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バイオマス工学研究プログラム
社会知への貢献 社会知への貢献の指針として次の３点を挙げ、分野横断型の新しい研究フィールドの確立を目指しています。 1 パイプライン化 民間企業 培ってきた技術を有機的に結びつけるアプローチとして、 「 バイオマスエンジ スーパー植物 ニアリング研究のパイプライン化」 を行い、社会ニーズに応えるために必要な研 （光合成能・ 成長性等） 究開発への投資を行います。 分解（糖化） プロセス 分解系確立 （生分解） パイプライン化 ２ 将来が期待される新技術の創出 バイオマス工学 研究機関や大学、企業が生んだイノベーションを、事業化に向けてさらに連携強化 バイオ素材 バイオ燃料 する 「オープン・イノベーション」実践の場としての研究を推進していきます。 ３ 研究・実用化コミュニティーの形成 ゲノム デザイン 研究プログラム 微生物 機能検索 触媒開発 発酵+合成 プロセス バイオマスエンジニアリング研究を実用化に結び付けるためには、若手研究者 の育成が不可欠であり、 コミュニティーの形成が必要です。そのためにも、国際的 バイオマス工学研究プログラム 大学・研究機関 なネットワークでの研究開発を推進するとともに、バイオマスエンジニアリング研 研究・実用化コミュニティーの形成 究の重要性をアピールしていきます。 RIKEN Biomass Engineering Program 若手研究者の育成 国際展開 地球規模の環境問題の解決に資するためには、国際連携で研究を推進することが重要です。バイオマス工学研究プログラムは、 国内の大学及び企業、研究機関との連携に加え、アジア諸国の大学及び研究機関との間で、機関の持つポテンシャルを活かした共 同研究を推進し、得られた成果は国内だけでなく、アジアを含めた世界各地へ展開していきます。 理研が誇る最先端の研究基盤の提供 RIBF SPring-8 理研北京事務所 スーパーコンピュータ「京」 理研BMEP 関係国内大学・研究機関 関係国内企業 中国 南京林業大学 ベトナム 国内外の研究組織を繋ぐハブ機能 互恵精神に基づく研究機能の分担 ライフサイエンス基盤 マレーシア マレーシア科学大学 理研シンガポール事務所 戦略実現のための アジア共通のプラットフォーム形成 ・アジア各国がリソースを出し合った協力 ・アジアの若手研究者の養成、国際的な頭脳 循環の促進 ・アジアの基礎科学力やイノベーションの強化 独立行政法人 理化学研究所 社会知創成事業 バイオマス工学研究プログラム 〒351- 0198 埼玉県和光市広沢2 -1 TEL.048-462 -1481 FAX.048-462 -1220 （社会知創成事業 横断プログラム推進室） TM http://www.riken.jp/bmep/ RIKEN 2013-054 2013.7 古紙パルプ配合率100％再生紙を使用 「消費型社会」 から 「持続型社会」への転換に貢献するバイオマス 組 織 図 地球温暖化が進行する中、温室効果ガス（二酸化炭素） の削減が声高に叫ばれているものの、人口増加も相まっ バイオマス工学研究プログラム て、進まないのが現実です。温室効果ガスの削減に関し <研究計画の策定・アドバイス等、 マネジメント機能> プログラムディレクター て、排出を抑制するだけではなく、発想を変えて資源とし コーディネーター 連携促進コーディネーター て活用する、すなわち“二酸化炭素の資源化”を目指すの が“バイオマスエンジニアリング研究”です。 理化学研究所では、バイオマスエンジニアリング研究を 環境資源科学研究センター バイオマス工学連携部門 <戦略目標達成のための研究を実施> 推進するため2010年4月、バイオマス工学研究プログラム （Biomass Engineering Program :BMEP）を立ち上げました。 セルロース生産研究チーム 合成ゲノミクス研究チーム 酵素研究チーム バイオプラスチック研究チーム 細胞生産研究チーム バイオマス研究基盤チーム バイオマス工学研究プログラムでは、バイオマスプロセ スの抜本的な効率化に向けて、植物の機能強化からバイオ マス利活用までの一貫した課題解決型の基礎研究を進め、 革新的な技術基盤の確立に貢献することを最大の目的とし ています。 この目的達成のため、植物科学、微生物工学、情報科学、 酵素科学及び高分子科学といった異なる分野で活躍する 研究者が一堂に会して研究を推進しています。