【特集】 食べる医薬の開発
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特集にあたって―遺伝子組換え作物を用いた高付加価値物質生産―
Development of Fundamental Technologies for Production of High-value Materials using Transgenic Plants

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後藤英司(千葉大学 大学院園芸学研究科 環境調節工学研究室 教授)
松村健((独)産業技術総合研究所 ゲノムファクトリー研究部門 植物分子工学研究グループ グループ長)

【目次】
1. はじめに
2. 植物個体を用いる有用物質生産の特徴
3. 開発する高付加価値物質と利用する植物種
4. 農業における植物工場
5. 遺伝子組換え植物工場
6. おわりに


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植物ウイルスベクターの開発
Development of Plant Virus Vector

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福澤徳穂((独)産業技術総合研究所 ゲノムファクトリー研究部門 植物分子工学研究グループ 研究員)
一町田紀子(ホクレン農業協同組合連合会 農業総合研究所 研究員)
石原岳明(ホクレン農業協同組合連合会 農業総合研究所 研究員)
増田税(北海道大学 大学院農学研究院 教授)
松村健((独)産業技術総合研究所 ゲノムファクトリー研究部門 植物分子工学研究グループ グループ長)

遺伝子組換え植物を活用した有用物質生産は,他の生物生産系と比較していくつかの優位性が指摘されているが,問題点として,発現量が少ない,組換え植物の作出には少なくとも数か月単位の期間を要する,花粉による遺伝子の環境への拡散などが挙げられる。一方,有用物質を効率的に高生産・高蓄積させる他の方法として,植物ウイルスベクターを用いる方法がある。この場合,ウイルスベクターの植物への接種後数日から2週間程度の短期間で目的物質が得られるという優位性がある。しかし,複数の遺伝子の同時発現が困難,利用可能な植物種が限られる,自然環境へのウイルスベクターの拡散などの特異的な問題点もある。本稿では,特に植物ウイルスベクター利用の上で重要な問題点である,自然界でのベクターの無秩序な拡散を解決するための,新規植物ウイルスベクターシステムの開発について述べる。

【目次】
1. はじめに
1.1 植物RNAウイルスベクターとは
2. 植物ウイルスベクターの開発と利用の現状
3. CMVベクターについて
4. 非拡散防止植物ウイルスベクターシステムの開発
5. おわりに


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タンパク質への植物特異的O-結合型糖鎖修飾抑制技術開発への展望
Prospects of the Development of the Technology for the Suppression of the Plant-Specific Protein O-Glycosylation

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森口亮(九州大学 農学研究院 植物資源科学部門 学術研究員)
陶山明子(九州大学 農学研究院 植物資源科学部門 学術研究員)
岡拓二(崇城大学 生物生命学部 応用微生物工学科 助教)
新間陽一((独)産業技術総合研究所 糖鎖医工学研究センター 主任研究員)
松岡健(九州大学 農学研究院 植物資源科学部門 教授)

植物を用いた有用物質の生産が近年注目されている。しかし,植物を用いてヒト・動物由来の有用タンパク質を合成させる際には「植物特異的な糖鎖修飾」が大きな問題となり,これを如何にして回避するかが将来の植物バイオ産業発展の大きな鍵を握っている。本稿では,植物特異的なO-結合型糖鎖修飾の抑制を目指してこれまでに行ってきた研究の概略と,今後の展望について解説する。

【目次】
1. はじめに
2. 糖鎖付加モチーフと,その破壊による糖鎖付加の回避を目指したアプローチ
3. プロリン水酸化酵素活性の抑制を目指して
4. 植物の各種器官による付加程度の違い
5. 糖転移酵素の同定からのアプローチ


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組換えレタスによるブタ浮腫病ワクチンの生産
Production of Candidate Vaccine against Porcine Edema Disease in Transgenic Lettuce

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澤田和敏(出光興産(株) 先進技術研究所 環境・バイオ研究室 テーマリーダー)
松井健史(出光興産(株) 先進技術研究所 環境・バイオ研究室)
川本恵子(帯広畜産大学 大動物特殊疾病研究センター 食品有害微生物講座 准教授)
加藤晃(奈良先端科学技術大学院大学 バイオサイエンス研究科 植物代謝調節学講座 助教)
牧野壮一(帯広畜産大学 理事・副学長)

植物の遺伝子組換え技術の産業利用として高付加価値物質の生産がある。近年,その1つとして植物ワクチンの研究開発が試みられているが,本稿では,筆者らが経済産業省プロジェクトにて遂行中の家畜用経口ワクチン生産植物の開発について概説し,特にワクチンタンパク質の高生産技術に関する研究成果を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. ブタ浮腫病
3. ブタ浮腫病ワクチン
4. 植物ワクチン高生産技術
4.1 局在化シグナルによる蓄積部位の最適化
4.2 新規高蓄積化技術
5. おわりに


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組換えダイズ作出技術の開発と有用物質生産への利用
Development of Technique for the Production of Transgenic Soybean and Application to Useful Material Production

