技術科学イノベーション専攻 准教授
小笠原 渉


 

 

宇宙へ行った酵素

NTIC:ホームページで先生の研究されている酵素が宇宙に行ったという記事を目にしました。そこからお話をお聞きできますか?

小笠原:私が学生だったころ、森川康先生(現名誉教授)と、長岡の豆腐屋さんの廃液を調べることになりました。目的は特殊な能力をもつ微生物を採取することだったのですが、その時、見つけた「DAP BⅡ」と呼ばれる酵素は、たんぱく質分解の仕方が非常に珍しく、そのメカニズムを調べることで、病人への栄養補給に応用したり、エイズや高血圧の発症の仕組みを解明したりなどの成果が期待できると考えられました。これを調べるには、結晶の構造解析が必要になることから、無重力状態での実験の要望があったわけです。そこで、「きぼう」内で行う実験に応募し、今年1月には2回目の実験のため宇宙へ旅立ちました。打ち上げの様子はYOUTUBE・JAXACHANNEの137号と156号でご覧いただけます。

NTIC:なるほど、ふとしたことがきっかけで、面白い研究が進むのですね。
  さて、それでは、現在の先生の研究内容を簡単にご説明いただけますか?

 

バイオマス糖化

小笠原:新潟県では日本酒造りが盛んです。日本酒を作るには、まず杜氏さんが麹菌をお米にふりかけます。その麹菌の出した酵素がデンプンを糖に変えるのですね。その糖ができると、今度は酵母がそれを食べてアルコールにして日本酒になるんです。穀物であるお米は、デンプンでできているのですが、酵母がデンプンから直接アルコール発酵を行うことはできないので、アルコールが生成されるには酵母が発酵を始められるように、いわば下ごしらえとしてデンプンが糖化されなければならないのです。その糖化というのがポイントなのですが、当然杜氏さんは麹菌をふりかける以外にも熱をコントロールしたりと色々なことをされています。ずっと何千年も昔から知らないうちにやっていたのですが、実際にそれは酵素が関係しているのです。
  私の研究室で扱っているのはその麹菌のいとこみたいなもので、みなさんんの家の押入れ等に生えるカビと同じようなものなのです。押入れにはデンプンがないので、何を食べているかというと、木や新聞紙を食べています。押入れに新聞紙をおいていると新聞がボロボロになったり、山に行って山の木がボロボロになっているのを見たという経験をされたことがあるかと思いますが、そういった、木(セルロース)を分解して糖化するカビを扱っています。セルロースから作った糖と、デンプンから作った糖は全く同じ糖になるので、それを酵母が食べてアルコールを作らせて、次世代のアルコール燃料を食料でないものから作ろうという研究をしています。

 

バイオリファイナリー

小笠原:きっと、みなさんバイオ燃料というのは車の液体燃料というイメージがあるかと思いますが、世界的に考えると、バイオリファイナリーという言い方で、どちらかと言うと、車は太陽光や、風力、水力等から作った自然エネルギーを電池で貯めたもので動かせばよいという考え方をしています。私たちの糖からは燃料というイメージだけでなく、カーボンを作り、物を作る原料にしたいと考えています。

NTIC:カーボンですか?

小笠原:はい、例えば、プラスチックですね。椅子とか、車のボディとかもプラスチックを使っていますが、プラスチックは全部石油ーナフサから作られています。今、石油ーナフサの価格が上がってきていますよね。ナフサが上がると物が作れなくなってしまいます。太陽光、風力、水力等は全部電気は起せるのですが、物は作れません。私たちのバイオマス研究は燃料と言うよりも原料。石油の代わりに物を作る原料というイメージでやっています。
  そのためにはセルロースをカビが出す酵素で糖に変えて、その糖を使って酵母がアルコールを作ってプラスチックや、食用油を作るチームを日本全体で作ったり、海外での協力もやりながら、そういった中のカビの研究をしています。

NTIC:物はどうやって作るのですか?

