微生物蛋白質

単細胞タンパク質（ SCP ）または微生物タンパク質 Microbial protein as different term for SCP　微生物蛋白質（びせいぶつたんぱくしつ、Single cell protein,. SCP）とは、細菌や酵母など微生物によって生産されたタンパク質である。

微生物は密閉容器内で成長するため、製造に必要な水、肥料、土地の量、汚染が農業に比べ大幅に少ない、より持続可能性に優れ低コストな蛋白質として注目される。

光合成の代わりに、バイオマス、化石燃料、再生可能エネルギーを利用して生産することができる。

ほか肉に食感を似せた代替食品としても近年注目されている。

原料微生物の餌としては、酒造で一般的に用いられる糖類、デンプン、炭水化物の他、エタノール、セルロース、農業廃棄物、加工残渣など一般に人間が利用しないバイオマス、果てはアルカン、メタノール、メタン、合成ガス（一酸化炭素、水素）など化石燃料由来のものも利用でき、水の電気分解により再生可能エネルギーなどの電力を食品に変換することもできる。(Power-to-food)

特に石油系の炭化水素を利用したものは石油タンパクと呼ばれる。

このほか、ビタミン、ミネラル、窒素源としてアンモニアなどの栄養素を必要とする。

一部の細菌は窒素固定能力を持ち、空気中の窒素ガスを利用できるものもある。

炭酸固定能力を持つ微生物では二酸化炭素を利用できる。この場合エネルギー源としては光合成のほか水素が用いられることもある。（水素細菌）

歴史単細胞タンパク質の歴史は古く、第一次世界大戦と第二次世界大戦中、ドイツでは戦時中の食糧不足に対処するために酵母-SCPが大規模に使用された。SCP生産のための発明は、バイオテクノロジー全般のマイルストーンとなることがよくあった。たとえば、1919年にデンマークのサックとドイツのハイダックは、「Zulaufverfahren」（フィードバッチ）と呼ばれる方法を発明した。これにより、酵母を希釈した糖溶液に一度だけ加える方法（バッチ生産）より生産性の高い、糖溶液を酵母の曝気懸濁液に連続的に供給する（連続生産）方法が実現した。戦後、国連食糧農業機関（FAO）は1960年に世界の飢餓と栄養失調の問題を強調し、タンパク質ギャップの概念を導入し、世界人口の25%が食事中のタンパク質摂取量が不足していることを示した。また、農業生産が人類の食料需要の増加に対応できないのではないかという懸念もあった。1960年代半ばまでに、世界のさまざまな地域で約25万トンの食用酵母が生産され、ソビエト連邦だけでも1970年までに約90万トンの食用および飼料用酵母を生産した。

1960年代、BPの研究者たちは「石油由来タンパク質製造プロセス」と呼ばれる技術を開発した。これは、石油精製所の副産物であるワックス状のn-パラフィンを餌として酵母を用いて単細胞タンパク質を生産する技術である。

SCPという用語は、1966年にMITのキャロル・L・ウィルソンによって造語された。

「石油から食品を作る」という考え方は1970年代までに非常に人気を博し、シャンパニャは1976年にユネスコ科学賞を受賞し、多くの国でパラフィンを原料とする酵母製造施設が建設された。この製品の主な用途は家禽や牛の飼料であった。

ソ連は特に熱心で、クストヴォ（1973年）Первенец микробиологической промышленности (Microbiological industry's first plant), in: Станислав Марков (Stanislav Markov) «Кстово – молодой город России» (Kstovo, Russia's Young City)とキリシ（1974年）KIRISHI: A GREEN SUCCESS STORY? (Johnson's Russia List, Dec. 19, 2002)の石油精製所の隣に大規模な「BVK」（belkovo-vitaminny kontsentrat,すなわち「タンパク質・ビタミン濃縮物」）工場を建設した。ソ連は1989年までにこの種の工場を8つ所有していた。しかし、SCP中のアルカンの毒性への懸念と環境保護運動の圧力により、政府はこれらの工場を閉鎖するか、他の微生物プロセスに転換することを決定した。

中国では2023年に、メタノールを炭素源とするメタノール資化性酵母由来のタンパク加水分解物を1万トン以上生産できる産業化モデル工場が建設された。2024年9月には同工場は10万トンのタンパク加水分解物の生産契約が締結され生産拡大が進みつつある。

SCPは代替食品として近年注目を集めている。

クォーンは、Fusarium venenatum菌由来のマイコプロテインから作られた、ベジタリアンおよびビーガン向けの肉代替品シリーズで、ヨーロッパと北米で販売されている。

