176 蛋白質技術開発例）反応収率 10g/ml ○生産効率増加 ○機能向上 ●産業用蛋白質例）抗体・蛋白医薬品 10mg∼10g/l ○生産量増加 ○コスト低減 CHO細胞抗体製造コスト蛋白医薬品 EPO 抗体医薬品グリベック ○抗体医薬・蛋白医薬の数の増加 ●医薬品用途蛋白質 ○プロセスの改良アクリルアミドの製法転換 5年アクリルアミド 10年 ○プロセス開発の時間短縮グルコース・エタノール・異性化糖食品（グルタミン酸Na・クエン酸・乳酸）・食品添加物（リジン）高機能食品（エリスリトール・トレハロース）・食品添加物（キサンタンガム）・医薬品関連（ビタミンC）・ポリマー原料（アクリルアミド）医薬品関連（ニコチン酸アミド・抗生物質原料）香料関連（ブラシル酸） ○市場転換バイオプロセス円（日本）率 (現化学プロセス２６兆円) ●バイオプロセスによる化学品生産現状進化分子工学から生み出される汎用化学品・機能性化学品酵素設計から生み出される機能性化学品低温耐性・反応性向上ワクチンコスト1/10（動物）蛋白医薬品 EPO 抗体医薬品反応速度向上・反応時間短縮・反応の高濃度化、有機溶媒耐性食品添加物（スレオニン）ポリマー原料（1.3プロパンジオール・コハク酸）工業用途（酒石酸（医療原料他多数用途有り）他の有機酸香料関連（ブラシル酸）タイムスケール組織特異的発現・発現ユニットの最適化遺伝子導入技術︶ 2. 有用蛋白質の機能性向上と創出閉鎖型植物工場システムによる物質生産系の開発無細胞発現系進化分子工学蛋白質シミュレーション技術代謝シミュレーション技術の開発代謝酵素の網羅的解析技術の開発と解析トランスクリプトームプロテオーム代表的産業用宿主微生物の代謝全貌の理解蓄積蛋白質の有効性を高める組換え品種の開発（蓄積蛋白質の消化、吸収促進技術の開発）特殊環境下でのみ栽培可能な組換え品種（安全性確保）の開発環境条件の最適コントロールによる省エネ型環境制御システム、廃棄物の排出量の少ない循環型水耕栽培システム特殊条件下での反応により生み出される汎用石化品目的にあった改変酵素・微生物の設計ﾀｰｹﾞｯﾄ特定後パイロットまで１年（微生物）トランスジェニック動物による物質生産の実用化レベル到達例）反応収率 30∼100g/ml 蛋白質医薬品 50g/l 蛋白質医薬コスト 1/10（動物）、1/100（微生物）、1/1000（植物）代謝関連遺伝子の改変による代謝最適化検討技術の確立閉鎖型植物工場による有用物質生産の汎用レベルへ到達実用作物の効率的形質転換技術物質生産に特化した組換え植物開発技術の確立ヒト型糖鎖を持つタンパク質を生産する産業用宿主（植物・微生物）の実用化各種の異種蛋白質を生産できる産業用汎用宿主生物（微生物・植物）の創出異種蛋白質生産に最適な輸送・分泌・成熟化機構を有する産業用宿主微生物の実用化レベルに到達蛋白質の生産効率が大幅に向上した産業用宿主微生物の実用化に成功 2025 バイオプロセス４兆円（日本）（転換率１５％）バイオリファイナリーによる生産物質の拡大（脂肪酸、高級アルコール）抗体医薬コスト 1/10（動物）、1/100（微生物）、1/1000（植物）抗体 50g/l 2020 代謝工学からうみだされる有用二次代謝物質（新規抗生物質）新規機能蛋白質・最適構造有用蛋白質の生産組換え植物の目的蛋白質の含有量を向上させる栽培条件(光、温度、肥料組成）オンライン分析と知識工学を利用した閉鎖系栽培システムのコントロール安全性工学に基づいた組換え体のリスク管理とコンタミの防止メタボローム（CE-MS、 FT-MSなど）解析技術の進化とデータの蓄積 