この度、2025年9月10日から9月12日にかけて広島工業大学五日市キャンパスで開催された日本生物工学会大会に参加した。生物工学会は2023年に創立100周年を迎えた非常に歴史ある学会であり、醸造学会や発酵工学会など名称を変更しつつ現在の生物工学会になっている。そのため、微生物を対象とした有用物質の生産や食品工業への応用的研究や、酵素工学と呼ばれる酵素 (例えばDNAポリメラーゼ) の改良や人工酵素の作成などの研究が非常に多い。その他、これらの研究を支える新しい計測技術や培養技術、診断・治療など医学領域への応用に関する演題もあった。私自身、微生物による感染症の研究をしているということで、直接関係のある研究自体はほとんどないが、体感としては半分弱が微生物が関わる報告であったため、非常に勉強になった。

全体的な感想としては、聴講する講演やシンポジウムの選び方次第で内容の理解度が0か100に極端に分かれる学会と感じた。私は、学会に参加したら必ず一回は自分の領域や興味からかけ離れた内容の演題を聞くようにしている。清水研の多くのメンバーが参加する分子生物学会やバイオインフォマティクス学会などでは、このような選び方をした講演を聞いても全くわからないということはほとんどない。一方今回参加した生物工学会はさっぱりわからないシンポジウムがいくつかあった。もちろん畑が違うということもあるが、原因の一つに、今回の学会が生物”工学”会であると振り返っている。普段私が触れる研究の目的はメカニズムの理解やあっても臨床応用といったところであるのだが、生物工学会では演題の選び方によってはかなり社会実装に近いところの研究・開発の話が多い。より効率的に醤油や味噌を作るための温度・湿度管理システムや大量かつ均一な生産のための自動化などである。すぐに自分の研究に何か取り入れられる訳ではないが、全く知らない世界を知ることができるのは学会の醍醐味だと改めて感じた。

ここからはいくつかの研究について少し詳細に報告していきたい。まずは、初日に聴講したバイオプロセス／培養工学について報告する。培養工学とは生物生産に用いられる微生物、培養装置と操作、培養プロセスのモデリングやシステムの最適化などを目指した学問領域である。正直なところ普段、あまり深く考えずに培地を使っている私からしたら、「え、そんなところまで検討するの？」と思いながら聴講していたのだが、非常に勉強になる話ばかりであった。その1つとして、筑波大学の先生によるムチン層を導入した腸管模倣共培養システムの開発に関する発表を報告する。腸管におけるムチン層は宿主側のヒトにとっては防御機構の一つとして機能し、腸内細菌にとっては栄養源かつ増殖の素地として利用される。しかしながら、これまでムチンを導入した培養環境の検討は十分でなく、その役割や相互作用は不明瞭な部分が多いという。そこで腸管の細胞であるCaco-2を素地とした培養の上にムチン層を導入して幾つかの腸内細菌を培養し、その影響を評価した。この中で、特に興味深かったのは観察する対象である。もちろん、菌や細胞そのものも観察するのだが、培地自体を観察対象に含まれていた。具体的にはムチン層の酢酸量や酸素濃度の計測することで、ムチン層が細菌や細胞にどのような影響を与えているのかを推定するという観察方法である。さらに驚いたことがこの計測だが、細胞側と細菌側でムチン層を分けて解析しているということである。様々な計測は細胞や細菌そのものに対して行うものだと考えていたことに気付かされる研究であり、自分に無意識な固定観念があることを認識させられた。同一の一般講演では、このほかにも様々な培養法に関する研究が紹介された。特に印象に残っているのは、振盪のいらない培養方法に関する演題である。細かい原理については把握しきれていないが、酸素の供給が可能など特殊なプレートでシェイカーなどによる振盪を必要とせずに細菌の増殖やタンパク質の発現などが可能なシステムとのことだ。技術としてすごいなー、と聞いていたのだが、このシステムの有用性は同時に大量に培養することが可能であることにある。というのも、シェイカーという決まった容量の場所に入れる必要がないため大量に重ねて培養することが可能である。そのため、同時並行で進行可能な実験の数が増えるため大量にデータを取ることができる。これは、データ枯渇問題に対処できるほか、AIによる予測→実験→モデルの更新…といったサイクルを高速に回すことやロボットとの相性が良いなど、我々のこの後の研究にも関わってくるかもしれない重要な技術であると感じた。

              酵素工学に関する研究も多数発表されていた。タンパク質工学は酵素工学の分野に含まれる重要な領域である。普段私の目に留まるタンパク質工学関連の内容はmini binderを作りました。とか酵素の活性を調整しました。のような内容であり、生物工学会で発表されていた内容も大筋は同じ内容であった。ただ、実用化を念頭に置いて研究を進めている印象をかなり感じた。酵素の活性が少しでも上がれば、工業レベルで大量に生産する際には生産物の収量は相当な量になる。今回、実際に利用されている醤油工場の装置などの写真を見る機会があったのだが、思っていた以上に規模が大きい。確かに、この規模を考えれば僅かにでも酵素活性を改善できたら、収量にかなりの差が出るだろう。また、タンパク質工学の文脈で、酵素の活性を落とさずに熱安定性を獲得することを目指した研究の話を目にすることが多い。正直なところ、作成したアプリケーションの1デモンストレーションぐらいにしか思っていなかったのだが、工業的には熱安定性は非常に重要である。というのも前述した醤油工場なのだが、酵母による発酵は熱を発する。この排熱量は私の想像をはるかに超えており、温水プールを運営できるほどになるとのことだ。自然界においては、ここまでの発酵による高温は起きることはないため、進化的な選択圧もかかっていないだろう。それゆえに、安定した物質生産のためにタンパク質工学の知見により高い熱安定性を保持した酵素開発が必要になっている。このセッション以外でも感じたが、明確な社会実装を提示した工学の研究をいくつか聞いたおかげで、これまで「なんでこの研究やっているのだろう」と思っていた内容に対して、自分の中で納得のいく回答をいくつか得ることができたのは大きな収穫だと感じている。

最後に情報学・機械学習手法との融合に関する研究報告について紹介したい。この学会の領域におけるAI・機械学習手法の主な利用法はRFdiffusionやAlphaFold3などによるタンパク質やその複合体の立体構造の予測及び生成と培養条件の最適化の2つになるだろう。直近1年~1年半での複合体予測手法の発展は目覚ましい。AlphaFold Multimerなどはあるが、それまでタンパク質単体の立体構造の予測のみでタンパク質同士もしくはタンパク質と化合物や核酸などの他のモダリティとの複合体の立体構造予測には限界があった。酵素工学においては酵素と基質の相互作用が重要であり、AlphaFold3等の登場により複合体の立体構造のみならず相互作用に関するスコア (ipTMなど) が利用できるようになっている。生物工学でも、これら情報科学技術の取り込みは行われており、今後さらに加速していく予感がある。

今回の学会はポスターなどの発表はなく、勉強目的で参加させていただいた。自分の専門分野とは異なる「工学」の視点に触れたことで、知識的な部分だけではなく、問題の考え方・捉え方に関して参考できる部分は多いと思っている。生物工学会では計測技術に関する研究も発表されている。我々の研究に直結する高度な技術を有する先生との繋がりを持つことができた。生物情報系の研究者にも参加してもらうことで、卓越したdryとwetの融合研究が可能になるだろう。大雨の影響で初日と最終日の午前中のシンポジウムが中止になるなどトラブルもあったが、総じて有意義な学会参加であったと振り返っている。機会があればまた参加したいと考えている。