Embed Size (px)
Citation preview
co2
神戸大学大学院 科学技術イノベーション研究科 研究科長
近藤昭彦
「関西スマートセルフォーラム2018」 2018年９月25日
バイオエコノミーを加速するスマートセルインダストリー ～技術開発・産業の動向～
バイオエコノミー（Bioeconomy）の拡大
バイオテクノロジーを利用した産業規模は約200兆円（OECD加盟国）に成長する見通し。農業、健康、工業の幅広い産業に多大なインパクトを与える。
バイオエコノミーバイオテクノロジーが影響、牽引する産業群が形成する経済、市場
SDGsとは「Sustainable Development Goals（持続可能な開発目標）」の略称です： SDGs（エス・ディー・ジーズ）
開発アジェンダの節目の年、2015年の9月25日－27日、ニューヨーク国連本部において、「国連持続可能な開発サミット」が開催され、150を超
える加盟国首脳の参加のもと、その成果文書として、「我々の世界を変革する：持続可能な開発のための2030アジェンダ」が採択された。
SDGs への取り組みが今後の世界経済の拡大を支える⇒ グローバル・マネーの流れも、その方向に大きく変わる
2012年の収益（3240億ドル超）
Nature Biotechnology (2016) 34 (3)
米国バイオテクノロジー業界の収益推移
各国の覇権争いは始まっている【欧州】7年間で5180億円を投資し、2030年に石油由来製品の30%、輸送燃料の25%を生物由来に置換することを目指す【米国】2030年に10億トンのバイオマスを用いて化石由来燃料の25％を代替、2,300万トンのバイオ由来製品と850億KWhの電力供給、170万人の雇用を目指す
バイオエコノミー（Bioeconomy)をめぐる国際動向
バイオテクノロジーで進む技術革新が生み出すスマートセルインダストリー
医療・ヘルスケア分野：従来は不可能だった根本治療の実現
工業（ものづくり）分野：製造プロセスの抜本改革
食糧分野：世界の飢餓を改善、食糧問題を回避
●3分野の技術革新を融合することで、今まで利用し得なかった“潜在的な生物機能”を引き出すことが可能に
●ロボット技術による自動化、IoT化による開発の高速化
（ソサイエティ5.0の「バイオ産業」: バイオ×デジタル）
●スマートセルインダストリー【スマートセル】高度に機能がデザインされ、機能の発現が制御された生物細胞【スマートセルインダストリー】スマートセルを用いた産業群
バイオ産業において第4次産業革命が始まっている（スマートセル：バイオ×デジタル）
バイオ産業のシンギュラリテュ的な発展が起こる
東京大学・谷内江
●再生医療や細胞治療の例
心臓移植なしで、重症心不全を治療する技術
死亡率の高い重症熱傷患者の
治療に使用
再生医療の市場規模 2050年に３８兆円と予測
（平成24年度 経済産業省調査）
画像：J-TEC提供
細胞シートの移植 表皮シート
●バイオ医薬品の例
●ゲノム医療の例
バイオ医薬品 低分子医薬品他
バイオ医薬品
遺伝子治療遺伝子治療＋細胞治療
医療・ヘルスケア分野：従来は不可能だった根本治療の実現
がん治療
工業（ものづくり）分野： 製造プロセスの抜本改革
石油国依存からの脱却、世界のエネルギー供給構造の変革、環境負荷低減
超省エネ（常温・常圧）プロセスの実現、資源の枯渇懸念からの脱却
人口増加（97億人/2050年）に伴う食糧確保に寄与
単位：100万Ha
組換え作物の耕作面積は急速に拡大(1億8150万㏊ =日本国土の4.8倍)
世界の大豆の83%、コーンの29%が遺伝子組換え作物
(栽培面積ベース、2015年）
●長期保存性(食糧廃棄削減)
●害虫抵抗性(作業簡素化、農薬懸念フリー)⇒化学農薬の使用量減少(20年間で▲37％※）
●組換え植物等の例
●環境耐性(乾燥耐性など)
食糧分野：世界の飢餓を改善、食糧問題を回避
●耐病性（植物病による食物消失は現在14％)⇒世界の飢餓人口8億人分に相当※
ドローンをIoTデバイスとして活用し、収集したビッグデータをAI解析
●IoT農業の例
スマート育種
スマートセルインダストリー 「バイオ×デジタル」 プラットフォームGenome Design Cycle Platform (GDC Platform)
AI, IT, IoT技術を用いた統合システム化・ネットワーク化：
人間が手作業でやっていた試行錯誤を、コンピューターやロボットが一瞬でやることで、開発スピードや、高精度データの集積スピードを飛躍的に向上できる。
