研究室で育てられた母乳 |ネイチャーバイオテクノロジー

研究室で栽培された母乳は、乳児用粉ミルク市場を破壊する準備を整えています。ニューヨークに本拠を置く新興企業ヘライナは、母乳相当タンパク質の開発のために2024年9月に4500万ドルを調達し、カリフォルニアに本拠を置くBコーポレーション・チェッカーズスポットは微細藻類発酵によってヒトの乳脂肪を生成するために2023年に5500万ドルを調達した。多くの新興企業も、乳児の栄養のためにミルクを最適化し、乳児のゴールドスタンダードである母乳に近い製品を実現するためにバイオテクノロジーツールを採用しています（表1）。

あらゆる種類の乳製品代替品に対する消費者の熱意が高まり、研究室製母乳の人気が高まっています。培養植物や動物細胞から研究室で作られた代替品も、商業環境の変化に貢献しています。世界の細胞ベースのミルク市場は、2023 年に 4 億 5,000 万ドルと評価され、2029 年まで年間平均成長率 8.8% が見込まれています。同様のバイオテクノロジーの進歩により、研究室で作られた母乳が初期産業に変わりつつあります。

専門家らは乳房が最適だとしているが、乳腺細胞を培養すれば、代替品を求める人、あるいは必要とする人に、母乳の独特な組成に近い栄養特性を持つ製品を提供できる可能性がある。乳児用粉ミルクの需要は非常に高く、生後 6 か月間母乳のみで育てられる米国の新生児のうち、わずか 25% のみです。

従来の乳児用粉ミルクは通常、調整された牛乳から作られています。その目的は母乳を模倣することですが、人間の母乳は 2,000 種類以上の成分を含む生きた液体であるため、エール大学公衆衛生大学院母子健康推進プログラムのディレクターであるラファエル・ペレス・エスカミラ氏は、7,000 万ドルをかけて研究を行っています。母乳育児と乳児の栄養の改善に貢献するプログラムは、これはとらえどころのない目標であると述べています。 「赤ちゃんが母親の乳房に吸い付くと、免疫システムが相互に通信するため、同じ成分の乳を持った女性は世界中に二人として存在しません。」彼は、1 回の授乳期間中でも母乳の組成は変化すると付け加えました。

スタートアップ企業がこの課題に立ち向かっています。細胞ベースのミルクを製造する企業は、人間の母乳にしか含まれない糖、タンパク質、脂肪の一部を含むミルクを生産することで、母乳と乳児用粉ミルクの間のギャップを縮めることができると主張している。

細胞生物学者のレイラ・ストリックランドさんは、母親になって母乳育児が難しいと感じた後、2009 年に細胞ベースの母乳の生産に初めて着目しました。彼女はノースカロライナ州ダーラムで細胞ベースの牛乳を製造するバイオミルク社を共同設立し、ビル・ゲイツ氏の投資会社ブレークスルー・エナジー・ベンチャーズを含む支援者とともに2,500万ドルを調達した。

Biomilq は、授乳中の女性から提供された母乳サンプルから分離された乳腺細胞を使用します。栄養分を満たしたバイオリアクターに入れると、細胞は穴のあいたストローの足場に固定されます。基底細胞が培地から栄養素を摂取する一方で、頂端細胞はミルクを分泌し、そのミルクは注射器を使ってバイオリアクターから抽出できます。このプロセスには 30 日かかります。

これまでのところ、Biomilq は乳児のマイクロバイオームの発達に重要な役割を果たす母乳オリゴ糖 (HMO) と、母乳には豊富に含まれるが牛乳には含まれない多機能タンパク質オステオポンチンを含む複雑な混合物の製造に成功しています。または乳児用粉ミルク。 Strickland氏は、HMOとオステオポンチンのコンポーネントは2028年までに準備が整い、2035年までに発売される可能性があると述べている。Biomilqのチームは、このプロセスを使用して個々の化合物ではなく乳腺細胞から乳を搾り出すこともできたが、まだ規模を拡大できるほどには開発されていない商用利用可能です。

