Timegateラマン-バイオプロセスモニタリングで生産効率を向上
Timegate Instruments は、VTT（フィンランド技術研究センター）のバイオプロセス工学および光学計測チームと協力し、オボアルブミン生産のバイオプロセスをモニタリングするパイロット研究に取り組んでいます。本パイロットは、糸状菌を用いたバイオテクノロジーによるオボアルブミン生産に関する既発表研究を基盤としています。研究成果の公開をぜひお待ちください。
「私たちは Timegate Instruments社との協力関係を立ち上げました。両者で、従来の発酵プロセス測定を超える最先端の高度なプロセスモニタリングを開発し、高品質なデータと、バイオプロセスに対するより深い理解を実現しています。Timegate の技術により、プロセスをリアルタイムかつオンラインで監視でき、微生物の生理状態や生産宿主の健康状態について、より多くの知見を得ることが可能になります」
— VTT 上級研究員 キーラ・ヴオリスト（Kiira Vuoristo）
VTT の上級研究員 キーラ・ヴオリストと、Timegate のシニア・アプリケーション・スペシャリスト、アムタチェルヴィ・ダニエル博士が、バイオプロセス用の接種菌とともに。
拡大し続ける卵白需要
卵白は、食品産業において最も重要なタンパク質源の一つです。卵白粉末の世界消費量は2020年に160万トンに達し、今後さらに成長すると予測されています。
この需要の増加は、持続可能性や倫理面での懸念も引き起こしています。たとえば、卵生産のみを目的とした鶏の飼育、温室効果ガスの大量排出、水資源の枯渇、生物多様性の損失などが挙げられます。
オボアルブミンのバイオテクノロジー生産
卵白粉末に含まれるタンパク質の半分以上はオボアルブミンです。VTT は、糸状菌を用いてオボアルブミンを生産することに成功しました。
オボアルブミンの設計図となる遺伝子を、最新のバイオテクノロジー技術を用いて糸状菌に導入します。すると、この菌がオボアルブミンを生産し、それを細胞から分離・濃縮・乾燥することで最終製品が得られます。
タンパク質生産の第一段階：シャーレ上で培養された糸状菌の菌糸体。
環境面での利点
VTT の記事によると、オボアルブミンをバイオテクノロジーで生産することで、鶏卵由来のオボアルブミンと比べて温室効果ガス排出量を約50％削減し、土地利用を約90％削減できます。特に、低炭素エネルギーを使用した場合、この環境負荷低減効果はさらに高まります。
細胞培養製品は一般に、従来の農業製品より多くの電力を必要とするため、使用するエネルギー源の種類が環境影響に大きく影響します。一方で、微生物は動物由来の生産に比べ、タンパク質1kgあたりに必要なグルコースや栄養素が大幅に少ないという利点があります。
産業規模での環境影響はまだ十分に評価されていないものの、細胞培養によるオボアルブミンは、鶏卵白粉末の持続可能な代替品となる可能性があります。
Timegated Raman 技術の貢献
細胞によるオボアルブミン生産は、家畜農業に比べて環境負荷が低いものの、原材料をさらに節約できる余地があります。収率を高め、より良い結果を得るためには、プロセスの継続的なモニタリングが環境負荷のさらなる低減につながります。
Amuthachelvi Daniel 博士が PicoRaman 分光計を用いバイオプロセスを監視・解析している様子。
本パイロット研究では、オボアルブミン生産用に遺伝子改変された糸状菌 Aspergillus oryzae を、5リットルのバイオリアクターで培養しました。現在のバイオリアクター構成では、pH、温度、溶存酸素などの一般的なオンライン発酵パラメータ以外の高度なオンラインモニタリング装置はまだ限られています。
その背景として、本研究で Timegated® Raman が選ばれた理由の一つに、糸状菌培養に特有の強い自家蛍光の存在があります。時間分解によって蛍光成分を除去できる TG Raman は、従来のラマン計測では困難だったオンライン・リアルタイム計測を可能にしました。
そこで、Timegate の PicoRaman 分光計をバイオリアクターに設置し、バイオプロセスの連続モニタリングを行っています。このモニタリングにより、培地の栄養状態を継続的に観察でき、健全な培養状態の維持と目的化合物の収率向上が期待されます。さらに同じ測定から、バイオマス濃度や基質消費量のモニタリングも目指しています。
バイオプロセスモニタリング週間は後日結果とともに完了予定です。どうぞご期待ください。
PicoRaman M3 分光計がバイオリアクターにシームレスに統合され、精密なバイオプロセスの監視・解析を可能にしています。
本バイオプロセスモニタリングおよび検証は、VTT の以下の専門家との協力により実施されました：
Juha Tähtiharju, Sirpa Holm, Jaana Uusitalo, Hans Mattila, Kiira Vuoristo and Jari Havisto.
👉 本パイロット研究の成果はこちら：Timegated® Raman による有望なバイオプロセスモニタリング結果