バイオテクノロジー

素材、エネルギー、食品産業のバイオテクノロジー革命

公開日 2024年6月28日

更新日 2026年6月1日

著者

Jonathan Schramm

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医療分野を超えるバイオテクノロジー

Most of the attention in the BioTechnology sector is directed toward medicine and pharmaceuticals. The reasons are rather obvious: Biotechnologies can potentially eradicate rare and chronic diseases, fight aging, and cure cancer and infectious diseases.

医療分野を超えるバイオテクノロジー

バイオテクノロジー分野の注目の大半は医薬品や医療に向けられています。その理由はかなり明白です: バイオテクノロジーは希少疾患や慢性疾患を根絶し、老化と闘い、がんや感染症を治療できる可能性があります。

これは非常に収益性の高い分野で、世界最大手の企業の多くが医薬品セクターに注力しています。

しかし、バイオテクノロジーの応用分野はこれだけではありません。結局のところ、生物圏全体は太陽光と空気を材料、食料、エネルギーに変換できるナノマシン（タンパク質や細胞）の集合体です。化石燃料産業全体も、何百万年にもわたる生物活動で石炭、石油、ガスが生成されたことに基づいています。

したがって、遺伝子や分子レベルまで生命を制御する能力が高まることで、さまざまな産業プロセスがより持続可能なバイオテクノロジー駆動の技術に置き換わる日が近づいています。

食料生産

The first non-medical field where biotechnology is directly applicable is agricultural production. GMO crops are now decades old and are quickly improving to become a lot more sustainable and less controversial.

バイオテクノロジーが直接応用できる最初の非医療分野は農業生産です。GMO作物はすでに数十年の歴史があり、持続可能性が高く、論争も少なくなるよう急速に改良されています。

農業バイオテクノロジーは2023年の79.9億ドルから2028年には119.6億ドルに増加すると推定されています.

直接的な応用例として、病害虫に強い、または干ばつ、熱波、洪水、その他の気候変動に耐性のある新しい作物品種の開発があります。

別の可能性は、植物表面、内部、土壌中の細菌や微生物を変更することです。これにより、化学肥料や農薬の必要性を細菌で代替できる可能性があります。私たちは「エンジニアリングされた植物マイクロバイオーム—細菌で作物を保護する」という記事で、植物マイクロバイオームの変更方法について議論しました。

出典: Energy.gov

この分野では、いくつかのリーダーが浮上しています。特にバイエル（BAYRY）です。同社は医薬品と農業の境界が曖昧な例で、両セグメントで活動しています。

私たちはこのトピックとバイエルについて、記事「AIと遺伝子工学で農業を前進させる—栽培の未来」および「ミニクロモソーム技術—作物収量の持続可能な成長への最善の方法？」で議論しました。

代替食品

Gene editing can also be used to create new types of food. For example, entirely new crops created from weeds can be an option.Meat substitutes that feel and taste like meat, while having a better health profile, could also be created by changing the genome of mushrooms.

遺伝子編集は新しいタイプの食料を作ることにも利用できます。例えば、雑草から作られた全く新しい作物が選択肢となり得ます。

肉のような食感と味わいを持ち、健康面でも優れた肉代替品は、キノコのゲノムを変更することで作成できる可能性があります.

バイオ燃料とエネルギー

If plants were the original source of fossil fuels millions of years ago, could freshly grown biomass power us in the future?

もし植物が何百万年も前の化石燃料の元であったなら、将来的に新たに育てたバイオマスでエネルギー供給が可能になるでしょうか？

This is the promise of biofuels. The first two generations of biofuels only used products from traditional farming (1^st generation using food products like corn, the 2^nd generation agricultural waste).

しかし、第3世代バイオ燃料は、食料生産や淡水供給への圧力を回避しつつ、カスタム微生物を用いて燃料を直接、より効率的に生成しようとしています。

バイオ燃料は主にエタノールですが、長鎖脂肪酸（油に類似）、バイオガス、水素、アンモニアなど様々な分子も含まれます。

一つの選択肢は藻類を利用することで、海や海水を用いた砂漠でも育成可能です。この可能性は「藻類バイオ燃料：次のエネルギー革命？」で検討しました。

出典: Exxon

別の選択肢は、酵母などの既知の微生物を光合成機械に変えることで、これは「光合酵母はバイオ燃料へのアプローチを変えるかもしれない」で調査しました。

最後に、バイオテクノロジーとナノテクノロジーの融合で第4世代バイオ燃料が創出できる可能性があります。これはしばしば「光生物学的太陽燃料」とも呼ばれます。これにより、全生物体を必要とせず、ナノテクノロジーで大規模に生物光合成を再現できます。

気候変動

While biofuels could be a serious contributor to fight global warming and reduce fossil fuel usage, this is not the only way biotechnologies could help.

バイオ燃料は地球温暖化対策や化石燃料使用削減に大きく貢献できる可能性がありますが、バイオテクノロジーが貢献できる方法はそれだけではありません。

「地球温暖化ソリューションに取り組むバイオテック株への投資」で、いくつかの他の可能性について議論しました:

炭素回収、遺伝子組み換え樹木、バイオ炭（炭と土壌に炭素を閉じ込める）、昆布海藻農場、鉄で海洋の微細藻類を肥料化、等。
農業における温室効果ガス排出の削減。
バイオリアクターで香料、スパイス、医薬品などの高付加価値化合物を生産し、植物や動物を収穫する必要をなくす。
垂直農法や室内農業で土地と水資源への圧力を軽減する。

出典: Medium

材料と産業用品

木材

One of the most ancient biomaterials, wood, is still an important material in today’s modern economies. Timber and forestry is a massive industry worth $1.16T in 2024.