シンガポールのスタートアップ TurtleTree は、牛を使わずに牛乳を作るという目標を掲げて 2019 年に設立されました。元 Google 従業員の Fengru Lin 氏は、趣味のチーズのために生乳を調達する難しさに直面したときに、細胞ベースの牛乳生産のアイデアを初めて思いつきました。細胞ベースの肉の台頭を受けて、リン氏は細胞ベースの牛乳も作れないかと考えました。同社は、ウシの乳房細胞を使用した牛乳とヒトの乳房細胞を使用した乳児用調製粉乳の両方を製造することを設立しました。

2021 年 5 月にシリーズ A で 3,290 万ドルを調達した後、リン氏と彼女の共同創設者であるシリコンバレーの起業家マックス・ライ氏は、TurtleTree を米国に連れて行くことができました。現在、従業員は 42 名で、シンガポール、カリフォルニア大学デービス校 (UC Davis)、およびマサチューセッツ州ボストンにオフィスを構えています。

彼らもまた、乳腺細胞を培養することで乳を生産することができました。最初は、セルベースのミルクには圧倒されました。 「生成物から一部のタンパク質や一部の糖を検出することはできていますが、課題は、タンパク質を精製して規模に見合った価格の製品にするために、十分な量のタンパク質を取得することです」とリン氏は言います。

培養乳をより早く市場に出すために、彼らは人工酵母による精密発酵に目を向けました。この方法を使用して、彼らは免疫強化タンパク質であるウシラクトフェリンを、LF+と呼ばれる形式で生成しました。 「私たちは、牛を使わずに糖を取り込み、ウシのラクトフェリンに匹敵するタンパク質を送り出すように酵母を設計しました」とリン氏は言う。 TurtleTree ラクトフェリン LF+ の製造には 1 週間かかります。ウィスコンシン州の Cadence Cold Brew コーヒー会社は、これをスポーツドリンクに配合する予定です。 TurtleTree の次の目標は、乳児用ミルクにウシ ラクトフェリンを添加することです。 「今から約 2 年後に乳児の承認を得ることを目指しています」とリン氏は言います。ヒトラクトフェリンもこれに続きますが、規制当局の承認が必要なため、プロセスはさらに長くなります。

2019年に設立されたHelainaは、ヒトラクトフェリンを生産しています。同社は遺伝子編集ツールを使用して酵母菌株を改変し、人体に見られるものと同じ構造と機能を持つタンパク質を生成させます。

ヘライナの食品科学者の創設者であるローラ・カッツの目標は、乳児向けに全乳を再現することではなく、あらゆる年齢層の健康を増進できる健康効果のある特定の生理活性タンパク質に焦点を当てることでした。ヘライナは糖鎖改変酵母を使用しており、 コマガタエラ ファフィー、母乳の最初の成分である初乳に含まれるヒトラクトフェリンを生成します。ヘライナのスタッフが餌と改変酵母をバイオリアクターに入れると、1週間以内に酵母がタンパク質を吐き出す。彼らは液体からタンパク質をろ過して粉末にし、現在は三菱などの栄養・食品会社に販売している。

マサチューセッツ州のバイオテクノロジー企業コナジェンも、2022年からラクトフェリンとHMOに取り組んでいるが、他社とは異なり、乳児用粉ミルクのみに焦点を当てている。 Conagen は精密発酵によりラクトフェリンを生成し、酵素を使用した生物変換プロセスにより HMO 2′-フコシルラクトースを生成します。

Conagen チームは、乳児用ミルクの砂糖を最適化することを選択しました。 「砂糖のほとんどは乳児用ミルクに含まれる [are] スクロースまたはグルコース。母乳にはそのような成分はあまり含まれていません」と、Conagen のイノベーション担当上級副社長、Casey Lippmeier 氏は言います。

ラクトフェリンを製造するために、Conagen は、グルコース、主要栄養素、微量ミネラルを使用してバイオリアクター内でヒトの乳房細胞を増殖させます。次に、生成物は細胞が増殖する食塩水からクロマトグラフィーによって分離され、最後に乾燥されます。インフルエンザなどの感染症から身を守るのに役立つ2′-フコシルラクトースは、 私-ガラクトースは、4つの酵素触媒反応ステップを経て生成されます。コナジェンは現在、乳児用粉ミルクに配合するための規制当局の承認を求めている。

