酵母との旅

酵母との旅

https://academic.oup.com/femsyr/article/doi/10.1093/femsyr/foad035/7205280?login=false

チャールズ・アッバス
FEMS Yeast Research, 23巻, 2023, foad035, https://doi.org/10.1093/femsyr/foad035
掲載

2023年6月22日
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要旨
酵母バイオテクノロジーの進歩は、これまで詳細に研究されてきた様々な酵母属の代謝レパートリーを利用するために、最新のバイオテクノロジーツールを用いて得られた知識を応用することに依存している。私の仕事では、学術研究から得た知識を、実用的で費用対効果の高い方法で工業的ノウハウと組み合わせ、商業的な酵母発酵を10万リットルから100万リットル以上にスケールアップすることを試みてきた。私がスケールアップや生産規模への最適化を行ったプロセスには、バイオ燃料、化学薬品、食品、飼料添加物などがあります。30年以上にわたる長い産業界でのキャリアの中で、私は多くの学術界、政府、産業界の科学者たちと共同研究を行い、非常に困難な仕事を成功に導きました。これらの共同研究者の多くは、親切に応えてくれ、この物語の一部となっている。多くの点で、私の旅は彼らの旅でもあった。しかし、私は学部在学中に、科学の複雑さを理解する手助けをしてくれた偉大な教授たちから学び、キャリアとして研究を追求することの価値を納得させながら、科学的な基礎や出発点をずっと早く身につけることができた。
酵母バイオテクノロジー、工業規模発酵、バイオリファイナリー
問題のセクション
回顧
代償を払う
私は1953年8月26日、レバノンのベイルートのアメリカン大学病院で、ラフィカとアレフ・アッバスの3番目の子供として生まれた。私の両親は、父が伝統的な大黒柱、母は専業主婦として、8人の子供を育て上げた（図1B）。両親は教育を深く信じており、私たち全員を、その能力と知的発達に応じた私立の名門校に通わせ、教育の機会を最大限に生かせるよう出費を惜しまなかった。幼い頃、私は生き物に興味を持ち、アリの巣を掘り起こしたり、昆虫を採集したり、ベイルートの砂丘や夏の間借りていた山のリゾートハウスにまだたくさんいたカエルやトカゲを捕まえたりして好奇心を満たしていた（図1A）。夏の一日中、山を歩き回り、アザや切り傷を負い、泥まみれになって帰宅したこともあった。大都会を離れて自然を探索する代償だった。将来の生物学者にとっては、いいトレーニングになった。
図1.
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(A）11歳のチャールズ・アッバス。(B）アレフとラフィカ・アッバス。(C）18歳のチャールズ・アッバス。(D）UMNでUG課程を修了した22歳のチャールズ・アッバス。
遊びに来て
小学校卒業後、私はベイルートのインターナショナル・カレッジに通い、1972年6月にレバノンのバカロレアを取得しました。その後、高等教育を受けるためにアメリカに渡り、ミネソタ大学に入学し、そこでドイツ語と美術史を学んでいた将来の妻、テレサと出会いました（図1C）。1975年の春、私たちは結婚した。そして2年後、私は微生物学の理学士号を取得して卒業した（図1D）。学部生だった私は、優れた科学者たちに教えを受けた。そのなかでも、カナダ出身のサミュエル・カークウッド教授は、生化学の大規模なクラス（300人以上の学生）で、いつも私に声をかけてくれました（図2A）。カークウッド教授は、酵素や生命の起源に関する自分の考えを教えてくれ、親しい指導者となった。科学に対する彼の献身的な姿勢に触発された私は、彼に倣い、自分が得た知識を他の人々と自由に分かち合いたいと思うようになった。
図2.
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(A）サミュエル・カークウッド教授（UMN）。(B）パーマー・ロジャース教授（UMN）。(C）ジョージ・カード教授（UMT）。(D）ジョン・ガンダー教授（UMN/UFL）。
もう一人の科学者、オックスフォード大学出身のスタンリー・ダグリー教授は、彼の授業 "Microbes and Man "に付随する研究室のティーチングアシスタントにならないかと誘ってくれた。微生物学と生化学の大学院進学に興味を持つきっかけとなったのは、彼からの信頼だった。しかし、研究室での研究経験がほとんどなかった私は、もう一人の恩師、ミネアポリス・キャンパスの微生物学科に研究室を持つパーマー・ロジャース教授に相談することにした（図2B）。私はパーマーに、大学院への入学を希望していることと、研究室での研究経験がほとんどないことを告げた。彼の答えは、"私の研究室に来て、しばらく遊んでいきなさい "だった。威圧的でない彼の誘い方に、私は参加することに決めた。彼の研究室で働きながら、私は培地を準備し、優れた培養技術を学び、実験器具を使い、自主的に実験を計画する方法を学んだ。シェイクフラスコで大腸菌の突然変異体を培養し、細胞を採取して細胞抽出液を調製し、アルギニンの生合成に関わる酵素の阻害を分析した。ある時、オートクレーブのドアをしっかり閉めないと、大学院生があわてて蒸気の供給を止めようとするため、廊下がすぐに蒸気でいっぱいになることも知った。その夜、濡れた床をモップで拭いたことは、一生忘れることのできない経験だった。最初のショックと恥ずかしさが和らいだ後、私は哲学的になり、人は失敗することでしか学べないのだと受け入れた。
