Last Updated on 2025-05-31 20:35 by admin
ブラジルのエネルギー・材料研究センター（CNPEM）の研究チームが、サトウキビ廃棄物から新酵素「CelOCE」を発見し、2025年2月12日にCNPEMが発表、Nature誌に掲載された。
この酵素は植物のセルロース分解を促進し、グルコース放出量を最大21%増加させる。CelOCEは115個のアミノ酸で構成され、従来のモノオキシゲナーゼと異なり自己完結型の触媒として機能する。
研究責任者のマリオ・ムラカミ氏によると、現在のセルロース系バイオ燃料生産効率は60-70%、理想条件で80%だが、CelOCEにより大幅な向上が期待される。ブラジルは世界で唯一セルロース系バイオ燃料の商業生産を行う2つのバイオリファイナリーを運営している。2023年のブラジルのエタノール生産量は430億リットルで、CelOCEは車両用エタノールに加え航空バイオ燃料の生産効率向上も可能とする。特許取得済みで、1-4年以内の産業利用開始を予定している。
From: 
From Trash to Power: New Enzyme Discovery Could Supercharge Global Biofuel Production
【編集部解説】
今回発見されたCelOCEは、従来のセルロース分解酵素とは根本的に異なるメカニズムを持つ画期的な発見です。これまでバイオ燃料業界では、モノオキシゲナーゼという酵素が主流でしたが、この酵素は外部から過酸化物を供給する必要があり、産業規模での制御が困難でした。
CelOCEの最大の特徴は、自己完結型の触媒システムにあります。二量体構造により、一方がセルロースに結合している間に、もう一方が独自に過酸化物を生成する仕組みを持っています。この自給自足システムにより、工場での過酸化物管理という技術的課題が解決されます。
この技術が与える影響は多岐にわたります。まず、既存のバイオリファイナリーへの即座の導入が可能な点が重要です。通常、実験室レベルの発見が産業応用まで10-15年かかるところ、CelOCEは既にパイロット規模での実証を完了しており、1-4年以内の実用化が予定されています。
経済的インパクトも大きく、ブラジルだけで年間430億リットルのエタノール生産量に対し、数十億リットル規模の増産が見込まれます。これは新たな農地拡大なしに実現できるため、食料生産との競合問題も回避できます。
ただし、潜在的なリスクも考慮すべきです。酵素の大量生産コストや、既存設備への統合時の技術的課題、さらには特許権の集中による市場独占の可能性があります。また、効率向上により大量のバイオ燃料が安価に供給されることで、再生可能エネルギーへの投資が減速するリスクも指摘されています。
規制面では、新しい酵素技術の安全性評価や、バイオ燃料の品質基準見直しが必要になる可能性があります。特に航空燃料への応用では、国際的な認証プロセスが重要になるでしょう。
長期的視点では、この発見は「第三世代バイオ燃料」への道筋を示しています。CelOCEの構造的ミニマリズムは、環境修復や他の産業用酵素への応用可能性を秘めており、バイオテクノロジー分野全体のパラダイムシフトを促す可能性があります。
【用語解説】
CelOCE（Cellulose Oxidative Cleaving Enzyme）
セルロース酸化切断酵素。115個のアミノ酸からなる金属酵素で、従来のモノオキシゲナーゼとは異なる機構でセルロースを分解する。二量体構造により自己完結型の触媒システムを持つ。
メタゲノミクス
環境中の微生物群集全体の遺伝子を一括して解析する手法。培養困難な微生物も含めて遺伝情報を取得できるため、未知の酵素や機能の発見に有効である。
プロテオミクス
生物が産生するタンパク質全体（プロテオーム）を大規模に解析する学問分野。タンパク質の発現量、修飾、相互作用などを調べることができる。
CRISPR-Cas9
遺伝子編集技術の一種。Cas9タンパク質が分子のハサミとして機能し、ガイドRNAが指定した特定のDNA配列を切断することで、遺伝子の挿入や削除を可能にする。
シンクロトロン放射光
高エネルギーの電子を円形軌道で加速させることで発生する強力なX線。タンパク質の立体構造解析などに使用される。ブラジルのSiriusは第4世代の放射光施設である。
セルロース系エタノール
木材や稲わらなどの植物繊維（セルロース）を原料として製造されるエタノール。食料と競合しない第二世代バイオ燃料として注目されている。
モノオキシゲナーゼ
酸化反応を触媒する酵素の一種。セルロース分解において外部から過酸化物の供給を必要とする従来の主要酵素である。
サトウキビバガス
サトウキビから砂糖を抽出した後に残る繊維質の残渣。バイオマス燃料の原料として利用される。
【参考リンク】
CNPEM（ブラジルエネルギー・材料研究センター）（外部）
ブラジル科学技術革新省監督下の非営利研究機関。Sirius放射光施設を運営し、ナノテクノロジー、バイオサイエンス、バイオ再生可能エネルギー分野の研究を行う。
Nature誌（外部）
1869年創刊の国際的な科学雑誌。自然科学分野で最も権威ある学術誌の一つとして、重要な研究成果を掲載している。
ブラジル国家石油・天然ガス・バイオ燃料庁（ANP）（外部）
ブラジルの石油、天然ガス、バイオ燃料産業を規制・監督する政府機関。エネルギー政策の策定と実施を担当している。
【編集部後記】
CelOCEの発見は、私たちが普段捨てている農業廃棄物が実は宝の山だったことを教えてくれます。サトウキビの搾りかすから見つかったこの酵素が、バイオ燃料の効率を倍増させる可能性があるなんて驚きですよね。みなさんの身の回りにも、まだ発見されていない革新的な微生物が眠っているかもしれません。日本でも稲わらや間伐材などの未利用バイオマスが豊富にありますが、どんな可能性を秘めているのでしょうか。この技術が実用化されたら、エネルギーの未来はどう変わると思いますか？
【参考記事】
CNPEM公式プレスリリース（外部）
研究機関による公式発表。CelOCEの発見経緯と産業への影響、特許取得状況について説明している。
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