⇒ プラットフォーム内に知識が集積・進化することで、デジタル化を推進：より精度の高い設計ができることで、少ないDBTLサイクルで、目的を達成できることから、開発スピードが飛躍的に向上できる。
米国の大型研究拠点（1拠点、200億円規模）3 (+1)DOE Bioenergy Research Centers (BRCs), which will
provide the scientific breakthroughs for a new generation of sustainable, cost-effective bioproducts and bioenergy （2007-2017），（2018-2022)
バイオ燃料研究からバイオエコノミーを加速する合成バイオ研究に展開！
DARPA : 1000 molecules: Living Foundry Project
DARPA awards $32 million contract to MIT, Broad Institute Foundry to bolster DNA design and manufacturing (September 24th, 2015 )
MIT-Broad Foundry
バイオエコノミーを加速する合成バイオ関連ベンチャー
世界的に合成バイオの事業化を促進する政策が取られ、多くのベンチャー企業が設立されている
合成バイオの日本の研究は、世界のトップクラスにある！⇒ しかし、優れたビ先端研究成果を活用し、優れたジネスモデルでベンチャーを作らなければ後塵を拝する
ベンチマーク企業の資金調達額
ビジネスモデル資金調達金額累計（平均値）
自社製品開発型企業群（注） （10社）
Intrexon, Codexis, Amyris, TerraVia, Gevo, BioAmber, Editas Medicine, Novozymes, Evolva, CRISPR Therapeutics
321百万USﾄﾞﾙ（362億円）
総合受託サービス型企業群 （3社）
Ginkgo Bioworks, Zymergen, Ingenza
163百万USﾄﾞﾙ（184億円）
専門特化受託サービス型企業群 （2社）
Gen9, Twist Bioscience
122百万USﾄﾞﾙ（137億円）
（注）Calyxtは仏Cellctis（NASDAQ上場企業）の100%子会社として設立されたため除くCaribou Biosciencesは医療事業を分社化して上場させたため除く
1USﾄﾞﾙ＝113円
赤字は訪問調査済みの企業 神戸大学 山本一彦 教授
バイオファウンドリー企業の草分け（米国）
バイオ研究を高度にデジタル化、自動ロボット化して微生物育種を高速化⇒ 世界の企業から、開発を受託。最近では、バイエルから１００億円でGinkgo Bioworks just announced the opening of its third organism foundry supported by a $275 million Series D round - bringing the company’s total funding to $429 million and valuing it at over a billion dollars
17
17
⇒ 革新的な６つのコア技術を揃えることで世界をリード⇒ コア技術「細胞工場」から発展した、「合成バイオ技術」 により、
工業モノづくり、農業、健康を含む広範なバイオ経済を加速
バイオ経済（Bioeconomy）を牽引する国際的な拠点形成
バイオプロダクション次世代農工連携拠点
（神戸大学） (2008-2017)
【1】事業名 植物等の生物を用いた高機能品生産技術の開発【2】事業総額 86億円（予定）【3】期間 2016年度～2020年度
NEDO スマートセルPJ （ 研究開発期間 2016-2020 ）
研究開発項目〔1〕 植物の生産性制御に係る共通基盤技術開発（委託事業）
研究開発項目〔2〕 植物による高機能品生産技術開発（助成事業）
研究開発項目〔3〕 高生産性微生物創製に資する情報解析システムの開発（委託事業）
代謝経路設計・遺伝子配列設計等の情報解析技術、長鎖DNA合成技術、メタボロミクス技術といった要素技術を構築してきた
強化、システム化
新規情報解析システムの開発、長鎖DNA導入微生物の高速育種技術の開発、高速高精度な代謝評価技術の開発、それらの統合システム・プラットフォーム化により、世界的に競争力のある微生物育種技術の開発を目指す
