世界人口の増加は食糧需要の継続的な増加を招き、それに伴い飼料用タンパク質の需要も増加しています。特に中国は深刻なタンパク質不足に直面しています。
中国は長年にわたり豚肉生産と水産養殖で世界をリードしてきたにもかかわらず、飼料用大豆の輸入に大きく依存しており、年間輸入量は約1億トン、依存率は80％を超えている。
したがって、高品質なタンパク質を迅速かつ効率的に生産する方法の開発が不可欠です。そして、最も有望な解決策は合成バイオテクノロジーにあります。
生物学的タンパク質を合成する方法はいくつかあります。最も単純な方法は、トウモロコシの蒸留酒、蒸留穀物、麦わらなどの食品産業や農業産業の副産物を微生物による変換によって、より付加価値の高いタンパク質製品に変換することです。
しかし、これらの副産物の供給と品質は不安定であり、工業生産を困難にしています。
中国の科学者たちは、石炭を動物飼料用のタンパク質に変換する低コストの方法を発見した。（画像：Shutterstock）
もう一つの注目すべきアプローチは、石炭から安価に得られる物質であるメタノールを使用し、化学物質を使ってエネルギーを生成する工業発酵プロセスです。
これは、呉欣教授が率いる中国科学院（CAS）傘下の天津工業バイオテクノロジー研究所の科学者たちが研究していることです。
「世界の埋蔵量が約107兆トンである石炭は、石炭ガス化によってメタノールに変換できます。メタノールは水とよく混ざるため、ガスに比べて発酵効率が高く、特殊な発酵装置を必要としません」と、呉教授は中国科学報に掲載された論文に記しています。
彼のチームは、従来のタンパク質生合成よりも低コストでタンパク質を生産する技術を開発しました。この研究成果は、2023年11月17日に査読付きの国際誌「Biotechnology for Biofuels and Bioproducts」に掲載されました。
「メタノールから細胞タンパク質を合成する研究は1980年代に始まり、主に菌株の選抜と生産プロセスの最適化に焦点が当てられてきました。しかし、コストが高いため、メタノール合成タンパク質製品は大豆タンパク質と競合できず、大規模生産には至っていません」とウー教授は論文で紹介しています。
この問題を解決するため、彼のチームは中国全土のブドウ園、森林、沼地から2万点以上の酵母サンプルを収集しました。これらのサンプルから、ピキア・パストリス酵母株を含む、様々な糖やアルコールを炭素源として効率的に利用できる菌株を特定しました。
その後、野生型のピキア・パストリス株から特定の遺伝子を除去することで、メタノール耐性を持つ酵母株を作製し、代謝効率を大幅に向上させました。この技術により、メタノールをタンパク質に変換するという目標は大きく前進しました。
「研究者らは、改良したピキア・パストリスを用いて、乾燥細胞重量120g/リットル、粗タンパク質含有量67.2%を達成した。また、メタノールからタンパク質への変換効率は理論値の92%に達した」とCASウェブサイトの報告書には記されている。
変換率が高いため、このタンパク質生産方法は経済的観点から非常に魅力的です。
ウー教授は論文の中で次のように述べています。 「耕作地を必要とせず、季節や気候の影響を受けず、従来の発酵方法に比べて数千倍も効率的です。さらに、微生物のタンパク質含有量は40～85%と、天然植物よりもはるかに高い値です。」
このタンパク質には、さまざまなアミノ酸、ビタミン、無機塩、脂肪、炭水化物も含まれており、さまざまな用途で魚粉、大豆、肉、脱脂粉乳の一部を置き換えることができます。
研究チームは産業規模の研究展開を開始しており、動物飼料用のメタノールタンパク質を数千トン生産している。具体的なパートナーは明らかにされていない。
微生物由来のタンパク質は栄養価が高く、大豆タンパク質に含まれるアレルゲンを含まないため、優れたタンパク質源となります。しかし、現在市場に出回っている製品は限られています。
アメリカの企業KnipBioは、遺伝子組み換え株を用いてメタノールから魚粉に匹敵する高品質の飼料用タンパク質「KnipBio Meal」を生産しました。この製品は米国食品医薬品局（FDA）の安全性承認を取得しました。
華宇（出典：SCMP）
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