3）既存システムの高機能化・高効率化技術既存の野菜工場 3)既存システムの高機能化・高効率化技術効率的な遺伝子の導入技術発現量の増強技術信頼性の高い遺伝子導入法の開発植物型糖鎖構造の除去技術・相同性組換えによるノックアウト技術・サイレンシング誘導技術・PTGS(see：植物ウイルスベクター開発）異種生物の代謝系遺伝子(群)の導入発現技術ヒト型糖鎖合成酵素遺伝子導入宿主の開発（植物・微生物）新規ウイルスベクター、遺伝子導入試薬、精子ベクター・細胞内および器官別蛋白質輸送技術・植物組織の特定部位で遺伝子を高発現させる技術 2）遺伝子導入および遺伝子改変技術宿主糖鎖合成酵素遺伝子の改変糖鎖合成酵素遺伝子ライブラリーの拡充・構築リン酸化等、ヒト型修飾酵素遺伝子の導入宿主の開発蛋白異質修飾遺伝子ライブラリーの拡充・構築宿主シャペロン等必要因子の発現の最適化ヒト型シャペロン等の導入宿主の開発品質管理機構の最適化目的用途に応じたデザイン宿主での蓄積技術効率的リフォールディング・アッセンブリ技術異種蛋白質生産に必要な輸送・分泌・成熟化機構の解明蛋白質の生産に特化した微生物細胞の開発転写・翻訳・分泌装置の最適化・高機能化技術発現量の増強技術【タ1-(3)-1-2】染色体操作技術 ES細胞、体細胞クローン技術 2015 遺伝子改変から生み出される汎用品（汎用石化・生分解性プラスチック） 2010 グリーンバイオ分野のロードマップ【トランスジェニック動物作製技術（胚操作技術、マイクロインジェクション、遺伝子導入技術、発現ベクター開発） b)大量生産に適化した組換え宿主の開発・産業用共通宿主・トランスジェニック動物 1. 有用蛋白質の大量生産 1）新規生産システムの開発 a）ヒト型蛋白質蓄積に適化した組換え宿主の開発技術開発による産業への効果分類１．生物機能を利用した物質生産︵新規機能蛋白質・最適構造有用蛋白質の生産代謝関連遺伝子の改変による代謝最適化検討閉鎖型植物工場による有用物質生産実用作物の効率的形質転換技術物質生産に特化した組換え植物開発技術ヒト型糖鎖を持つタンパク質を生産する産業用宿主（植物・微生物）各種の異種蛋白質を生産できる産業用汎用宿主生物（微生物・植物）蛋白質の生産効率が大幅に向上した産業用宿主微生物トランスジェニック動物による物質生産実現化される技術的・社会的ニーズ技術開発化学品生産︵︶ 177 2）バイオプロセス開発の効率化 2. バイオプロセス生産効率向上 1）反応触媒の機能向上 a. 次世代酵素工学技術 3）原料の多様化 a. バイオリファイナリーと国内での原材料確保 2）反応系の拡大 a. 特殊条件で用いる酵素反応系の構築 b. 新規有用物質生合成系の探索 2010 難培養微生物の応用利用 2015 タイムスケール人工酵素酵素代謝酵素特性の改変技術様々なgenetic switchの作製 genetic switchの集積化高度染色体加工のための遺伝子工学技術開発（既存微生物の改良）ゲノムレベルのDNA合成技術の開発（Synthetic genomics）精製工程の効率化、使用熱エネルギーの減量化、精製廃液の減量化次世代培養工学・効率的な培養プロセス構築代謝を扱ったモデリング・シミュレーション技術の開発高効率で広範囲な代謝産物分析技術の開発人工進化技術の開発人工進化による特殊条件耐性酵素創出技術の開発精密な遺伝子発現制御技術の開発生物システムの人工構築機能既知遺伝子のみで構成される染色体を持つ微生物の作製新機能・有用微生物の創出統合的な代謝分析技術人工酵素生体触媒のデザインと創出国内新資源、国内バイオマスの開発バイオマス由来有用基幹物質を出発原料にした様々な物質生産方法の確立様々なパラメーターを持つ酵素ライブラリーの構築（メタゲノムも利用する）必要な酵素活性をもつ蛋白質をデザインする技術の開発二次代謝系遺伝子群のデータベース化ターゲットオリエントリバースケミカルジェネティクス（主に植物を生産基盤とする）メタンハイドレートの活用（メタンあるいはメタノール資化性菌による物質生産）リグニンの有効利用（リグニン→ポリマー原料等） 