NEDOスマートセルPJの位置付け、目標
スマートセル・モデルに基づく分子育種，学習を活用したシステマティックな菌株改良と培養最適化，による開発期間の大幅短縮
合成バイオ技術の根幹技術Genome Design Cycle Platform (GDC Platform)
24連HTP微生物培養装置
微生物構築・培養・評価用HTP液体ハンドリング
NGS
大型計算機
実際のGDCPFのイメージ
合成バイオ技術のプラットフォームGenome Design Cycle Platform (GDC Platform)
バイオ情報のデジタル化Design
細胞内の代謝反応や遺伝子制御ネットワークの解明と、デジタルデータ化
マレイン酸合成経路の新規構築
Noda S et al, Nature Communication 8(1): 1153 (2017)
合成バイオ技術のプラットフォームGenome Design Cycle Platform (GDC Platform)
26
• 設計したDNA配列を～100 kb まで合成可能• 他の方法と比較して非常に正確な合成が可能• 非常に広範囲なDNA 合成が可能 (高い GC 含有量まで)• DNA 接合伝達を用いることで、他の細胞に容易に導入可能• B. subtilisの胞子形成能を利用することで非常に長期間安定保存可能
50個以上のフラグメントを1段階で集積して、最大100kbの超鎖DNA合成可能
Plasmid vector50 of DNA fragments One-step
B. subtilis
Plasmid DNA assembled 50 of DNA fragments with designed orientation and order
1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
31
40 22
46
49
Synthesized long DNA（～100 kbp）
Plasmid extraction
WO 2015/111248 SynprogenTsuge, K. et al. Scientific Reports, 5, 10655 (2015)
枯草菌を用いた長鎖DNA合成技術：OGAB法
Genome Project-write (GP-write) の始動
NPO（現在はバーチャル組織）
http://engineeringbiologycenter.org/
“長鎖DNAを合成し、さらにその機能を（細胞内で）試験するためのコストを、
10年間で現在の1000分の１にする。”⇒ 革新的なDNAシンセサイザー
（1塩基＝10円とすると）
GP-write:ヒトゲノム（30億塩基対）＝600億円→600万円
GP-read（約15年間で3000分の１）：
ヒトゲノム（30億塩基対）＝30億円→100万円
Genome project- Read （解読）からGenome project-write（合成）へ
遺伝的多様性を持つヒトオルガノイド
重要な疾患、老化および感受性表現型と相関するゲノム変異をもつオルガノイドのライブラリーを構築し、薬物などに対する応答性の違いを調べることで、薬物や環境応答のスクリーニングを行う。
超安全なヒト細胞株 (Ultrasafe Cell Line)未だ不十分な、生物製剤製造、細胞・組織のモデル化、生体の治療、の研究プラッ
トフォームとして機能するように設計された「超安全なヒト細胞株」
DNAを用いた巨大・安定なメモリDNA高速合成や高速解読により、DNAを安定な情報の安定的な保存を可能とする巨大なメモリとして利用する。
その他の例
新規人工染色体
臓器移植用の器官や組織を作るための、ヒト化ブタゲノムの構築
遺伝子治療用ウイルス
人工免疫細胞
様々な微生物ゲノムの構築 ⇒ 発酵微生物の人工合成
環境適応型植物の開発
GP-writeの産業への大きな波及効果
“Non-cleaving” genome editing
Conventional genome editing by artificial nuclease
・Unwanted rearrangement・Toxicity
ZFN, TALEN CRISPR
A GT C A GT C
A GT C A GT C
A GT C
A
GT C
A GT C A GT C
G
Nucleotide ExchangEnzyme
Sequence Recognition Module
