バイオテクノロジーの進歩：植物由来医薬品、タンパク質発酵、より環境に優しい製造
新たな研究により、持続可能なバイオテクノロジーの進展がもたらされている。それは、有毒植物由来の化合物を医薬品として再現する方法、不快な臭気を最大99%除去する二段階発酵法、さらに二酸化炭素排出量を62%削減するハイブリッド製造施設の実証である。
研究者らは、持続可能なバイオテクノロジーにおける進展を報告した。その内容は、2つの有毒植物から医薬品化合物を再現する方法、植物性タンパク質から不快な臭気を除去する二段階発酵法、そしてハイブリッド型バイオ医薬品製造施設が二酸化炭素排出量削減の「最適点」であるという証拠である。
最初の発見は、トリカブトとヒエンソウを対象としたもので、ミシガン州立大学とチェコ科学アカデミーの科学者らによる共同研究から得られ、学術誌Molecular Plantに掲載された。これらの植物は、極めて少量で神経毒性と麻痺を引き起こすが、痛み、マラリア、がん、害虫に対抗することでも知られている。研究者らは今回初めて、これらの植物がジテルペノイドアルカロイド（有毒でありながら有望な化合物群）を生成する生合成経路を特定した。遺伝子設計図をタバコ植物に挿入することで、6つの独自の酵素を発見し、それらがジテルペノイドアルカロイドであるアチシニウム（atisinium）の生成に成功し、複雑な最終形状への折りたたみを助け、窒素源の付加を促進することを確認した。関連化合物であるアコニチンは、約200年前に単離されたにもかかわらず、依然として実験室での合成に成功していない。この発見は、最終的にはこれらの天然物に着想を得た新薬の開発に役立つ可能性がある。
学術誌Foodsに掲載された別の研究では、研究者らが植物性タンパク質から不快な臭気を除去するための二段階発酵法を開発した。この方法は、主要な臭気の95%から99%を除去し、試験したすべてのタンパク質において一段階発酵を大幅に上回る性能を示した。第一段階では有益な細菌であるラクトバチルス・プランタルム（Lactobacillus plantarum）を使用し、第二段階では望ましい香りを発生・調整することで知られる細菌を含む伝統的なヨーグルト培養物を使用した。この方法は、9%大豆、エンドウ、ひよこ豆、緑豆、ソラマメ、米、大麦米、麻の8種類の植物性タンパク質に適用された。アルロースの添加はLactobacillus plantarumの活性を高め、ストロベリープリザーブはヨーグルト細菌を助けたが、ペクチン、キサンタンガム、油などの非発酵性添加物の効果はごくわずかだった。
別途、バイオ医薬品製造施設の環境影響を比較した研究では、ステンレス鋼と使い捨て技術を組み合わせたハイブリッド施設が最も低い二酸化炭素排出量を示すことが判明した。2,000Lスケールの使い捨て方式の運転では、1バッチあたり最大6.5トンのCO2eがプラスチックおよび包装廃棄物として発生する一方、ハイブリッド施設はプラスチック使用量を半分以下に抑え、材料関連の二酸化炭素排出量を62%削減し、1バッチあたり2.8トンのCO2eに低減した。この分析では、マーケットベースの排出量算定データを用いており、使い捨てシステムのCO2排出量は従来考えられていたよりも大幅に高く、一方で主要なステンレス鋼プロセス工程は、使い捨ての同等工程よりも二酸化炭素排出量が低くなり得ることが示された。研究者らは、バッファーや培地の調製などの単純で大量の操作にはステンレス鋼を保持し、バイオリアクターなどの複雑で柔軟な中核プロセスには使い捨て技術を維持することを提案した。