国を越えて博士号を目指す
微生物学の理学士号を取得してミネソタ大学を卒業した後、私は微生物学の理学修士号を取得するためにいくつかの大学院に出願した。1977年秋、ミズーラにあるモンタナ大学の小さなキャンパスにある微生物学科に入学した。それから間もなく、私は細菌膜を研究しているジョージ・カード教授を研究論文の指導教官に選びました（図2C）。私が最初に彼の研究室で働きたいと打診したとき、彼は研究する細菌の系を私に一任した。当時、研究室では数人の学生がエルシニア・エネテロコリチカの病原性の根本的な原因について研究していた。この細菌は冷たい淡水の渓流で増殖するというユニークな能力を持っていた。大学院の必修科目を履修した後、私はこの細菌の低温での生育適応における脂質膜の役割を調べることにした。私の研究結果は、膜脂質と生育温度との間に相関関係があることを立証した。1979年5月、ミズーラの地元病院で息子のマジディが生まれた。
1980年の夏、私はUMTの同じ学科で博士号取得のための勉強を始めた。しかし1年後、私はセントポールにあるUMNの生化学科に移った。私はジョン・E・ガンダー教授の研究室で働くことにした。彼は、酵素的ATP生合成の基礎メカニズムに関する研究で、1979年にノーベル生化学賞を受賞したポール・ボイヤーの研究室に留学していたのである（図2D）。ジョンは、酵素学者であり、炭水化物化学者／生化学者で、そのキャリアのほとんどを、カビであるPenicillium charlesiiが産生する酵素と細胞外分泌高分子ペプチドホスホガラクトマンナン（pPGM）の特徴付けに費やしていた。私は当初、分泌ポリマーの前駆体と推定されるpPGMの脂質結合型の単離を追求した。1981年1月、ジョンはゲインズビルにあるフロリダ大学の微生物学・細胞科学科の主任教授に移った。そこで私は、pPGMの分解におけるペニシリウムの分泌酵素の役割について研究を始めた。その間に、私はユニークな幅広いpH活性プロファイルを持つセリンプロテアーゼを単離し、その特徴を明らかにした。卒業直後の1988年6月、娘のアンドレアがゲインズビルの病院で生まれた。私はポスドクとして同じ研究室で、pPGMの解重合におけるホスホジエステラーゼとグリコヒドラーゼの役割について研究を続けた。
私たちは対等なチームです
博士研究員としての仕事を終えた後、私はミシガン州アナーバーのDIFCO R&Dで上級科学者の職を得ました。DIFCOでは、食品媒介病原体の迅速な検出法の開発に取り組んだ。この研究の一部は米国特許に記載されている。しかし、バイオテクノロジーにもっと興味があった私には、この研究はあまり向いていませんでした。2年も経たないうちに、私はアーチャー・ダニエルズ・ミッドランド（ADM）・リサーチのグループ・リーダーになった。研究部門は約50人で、基礎研究、製品応用業務、工場サポートに重点を置いていた。会社は職務記述書や肩書きを信じていなかったので、私は職務記述書を書き、研究開発を率いるリサーチ・ディレクター以外の肩書きを選ぶように言われた。私は懸命に働き、できるだけ役に立ち、柔軟に対応することを求められた。他の研究者からのサポートは必要な場合にのみ提供され、私たちは対等なチームであることを経営陣は強調した。時が経つにつれ、私が率先して始めたプロジェクトも含め、多くのプロジェクトに携わるようになり、私の仕事内容は進化していった。
バイオリファイナリー-100万リットルの酵母培養液
アイオワの生産施設で働いたことで、工業用培地に触れることができ、工場運営の基本的な理解が深まりました。プラント・エンジニアとの定期的な交流は、プラント生産の問題にタイムリーで実用的な解決策を提供する科学者の役割に対する私の考えを形成するのに役立った。私は、ベンチから大規模な工業規模の技術にスケールアップすることの難しさを身をもって学びました。ADMは当時、米国最大のバイオエタノール生産者であり、工業規模ではデンプン酵素の最大のユーザーであった。ADMはまた、自社で使用するために、クリントン工場でこれらの酵素の一部を生産していた。ADM社は、主にバイオエタノールの製造に段階的連続プロセスを使用しており、作業容積が3,000,000リットルを超える大型発酵槽がいくつも並んでいた。これが私の酵母への興味の始まりだった。ADMでのキャリアの中で、私はバクテリア、カビ、藻類も扱った。よく訓練された微生物学者として、私は日常的に微生物汚染問題の支援に呼ばれ、世界中の会社の社内の第一人者となった。このようなバイオプロセスに関する深い知識から、私は1990年代初頭に、高付加価値製品を得るための汎用作物の加工を表すバイオリファイナリーという言葉を提唱した。この用語は、原油精製所から調達した原料を利用して幅広い高付加価値化学製品を生産する化学精製所との類似性を捉えており、科学界にすぐに受け入れられた。
受賞者は、以下の基準のほとんどを満たしている。
