中国は石炭をタンパク質に「変換」する。

世界人口の増加に伴い、食料需要は絶えず上昇しており、それに伴い動物飼料におけるタンパク質の必要量も増加している。特に中国は深刻なタンパク質不足に直面している。

中国は長年にわたり豚肉生産と養殖において世界をリードしてきたにもかかわらず、家畜飼料用の大豆を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を開発することが極めて重要である。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る。

生物学的タンパク質を合成する方法はいくつかある。最も単純な方法は、トウモロコシ酒、蒸留穀物、藁などの食品・農業産業の副産物を、微生物変換によってより高付加価値のタンパク質製品に変換することである。

しかし、これらの副産物の供給量と品質は不安定であり、工業生産を困難にしている。

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メタノールを用いて、化学物質を使ってエネルギーを生成する工業的な発酵プロセスである。

これは、中国科学院（CAS）傘下の天津工業生物技術研究所の呉欣教授率いる科学者たちが研究しているテーマである。

「世界の埋蔵量が約107兆トンに及ぶ石炭は、石炭ガス化によってメタノールに変換できる。メタノールは水とよく混ざり合うため、ガスに比べて発酵効率が高く、特殊な発酵装置も不要となる」と、呉教授は中国科学報に掲載された論文で述べている。

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できる技術を開発した。この研究成果は、査読を経て2023年11月17日に国際学術誌「Biotechnology for Biofuels and Bioproducts」に掲載された。

「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、主に菌株の選定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争できず、大規模生産には至っていません」と、呉教授は論文の中で述べています。

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、湿地帯から2万個以上の酵母サンプルを収集した。これらのサンプルから、ピキア・パストリス酵母株を含む、さまざまな糖類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た。

その後、野生型ピキア・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ち、代謝効率が著しく向上した酵母株を作り出した。この技術は、メタノールをタンパク質に変換するという目標を大きく前進させた。

「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、中国科学院（CAS）のウェブサイトに掲載された報告書は述べている。

高い変換率のおかげで、このタンパク質生産方法は経済的な観点から非常に魅力的である。

呉教授は論文の中で、「耕作地を必要とせず、季節や気候の影響を受けず、従来の発酵方法よりも数千倍効率的です。さらに、微生物のタンパク質含有量は40～85％で、天然植物よりもはるかに高いです」と述べています。

このタンパク質には、あらゆる種類のアミノ酸、ビタミン、無機塩、脂肪、炭水化物も含まれているため、さまざまな用途において、魚粉、大豆、肉、脱脂粉乳の一部を代替することができる。

研究チームは、動物飼料用のメタノールタンパク質を数千トン生産する、産業規模の研究展開を開始した。具体的な提携先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、優れたタンパク源となります。しかしながら、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タンパク質であるKnipBio Mealを製造した。この製品は米国食品医薬品局（FDA）から安全性の承認を受けている。