シアノバクテリアホスト藻体からバイオ燃料関連化合物を回収するためのイオン液体を用いて抽出するプロセスから構成されます。