バイオリファイナリー・スケールでの連続発酵は、昔も今も些細なことではない。当時も今も、生産問題をうまく解決するために必要なプロセスを理解するための教科書はない。私は当初、クリントン・エタノール・プラントで発酵のトラブルシューティングを担当しながら、研究室で市販のサッカロマイセス・セレビシエ酵母株をテストし始めた。このような経験から、生産規模における市販酵母株の性能に影響を与える重要なパラメータをよりよく理解し、バイオエタノール生産用に改良された新しい株を選択するための要件を特定することができました。幸運だったのは、ADMエタノール工場がさまざまなS. cerevisiae株を試験することに前向きで、生産量を改善・最適化するために発酵パラメーターを調整する用意があったことである。
優れた生産用酵母株の重要な基準として、私は次のものを見つけた：
高温、低pH、および細菌汚染によって生成される高レベルの有機酸に対する耐性の向上；
不規則な温度変化への適応性
劣悪な栄養状態または微好気性条件下、および高濃度のエタノール条件下での生存および増殖；
糖分解物による増殖阻害、および高レベルの陽イオン、リン酸塩、硫黄塩、二酸化硫黄に耐える能力の向上
低い残糖と発酵終了時の高い生残性；
全体的な堅牢性。
選抜作業を始めてから2年以内に、私は有機酸に耐性があり、頑強で高温、高アルコールの酵母株を単離した。この菌株は、エタノール発酵工場から調達した液化デンプン、コーンスティープリカー、バックセット（再生スチレージ）からなる生産培地を使用し、研究室のベンチスケールカスケードシステムで広範囲にテストされた。希釈し濾過した市販のグルコアミラーゼのアリコートを、酵母接種片とともに添加した。カスケードは、ビアウェル（蒸留前に発酵生成物が送り込まれる収集タンク）に送り込まれる7つのステージで構成されていた。これらの段階で、グルコースがなくなるまでエタノールとグリセロールの副産物が増加した。
我々は勝者を得た
この菌株は、その後増殖、試験され、アイオワ州クリントン、イリノイ州ピオリア、イリノイ州ディケーターにある大規模なADM工場、およびノースダコタ州ウォルハラにある小規模な工場に導入された。ピオリア工場では1995年初頭に数回の大規模バッチ発酵が行われ、この菌株が上記の基準の多くを満たしていることが確認された。この工場では、夏季には大型発酵槽の冷却に河川水を使用できないため、高温耐性と高い生存率が特に望まれた。この新菌株を導入する前、ピオリア工場で使用されていた市販の菌株は、温度が33℃を超えるとエタノールの生産量が低下し、生存率も低かった。その結果、残留糖分が多くなり、DDGS（Distillers' Dry Grains with Solubles）ADMとして販売される乾燥飼料副産物に含まれてしまった（図3B）。対照的に、新菌株は40℃まで生存し、その温度で10%v/vを超える最終エタノール濃度を達成した。並べて比較したところ、新菌株は当時使用されていた市販菌株よりも優れていた。
図3.
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(A）トウモロコシの加工中に分離される3つの主要成分を列挙したトウモロコシの穀粒の組成。(B）乾式製粉工場（左）とトウモロコシ湿式製粉工場（右）のバイオエタノール製造工程の主な違いを並べて示した図。注目すべき主な違いは、トウモロコシ湿式粉砕機と乾式粉砕機の主要画分の分離である。トウモロコシの湿式粉砕は、よりエネルギーと水を消費するプロセスである。
私は一人でやったわけではない
科学的な仕事は、文献をよく理解し、バイオ燃料エタノール生産について研究・発表している他の科学者と相談しながらでなければ、生産的に進めることはできない。酵母とバイオエタノールに関する私の研究は、このような経験豊かな研究者の何人かに触発された。初期の頃、私はカナダのラバット・ブルワリーで長年にわたりS. cerevisiae var diastaticusによるデンプンからのバイオエタノール生産を改良してきたグラハム・スチュワートに相談した。グラハムと私は、ケンタッキー州レキシントンにあるオールテック・アルコール・スクールで共に教鞭をとり、北米のバイオエタノール産業のプラント要員を養成したことから、何年もの間、親しい友人となった。このスクールは、もう一人の親友であり恩師でもあるピアース・ライオンズ（Pearse Lyons）が主催したもので、彼はアイルランドの大学院で研究した蒸溜所酵母株を米国のバイオ燃料業界に紹介した。アルコール・スクールで教えていたもう一人の同僚は、マイク・インゲルデューだった。グラハムとマイクの二人は、酵母の生理学と生化学に対する私の理解を深め、工業用バイオエタノール発酵における酵母の使用に大きく貢献しました。二人は、ラレマン社がオールテック社から買収したアルコールスクールのディレクターも務めました。Mike IngeldewとCecilia Laluceも酵母によるデンプン利用を研究し、Graham Stewartが早くから認識していたように、アミロリン分解酵母Schwanniomycesがデンプン含有原料の利用において重要な役割を果たすことを認識していたことは注目に値する。ラレマン社の買収後、マイク・インゲルデューがカナダを拠点とするアルコール・スクールのディレクターに就任し、グレーム・ウォーカーがそれに続いた。グレーム・ウォーカーは国際酵母委員会（ICY）に英国代表として参加し、フランスとカナダで開催されたアルコール・スクールのワークショップに再び私を招待してくれました。私たち2人は1995年にエジンバラで開催された第17回ISSY会議で出会い、それ以来、酵母やアルコール技術のワークショップに参加したり、彼が住むスコットランドのキュパーで時折ロバート・バーンズ・スーパーを開催したりする親しい友人となりました（図4）。
図4.