小笠原:物を作るというイメージはどちらかと言うと、バイオプラスチックですね。今、A社と一緒にやっているJSTの低炭素というプロジェクトがあるのですが、そこでは、糖を使って糖をアミノ酸に変えるんです。アミノ酸に変えて、そこからまたバイオポリマーの原料にするという二段式で発酵して、そこから最終的にポリマーを作るということをしています。A社はボーイングの超軽量ボディを作っている会社なのですが、最終的には木でボーイングを飛ばすということを目標にしています。燃料じゃないですよ、ボディです。

NTIC:すごいですね。

小笠原:例えば、さっき少しお話した、油ですが、女性は油を気にしますよね。不飽和の体にいい油。植物油とかオレイン酸とか。

NTIC:木から食べられる油を作るということですね。

小笠原:そういうことも考えています。油を作る。というと、すぐにバイオディーゼルを想像されると思うのですが、それはそれでもちろん良いのですが、日本ではコストも考えて高付加価値化しなければならないので、油を作る酵母を利用して、食用の油を作ろうということもやっています。
  ところで、食用の油の自給率って日本はどのくらいだと思います?

NTIC:50%くらいですか?

小笠原:そう思うでしょ?実はわずか3パーセントなんですよ。

NTIC:え!?そんなに低いんですか?

小笠原:そうなんですよ。バイオ燃料は、みなさんご存知だと思いますが、アメリカなんかではコーンを植えてそのコーンの種から作っているのですが、それのせいで小麦の畑が少なくなってしまっています。その結果、小麦の値段が上がるということが起きています。日本はその値段の上がった小麦を買っているので、小麦のパスタやらパンが上がったと騒いでいますよね。私が日本人っておかしいなっていつも思うのは、小麦の値段が上がったのは海外が上がっただけで、日本が上がったわけじゃないですよね。輸入が上がっただけなのに、自給率が少ないから日本でも上がってしまう。さっきの食用油の3パーセントでもそうですね。結局どこかが上がると、日本でも上がる。
  最近は農水省や、いろんなところから来るバイオマス関連のメールを読んでいると、森林再生を考えているみたいで、先日、朱鷺メッセで行われた「バイオマス&エネルギーexpo in新潟」の中での基調講演でも、やっぱり山が重要だと言っていました、日本自体はものすごく森林がありますし、物だってフランスのようにとれるし、水もある。やっぱり意識を変えて稼げる、あるいはプライドを持たせる。というのは大事だなと思うのです。
  話が脱線しましてけれども、基本的には、油の自給率もそうです。それを、じゃあ菜の花を植えればいいじゃないかっていうかもしれないですけれど、それが大変なんですよ。農家は儲けも考えなければいけないし、地域性もあるじゃないですか。3%を100%っていうのは・・・。きっと30%でも難しいと思います。ですので、今考えているのは、日本は残飯の廃棄量が食べている量より多い非常にもったいない国だということに注目して、その残飯をすべて糖に変えて、食用油や、化学原料にすれば日本のバイオマスも何とかなるんじゃないかと思っています。混じっているものを一個の糖に変えるのは研究としては、かなり至難の業なのですが、先ほど話した木(セルロース)から糖に変えるというものと一緒にやっていけるように、システムを作ろうと考えています。

酵母の働き

NTIC:全く素人的に整理をしながらお聞きしてもよろしいでしょうか?