スタートアップ企業が注目する化合物はヒトの乳糖とタンパク質だけではありません。レホヴォトに本拠を置くイスラエルの会社Wilkは脂肪に焦点を当てている。 Wilk は、乳児用粉ミルクと母乳の間のギャップを埋める製品を開発するために、授乳科学者のヌリット・アルゴフ・アルガマンによって 2020 年に設立されました。細胞ベースの食肉会社が使用する技術からインスピレーションを得て、Wilk は提供された母乳からの細胞を使用して、母乳に含まれる HMO と脂肪を再現します。

脂肪を作るために、同社はヒトの乳細胞に植物由来の脂肪酸を与えます。糖類については、HMO の構成要素を提供する特許技術を使用しています。 24 時間以内に、乳腺細胞は脂肪または HMO を生成します。脂肪は遠心分離によって栄養たっぷりの培地から除去され、糖分はサンプリング、乾燥、特殊な結晶を使用して HMO を分離するプロセスによって除去されます。

Wilk の CTO である Zohar Barbash 氏は、最大の課題はスケールアップであると述べています。 1 リットルのバイオリアクターから 1,000 リットルのバイオリアクターに移行する際、細胞が増殖するだけでなく脂肪と糖を生成し続けるように増殖培地を適応させる必要があります。彼らはコストも下げたいと考えています。 「現在、私たちが生産している 1 グラムのコストは約 1,000 ユーロです」と Barbash 氏は言います。フランス乳業大手ダノンの支援を受け、ウイルクは２０２７年までに商品化したいと考えている。

伝統的な乳児用粉ミルクに使用されるパーム油を照準に掲げている人もいます。カリフォルニアの B Corp Checkerspot は、トリグリセリドから潤滑剤などの材料を作成することを専門としています。粉ミルクに使用するパーム油のより持続可能な代替品を作るために、同社は母乳に含まれる主な脂肪である OPO (1,3-ジオレオイル-2-パルミトイル グリセロール) を再現しました。 Checkerspot OPO は、微細藻類を配置することによって作成されました。 プロトテカ・モリフォルミス バイオリアクターに入れ、窒素存在下で砂糖を供給します。窒素の流れが遮断されると、細胞は分裂を停止し、代わりに糖をトリグリセリド油に変換し始めます。その後、油糧種子産業と同じ方法で油が細胞から除去されます。

Checkerspot の CTO である Scott Franklin 氏は、脂肪酸主鎖の飽和度を制御し、その主鎖上のヒドロキシル化脂肪酸の位置を人間の同等のものと一致するように移動できると説明しています。彼らは現在、自分たちが作成したHMOと脂肪の放出について規制当局の承認を求めている。

カリフォルニア大学バークレー校とカリフォルニア大学デービス校の研究者らは、ヒトの HMO を植物でも再現できることを発見しました。 2023年、遺伝子操作されたチームが地球から出発する。 ベンサミアナタバコ タバコの近縁種である植物を利用してHMOを作成します。

カリフォルニア大学バークレー校の植物生物学者であり微生物学者であるパトリック・シー氏は、次のような微生物を遺伝子操作することは可能であるが、 大腸菌 砂糖を作るのは、シシュフェのような仕事かもしれません。しかし、植物は自然に砂糖を作ります。「植物は砂糖を生産する工場なので、私たちは植物を特定の古典的な化合物を作るユニークな機会とみなしました。」

植物が二酸化炭素を吸収する経路をエミュレートする₂ 研究チームは、空気中から空気を取り込んで糖に変えることで、さまざまな酵素を植物の葉に導入します。この方法により、さまざまなグリコシド結合を作成し、ヒトの同等物に近いオリゴ糖を構築することが可能になります。 1 週間以内に、グループは目標とする HMO を取得できます。彼らは、3 つの主要な HMO グループすべてから 11 個の HMO を作成することができました。

Shih 氏は、植物を使用することで、多様なグループの HMO を作成できるだけでなく、そのプロセスをより安価にスケールできるようになると述べています。彼らは現在、これを研究室から商業規模に移行するのを支援するパートナーを探しています。

イェール大学のペレス・エスカミラ氏は、細胞ベースの化合物が利用できる可能性はあるものの、いくつかの懸念があると述べた。そしてそれらは乳児に与える濃度だけではなく、規制にも関係しています。 「規制当局には、これらが生理活性物質であることを理解してもらいたい。適切に扱わないと、マイナスの副作用が生じる可能性もあります。それには広範な倫理的および規制上の会話が必要です」と彼は言います。