さらに、企 事業開発室 横断プログラム推進室 業による事業化を常に意識し、研究の早い段階から企業と 産業界のニーズを把握し、 組織的・包括的連携を推進 バイオマス工学研究プログラムを含む 横断型研究を推進 民間企業 大学・研究機関 の情報交換を進め、企業とともに“グリーン・イノベーショ ン”の創出、つまりは社会知の形成を目指します。 プログラムディレクター 篠崎 一雄 ３つの研究戦略 バイオマス工学研究プログラムを推進する連携研究 現在、石油資源に依存した社会から環境負荷の少ない植物や藻類等 のバイオマスを活用した社会への転換が求められています。特にバイオ プラスチックや種々の製品の原料となるバイオマスによるモノマーの生 １ 植物の機能強化による「高生産性・易分解性を備えたスーパー植物」の開発等 ●木質バイオマス増産、易分解性に関わる有用遺伝子の樹木等の有用植物への導入技術確立 ●野外試験場（圃場）における栽培・検証／環境影響評価の実施 産が必要とされています。 私たちは、植物を研究することでバイオマス素材として適した植物の ２ バイオテクノロジーを活用した化学製品原料の効率的な「一気通貫合成技術」の確立 改変を行い、それを利用してバイオプラスチックなどのバイオマテリア ●ゲノム情報に基づく設計により、植物が個体内に物質を蓄積する仕組みを活用、バイオプラスチックの ルの生産のための研究を行っています。 原料を植物に作成させる基礎技術の確立 このために、バイオマス工学研究プログラムでは、国内の研究機関、 ●“植物ー微生物バイオプロセス設計”によるバイオリファイナリーの技術革新の推進 企業との連携研究のみならず、アジア諸国を中心とした諸外国との共同 ●シロアリ腸内微生物によるセルラーゼ分解酵素の探索と機能解明による、木質バイオマス分解効率の向上 研究を進めています。 ●化学製品原料及び燃料等への転換効率を高める新規酵素・触媒等の微生物資源からの探索、改変 環境資源科学研究センター バイオマス工学連携部門 ３ ポリ乳酸に並び立つ「新たなバイオプラスチック」の探求 松井 南 副部門長 ●ポリヒドロキシアルカン酸（PHA） を素材としたバイオポリエステルの高機能、高性能化 ●新たなバイオプラスチック創成に向けた新規合成酵素の開発 ー2ー ー3ー 環境資源科学研究センター バイオマス工学連携部門 研究チームの紹介 セルロース生産 部門長：篠崎 一雄 副部門長：松井 南 酵 素 研究チーム 研究チーム カーボンニュートラルの概念に基づいた持続型社会の確立のため、エネル 高分子合成酵素の構造と機能を総合的に調べ、構造生物学の知見をベー ギー生産・環境再生・食糧増産に役立つ植物の創出と活用に関する研究と教 スに触媒機能を最適化し、有用な高機能酵素を創成することを目的としてい 育を行っています。当チームではとくに、望ましい形質をもつ有用樹木の新 ます。アミド結合を分解するバイオポリマー分解酵素、バイオマス由来のモノ 規創出を目指して、モデル植物や実用植物のオミクス情報をもとに、分子生 マーを有用な高分子物質に重合するバイオポリマー合成酵素の探索・設計等 物学的な解析手法と樹木バイオテクノロジーを用いた研究を行っています。 を進め、高機能バイオプラスチックおよびバイオポリマーの生合成法を開発 することを目指しています。 チームリーダー 出村 拓（理学博士） チームリーダー 沼田 圭司（博士（工学）） [email protected] [email protected] 1995年 東北大学大学院理学研究科生物科学専攻 博士課程修了 2007年 東京工業大学総合理工学研究科 博士課程修了 2000年 理化学研究所植物科学研究センター チームリーダー 2008年 Tufts University 日本学術振興会 海外特別研究員 2009年-現在 奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科 教授 2010年 理化学研究所バイオマス工学研究プログラム 酵素研究チーム 上級研究員 2010年より 現職 （兼任） 2012年より 現職 研究概要 研究概要 1. 有用遺伝子を導入した遺伝子組換え樹木の作製および形 を行います。 1. PHA合成酵素の結晶構造解析および反応機構の解明 を生合成する微生物を育種します。 質評価 3. 樹木バイオテクノロジーの基盤整備のための基礎研究 PHA合成酵素の構造をNMRおよび大型放射光 3. 新規ポリアミドポリマーの酵素重合法の開発 理研で発見、解析されてきた有用植物遺伝子を、実用樹木 いまだ発展途上にある樹木バイオテクノロジーの基盤技術 SPring-8を活用することで解明し、構造と機能との相関を総 機能性タンパク質を模倣した新規ポリアミドポリマーを微 であるポプラやユーカリへ導入し、ストレス耐性・バイオマス増 確立のため、樹木二次壁成分のハイスループット解析技術の 合的に明らかにします。 