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(A）ロバート・バーンズ・スーパー2018年1月26日に先立ち、スコットランドのキュパーの自宅でグレーム・ウォーカー教授（アバテイ大学）とチャールズ・アッバス。(B）英国スコットランド・ダンディーにあるグレーム・ウォーカーのアバテイ大学ラボで、飲料用アルコールサンプルを蒸留するチャールズ・アッバス。
セシリア・ラルーチェとヘンリケ・アモリムはブラジルのバイオエタノール産業に貢献している。彼らは、サトウキビ糖と糖蜜を原料とするブラジルのバイオエタノール生産について、私を教育してくれた。セシリアはさらに、工業用コーンスターチをベースとした培地で試験するために、彼女の高温耐性株のいくつかを私と共有してくれた。マッティ・コルホラ（Matti Korhola）にも声をかけた。彼はアルコ研究所で産業科学者として、その後フィンランドのヘルシンキ大学で非常勤教授として、S. cerevisiaeの研究の大半を行った。アルコに在籍していた1980年代、彼はアルコのコスケンコルヴァ大麦穀物アルコール発酵工場で導入された連続バイオエタノール発酵プロセスに取り組んだ。彼は、このプロセスがADM社にライセンス供与されたと信じていた。バイオエタノール生産と酵母に関する私の知識は、工業的な実用化を成功させるためには応用研究が必要だと考えるこの熱心な科学者集団との交流から、非常に大きなものを得た。
結局はコスト
ADM社に5年間勤務した後、私はデンプン加水分解酵素であるα-アミラーゼとグルコ-アミラーゼを発現する遺伝子組み換えS.セレビシエ株の使用を探求し始めた。これらの酵素は、穀類を酵母エタノール生産用の単糖に変換するのに必要だった。北米の燃料用エタノール産業は、大麦と他の穀類を併用する蒸留所が、デンプンを分解するためにずっと以前に利用していた技術に端を発している（Abbas 2010）。しかし、大麦麦芽酵素ではなく、市販のデンプンに頼っていた点が大きく異なっていた。大麦は供給量が限られており、価格も高いため、バイオ燃料生産に使用することはできなかった。そのため、米国とカナダは、トウモロコシ、小麦、そして若干ではあるがソルガムなどの他の穀物を原料として使用することにした。これらの穀物の供給とコストが第一に考慮された。
この研究
セレビシエにおける細菌および真菌デンプン酵素のクローニングに関する初期の研究は、カリフォルニア州バークレーに設立された最初のバイオテクノロジー企業のひとつであるシータス社によって行われた。数年後、デュッセルドルフ大学のコルネリス・P・ホレンベルグが設立した別の会社（ライン・バイオテック、RB）は、オランダのハイネケン醸造所から、醸造用途にデンプンを利用するS. 彼らの遺伝子操作株は、α-アミラーゼ遺伝子とグルコ-アミラーゼ遺伝子を異なる比率で1〜4コピー持っていた。ADMリサーチはRB社から、これらの菌株を試験するための植物発酵培地を供給するよう打診された。私はRB社との共同研究を開始し、初期評価を完了させた。RBの結果は非常に有望であったため、私のグループは追跡評価を実施し、成功を収めた。ここでもまた、人工菌株は、外来グルコアミラーゼの添加をほとんど必要とせず、そのまま使用できることが示された。
遺伝子組み換えのジレンマに惑わされ、遅れを取り戻す
これらの結果から、ADM工場のオペレーションは、これらの遺伝子組換え株のうち最良のものを使用することを検討し、それによってADMで生産されたデンプン酵素への依存を減らし、外部サプライヤーから購入する必要性を減らすことを推奨することになった。しかし、ADMで生産される酵素のコストは業界標準をはるかに下回っていたため、事業部門と工場運営部門はこの提案の価値に納得しなかった。ADMの薬事部はまた、世界中で販売されているバイオエタノール工場からの乾燥飼料副産物、コーングルテンフィード（CGF）とDDGS（図3B）は、これらのすべての国で販売するための認可登録が必要であると指摘した。要するに、遺伝子組み換え酵母や遺伝子組み換え作物には抵抗が多かったのだ。悲劇的なことに、この技術は、予想される規制環境が改善された後の検討のために棚上げされた。バイオエタノール製造に遺伝子組み換え酵母を採用する最初の企業になることを思い描いていた私は、こうした結果に戸惑い、落胆した。また、この決断が非技術的な理由によるものであったことから、技術的な成功が必ずしも商業的な成功に結びつくとは限らないことを思い知らされた。それから約20年後、マスコマの遺伝子組換えセレビシエ株がデンプン利用用に改良され、ラレマンド社によって商業化された。これらの遺伝子組み換え酵母株の使用が成功したことで、ラレマンド社によるマスコマの買収への道が開かれた。今日、北米のバイオ燃料エタノール産業の50％以上が、でんぷんを利用できる遺伝子組み換え酵母を利用していると推定されている。新しい菌株の中には、頑強で発酵阻害剤に強く、副生成物の生成を抑えてエタノール収量を増加させるものもある。これらの菌株は、外因性デンプン酵素の添加を75％以上削減しており、一部のサプライヤーは、その市販菌株はグルコアミラーゼ酵素の添加を全く必要としないと主張している。私のグループによる新しい組換え菌株の評価でも、このような主張が確認された。
木材を咀嚼することの課題
農作物加工残渣、針葉樹、広葉樹、および専用のエネルギー作物から得られる非従来型原料は、デンプンや砂糖ベースの原料とは異なり、リグノセルロースを大量に含んでいる（Abbas 2010）。こうした違いから、ヘミセルロースに含まれるさまざまなヘキソースやペントースを発酵できる新しい酵母菌株の開発が必要となった。S.セレビシエを採用する際の主なネックは、代謝レパートリーが限られていることだった。ヘミセルロース・ペントース、D-キシロース、L-アラビノースを発酵させることができなかった。さらに、いくつかのヘキソース、例えばD-フルクトース、D-ガラクトース、ヘキスロン酸は発酵が不十分か、全く発酵しなかった。対照的に、いくつかのペントース発酵酵母とヘキスロン酸発酵菌は存在した。S.セレビシエによるD-キシロース発酵が不十分であったことから、初期の研究者たちは、キシロース異性化酵素を用いてケト糖生成物であるD-キシルロースを形成させることを提案した。S.セレビシエでは発酵しないD-キシロースとは対照的に、D-キシルロースは、D-グルコースに比べればゆっくりではあるが、炭素源として使用することができる。残念なことに、キシロース異性化酵素はS. cerevisiaeによる糖のエタノール発酵で使用されるpHよりも高いpHで機能するため、pH7-8.5でD-キシロースをD-キシルロースに異性化し、その後pHを6以下に下げるために高価な酸を添加するという別工程が必要となる。