2020 2025 実現化される技術的・社会的ニーズバイオマスからの化学品生産（バイオリファイナリー）創出技術の実用化 *有機溶媒中など特殊条件*で反応可能な酵素・複合酵素反応系の構築技術の実用化汎用的な二次代謝系の人工構築技術による新規有用化合物合成系の創出バイオプロセス開発の効率化の実用化化学合成プロセス開発の効率に匹敵するバイオプロセス開発の効率化（開発時間の短縮）スーパー酵素によるより効率的な物質生産バイオマスからの化学品生産（バイオリファイナリー）特殊条件で反応可能な酵素・複合酵素反応系の構築二次代謝系の人工構築技術による新規有用化合物合成系の創出微生物・植物か微生物・植物からの新規有用物質・酵素らの新規有用物質・酵素の発の発見技術の普遍化見スーパー酵素によるより効率的な物質生産の完成微生物・植物（培養細胞を含む）由来代謝産物の網羅的分析・データの公開・公的利用 2015 特殊条件耐性酵素の設計技術開発国内バイオマスからの糖質回収とその活用（古米、杉、稲藁、食品加工残滓）バイオマスの特性に応じた有用基幹物質の精製分離技術開発特殊条件耐性機構の解明特殊条件で用いることのできる酵素・微生物のスクリーニング特殊条件で用いることのできる宿主・ベクター系の開発微生物ならびに植物代謝産物のメタボローム二次代謝系を効率的に扱える宿主ベクター系の整備コンビナトリアルバイオケミストリー（主に微生物を生産宿主とする）メタゲノム配列の決定有用微生物・有用植物のゲノム配列決定高感度分析手法の開発（LC-MASS、LC-NMR、CE-MASSなどの改良や新分析技術の開発）次世代型培養技術の確立（微小培養装置、オンラインセンサー等）メタゲノム配列から構築されたゲノム情報の蓄積難培養微生物の単離・培養方法確立利用しやすい国内微生物ライブラリーの構築・利用促進現状（2005） 1. バイオプロセス製品の多様化 1)有機合成では作成困難な骨格の創成 a. 新規有用微生物探索・新規代謝産物の探索分類 178 バイオマスエタノール生産（実証試験）（海外からの導入）効率的生産微生物および酵素（遺伝子）のスクリーニング国内外におけるバイオマスの低コスト集荷・輸送システムの検討 2010 2015 システムの確立亜硝酸処理対応型の維持に必要な因子の選出・検討微小動物が捕食する微生物を利用した有機物分解の検討、さらに室内連続系での捕食効果の評価および微生物群集の解析リアクターシステムの開発グラニュール化や保持担体等の選出による高濃度菌体維持の検討、および連続系での保持法の有効性確認バイオアッセイ用組換え体のキット化に向けた検討遺伝子操作可能な宿主候補の選出、および調節遺伝子を取得した親株および他の宿主での発現の検討測定対象汚染物質変換能調節遺伝子下を有する微生物からの調流へのレポー節遺伝子の取得、および対ターの挿入象となる微生物で有効に働くレポーターの探索・評価キット化および環境サンプルでの有効性の実証スケールアップと実処理系への適用 ※「物質生産における省エネ等の環境負荷低減」及び「廃棄物・有害物質の削減」の部分は、「生物機能を利用した物質生産」における技術開発の成果として位置付けられる。