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寺川輝彦(北興化学工業(株) 開発研究所 バイオサイエンス研究部 植物バイオグループ リーダー)

世界的に遺伝子組換えダイズの利用が拡大しているなか,ダイズは貯蔵タンパク質含量が高く,医薬品などの有用タンパク質やペプチドなどを高生産する植物として適している。本稿では,筆者らが開発したウイスカー超音波法による組換えダイズの作出と組換えダイズを利用した有用タンパク質生産の可能性について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. ウイスカーによる遺伝子導入法の開発
3. 形質転換ダイズの作出
4. 有用物質生産への利用
5. おわりに


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プレニル化ポリフェノール生産植物の開発
Development of Transgenic Plants Producing Prenylated Polyphenoles

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杉山暁史(京都大学 生存圏研究所 研究員)
士反伸和(京都大学 生存圏研究所 特任助教)
葛山智久(東京大学 生物生産工学研究センター 准教授)
矢崎一史(京都大学 生存圏研究所 教授)

植物が生合成するプレニル化ポリフェノールは多様な生理活性を有することから,医薬品原料や機能性食品の成分として注目されている。しかし,植物体内での含有量が低い,複雑な混合物として存在し抽出・単離が困難,効率的な化学合成法がない等の問題が指摘されてきた。ここでは,放線菌や植物のプレニルトランスフェラーゼ遺伝子を発現する形質転換植物を用い,プレニル化ポリフェノールの安定生産を目指した研究開発を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. プレニル化ポリフェノールの有用性と現状の問題点
3. 放線菌のプレニルトランスフェラーゼの特徴
4. マメ科植物クララのプレニルトランスフェラーゼ
5. 形質転換体の作製
6. プレニル化ポリフェノールの生産
7. おわりに


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イネ植物工場―閉鎖型イネ栽培システムに必要な機能と設備―
Rice-plant Factory―Key Technology of Closed-plant-factory-system for Plant Made Pharmaceuticals―

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中島啓之((株)朝日工業社 技術研究所 副主任研究員)

近年の遺伝子組換え技術の向上により,組換え植物を活用した有用物質生産が期待されている。これらの組換え植物を気象条件に左右されずに,目的の有用物質の含有量が一定でかつ効率的に計画生産するためには,栽培条件を適切に制御できる閉鎖型人工環境システムが必要となる。本稿では,イネの育成に特化した閉鎖型イネ栽培システムに必要な機能と,イネ群落の試験栽培が可能な中規模の試験用閉鎖型栽培室の設備概要について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 閉鎖型イネ栽培システムに必要な機能
2.1 光環境
2.2 空気環境
2.3 培養液環境
2.4 遺伝子拡散防止機能
3. 試験用閉鎖型栽培室の検討
3.1 気流方式の検討
3.2 照明チャンバの冷却方式の検討
4. 試験用閉鎖型栽培室の構築
5. 試験用閉鎖型栽培室の性能評価
5.1 3次元風速による空気環境評価
5.2 栽培室内の温熱環境評価
5.3 栽培室内の光環境評価
5.4 栽培室内の浮遊微粒子濃度の評価
6. 今後の予定


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遺伝子組換えイチゴによる有用物質生産と閉鎖型植物工場による高効率栽培システムの構築
Production of High Value Materials utilizing Genetically Modified Strawberries and Development of Highly Efficient Cultivation System in Closed-type Plant Factory

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高砂裕之(鹿島建設(株) 技術研究所 地球環境・バイオグループ 上席研究員)
権藤尚(鹿島建設(株) 技術研究所 建築環境グループ 主任研究員)
武政祐一(鹿島建設(株) 技術研究所 建築環境グループ 上席研究員)
彦坂晶子(千葉大学 園芸学研究科 環境園芸学専攻 環境調節工学研究室 准教授)
田林紀子(北海三共(株) 農業科学研究所 専門研究員)

遺伝子組換えイチゴを用いた有用物質生産では,インターフェロンやラクトフェリンを発現する組換えイチゴの作出がすでに実現している。その一方で,閉鎖型人工環境下でのイチゴの栽培研究はこれまでにあまり例がなかった。本稿では,閉鎖型植物工場における有用物質発現イチゴの高効率栽培システムの実用化を目的に,異分野の研究者が連携して取り組んでいる研究開発の状況について紹介する。

【目次】
1. 遺伝子組換えイチゴによる有用物質生産
1.1 有用物質生産系としてのイチゴの特徴
1.1.1 安定的な増殖
1.1.2 多段式栽培が可能
1.1.3 生食性と嗜好性
1.2 有用物質発現イチゴの開発例
2. 閉鎖型遺伝子組換え植物工場による有用物質発現イチゴの生産フロー
3. 閉鎖型人工環境下でのイチゴの高効率栽培システムの開発
3.1 有用物質生産に最適な栽培環境条件の解明
3.1.1 果実収量を高める条件
3.1.2 有用物質の蓄積濃度を高める条件
3.2 多段式栽培が行われる室内環境の特性と最適栽培空間の設計構築手法の開発
3.2.1 栽培室内の環境の均一性に関する調査研究
3.2.2 栽培環境シミュレーション技術の開発
4. おわりに