米国農務省（イリノイ州ピオリア）、米国農務省林産物局（マディソン）、デルフト大学（オランダ）、オレンジ・フリーステート大学（南アフリカ、ブルームフォンテーン）など複数の研究室が、D-キシロース利用について大規模な酵母培養コレクションをスクリーニングした。彼らは、Pachysolen tannophilus、Pichia (Scheffersomyces) stipitis、Candida (Scheffersomyces) shetataeのいくつかのD-キシロース発酵酵母株を報告した。1993年に私が行ったこれらの菌株の評価では、C. shehataeが最も良好で、28℃、48時間の微好気条件下で4～5％v/vのエタノールを生産した。マイルドな硫酸処理または熱化学的前処理に続いてアミラーゼまたはアミラーゼ／セルラーゼ／ヘミセルラーゼを用いた酵素加水分解を行うことで、より高濃度のトウモロコシ繊維（乾燥固形分20%）の加水分解を最適化するさらなる試みは、加水分解物の毒性を低下させた。しかし、熱化学的条件下ではキシロースの多くがフルフラールとして失われ、この糖からの収量が減少した。
菌類による救済
バクテリアのキシロースイソメラーゼ経路遺伝子、あるいはセレビシエのD-キシロース代替経路を用いて、セレビシエを工学的に改良しようとするいくつかの研究室による最初の試みは失敗に終わった。しかし、1998年、D-グルコースとD-キシロースの共発酵を報告したパデュー大学のナンシー・ホー（Nancy Ho）により、S. cerevisiaeにおける真菌キシロース利用経路の発現に初めて成功した（図5C）。ナンシーはこの業績でR&D 100賞を受賞し、20年にわたる努力の栄冠に輝いた。2013年、オバマ大統領はホー博士に国家技術革新賞を授与した。彼女の論文発表から1年も経たないうちに、私は彼女のベスト株をテストし始めた。その後、コロラド州ゴールデンにある国立再生可能エネルギー研究所で開発された、組み換えP. stipitis株、その他の遺伝子操作されたD-キシロースおよびL-アラビノースS. cerevisiae株、Zymomonas mobilis株をテストした。
図5.
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(A）Charles AbbasおよびKarl-Heinz Maurer、AB Enzymes、ダルムシュタット、ドイツ。(B）ドイツ、ダルムシュタットのAB Enzymes社、Kim Langfelder氏。(C）パデュー大学、ナンシー・ホー教授。(D）ウクライナ、リヴィウ、アンドレイ・シビルニー教授。
キシロースの世界的競争
毒性の高い加水分解物に耐性を持つ改良型ペントース発酵S.セレビシエを開発するため、世界的な競争が繰り広げられた（Abbas 2010）。競争者の中には、Bärbel Hahn-Hägerdal（スウェーデン、ルンド大学）、Lisbeth Olsson（フィンランド、イェーテボリ、チャルマース大学）、Merja Penttilä（フィンランド、VTT）、Hans van Dijken、そして後にJack Pronk（オランダ、デルフト大学）、Eckhard Boles（ドイツ、フランクフルト、ゲーテ大学）、Thomas Jeffries（米国、マディソン、ウィスコンシン大学）、Min Zhang（コロラド州、ゴールデン、国立再生可能エネルギー研究所）が率いるグループがいた。20年以上にわたる遺伝子組換えバイオエタノール生産株の試験結果から、ペントースをより効率的に利用することを可能にする解糖およびペントースリン酸経路、糖輸送体、酸化還元バランス、炭素の流れを超える組換え体の探索の必要性が浮き彫りになった。
ギャップを埋める
化学的前処理を施したコーンミルファイバーハル（CFH）、すなわちコーンカーネルを覆っている果皮や種皮（図3A）残渣を用いた研究により、私は菌株適応戦略を開発することができた。私はCFHを用いた連続的な選抜プロセスを採用し、発酵性能を向上させた。私は、いくつかのバイオ燃料シンポジウムや米国エネルギー省（DOE）との個人的な会合で、このアプローチを推進した。その10年以上後、アカデミック・ラボは、非従来型原料から調製したリグノセルロース系加水分解物に遺伝子操作株を適応させるために、同じアプローチを利用し始めた。これと並行して私は、発酵槽内の加水分解物濃度を徐々に上昇させることで、菌株を高毒性条件に適応させる連続フィードバッチプロセスの概念を広めた。それ以前は、ほとんどの発酵がバッチ発酵として実施され、低レベルのエタノールが生産され、蒸留にコストがかかっていた。それ以来、リグノセルロース系加水分解物を発酵させるために、多くのラボがこれら2つのアプローチを組み合わせて導入している。米国DOEや米国農務省（USDA）の研究所、大学や研究機関との個人的な関わりは、基礎研究と産業ノウハウの実用化とのギャップを埋めるのに効果的であった。
低コストの目標はまだ達成されていない
政府資金によるセルロース系エタノールの研究に数十年と数十億ドルを費やした後、非従来型原料（リグノセルロース系繊維）からのバイオエタノール生産は、ほとんど商業的成功を収めていない（Abbas 2010）。原料のコストと供給、前処理と加水分解のコストと効率、市販酵素のコスト、糖からの収率、菌株の頑健性、その他プロセスへの投入物（エネルギー、化学薬品、水など）により、こうした設備の建設と運転にかかるコストは、従来のデンプン原料を使用する場合よりもはるかに高くなる。こうした障害が、リグノセルロース系原料から安価で豊富な液体バイオ燃料を生産するという約束を、需要を喚起するような低コスト市場に結びつける妨げとなっている。こうした現実を無視することはできないが、セルロース系エタノール生産のために開発されたツールの多くは、既存のプラント全体の生産量を増加させるために追加的に導入することが可能であることに私は気づいた。これらのツールを使い、私は2000年に米国DOEの共同出資を得て、ADM社のトウモロコシ湿式粉砕機から出るトウモロコシ繊維外皮をエタノールに転換する実現可能性の調査に着手した。残念なことに、トウモロコシ繊維外皮の処理には独立型の高スループット反応器が必要であり、その製造にはコストがかかり、高圧下で安全に運転し続けるには、既存のデンプン工程よりも製造コストが高くなる。この目標は非常に望ましいが、まだ達成されていない（Abbas 2010）。
