微生物と微細藻類：バイオテクノロジーが大気汚染とプラスチック廃棄物に挑む
改変微細藻類や細菌などのバイオテクノロジーツールが、汚染物質の捕捉、プラスチック廃棄物の分解、バイオプラスチックの創出のために開発されている。世界のバイオプラスチック生産能力は2029年までに2倍になる見込みで、アジアが55%のシェアでリードしている。
バイオテクノロジーは、汚染とプラスチック廃棄物に対する重要なツールとして浮上している。都市の大気を浄化する微細藻類から、PETプラスチックを分解したり、それをバニラ香料に変換したりする改変細菌まで、さまざまなプロジェクトが進行中である。世界的に、毎年1900万～2300万トンのプラスチック廃棄物が水生生態系に流出しており、世界経済フォーラムは、生産が抑制されなければ、2050年までに海洋には魚よりも多くのプラスチックが含まれる可能性があると警告している。これに対応するため、研究者らは、汚染物質を分解し、廃棄物の流れから資源を回収し、生分解性の代替品を生産するように、目的に合わせて設計されたDNAを持つ微生物を改変している。
都市構想の一つであるLiquid Planetプロジェクトは、微細藻類に基づくバイオテクノロジーを用いて、環境中のCO₂、粒子状物質、有害ガスを捕捉し、酸素を放出する。環境・エネルギー安全保障大臣は、このシステムを「ここ数十年で出現した先進バイオテクノロジー、公衆衛生、都市ビジョンの間の最も重要な融合の一つ」と評し、光合成を新たなグローバル経済システムとして位置づけ、経済的持続可能性とともに大気汚染と気候変動に対処するものである。
合成生物学者らはまた、改変微生物の範囲を、大腸菌や出芽酵母などの実験室の主力生物を超えて拡大している。科学者らは、自然界から汚染物質を分解できる微生物を探し出し、その知識を用いて、より優れた働きをする生物を創り出している。LanzaTechの最高イノベーション責任者によれば、「10年前には不可能と考えられていたことが今や実現可能になっており」、廃棄物を燃料、化学物質、材料に利用する循環型モデルへの移行が可能になっている。しかしながら、この分野は、遺伝子組換え生物を環境中に放出することへの懸念や、政府の資金提供とインセンティブの欠如によって妨げられている。
プラスチック廃棄物管理においては、ミズーリ大学で開発された改変藻類がリモネンを生成し、撥水性を持たせることで、マイクロプラスチックが藻類に付着して凝集体となり、回収可能な固体塊を形成する。エディンバラ大学では、科学者らが大腸菌を改変し、PETの分解によって得られるテレフタル酸を、バニラ風味の主要成分であるバニリンに変換している。神戸大学のチームは、大腸菌を改変して、PETの持続可能な代替品として、グルコースからピリジンジカルボン酸（PDCA）を生産することに成功し、従来報告された濃度の7倍以上を達成した。ノースカロライナ州立大学の研究者らは、海洋微生物を改変し、Vibrio natriegensとIdeonella sakaiensisを用いて、塩水中でPETを分解することに取り組んでいる。ウォータールー大学では、プラスチックをエネルギー源に変える微生物経路や、廃水中のPETを分解する酵素ベースの方法（二酸化炭素とプラスチック廃棄物を同時に代謝する微生物を含む）に関する研究が行われている。
バイオプラスチックの分野では、バイオプラスチックは年間約4億1400万トン生産されるプラスチックのわずか0.5%を占めるにすぎないが、世界の生産能力は2024年の約247万トンから2029年には約573万トンへと2倍になると予想されている。2025年にはアジアが約55%のシェアで支配的であり、ヨーロッパのシェアは2030年までに14%から17.2%に増加する見込みである。専門家らは、アジアのリードは、強力な国家的支援、輸出志向型産業、そしてバイオベース生産、炭素回収・利用、リサイクルにおける強みに起因すると考えている。対照的に、ヨーロッパには割当量やインセンティブなどの市場導入に対する支援がほとんどない。欧州のViSSプロジェクトは、非滅菌発酵プロセスを通じて、家禽および製糖産業の残渣からバイオベースで生分解性のPHBVプラスチックを開発している。スペインではすでに3HV含有量10～15%および20～30%のPHBVペレットが開発されており、2026年6月までにパイロット実証プラントが稼働する可能性がある。