生物もしくは酵素重合により合成し、新たなバイオポリマー材 産・材の糖化効率上昇等の有用形質を付加した『スーパー樹 確立や樹木遺伝子発現プロモーターの開発、木部形成に関わ 2. 実用物性を有する新規PHAの合成および二酸化炭素を炭 料として実用化を目指します。 木』の作出を目指します。 る重要因子の単離と解析を行います。 素源とするPHA生産システムの開発 4. バイオベース素材としてのポリアミドポリマーの材料設計 2. 遺伝子組換え樹木の隔離圃場での形質評価、国際展開 酵素の改変および微生物の代謝を制御することで、新規 ポリアミドポリマー利用分野として、汎用構造材料に加えて 中国・南京林業大学との連携により、遺伝子組換えポプラ PHAの合成法を開発します。また、新規微生物の探索および 医療用材料、環境再生材料としての応用を目指し、バイオマス の野外隔離圃場試験を行い、形質評価および実用化への検証 代謝工学的な改変により、二酸化炭素から多様な構造のPHA を原料とする生物化学産業の基盤の確立に貢献します。 合成ゲノミクス バイオプラスチック 研究チーム 研究チーム 生物が生産するバイオポリエステル・ポリヒドロキシアルカン酸 （PHA）をターゲットとし、実材料として利用可能な性能・機能を発 現できる高度材料化技術の開発が目的です。さらにPHAに続く新 たなバイオプラスチック素材の創成を目指すとともに、バイオプラ スチック材料の寿命制御技術と分解酵素を用いたケミカルリサイ クル技術を構築します。 年々解読される種々の生物のゲノム配列情報により、生命現象の多 様性を分子レベルで解明することが可能となってきています。 当チームは、ゲノム解読により明らかになった遺伝子及びゲノムの 情報を、社会に貢献するバイオマテリアル生産のために利用します。特 に光合成により光を利用してラン藻・植物に新たな代謝経路を導入す ることで生分解性プラスチック生産を行います。 このために高度な遺 伝子発現制御のために遺伝子素材の収集と開発を行います。 チームリーダー 阿部 英喜（博士（工学）） [email protected] チームリーダー 松井 南（理学博士） 1993年 理化学研究所 高分子化学研究室 研究員補 [email protected] 1996年 博士（工学）取得（東京工業大学） 1986年 京都大学大学院生物物理学専攻 博士課程修了 1996年 理化学研究所 高分子化学研究室 研究員 1995年 理化学研究所国際フロンティア研究プログラム 分子機構研究室 副チームリーダー 2005年 理化学研究所 高分子化学研究室 先任研究員 2006年-2013年 理化学研究所植物科学研究センター 植物ゲノム機能研究グループ 2007年 理化学研究所 化学分析チーム 専任研究員 グループディレクター 2010年より 現職 2010年より 現職 研究概要 研究概要 １．ポリヒドロキシアルカン酸（PHA）の高度材料化技術開発 バイオマスモノマーとなる化合物群の拡張を目指して新規合 成・変換反応／触媒の探索を行うとともに、調製した新規モノ 1. 生分解性をもつバイオプラスチックの光合成による生産 物バイオマスの向上を目指します。 高強度を達成できる成型加工技術の確立、結晶・表面構造 技術の構築 3. 遺伝子素材の収集と開発による高度な遺伝子発現技術の の精密制御による高性能化・高機能化発現技術の開発、ポリ マーを利用したバイオプラスチック素材の創製を実現します。 微生物の生産する生分解性バイオプラスチックであるポリ 開発 マーアロイ化・コンポジット化など複合材料化による性能向上 ３．分解酵素によるバイオプラスチックの高度リサイクル技術 ヒドロキシアルカン酸（PHA）を、ラン藻・植物で生産させるこ 転写因子や、シス配列等の遺伝子発現に必要な素材を収 技術の確立を行います。 の開発 とで、光合成によるバイオプラスチック生産を目指します。 集し開発することで、高度な遺伝子発現制御のための技術開 ２．新規バイオポリマー素材の創成研究 バイオポリエステル加水分解酵素をはじめとする高分子分 2. 植物のバイオマスを向上する化学物質の探索 発を目指します。 アミノ酸など有機酸をモノマーとし連鎖構造を精密に制御し 解酵素の構造と機能を解明し、それらの構造情報に基づいた高 た新規バイオマスポリマー合成技術の開発を行います。また、 性能化分子設計法の構築とスーパー酵素の創製を目指します。 