第二世代エタノール生産を支えるセルラーゼ
2007年、私はADM社のトウモロコシエタノール乾燥工場で、トウモロコシ外皮繊維からブドウ糖を分離することに着目した。その数年前、私はセルラーゼ酵素にアスペルギルス・プロテアーゼを加えることで、ウェットおよびドライのトウモロコシ乾燥ミルの繊維の流れから、デキストロースをより多く放出できることを確立した（Abbas and Bao 2014）。当時、ADM社は、ネブラスカ州コロンバスとアイオワ州シーダーラピッズに、2つの新しいコーンドライミルエタノールプラントを建設していた。これらの新工場は、世界最大の連続式ドライミルエタノール工場となる予定だった。これらの工場は、イリノイ州ピオリアとノースダコタ州ウォルハラにある既存のADMドライミルエタノール工場に加わることになる。ピオリアとウォルハラの両工場は、バッチ発酵プロセスを採用していたため、大規模なテストや新技術の導入に門戸が開かれていた。
AB Enzymes社（DE州ダルムシュタット）のKarl Heinz-Maurer氏とKim Langfelder氏との3年にわたる共同研究の結果、Trichoderma reesei由来のセルラーゼ酵素ブレンドが開発され、Walhallaトウモロコシドライミルエタノールプラントで試験された（図5AおよびB）。その結果、セルラーゼを使用することで、エタノール生産量が増加すると同時に、DDGS として販売される副産物の乾燥に必要なエネルギーが大幅に削減されることが確認された（Abbas CA, Bao WL. プラント機器（ポンプや遠心分離機など）の運転効率も向上し、ダウンタイムも短縮された。さらに、CIP（Clean-In-Place）排出による固形物が減少し、細菌汚染のエピソードも減少した。トウモロコシのドライミルエタノールにセルラーゼを導入することで、第二世代エタノール生産を実用的なコスト効率で実施できるようになった（Abbas and Langfelder 2017）。それ以来、米国で使用されている新しい市販の酵素ブレンドの多くは、トウモロコシのドライミルエタノールプラントでエタノール収量を増加させるために、セルラーゼだけでなくプロテアーゼ活性も組み込んでいる。
タンパク質工学のさらなる改善、酵素コストの低下、およびセルラーゼ活性を発現する新しい改良型組換えS. cerevisiaeの開発により、すべての米国ドライミルコーンエタノール生産工場で既存の繊維ストリームを活用することができる（図3B）。この技術は、ウェットミルCFHからのエタノール生産にも適応可能であった（図3B）。私が研究室で評価した特許技術のひとつは、神戸大学の近藤昭道教授が日本で開発したものである。近藤教授はしばしば、酵素の細胞表面発現をアーミング酵母技術と呼んでいる。前処理したCFHで得られた結果から、酵母の接種率を高くし、発酵時間を長くする必要があることがわかった。このセルラーゼ発現酵母と低用量の外因性セルラーゼ酵素ブレンドを組み合わせることで、発酵時間が大幅に短縮された。総合すると、外因性セルラーゼの使用、および／またはセルラーゼ酵素を細胞表面に発現させた酵母の武装は、第一世代と第二世代のバイオエタノール生産のギャップを埋めたのである。私は幸運にも、新技術の実用化に注力することで、こうした開発の一翼を担うことができた。
高温酵母による好熱性バイオエタノール生産
高温でのバイオエタノール生産も、私が第一世代バイオ燃料と第二世代バイオ燃料のギャップを埋めようと試みた分野である。好熱性バイオエタノール生産には、以下のような複数の利点がある：
糖加水分解酵素は40℃以上の温度でより活性化するため、糖加水分解酵素の投与量とコストを大幅に削減できる；
有機酸生成細菌の増殖が少ない；
酵母の増殖速度が向上し、エタノール生産性が向上する；
デンプンの再分解の低減
世界の高温・熱帯地域でのプロセス適応性。
また、温度が高いほど、蒸留前に真空下でエタノールをストリッピングする（しばしば真空膜蒸留、VMDと呼ばれる）ことにより、その場でエタノールを除去することが可能になり、コストを削減することができる。Saccharomyces cerevisiaeは、アミラーゼや他の糖加水分解酵素にとって理想的な温度からはほど遠い40℃以下で最適に生育する。
40℃以上でバイオエタノールを生産する好熱性酵母は、Kluyveromyces marxianusとメチル栄養酵母のOgataea polymorpha（ハンセヌラ・ポリモファ）の2属が知られている。Kluyveromyces marxianusは1995年にAndre Lachanceによって、リュウゼツラン果汁のテキーラ発酵に重要な役割を果たすと報告された。Kluyveromyces marxianusは、Beijerinck（デルフト大学）、John Morrissey（アイルランドのコーク大学）、赤田林治（日本の山口大学）による初期の研究を含め、いくつかの研究室で研究されてきた。赤田は、もともとタイで分離されたK. marxianus株を用いて、タイの酵母グループと共同研究を行った。K. marxianusの高い増殖速度は、細胞外タンパク質の商業生産に理想的である。メチロトロフィー酵母であるO. polymorphaは、Andrei Sibirnyらによって高度に研究されている（図5D）。私は、ADM工業用植物培地を用いて、この2属の酵母のバイオエタノール生産を並べて評価した。K. marxianusの2つの独自株を、微好気性条件下で野生型O. polymorphaと比較した。その結果、2つのK. marxianus株は45℃～50℃で有意に多くのエタノールを生産した。しかし、S. cerevisiaeとは異なり、K. marxianusはエタノールを生産するためにある程度の通気性を必要とする。K.marxianusの24株を45℃の規定培地上で増殖させるためにスクリーニングしたところ、1株は炭素源として乳糖、麦芽エキス、グルコース、スクロース、ガラクトースで良好に増殖した。この菌株が使用する糖の範囲が広いことから、20%～30%のCFHと70%～80%の液化デンプン-コーン・スティープ・リカーからなる2種類のブレンドでさらなる評価を行うのに理想的であった。20/80 のブレンドは 70/30 のブレンドよりはるかに発酵しやすかったことから、高濃度の CFH は K. marxianus に有毒であることが示唆された。