Base-exchanging reaction linked to DNA binding motif
Problematic in certain cell types (most microbes)Cleavage
RearrangementCell death
Homologous template
Recombination
Insertion/deletion
DNArecogintion
DNArecogintion
Nuclease domain
gRNA
Cas9 nuclease
切らないゲノム編集と、既存の切るゲノム編集
A GT C A GT C
A GT C A GT CAGT C
GT C
A G TCA GC
Sequence Recognition ModuleNuclease
Genome editing
Nishida et al. Science 353, aaf8729 (2016)Mitsunobu et al. Trends in Biotechnology, 35(10), 983-996 (2017)
Target-AID によるゲノム編集の特異性
By Prof. Yachie, U-Tokyo
Genome editing
Nishida et al. Science 353, aaf8729 (2016)
Target-AIDでは、極めて特異性の高い塩基置換が可能
Kazuhiko Yamamoto 株式会社科学技術アントレプレナーシップ
2017 Breakthrough of the yearに一塩基編集が選出
31
Yeast , CHO cells etc Rice, Tomato etc
Gram-negative bacteria (E.coli) Gram-positive bacteria (C. acetobutiricum)
Target-AID：切らないゲノム編集技術の様々な応用例
Shimatani et al., Nature Biotechnology ,35, 441-443 (2017)
Bannno et al., Nature Microbiology, in press
Nishida et al. Science 353, aaf8729 (2016)Nambu-Nishida, Y., et al, Scientific Reports7(1): 8993 (2017)
Genome editing
ハイスループット評価システムシステムの構築
34
株式会社バイオパレット 株式会社シンプロジェン ViSpot株式会社
2017年2月21日設立 2017年2月21日設立 2017年9月29日設立
ゲノム編集ベンチャー ゲノム合成ベンチャー ウイルス安全性評価機関
代表取締役 村瀬祥子 代表取締役 村瀬祥子 代表取締役 森定英人代表取締役 小谷知子
役職員数：11名（役員7名、事業開発マネージャー1名、研究職2名、事務スタッフ（非常勤）1名）
役員数：5名 役職員数：12名
2017年5月に約4億円の第三者割当増資を実施。
グローバルな戦略的提携関係を検討・構築中。
神戸医療イノベーションセンターにラボ準備中（本年6月開設予定）。
2017年5月にTRAHED（高機能遺伝子デザイン技術研究組合）からの特許譲受実施。
2017年12月、大手化学メーカーからの特許譲受実施。
神戸医療イノベーションセンターに、商用ラボ準備中（本年7月開設予定）。
バイオベンチャー企業１ ㈱バイオパレット
Kazuhiko Yamamoto 株式会社科学技術アントレプレナーシップ
医療創薬ターゲット探索モデル細胞・動物作製抗体医薬機能改変
機能性作物の育種植物の品種改良家畜や養殖魚の育種
遺伝性疾患の治療細胞免疫療法
有用物質生産細胞（バイオプロダクション）
創薬ツール
農水産微生物
事業開発の可能性がある領域
35
Kazuhiko Yamamoto 株式会社科学技術アントレプレナーシップ
神戸医療イノベーションセンター内に本年6月中にラボを開設予定。
研究開発拠点
36
バイオベンチャー企業２ ㈱シンプロジェン
37
株式会社バイオパレット 株式会社シンプロジェン ViSpot株式会社
2017年2月21日設立 2017年2月21日設立 2017年9月29日設立
ゲノム編集ベンチャー ゲノム合成ベンチャー ウイルス安全性評価機関
代表取締役 村瀬祥子 代表取締役 村瀬祥子 代表取締役 森定英人代表取締役 小谷知子