小笠原:はい、どうぞ。

NTIC:微生物は数限りなくいると思うのですが、基本的には微生物はいろんなものを分解するときに微生物がパクパクものを食べるというイメージをしているのですが、そういう言い方で正しいのでしょうか。食べるとイメージすると、食べたものをどこかで排泄しなければいけないと思ってしまうのですが・・・。

小笠原:もし誰かに話すとしたら微生物が食べるというところは変えた方がいいですね。食べるとすると酵母です、酵母が糖を食べて、その尿がアルコールなんです。でもカビは違います。カビは酵素を作り出しますが、糖を作るところは酵素だけが欲しい。ですので、栄養はカビではなくて酵母に食べさせたい。だから、私たちは酵素だけを別で作るんですよ。酵素は生き物ではなくたんぱく質ですので、食べるのではなく酵素糖化と言われる働きをします。セルロースとガシャガシャと反応させて、そこで糖になり、それを酵母が食べる。私の研究しているカビでは食べない。というイメージですね。

NTIC:その酵母が食べて排泄したのがアルコールなんですね。

小笠原:あるいは、さっきお話した油ですね。

NTIC:そういったことを、一生懸命、促しているわけですね。

小笠原:そうですね。他にも例えば、平成24年度環境省で通ったプロジェクトは先日の「バイオマス&エネルギーexpo in 新潟」で雪国まいたけが説明したものの基礎版をやるのですが、薬科大と長岡技大で雪国まいたけの廃菌床を使ってアルコールではなくて、美白剤、しかも超高い美白剤を作る研究をします。要はバイオ燃料の10倍、20倍の値段を同じ質量から取り出してやる。そうすれば、日本の中のバイオマスの研究をつぶさないやり方になりますので。私の役割は、その酵素の値段を下げることです。結局アルコールを出すときの値段の半分が酵素の値段ですからね。世界的な二大メーカーがアメリカのエネルギー省から200億、300億円のお金をもらって研究しているので、日本で長岡で成果を出そう!!と戦っているのです。私は糖しか作れませんので、そういう意味でも私のカビは食べるイメージよりも、酵素を使って糖を作っていて、その次のチームは酵母で食べていろんなものを作っている。一つじゃアルコールだったり、油だったり、バイオプラスチックだったり。

NTIC:先生は、糖と作るというところにある程度は専念しているのですね。

小笠原:そうです。それ以外はやるなとビックボスたちに言われています。それだけ難しいのです。

NTIC:その酵素を作る過程でいろんなことを研究されて、それが世界的にもコスト的にも通用できるものを目指していらっしゃるんですね。

小笠原:そうです。
  私達自身も基本的に糖を食べているんですよね。糖ないしデンプンを食べているのですが、その時にATP(アデノシン三リン酸)というエネルギーの通貨と言われているものを作っているんですよ。だから、よく学生たちに「ATPを作るためだけに俺らは働いているんだよって。」って話をするのですが、酵母もそういう風に、代謝と言うのですが、動くときにATPを使うのでATPを作る経路があるんですよね。その原料が糖なんですね。それは大体の生物、人間もそうですけれど、同じなのです。最終的にその時に余った産物(排泄物)が酵母の場合はアルコールだということですね。
  要は人間と同じなんですよ。人間と全く同じで老化もしますし。

NTIC:と言うことは寿命があるのですか?

小笠原:はい。あります。

NTIC:単位としてはどれくらいですか?

小笠原:1クール1週間持たないと思います。満腹にさせないで冷蔵庫で静かに冬眠しているような感じにすれば長く持ちますが。

NTIC:酵母というのは普通の微生物みたいに培養していったらどんどん自分で増えていくのですか?

小笠原:そうですね。

NTIC:死んでも次々と増えていく。

小笠原:そういうやり方もありますが、普通にフラスコの中でずっとやっていると、それも限界が来ます。それも培養のやり方があって、連続培養みたいな古いのと新しいのがどんどん変わっていく工業的に使われるやり方なのですが、普通にやっていれば寿命が来れば死にます。若い細胞もあれば古い細胞もある。その辺のコントロールも含めて研究しています。
  私の研究のイメージは完全に遺伝子屋です。カビのプロセス屋ではないんですね。ですので、どちらかと言うと、発酵にはあまり興味がないし、全体のプロセスにもあまり興味がありません。その辺はいろんな企業がシミュレーションどりをしています。要はカビがどうやって生きているかという研究をしているわけです。