バイオエタノール生産の環境フットプリントの削減
バイオエタノール生産は水とエネルギーを大量に消費するプロセスである（Abbas and Fanselow 2017）。そのため、環境フットプリントを削減する革新的な方法を考え出すことが、産業界の大きな課題となっている。過去30年間で、プラントの設計と設備、廃棄エネルギーの回収、排出される水の質において大きな改善が見られた。遺伝子組み換えトウモロコシの新品種、より優れた酵素ブレンド、改良された酵母株を用いた炭水化物へのアクセスも大幅に改善された。全体として、こうした改善により、エタノール工場の環境フットプリントは全体的に削減され、同時に生産コストも低下している。穀物発酵のマッシュ調製、蒸留、使用済み穀物の乾燥に使用されるエネルギーの一部は、ほとんどの工場で熱交換器を使って再利用される。スリーエムとの提携と米国DOEからの資金援助により、ADMで実施した研究では、カスケード発酵に液化デンプンと希釈グルコアミラーゼの濃縮ストリームを連続的に供給しながら、膜溶媒抽出（MSE）を用いて最後の発酵槽から出るブロスからエタノールを抽出することで、水とエネルギーの大幅な削減を可能にした。このプロセスは、エタノール濃度を高めながら水の使用量を最大35％削減し、蒸留におけるエネルギー使用量を25％削減した。
非従来型酵母による多くの製品
ADM在職中、私は食品、繊維、飼料、化学薬品、燃料など幅広い発酵製品に携わった。非従来型酵母は、液化した糖化デンプンやコーンスティープリカーを栄養源としてよく生育するため、理想的な生産微生物であったこともある（Abbas 2003b）。当時、私は幸運にもピオリアUSDA NRRLラボの酵母培養コレクションのキュレーターであるクレテ・カーツマン博士と出会うことができ、彼は良き友人であり指導者となった。彼は一流の共同研究者であり、私が広範囲にスクリーニングしたNRRLの培養コレクションに自由にアクセスすることができた。2017年11月27日の彼の突然の死により、酵母コミュニティは、酵母の研究を通じてより多くの知識を促進するためにたゆまぬ努力を続けた、最も生産的で献身的な研究者の一人を失いました。
私が開発し、適合させ、最適化し、スケールアップし、そして／またはいくつかの非従来型酵母を使用してプラントサポートを提供したプロセスの中には、以下のものが含まれる：
P.ロドジマ株を用いた特許取得済みプロセスによるアスタキサンチン；
カンジダ・ギリアモンディ（Candida guilliermondii）の改良型特許菌株によるクエン酸；
Yarrowia lipolyticaによるイソクエン酸；
カンジダ・グリセリノゲネスによるグリセロール；
Pichia farinosa、Candida magnoliaeおよびZygosaccharomycesによるポリオール生産；
Candida famataの特許菌株によるリボフラビン。
我々は、湿式および乾式エタノール工場から供給されたADM植物培地での増殖について、30以上の異なる酵母属に属する1,000以上の菌株をスクリーニングした。一部の菌株は、他の穀類（小麦、ソルガム）や油糧種子（綿、大豆、菜種、パーム、ピーナッツ）の加工から得られる副産物ストリームでも評価した。加工された繊維の流れ、作物残渣、エネルギー作物も調達し、発酵試験のために前処理した。最良の属と菌株がさらなる評価のために選択され、パイロットプラントスケールで試験された。
赤い酵母からピンクの魚へ
日本やアラスカの山岳地帯の樹木からこの種を分離したHerman J. Phaffにちなんで名付けられたPhaffia rhodozymaは、赤いカロテノイド、アスタキサンチンを合成する。この酵母を冷たい淡水のサケやマスなどの着色料として養殖に使用するため、ADMはミルウォーキーのユニバーサル・フーズ（UF）からアスタキサンチン生産株の特許を取得した。UFは1500リットルのパイロットプラントでアスタキサンチン生産に成功していた。私のグループは、この結果を検証し、工業的な10000リットル生産に最適化した。古典的突然変異誘発法を用いた追加の選抜作業により、総カロテノイド生産量はさらに倍増した。酵母や微細藻類を用いた天然アスタキサンチン合成は商業化されており、微細藻類による生産は、魚に直接与えることができるため、養殖での使用に適している。それでもなお、酵母発酵によるアスタキサンチン生産は、低コスト原料を使用し、光を使わずに、大型発酵槽で年間を通して実施できるため、引き続きその役割を果たしている。要するに、微細藻類を利用するよりも競争力のあるコストで生産できるということだ。Rhodotorula mucilaginosaやR. glutinisを含む他の多くの酵母もカロテノイドを生産するが、その商業的利用可能性はまだ十分に調査されていない。
農場でのカカオ豆発酵
私がADMで最も挑戦したプロジェクトのひとつは、原産国での生カカオ豆の発酵プロセスをより一貫したものにすることで、カカオ製品の品質を向上させることでした。原産国におけるカカオ豆の発酵方法に一貫性がないため、世界的に取引されるカカオ豆には、発酵が不十分なものや未発酵のものなど、かなりのばらつきがあります（図6D）。このようなばらつきは、その後生産されるココアパウダーのコスト、風味、アロマ、品質に大 きな影響を与える。ほとんどの豆は、収穫後のカカオポッドを通気性のある発酵箱で発酵させるか、バナナの葉で覆われ た乾燥した表面の畑で堆肥化される。いずれの場合も、カカオポッドの果肉の一部は、断続的に攪拌しながら6～8日間発酵させる間、豆と一緒に残る（図6F）。発酵中、微生物叢は酵母やカビからバクテリアへと移行する。細菌相は通常、乳酸と酢酸を産生する細菌によって開始され、pHと温度の上昇に伴って好気性になるにつれて、胞子を形成する耐熱性の種がそれに続く。微生物叢の変化は、エタノール、微生物の代謝産物、有機酸が形成されるにつれて、風味の発展に大きく寄与する。酢酸が豆の内部に浸透すると、胚は死滅し、風味の前駆物質（アミノ酸）を生成するプロテアーゼを含む酵素が放出される。
図6.