各種バイオアッセイ（水銀・変異原性物質、ダイオキシン）ａ．新規バイオアッセイ法の開発１）環境汚染物質の簡易・迅速計測法実処理系での捕食による汚泥減容量効果の評価室内連続系での再現実験(種菌の使用、リアクター形状の決定）選出された回収・処理技術の実証室内規模での回収・処理技術評価・選出、金属耐性および金属代謝機構の解明さらに金属結合タンパク質を根表層にもつ組換え植物の開発金属高集積植物のスクリーニング変換能を有する微生物の探索・集積さらに変換能に関与する遺伝子群の特定・解析 2025 高分解能植物の圃場での有効性の確認生物機能利用による有害規制物質の検出システムの実用化生物機能利用による高効率用排水処理システムの実用化生物機能利用による有害物質汚染に対する効率的分解・除去・変換・蓄積システムの実用化組換え体の開放系での検出法、安全性評価の実施・検討分解遺伝子群の取得・解析／対象植物への遺伝子操作ならびに高分解植物の育種病原菌・日和見感染菌の検出法、安全性評価手法提示、さらに非遺伝子組換え菌の開放系での安全性評価の実施・検討、データベース化３．簡便で安価な高感度汚染物質の検出方法（土壌、大気、水）微小動物（原生動物など）による微生物の捕食の存在ｂ．改良型低汚泥発生処理システムの開発付着担体（利用例）ａ．改良型高機能処理システムの開発１）易分解性有機物の処理（嫌気および好気）２．用排水処理技術の高度化重金属耐性遺伝子（研究例）ａ．安価で処理できる新規生物処理システムの開発２）有害重金属の除去 2020 食品廃棄物（生ごみ）・汚泥等の利用による効率的水素・メタンの生産システムの確立メタン発酵によるエネルギー供給量（石油換算）70万kL ・多様なバイオマス資源からエタノールを生産する技術の開発分解遺伝子群の取得・解析と対象宿主への遺伝子操作技術確立、高分解能細菌の育種および室内での有効性確認、汚染現場環境下での有効性確認新規分解植物の探索、分解遺伝子の特定 2025 ・木質系廃棄物・農作物利用による効率的エタノール等の生産システムの確立：木質変換効率 50％以上エタノール生産発酵生産割合世界レベル農作物（実施）変換効率100％建築廃材（試験）変換効率 50% 2020 高性能生産微生物・植物の創出高効率水素・メタン発酵生産システムの開発ａ．安価で短期間で処理できる新規微生物処理システムの開発新規分解菌の探索・集積、分解遺伝子の特定および新規分解菌の単離、さらにゲノム解 TCE分解菌析（実用化段階）１）難分解性有機物の処理１．低濃度汚染に対する安価な浄化技術 2005(現状）３．生物機能を利用した環境への負荷低減ａ．バイオマス資源の低コスト集荷・輸送システム高効率嫌気・好気ニ段発酵技術開発複合微生物系のモニタリング・コントロール技術 1）バイオマス資源・再生可能資源の確保システムの確立２．バイオマスの確保システム｢インフラ整備｣試験プラント稼動中（技術導入）ｂ．効率的水素およびメタン生産システムの開発目的有用植物品種（株）の改良水素反応速度向上・メタン精製純度向上微生物の育種改良大量の苗生産技術の確立目的有用植物の創出高性能生産微生物・植物の創出効率的糖化およびエタノール発酵植物の創出（遺伝子導入・改変）効率的エタノール生産システムの開発高セルロース植物開発完成 2015 目的有用植物品種（株）のスクリーニング目的有用微細藻類のスクリーニングスクリーニング手法の確立（自然条件での生育、エタノール発酵能）微生物の育種改良効率的糖化およびエタノール発酵微生物、酵素（遺伝子）の創出（遺伝子導入・改変）ａ．