最も古いバイオマテリアルの一つである木材は、現在の近代経済でも重要な素材です。木材と林業は2024年に1.16兆ドル規模の巨大産業です。

成長が遅く世代間の時間が長いため、樹木は長らく遺伝子工学プログラムから除外されてきました。

遺伝子改良により木材生産と炭素捕捉が向上する可能性があります。

また、樹木を利用して医薬品から化学品まで新たな有価化合物を生産する「樹木農業」の新形態も創出できるでしょう。

出典: Modern Agriculture

これらの概念は、生態系理解の進展と統合され、アグロフォレストリー、フードフォレスト、最適化された多種林業などが生産性と生態的利益の両方を高めると考えられます。

最後に、木材は予想以上に強力な素材になる可能性があります。研究者はアルカリ条件、高温、バイオポリマーが木材を「強度が鋼と同等で、剛性がコンクリートの23倍の増強木」に変えることを発見しています。

バイオプラスチックとバイオケミカル

A large part of fossil fuel consumption, as well as a major pollution source, is dedicated to the production of plastic, which might reach 20% of oil and gas consumption in 2050.

化石燃料消費の大部分と主要な汚染源はプラスチック生産に費やされており、これは2050年には石油とガス消費の20％に達する可能性があります。

これは重要な問題で、マイクロプラスチックが私たちの体内私たちの体や雨水中でも遍在しつつあることが分かってきました。

化石燃料由来のプラスチックをバイオプラスチックに置き換えるのは困難で、多くの化学工学が必要です。しかし、これは可能であり、環境を取り返しのつかないほど汚染せずにプラスチックを使用し続けるためには必要でしょう。

この分野の技術的課題と最新のイノベーションについては「環境に優しいプラスチック代替品：持続可能性への鍵—生分解性プラスチックは解決策か？」で議論しています。また、同分野の主要企業は「トップ5バイオプラスチック企業」に掲載されています。

バイオベースの代替品は他の分野でも見つかっています。例えば、接着剤では、有毒なホルムアルデヒドをリグニンで置き換えることができる。あるいは、ヘンプ（精神活性のない大麻）製パネルは建物の断熱に使用できる。

繊維

Researchers have managed to engineer silkworms able to produce at scale spider silk, a fiber 6x tougher than the Kevlar used in bulletproof vests. It could be used in aerospace and military applications, as well as surgical sutures. Spider silk could even be used for robotic muscles.

研究者はスケールでクモの糸を生産できるシルクワームを遺伝子工学で作成、これは防弾ベストに使用されるケブラーの6倍の強度を持つ繊維です。航空宇宙や軍事用途、外科用縫合糸にも利用可能です。クモの糸はロボット用筋肉としても使用できる。

汚染除去と環境

プラスチック分解菌

Plastic pollution can also be solved in another way. Carbios, a French startup has identified a bacteria with a modified enzyme digesting plastic.

プラスチック汚染は別の方法でも解決できます。フランスのスタートアップCarbiosは、プラスチックを分解する改変酵素を持つ細菌を特定しました。

別の企業であるEpoch Biodesignは、洗剤、塗料、農薬、プラスチックなどを分解できるタンパク質を作製しています。

さらには植物や菌類もプラスチック分解に寄与でき、汚染除去の解決策に加わります。

シェールオイル廃水の浄化

More recently, a new application of emerging biotech fields initially developed for human health appeared.

最近では、当初は人間の健康のために開発された新興バイオテック分野の新たな応用が現れました。

バクテリオファージを使用することで、研究者はシェールオイル生産の廃水処理による汚染を削減することに成功しました。この仕組みについては「バクテリオファージはフラッキングによる被害を軽減できるか—論争の多い手法」で詳しく議論しました。

絶滅種の復活

Plastic pollution or climate change is not the only negative impact of human activities. Many species are either in danger of extinction or were exterminated centuries or millennia ago.

プラスチック汚染や気候変動は人類活動の唯一の負の影響ではありません。多くの種が絶滅の危機に瀕しているか、何世紀も何千年も前に絶滅しました。

「バイオテックの進歩で保全活動が強化—白サイが最新の恩恵を受ける」では、人工繁殖と遺伝子工学の最新の進展が白サイなどの絶滅危惧種を救い、さらにはマンモスのような種を復活させる可能性について検討しました。

出典: Colossal

DNAデータストレージ

A new unexpected segment for biotechnology might be data storage, a field that has been reserved for semiconductors until now. However, DNA is actually an extraordinarily dense medium for information, with DNA information density being 1.47 terabit/mm2 or 950 terabit/in2, or more than 800 times the density of HDDs.

バイオテクノロジーの新たな予想外の領域として、これまで半導体が独占してきたデータストレージがあります。しかし、DNAは情報の極めて高密度な媒体で、情報密度は1.47テラビット/mm2、または950テラビット/in2で、ハードディスクの800倍以上の密度です。

また、長期間安定して保存でき、費用のかかる汚染性の材料を必要としないという独自の利点があります。保存にはエネルギーも不要です。

合成DNAのコスト低減と精度向上により、高品質なDNAストレージが可能になりました。

課題は材料の読み取りで、半導体基板上のデータに比べてはるかに複雑です。そのため、DNAストレージは当面、アーカイブデータや頻繁に参照されないデータに限定される可能性が高いです。

DNAデータストレージアライアンスは最近設立され、DNA合成会社Twist Biosciences、ゲノムシーケンサー会社Illumina、データストレージ会社Western Digital、Microsoft (MSFT ) 、Lenovo、そしてその他多数が含まれます。