役職員数：11名（役員7名、事業開発マネージャー1名、研究職2名、事務スタッフ（非常勤）1名）
役員数：5名 役職員数：12名
2017年5月に約4億円の第三者割当増資を実施。
グローバルな戦略的提携関係を検討・構築中。
神戸医療イノベーションセンターにラボ準備中（本年6月開設予定）。
2017年5月にTRAHED（高機能遺伝子デザイン技術研究組合）からの特許譲受実施。
2017年12月、大手化学メーカーからの特許譲受実施。
神戸医療イノベーションセンターに、商用ラボ準備中（本年7月開設予定）。
長鎖DNAの自動合成システム＠1.0 (up to 100kb)（DNA合成ファウンドリー）
～長鎖DNA合成技術の事業化～
39
高速DNAシーケンサーなどの技術が発展し、生物のゲノムを迅速に「読む」ことは可能になった (GP-read era)。⇒次の段階として、ゲノムを「書く」、すなわち、ゲノムをデザインして合成し、高機能な細胞・微生物・植物等を創出し、産業応用を拡大。 さらに、ＤＮＡストーレイジ等、全く新しい技術領域の創製 (GP-write era)。
長鎖DNA合成技術 〜ゲノムを「読む」から「書く」へ〜
環境適応型植物の設計
高生産性微生物の人工
合成
遺伝子治療用ウイルスの
作製
DNA ストーレイジ
人工免疫細胞の構築
長鎖DNAの正確かつ低コストな合成技術（次世代ゲノム合成装置への展開）
• 機能未知な配列の意味が分かる• 既知遺伝子との組合わせから新たな機能が作れる
GP-write 厳しい競争は始まっている
競合企業 中国 BGI: Beijing Genome Institute
ベンチャー企業３ ViSpot㈱
41
株式会社バイオパレット 株式会社シンプロジェン ViSpot株式会社
2017年2月21日設立 2017年2月21日設立 2017年9月29日設立
ゲノム編集ベンチャー 長鎖DNA合成ベンチャー ウイルス安全性評価機関
代表取締役 村瀬祥子 代表取締役 村瀬祥子 代表取締役 森定英人代表取締役 小谷知子
役職員数：11名（役員7名、事業開発マネージャー1名、研究職2名、事務スタッフ（非常勤）1名）
役員数：5名 役職員数：12名
2017年5月に約4億円の第三者割当増資を実施。
グローバルな戦略的提携関係を検討・構築中。
神戸医療イノベーションセンターにラボ準備中（本年6月開設予定）。
2017年5月にTRAHED（高機能遺伝子デザイン技術研究組合）からの特許譲受実施。
2017年12月、大手化学メーカーからの特許譲受実施。
神戸医療イノベーションセンターに、商用ラボ準備中（本年7月開設予定）。
Kazuhiko Yamamoto 株式会社科学技術アントレプレナーシップ
会社設立の趣旨と背景
ウイルス安全性評価試験は、開発時期から市販後まで薬制上要求されている試験である。
ウイルス安全性評価の一つである「ウイルスクリアランス試験」は、バイオ医薬品の製造工程の安全性を最終的に担保するために必須の重要な試験である
現在、海外企業2社（※）が世界の「ウイルスクリアランス試験」市場を実質的に寡占しており、バイオ医薬品開発を行う国内製薬会社には、利便性・スピード・経済性等について、満たされていないニーズが存在する。
バイオ医薬品は依然として今後の成長分野であり、バイオ医薬品製造を行う国内製薬会社の「ウイルスクリアランス試験」に対する需要は底堅く、当社に期待されるものは大きい。
利便性・スピード・経済性・安全性を提供するウイルス安全性評価受託試験サービスによって、日本のバイオ医薬品の開発に貢献する
※チャールズ・リバー・ラボラトリーズ、バイオリライアンス
42
Kazuhiko Yamamoto 株式会社科学技術アントレプレナーシップ
商用ラボの開設
ViSpotラボ
神戸医療イノベーションセンター（2階）のウエットラボスペースに、
本年7月に商用ラボを開設予定。
43
総平米数：258.36㎡（顧客用BSL2実験室×2、社内用BSL実験室×1、オフィススペース等）
バイオベンチャー4：バイオファウンドリーKakura smart cell
Biopalette
Synplogen
Vispot
Algae Nexus
Sakura Smart Cell
地域にバイオベンチャークラウド群を創製神戸は、“スマートセルインダストリー“ クラウド
近畿をバイオエコノミーの中心に！
……
グローバルバイオベンチャー・クラウド群の創製による国際競争力の強化が不可欠
神戸大学科学技術イノベーション研究科
Microbiome
クラウド化・雇用の安定・相乗効果
