二酸化炭素はタンパク質を合成します。将来、食べなければ飢えてしまうのでしょうか？

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「北西の風を飲む」ということわざは皆さんもよくご存知だと思います。一般的には、食べるものがないほど貧しい人々を指します。しかし、将来的にはこのことわざは役に立たなくなるかもしれません。なぜなら、「北西の風を飲む」と本当に満腹になれるからです。今日は二酸化炭素をタンパク質に変える方法についてお話します。

生物学の授業で、植物は光合成によって空気中の二酸化炭素と水をデンプンに変えることができると学びました。では、二酸化炭素でもタンパク質を合成できるのでしょうか?当時、先生は二酸化炭素でもタンパク質を合成できるとは言っていませんでした。ご存知のとおり、タンパク質は生命の重要な基盤であり、複雑な構造と機能を持っています。二酸化炭素をタンパク質に変換することは信頼できるのでしょうか?

フィンランドの工場では二酸化炭素を使ったタンパク質の生産を開始しており、年間生産量は160トンに達すると報じられている。 160トンとはどういう意味ですか?これは卵2,285万個（卵1個には約7グラムのタンパク質が含まれています）または牛乳5,333トン（タンパク質含有量は約3％）に相当します。 1人1日に必要なタンパク質80グラムに基づいて計算すると、この生産量は5,500人を1年間養うのに十分な量です。

これらのデータは誇張されているかもしれないが、技術自体は新しいものではない。我が国でも関連研究を行っています。 2021年9月、中国科学院天津工業バイオテクノロジー研究所は、二酸化炭素からデンプンの人工合成に初めて成功した。同年、中国農業科学院飼料研究所も、一酸化炭素と二酸化炭素を含む産業排ガスとアンモニア水を主原料として、新たな飼料タンパク質資源であるエタノール・クロストリジウムタンパク質を生産すると発表した。

では、二酸化炭素を使ってタンパク質はどのように合成されるのでしょうか?

タンパク質の構造は複雑ですが、主に炭素、水素、酸素、窒素、および少量の硫黄、リンなどの元素で構成されています。最も多く含まれる 2 つの元素は炭素と酸素であり、二酸化炭素はこれら 2 つの元素で構成されています。水を電気分解して一定量の水素と酸素を得ることで、基本的な原材料はほぼ完成します。

次に、これらのすべての原料を発酵タンクに加え、窒素固定細菌、エタノールクロストリジウムなどの特定の発酵細菌を追加し、残りは時間に任せます。全体のプロセスはビールの発酵に少し似ています。

しかし、この方法で得られるのはタンパク質を含む混合物であり、そのうちタンパク質が約60％～80％を占めます。この混合物を繰り返し分離・精製することで、タンパク質乾燥粉末が得られる。

あなたはこう尋ねるかもしれません: このアプローチの利点は何ですか?得られるタンパク質は普段食べているタンパク質と同じですか？

まずはメリットについてお話ししましょう。第一の利点は生産効率が高いことです。

栽培や育種を通じてタンパク質を得る従来の方法と比較すると、二酸化炭素から合成されるタンパク質の生産効率は300～2000倍に向上します。これは主に、微生物が急速に成長し、増殖するため、生産サイクルが大幅に短縮される可能性があるためです。

2つ目の利点は、変換効率が高いことです。

これまで、中国農業科学院飼料研究所は、エタノールクロストリジウムタンパク質製造の中核キー技術において画期的な進歩を遂げ、一炭素ガスからタンパク質をワンステップで生合成し、最大収率85%を達成するという大きな成果を達成した。変換効率は植物の光合成の約10倍です。つまり、2トンの二酸化炭素を消費すると、約1トンのタンパク質を生産できることになります。

3つ目の利点は環境保護です。

現在、私たちは主に農作物の栽培と動物の飼育を通じてタンパク質を得ています。どちらの方法も、大量の土地、化石燃料、肥料、農薬、水を必要とします。伝統的なタンパク質の生産プロセスでは、大量の二酸化炭素が放出され、温室効果が悪化するだけでなく、環境汚染も引き起こします。

二酸化炭素を使ってタンパク質を合成すると、二酸化炭素が消費されるだけでなく、必要なエネルギーも少なくなります。プロセス全体を考慮すると、理論的には、炭素排出量は従来の方法の 1% 未満になります。

もちろん、言及しなければならないもう 1 つの利点は、原材料がより幅広い供給源から来ているということです。

空気中の二酸化炭素だけでなく、麦わら、バガス、ビートパルプなどの農業廃棄物、産業廃棄物、産業・農業廃水、さらに発生する原油、軽油、排気ガスなども発酵原料として利用できます。先ほど述べた農業科学アカデミーのチームは、産業排気ガスを利用して、飼料用のタンパク質を年間5,000トン生産することに成功しました。

現在、食品生産における「空気タンパク質」の使用を承認している国はわずか数カ国です。例えば、シンガポールではアイスクリームに取り入れています。

純粋に栄養学の観点から言えば、「空気中のタンパク質」と私たちが現在食べている食物中のタンパク質との間に大きな違いはありません。ただし、味には若干の違いがあります。しかし、将来的には、発酵細菌の種類や遺伝子を変化させることで、タンパク質のアミノ酸組成を調整し、さまざまな人々のニーズを満たすことも可能になります。

現時点では、二酸化炭素からタンパク質を合成する技術はさらなる改良が必要であり、実際に大規模に適用できるようになるまでにはまだまだ長い道のりがあります。しかし、この技術はもはや土地、環境、降雨量、気温によって制限されなくなりました。エネルギーがあればどこでもタンパク質を生産できます。

二酸化炭素タンパク質合成技術は、伝統的な産業を効果的に補完し、食糧危機を緩和することができます。また、食品の種類を豊富にし、人工肉、人工乳、植物由来の食品などの新しい食品を生み出すこともできます。さらに、「二酸化炭素タンパク質」は、製薬業界、畜産、航空宇宙などの分野でも活用できます。特に航空宇宙。この技術は人類の宇宙計画のための食糧基盤を提供できるかもしれない。想像してみてください。火星の大気中に最も多く存在するものは二酸化炭素で、その割合は実に95%にもなります。十分な太陽エネルギーと組み合わせることで、火星移民に必要なタンパク質を供給することができます。さらに、この技術により、将来、宇宙を旅して宇宙の広大な美しさに感嘆するとき、宇宙船内で製造された「できたて」のハンバーガーや麻婆豆腐をいつでも楽しむこともできるでしょう。なんと素晴らしい人生でしょう。

著者: 張宇

査読者: 宋毅、中国農業大学食品科学・栄養工学部准教授、梁千金、北京師範大学生命科学部教授

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司