NTIC:カビ自体に一番興味があるんですね。

小笠原:はい。スーパーコンピュータでゲノムの情報とか全体を見なければいけないので他のチームと組んでいます。結果、今は20機関くらいとやっていて、その中で応用も出てくるのでそちらもやっていますが、大きな声じゃ言えませんが、基本的に基礎が好きなんです。生き物はどうやって生きているのか。そういうのがわかってくると突出してくる。マニアックになってくるところで。

NTIC:それで、酵素を作るという方向でカビを研究されているんですね。そのカビにどういうことをしてあげたらより有効な酵素がたくさんできるか。ということを。

小笠原:そうですね。

NTIC:生物的な部分で、実験室で解析等をしているイメージをしていたのですが、挙動を見るために様々なところと連携して、スーパーコンピュータを使って結果を出しているということですね。

小笠原:はい。私のバイオマス利活用の研究会なんかは、引き受けたころはあまり乗り気ではなかったのに、どんどんリーダーになってしまっていくのです。よく考えてみると、先日の朱鷺メッセでもそうでしたが、新潟県全体に良い研究者がたくさんいるので、特にうちのボスの森川康先生(本学名誉教授)や、薬科大学長の高木先生はバイオマスのトップチームですからね。

 

キノコからバイオ燃料

NTIC:世の中自体がバイオマスをかなり注目していることもあって、先日、東京で農水省関係の成果発表会をやっていましたが、ものすごい人が集まっていました。

小笠原:そうでしたね。私も行きました。

NTIC:その時にも、森川先生のお名前が出て紹介されていましたよね。

小笠原:森川先生はあの評価委員ですからね。私も入っています。このプロジェクトにはキノコのエノキタケの研究でうちのチームは参加しています。キノコは、びっくりするとあの形になるのですよ。寒いころによく生えるのですが、死ぬ!とかやばい!とか思ったときに子孫を残すためにあの形になるのです。普通に培養していればカビみたいなものなのですよ。
  さきほど説明しましたが、アルコールを作るにはカビの酵素を使ってセルロースを糖にしてその糖を酵母のおなかの中でアルコールにするという二段式なのですが、エノキタケはセルロースを分解して自分をそのままアルコールにしてしまうんですよ。次世代のバイオマスですね。一気に自分でやっちゃうので、一匹いればいいというので、私たちはキノコの中の遺伝子制御の研究もしています。

NTIC:キノコがアルコールを作るのですか?

小笠原:そうです。酵素を使って糖を作って、その糖を食べたその排泄物がアルコールになるという過程ではなく、一個の菌でいきなりアルコールを作っちゃうんです。

NTIC:キノコって、さっきの話ですと、基本的に単純に菌が死ぬ寸前にびっくりしてあの形にぱっと出てくるというイメージなのですか?

小笠原:はい。びっくりというのは寒くしたりするんですけどね。
  私は雪国まいたけと10年くらい一緒にやっていますが、私のカビがキノコを全部食べちゃうので、施設に10年間入れていただけませんでした。

NTIC:先生のところに普通に研究している状況でついているものが、わざわざ連れて行くわけではないけれど、ものすごく過敏に反応して影響を与えるということですか。

小笠原:はい。だから、今日は家に帰る前にアルコール消毒とした方がいいですよ(笑)。世界最強のカビですから。家がやられますよ(笑)。

NTIC:え!では、先生は今はどうされているんですか?

小笠原:冗談です。大丈夫ですよ!!多分大丈夫です(笑)。最近、うちの妻に家にすごいカビがいるんだけど、なんて言われて見てみると、俺のカビに似てるななんて思うこともあるんですけどね(笑)。ただ。私のカビは繰り返すのはダメですけれど、普通の奴は食品にも使えるいいカビですから。麹菌のいとこなので。

カビと酵母の違いについて

NTIC:カビと酵母の違いはどう違うのですか?

