Infinite Possibilities

人工タンパク質が挑む未知の領域

Film

The Protein Era
A Revolution in Manufacturing

20種類のアミノ酸の組み合わせにより多種多様な素材を生み出すことが可能なタンパク質。たとえば重さ当たりのタフネス(靭性)が鋼鉄の約340倍とも言われる天然のクモの糸もそのひとつです。タンパク質素材はさまざまな機能性と環境性に優れ、量産化できれば産業革命以来のパラダイムシフトを起こすポテンシャルを秘めた基幹素材として期待されています。遠くない将来、金属やガラス、ナイロンやポリエステルのように、人類がタンパク質を使いこなす時代が到来します。私たちは、志あるパートナーとともに、ものづくりの新時代を切り拓きます。

Background11年間の技術革新

コストの障壁

人工タンパク質素材は、残念ながら現時点では大規模に普及していません。その最も大きな理由は「コスト」です。発酵の世界には、微生物による遺伝子組換えタンパク質の製造コストは1キログラムあたり100ドルを下回ることは困難であるという「常識」がありました。私たちは、これを ”$100 Barrier”と呼んでいます。一方、たとえばポリマーの市場を分析すると、1キログラムあたり20ドルから30ドルを下回らなければ数十億ドル規模以上の普及は困難であることがわかります。さらに百億ドルを超えるような巨大市場の開拓を目指すのであれば、1キログラムあたり10ドル以下を目指す必要があります。このふたつの世界のコスト水準には大きな隔たりがあり、投資に見合う市場の開拓が困難であったため、これまでタンパク質が繊維などの素材として使いこなされることはありませんでした。

革新的なソリューションを目指して

不可能とも言われたこれらのコスト障壁を乗り越えるため、私たちは数限りない技術開発や製造プロセスの効率化を繰り返しています。たとえば、人工のクモ糸をつくりだすためには、タンパク質の分子・遺伝子の設計技術、遺伝子合成、遺伝子組換え技術、発酵工学、精製技術、紡糸加工技術など、必要な技術分野は多岐にわたりますが、この全てを一つの組織がカバーすることは容易ではありません。私たちは、このテーマに取り組む上で必要な全ての技術要素を内製化し、分野横断的な研究体制を構築、トータルプロセスをゼロから見直しました。圧倒的なコストダウンを実現するためには、製造プロセスの最上流から最下流まで含めた全体最適を考えることが不可欠です。多くの技術領域にまたがる課題に対して、絶え間ない努力を惜しむことなく、地道に、徹底的に考え抜き、合理化と高度化を進めています。そして発酵生産実験を本格化した2008年以来の技術革新の積み重ねにより、大規模普及を目指せるコストでの生産が実現可能になりつつあります。

Five Step Feedback Cycle

  • 1. 分子デザイン

    目的は機能性と生産性を両立した新規タンパク質の分子デザインを行うこと。機能性に優れ、生産性の高い分子を創出することで、初めて工業生産が可能になります。アミノ酸配列及び遺伝子配列のデータを解析し、より強度の高い分子、より伸縮性の高い分子、より耐熱性の高い分子など、高機能化のための分子デザイン、そして微生物発酵での生産性を高めるための分子及び遺伝子デザインを、バイオインフォマティクスを駆使して実現します。

  • 2. 遺伝子合成

    新規分子の創出を推進するためには、どのような配列の遺伝子でも、ハイスループットに遺伝子合成が行なえることが重要です。しかし、クモ糸の遺伝子は繰り返し配列が極めて多く、既存手法では人工合成が困難でした。私たちは、この課題の解決にいち早く取り組み、最短3日間でクモの糸の遺伝子の合成が完了する独自の遺伝子合成技術を確立しました。本技術を用いて、既に1,000種類以上の人工遺伝子をデザインし、ライブラリー化しています。もちろん、今日も新しい遺伝子を合成中です。

  • 3. 微生物発酵

    データベースに蓄積された過去のデータをもとに性能や生産性をデザインされた候補分子は、その遺伝子を合成したのち、微生物を用いた独自のタンパク質発現システムで試験的に生産します。小スケールで発酵生産条件、精製条件の検討を行います。その後、必要に応じて培養のスケールアップを行い、タンパク質原料の取得を行ないます。現在、微生物を用いたフィブロインの生産で、世界最高水準の生産性を実現しています。
    〈公開されている資料に基づく当社調べ〉

  • 4. 加工

    発酵工程で生産された原料であるフィブロインは、精製工程を経て独自技術で繊維化したり、フィルムやスポンジ、レジンなどに加工していきます。それぞれの加工素材の特性は詳細に解析され、データベースにフィードバック、次の分子デザインに活かされます。特に人工合成タンパク質素材の紡糸技術についてはゼロから自社開発し、量産規模へのスケールアップ可能な紡糸基礎技術を確立し、事業開発の検討をしています。

  • 5. プロトタイピング

    作成した素材はさらに、テキスタイルやコンポジットなどの材料として実際の製品試作に使用します。製品の試作・評価を繰り返しながら新素材を用いたものづくりに必要となる設備や加工技術を開発し、エンドユーザーにとっての最終製品の価値を最大化します。また、遺伝子合成からプロトタイピングに至る全てのプロセスで得られた膨大なパラメーターに基づく生産性や機能性の評価結果はデータベースに蓄積され、次世代の分子設計にフィードバックされます。

Development
progress to date

Gene designs:
1060
Proteins:
759

Target Markets

私たちは、普及した時のインパクトが計り知れないほどの巨大産業であるアパレル分野と 輸送機器分野にプライオリティをおき、事業化に向けた準備を進めています。さらにタンパク質素材の応用はこれらの分野のみならず、医療や建築、ロボットから宇宙まで、まさに無限大の可能性を持っています。私たちは各分野のプロフェッショナルとともに、研究開発、事業開発を加速させていきます。

Initial Market Segments (Scale: USD; approximate)

  • Apparel

    2trillion

  • Automotive

    2.5trillion

Potential Segments

  • Medical

  • Construction

  • Sports

  • Aerospace

  • Tires

  • Furniture

  • Robotics

MOON PARKAPrototype

実際の工業ラインで製造された世界初のプロトタイプ

Spiberが保有する分子ライブラリより表地及び刺繍糸に最適なタンパク質の選定から、紡糸、
撚り、織り、縫製など、各プロセスの最適条件を検討するため、膨大な数の実験を行いました。
そして2015年9月26日、私たちが開発を進めてきたクモフィブロインベースのタンパク質素材「QMONOS®」を用い、THE NORTH FACEの“ANTARCTICA PARKA”をベースにしたアウター
ジャケットのプロトタイピングに成功しました。このプロトタイプは世界で初めて実際の
工業ラインで制作された人工タンパク質素材を使った衣服です。

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Lexus Kinetic Seat Concept

お客様の期待を超える驚きと感動を提供し続けるラグジュアリーブランドとして、創造的な先進技術をいち早く提案しているLEXUS。2016年10月にパリモーターショーで、長時間運転による疲労軽減や、旋回時の運転しやすさ向上を目指してデザインされたコンセプトシートを発表しました。このシート背面の裏側に、高い衝撃吸収性能が期待される当社人工合成クモ糸繊維「QMONOS®」が起用されました。