クォーンは炭素源として作物由来のブドウ糖を用いており、農業の代替とはならない。

もう一つの単細胞タンパク質ベースの肉代替品（ただし、真菌ではなく細菌を使用するEOS, April 2019, page 52）はCalystaである。他にも、Unibio（デンマーク）、Circe Biotechnologie（オーストリア）、String Bio（インド）などがある。

利点微生物蛋白質の大規模生産は、食品や飼料用のタンパク質を生産する従来の方法に比べて多くの利点がある。

微生物は成長速度が非常に速い（藻類：2～6時間、酵母：1～3時間、細菌：0.5～2時間）。可食部がほぼ100%。一方農作物では茎、葉、根など大部分は食用に適さない。農作物の食用部分の一部は消化できないが、多くの微生物ははるかに高い割合で消化可能である。栄養価が高い。微生物は通常、乾燥重量で野菜や穀物よりも30～70％とタンパク質含有量がはるかに高い。大豆からアミノ酸を抽出して大部分を廃棄するよりはるかに生産効率がよい。多くのSCP微生物のアミノ酸プロファイルは、鶏卵に匹敵する優れた栄養価を持つことが多い。一部の微生物は、植物などの真核生物が生成できない、あるいは十分な量を生成できないビタミンや栄養素（ビタミンB12など）を生成することができる。様々な炭素源を利用できる。人間では消化できないバイオマスの他、化石燃料、再生可能エネルギーを食料に変換できる。植物と同様に、独立栄養微生物はCO2上で生育することができる。ウッド・リュングダール回路や還元的クエン酸回路を持つ細菌などは、光阻害の影響も考慮すると、CO2を植物の2～3倍から10倍の効率で固定できるものもある。季節や気候の変動に左右さない。酵母などの光に依存しない微生物は夜間でも増殖を続けることができる。水をほとんど必要としない。農業では蒸発、蒸散、排水、流出により世界平均で作物1kgあたり約1800リットルの水が消費される。SCPではこうした水の流出は生じない。汚染がほとんどない。農業では肥料が流出し環境汚染、温暖化の原因となるが密閉容器内で育つSCPではこうした汚染は生じない。無農薬、抗生物質不使用。滅菌された密閉容器内で生産されるSCPは農薬や抗生物質を必要としない。肥沃な土地を必要としない。水をほとんど必要としないSCP（単細胞微生物）の培養は不毛な土壌の乾燥地帯でも行うことができる。光合成微生物は、植物よりも高い太陽エネルギー変換効率を達成できる。なぜなら、光バイオリアクターでは、水、CO2の供給、およびバランスの取れた光分布を厳密に制御できるからである。遺伝子組み換えによって特定のアミノ酸や任意の物質を生産したり、増加させたりすることが容易にできる。遺伝子組み換えを用いない品種改良も容易である。成長速度が非常に速いため、育種に比べて、収量が高く栄養価の高い菌株をより迅速かつ容易に選抜することができる。

欠点 SCPは人間の栄養源として非常に魅力的な特徴を備えているものの、世界的な普及を阻むいくつかの問題点が存在する。

細菌や酵母などの急速に増殖する微生物は、特にRNAなどの核酸を多く含む。単胃動物の食事中の核酸の量は、1日あたり50g未満に制限する必要がある。RNA分解によって生じるプリン体の摂取は、血漿中の尿酸値の上昇につながり、痛風や腎結石を引き起こす可能性がある。尿酸はアラントインに変換され、尿中に排泄される。核酸は動物飼料からは除去する必要はないが、人間の食品からは除去する必要がある。（人間は進化の過程で尿酸異化経路の一部を失っている）。

しかし、この問題は解決できる。例えば、加熱処理により細胞を死滅させ、プロテアーゼを不活性化し、内因性RNaseがRNAを加水分解してヌクレオチドを細胞から培養液に放出させることができる。

植物細胞と同様に、藻類や酵母などの一部の微生物の細胞壁には、セルロースなどの消化できない成分が含まれている。SCPの細胞は、細胞内部を解放して完全な消化を可能にするために破壊する必要がある。 SCPの中には、不快な色や味を示すものがある。 SCPの種類や培養条件によっては、他の微生物による汚染を防止・制御するために注意を払う必要がある。汚染物質はマイコトキシンやシアノトキシンなどの毒素を産生する可能性があるためである。この問題に対処するための興味深いアプローチとして、ほとんどの微生物の耐性範囲外であるpH1という低いpHでも生育する真菌Scytalidium acidophilumが提案されている。これにより、酸加水分解紙廃棄物上で低コストで生育させることができる。酵母や真菌のタンパク質の中には、メチオニンが不足しているものがある。

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