小笠原:カビと酵母の違いは・・・。難しい質問ですね。酵母自体がアルコール発酵するセレビシェというタイプなのですが、それ自体もカビの一種なのですが、ただ、何が違うかというのは、何を食べて何を出すとか、DNAのレベルで分けていくとか、我々がサルと人間はどう違うのかという仕分けを勝手にしていますが、それに近いです。
  私たちの研究しているセレビシェというのは異常なんですよ、あれだけアルコールに強いものはあまりいないので、あの酵母はかなり人間の都合によって捕まえてきているのが多いですね。

NTIC:セレビシェは普通はどうやって見つけてくるものなのですか?探して来ればその辺にいるものなのですか?

小笠原:いや~。それはどうでしょう。歴史的にクレオパトラがビールを飲んでいたっていう、数千年もの、すごく長いスパンのものですからね。昔は何となく使っていたんじゃないでしょうかね。例えばサルが酒を飲んでいたとか。多分原始人が雷で火を見付けたのと同じで、なんとなく藁に豆をしまって蒸していたら納豆ができたみたいな。多分、微生物と言うものは知らなっかたのでしょう。フランスのパスツールらが見つける200年くらい前までは微生物と言う概念はなかったのです。ですので、当然知らないで使っていた。それが、だんだん私達研究者たちの研究でわかってきた。というところですね。
  発酵ってそういう部分が多々あるのです。お寿司だって、もともとは「なれずし」や「フナずし」といった保存食でしたしね。昔は酢もなかったですよね。その酢をどうしたかというと、あれは多分塩がキーだと思うのですが。塩をまぶした魚にお米をいれるんですよ。お米は甘くしたくて入れるのではなくて、お酢の原料とかお酒の原料をそこの段階で作らせるために入れているんです。普通に考えたらお米を入れたら腐るんじゃないかって思うのに、そのお米がないと発酵しないから保存できないので、そこはうまくできていますよね。

NTIC:それもたまたまやってみたらこういうことが起きたという、ものすごい事の積み重ねですよね。

小笠原:そう思います。その原理は判っていなくて多分使っていたし、いまだにそれは判らない。ですので、私たちの研究の楽しいのは判らないことがわかることです。でも実際本当のことは何もわかっていない(笑)。だから、さっきのカビと酵母の違いもかなりいい質問で、私もよくわかっていない(笑)。なんとなく、こう分類でね・・・。
  当然あいまいなものもいるのですよ。さっきのプラスチックを作るのを一緒にやろうとやり取りしてきている内容も、彼らは酵母の専門家で、扱う微生物は酵母だっていうんですけれど、私から見たらカビだろう!って、そういうあいまいなものもあるんですよね。

NTIC:やり取りしてきている中がすごく歴史的ですよね。機械とか電気っていうのは近年でいろいろなことが目に見えてわかっている中で、微生物の世界では何万年も前からいろんなことをしてきたのが、あるいは途中でいろんな人がいろんな経験をしてきて、お酒なんかも歴史的に見ても何かやったら何かが起きたっていうことだけですよね。

小笠原:そうですね。新潟県は上越に坂口謹一郎先生という方がいらっしゃって、その方が東大の発酵チームをまとめていて、本学の生物系を作った矢野圭司先生が弟子なんですね。それで本学生物系の福田先生が孫弟子にあたるんですが、薬科大の高木学長も矢野先生の弟子で、そういうラボが何個かあったところのトップが上越出身の坂口先生なんですよ。新潟県はさっきも言いましたが本当にすごい研究者がたくさんいるので、先日の朱鷺メッセで基調講演をしてくださった、小泉武夫先生に「新潟が日本の新たなバイオ産業を引っ張っていく時」と励まされました。

NTIC:バイオの世界は大昔から知らず知らずに利用されていたことがわかりました。深い世界ですね。
  今日はありがとうございました。