水素およびメタン生産のための有用微生物・酵素（遺伝子）のスクリーニングメタン発酵によるエネルギー供給量（石油換算）18万kl 原料の拡大・生産性の向上・コスト削減 2010 効率的糖化およびエタノール発酵微生物、酵素（遺伝子）のスクリーニング（セルロース、デンプン、ヘミセルロース）２）メタンおよび水素生産のための効率的バイオプロセスの確立ｂ．木材の改質高セルロース植物開発中ｃ．効率的エタノール生産システムの開発エタノール生産発酵生産割合 33％（世界：93％）農作物（実施）変換効率60％建築廃材（試験）変換効率ａ．エタノール生産のための有用微生物・酵素（遺伝子）のスクリーニング１）エタノール生産のための効率的バイオプロセスの確立１．バイオマスを利用した競争力のあるエネルギー生産システムの確立現状２．生物機能を利用したエネルギー生産 179 ４．共通基盤技術 8,500円/株程度個別管理（NITEの2.7 万株など）２）リスク評価技術の確立ｂ．生態系影響の定量的評価技術・低コストな安全性評価技術・拡散防止技術２．生物機能利用の安全性確保に関する技術１）生態系等への影響回避技術ａ．遺伝子拡散防止技術・遺伝子伝搬に関する基礎研究の進展ｂ．複数データベースに搭載された情報や検索法の標準化複数のデータベースが独立して存在２）効果的な遺伝資源情報利用のためのデータａ．産業的に有用な微生物・遺伝資源情報の整備・メタゲノムからの酵素遺伝子ライブラリー構築・保存・酵素パラメーター（基質特異性、反応温度など）情報の収集・蓄積ｃ．酵素遺伝子ライブラリーの構築・クローン化ゲノム断片も含めたライブラリーの構築・保存新規分類法の確立 3万株を移転酵素機能のＩＤ番号の設計産業的に有用な微生物・遺伝資源情報の蓄積生物情報・遺伝情報への具体的情報付加ゲノム配列決定の迅速化網羅的なトレーサ(代謝経路)実験情報の蓄積パラメーター収集・蓄積メタゲノムライブラリー構築・保存酵素クローンの選択・登録・保存基礎データ取得実技用術作実物証での安全評価基準の設定客観的、科学的根拠に基づく、統一的評価システムの確立・生殖細胞層から組換え遺伝子を除去する技術のモデル植物での確立ターミネータ（組換え体発芽阻止）技術のモデル植物での確立不稔化技術のモデル植物での確立有用生物における不稔株の樹立安全性の確立効率的データベース利用システムの構築日本語化のためのインターフェイス標準化作業 DBの充実、DB間のリンク形成、インターフェイスの共通化・高度 5万株を移転 2020 酵素情報、クローンの高度利用代表的微生物のゲノム・ライブラリー構築・保存微生物多様性に富んだ諸国との包括的覚書（MOU)、MTA締結 1.6万株を移転株数の増強、ライブラリーの質的向上株数の増強：１０万株 2015 分譲価格の低減化（最終的には２０００円程度）常温保存、ロボット化技術等の開発ゲノム情報の再検討共通管理システムの構築（７万株）株数の増強：３万株 2010 二次代謝系遺伝子群のデータベース化現状ｂ．アクセス環境の整備による微生物等国外遺伝アジア3ヶ国資源の収集（4,000株）・ライブラリーの維持・提供の低コスト化・種概念と迅速同定技術の開発 −微生物のゲノムに基づく分類・ライブラリーの統一化または統一的な利用システムの構築１．生物遺伝資源の活用に関する技術１）有用微生物・細胞等の確保・保存・提供ａ．微生物ライブラリーの構築物質生産に重要な反応を触媒するための微生物・遺伝資源（特殊環境・難培養微生物、病原性微生物、腸内微生物を含む）有用微生物情報の超高度利用 2025