植物の生長、増殖を促進する化学物質を探索することで植 ー4ー ー5ー 研究チームの紹介 細胞生産 成 果 研究チーム セルロース生産研究チーム バイオマス開発から微生物を用いた有用物質の生産まで−この一 貫したバイオプロセスの革新的技術開発を目指して、当チームは バイオプラスチック研究チーム ● 木質細胞形成を植物内で効率的に誘導する系を開発 ● ● NAC転写因子群によって樹木木部形成が制御されることを ● 解明 2012年4月に発足しました。我々は、微生物が利用するに最適な植 ● 二次壁メタボローム、 トランスクリプトームなどを組み合わ ● 組織培養によって植物が器官を再生させる分子機構の一端 物セルロースの評価系の確立と、微生物の代謝反応を最適化するこ ス開発を目指します。 液 晶 相 から結 晶 相 へと温 度に依 存して 相 転 移 する新たな PHA素材を発見 ● pH或いは塩濃度の変化に応答して分解反応を開始する機 ● バイオマス由来アクリル樹脂素材の高分子量合成に成功 せた樹木バイオマスの包括的解析プラットホームを確立 とにより、バイオマスから高効率に目的物質を生産する一連のプロセ PHAの高強度化を達成できる高分子添加物の合成に成功 能性ポリマーの合成に成功 を解明 チームリーダー 近藤 昭彦（工学博士） [email protected] 1988年 京都大学大学院工学研究科化学工学専攻 博士課程終了 1993年 九州工業大学 助教授 2003年-現在 神戸大学工学部 教授 2012年より 現職 （兼任） 研究概要 1. 微生物セルファクトリー設計法の開発 リーを構築します。 微生物の持つ代謝機能を改良・発展させ、それをもとにバ 3. バイオマスの評価 イオマスからさまざまな有用化合物を作り出すセルファクト バイオマス植物の細胞壁の強固で複雑な構造が、効率的 リーの先端的な設計法を開発します。 なバイオマスの分解を阻んでいます。そこで、微生物セルファ 2. セルファクトリーの構築 クトリーにとって利用し易いバイオマスの特徴を先端計測技 微生物に他の微生物や植物由来の遺伝子を導入し、バイオ 術を用いて解析し、評価方法を確立します。 細胞生産研究チーム 合成ゲノミクス研究チーム 新規代謝経路の可能性探索ツールの開発 ● 遺伝子発現制御を可能にする植物転写因子の収集 ● ● ラン藻によるPHA生産系の確立 ● 酵母のメタボローム解析システムの確立 ● ソルガム形質転換法の改良 ● バイオマスのNMR分析による評価方法の確立 マスからさまざまな有用化合物を直接つくりだすセルファクト バイオマス 研究基盤 チーム 植物および微生物の研究リソースとしてゲノム情報や変異体等の基盤整 備、 メタボローム解析手法などに関する研究開発を目的としています。 セルロースバイオマス生産研究のモデル植物として期待されているブラ キポディウム(和名 ミナトカモジグサ)を用いて、植物のバイオマス生産性向 上、生長や環境耐性の向上に関わる有用遺伝子の探索を進めています。ま た、シロアリの腸内共生微生物などを対象に、 メタゲノム解析やシングルセ ルでのゲノム解析を行い、有用微生物や有用遺伝子の探索を行います。 チームリーダー 篠崎 一雄（理学博士） 酵素研究チーム [email protected] ● PHA合成酵素の活性中間体を解明 1977年 名古屋大学大学院理学研究科分子生物学専攻 博士課程修了 ● 主鎖に新しい構造を有する新規PHAの合成に成功 ● プロテアーゼの逆反応による疎水性ポリペプチドの簡易合 ● ペプチドポリマーをゲル、ナノ粒子および遺伝子キャリアへ 1999年 理化学研究所植物科学研究センター センター長、機能開発研究グループ グループ ディレクター 研究概要 データベース等情報基盤 ● 完全長cDNAクローンリソース ● 変異体リソース メタボローム ● トランスクリプトーム ● バイオマスモデル微生物研究 有用微生物の探索と高付加価値化による 微生物基盤の整備 ● 難培養微生物のメダゲノム・シン プルセルゲノム解析 ● 新規有用微生物の探索 有用微生物のゲノム解析と高付 加価値化 ● ー6ー バイ オマス利 活 用に有 用 な 微 生 物の探 索 と 利 用 ● の応用に成功 バイ オマス生 産 性に関 わる 有 用 遺 伝 子の探 索 と 利 用 基本バイオマス研究のモデル植物ブラキ ボディウム研究基盤の整備 ブラキポディウムの完全長cDNAを用いて遺伝子の構造アノ テーションを刷新 ● ブラキポディウムゲノムに重複して存在する糖代謝関連遺伝子 群の発現プロファイルの詳細を解明 ● NMR解析技術などのバイオマス原材料の超構造解析に有効な 計測技術を開発 ● シロアリ腸内微生物の遺伝子解析からセルロース分析系の有 望な酵素を発見 成法を確立 2010年より現職、 バイオマス工学研究プログラム プログラムディレクター （兼務） バイオマスモデルの植物研究 バイオマス研究基盤チーム ● ー7ー