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BIO R&D

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RNAスイッチを用いた微生物のタンパク質合成技術の開発と応用
Development and Application of the Excellent Proteinsynthesis Technique with RNA Switches in Microorganisms

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山内隆寛(白鶴酒造(株) 研究開発室 主任;甲南大学 先端生命工学研究所(FIBER))
杉本直己(甲南大学 先端生命工学研究所(FIBER) 所長;同大学 理工学部 教授)

近年,バクテリアや植物,糸状菌でシグナル分子と直接結合して遺伝子発現を調節するスイッチRNA(リボスイッチ)が発見された。本稿では,麹菌で発見されたリボスイッチの遺伝子発現制御機構と,筆者らが開発した新しい機能を持ったリボスイッチについて紹介する。また,リボスイッチを使った将来展望についても述べる。

【目次】
1. はじめに
2. リボスイッチとは
3. 麹菌のリボスイッチについて
4. 麹菌リボスイッチの応用
5. おわりに


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糖尿病診断に用いる新規酵素の開発
Development of Novel Enzymes Applied to Clinical Diagnosis for Diabetes

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廣川浩三(キッコーマン(株) 研究開発本部 研究開発第2部)


国内の糖尿病患者数は1,870万人(予備軍を含む)に達するなど,深刻な社会問題である。現在,糖尿病の病態管理にはヘモグロビンA1c(HbA1c)が広く用いられているが,短時間で大量の検体を測定するため,酵素による測定法の開発が期待されていた。本稿ではHbA1c酵素法の実用化に向けて筆者らが取り組んだ,新規酵素のスクリーニングおよび性能の改良について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 酵素法HbA1c
2.1 アマドリ化合物に作用する酵素
2.2 FPOXのスクリーニング
2.3 FPOXの安定性向上
2.4 FPOXを用いたHbA1c測定法
3. おわりに


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連載:未来をひらく 脳科学のススメ

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第4回 脳と環境とのインタラクションに挑む技術(1)

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身体あるいは機械を通した実社会とのインタラクション
Interaction with Read World Via“Body”or“Machine”

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福士珠美((独)科学技術振興機構 研究開発戦略センター(JST/CRDS) ライフサイエンスユニット フェロー)




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多次元生体情報記録手法
Multi-Dimensional Recording

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藤井直敬((独)理化学研究所 脳科学総合研究センター 適応知性研究チーム BTCC 双方向BMI研究ユニット チームリーダー(ユニットリーダー))

多次元生体情報記録手法は,脳内多領域からの神経細胞活動を同時記録する一方,実験動物の行動の詳細も同時に記録する手法である。この手法は,従来の電気生理学的手法を拡張するものであり,脳内神経ネットワーク,個体間ネットワークなどの動的多層ネットワークを関係性という視点から理解することを可能にする。

【目次】
1. わたしたちと脳
2. 覚醒動物からの神経細胞活動記録
3. 従来の手法の問題点と限界
4. 多次元生体情報記録手法
5. 多次元生体情報記録手法の応用
6. これからの認知神経生理学


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脳内意思解読技術の開発を目指して
Towerd Development of Neural Mind Reading Techniques

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長谷川良平((独)産業技術総合研究所 脳神経情報研究部門 ニューロテクノロジー研究グループ グループ長)

少子高齢化社会において脳や身体に障害を持つ人々の「生活の質」を向上するためのニューロテクノロジー開発は脳研究で社会貢献を目指す研究者にとっての重要なミッションである。この目的を実現する手段の一つして脳と外界を直結するブレイン・マシン・インターフェース(BMI)技術が着目されている。本稿では,筆者がこれまで行ってきた,サルをモデル動物とした意思決定の脳内機構の研究と,その成果を活用した脳内意思決定を解読する認知型BMI技術開発への取り組みを紹介する。

【目次】
1. 脳が「侵略」される?
2. BMIの何がすごいのか?
3. BMI開発を(密かに)目指して…


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連載 たまごバイオ(第1回)

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たまごバイオの紹介

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結城惇((株)アニマルバイオ)

【目次】
1. はじめに
2. 背景
2.1 分子生物学とヒト遺伝形質の移植技術
2.2 バイオ産物の推移と宿主生物種の拡大
2.2.1 単純蛋白質の生産からヒト抗体の生産へ
2.2.2 研究用微生物から農畜産用生物へ
2.3 動物個体への遺伝子移植法の発展
3. たまごバイオの紹介
3.1 たまごバイオの対象
3.2 たまごの構造と形成
3.3 たまごバイオの産物
3.4 たまごバイオの技術
4. たまごバイオの特徴
4.1 動物胚操作技術の基本要件とニワトリ
4.2 世界のたまごバイオ研究
5. アニマルバイオとたまごバイオ
5.1 アニマルバイオのトピックス
5.2 マウスとトリ