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(A）グラハム・フリート (B）レネ・イェスペルセン。(C）ロザネ・シュヴァン (D）カカオ豆を示すカカオポッドの断面。(E) 発酵したカカオ豆を手にする著者。水中発酵豆は乾燥豆の発酵よりも7日後の発酵で色が濃くなる。(F）攪拌湿式発酵を行うための5ガロンバケツを使った即席セットアップ。
この問題を解決するため、私は中央アメリカ、コートジボワールで栽培されたポッドから微生物叢を分離し、アフリカ、ブラジル、インドネシア産の乾燥発酵および未発酵カカオ豆から微生物叢を分離した。カカオ豆の発酵を研究する以前、私は10年以上にわたり、原料や完成品のココアパウダーから芽胞形成バチルスを分離し、リボタイピングを行ってきた。そのため、完全な代表菌叢を手元に置き、生のカカオ豆のベンチスケール処理と、発酵および未発酵の乾燥カカオ豆のコントロール処理を実施した。その作業に基づいて、オランダのアムステルダム郊外にあるADM Cocoa deZaanの施設で、生豆を使ったパイロット・プラント規模の湿式および乾式発酵を計画し、実施した。熟成段階の異なる数トンの生のカカオポッドをコートジボワールから調達し、ラボで定義された培地で培養された混合微生物叢を用いて発酵を行った。その結果、8日間の乾式発酵と湿式発酵の両方から一貫して1つの菌株が分離され、発酵における酵母の重要性が確認された。我々の乾式発酵プロセスでは、より均一に発酵したカカオ豆が得られ、望ましい風味とアロマが得られた（図6E）。これらの実験は他の研究でも確認され、酵母が菌叢の最も重要な構成要素であることを立証した。さらに、東南アジアの倉庫で、同地域産の生豆を入れた箱と大型のジュート製スーパーサックを用いて、追加的な実験を行った。その結果、より均一な発酵カカオ豆を生産できることが改めて実証された。発酵条件をコントロールすることで、カカオ豆の品質を向上させ、廃棄物を減らし、完成したココアパウダーのコストを削減した。私たちの研究は、原料豆の品質と均一性を向上させることで、世界中の農家とカカオ豆加工業者に恩恵をもたらした。私たちの仕事の功績の多くは、カカオ発酵の知識に貢献し、ISSY/ICYの会合や私的な話し合いで彼らの見識を分かち合うことで支援してくれた、故グラハム・フリート、レネ・イェスパーセン、ロザネ・フレイタス・シュワンの功績によるものです（図6A-C）。
何度も立ち寄った実り多い旅
私が取り組んだプロジェクトの多くは、非従来型酵母を研究している一流の研究者たちとの共同作業で進められました。その多くはICY委員会で活躍していた。ハーマン・ファフ（Herman Phaff）教授とアンドレ・ゴッフォー（Andre Goffeau）教授にお会いできたことは光栄でした。2010年、Jure Piskurは私とAndre Goffeauを、EUが資金提供するCornucopiaプロジェクトの外部審査員として招いた。2013年、ベルギーのルーヴェンで行われたレビュー会議の最後の夜、ジュレは私と一緒にホテルまで歩くと言い出した。ジュレ・ピスカーとグラハム・フリートはともに、酵母への愛とワインを楽しむことを容易に切り離すことができない時間を何時間も過ごし、私に大きなインスピレーションを与えてくれた。メキシコのグアダラハラで開催されたISSY会議では、グラハムと私はメキシコの若い科学者のグループに加わり、毎晩、科学的活動にふさわしい闘牛士の像がある繁華街のカンティーナへ冒険に出かけた。グラハムはいつも、ワインと酵母への情熱を分かち合える良き飲み相手を持つことを心がけていた。定期的に出席し発表する酵母会議では、いつもパーティの中心人物だった。
私がこれまでに会った最も著名な科学者の一人は、故イヴァン・ハパラである。長期にわたる病気と定期的な通院にもかかわらず、イヴァンは2013年にタトラ山脈のスタラレスナで開催されたISSY30で、私と私の妻、そして孫娘を歓迎するために大変な努力をしてくれた。彼とスロバキアの同僚であるピーター・バイリー、ミラン・チェルティックは、私がスロバキアを訪れた際、いつも本物のスラブ的なもてなしをしてくれ、私を自宅にいるように感じさせてくれた。スロベニア、イタリア、日本、そして退任後はアイルランド、アルゼンチン、トルコ、カナダで開催されたISSY/ICYの会合でも、同じような経験をした。これらの会議では、酵母の精神と酵母研究への献身が、私たちがその都度更新した永続的な友情の中に生き続けていることを実感しながら、私はその場を後にしました。
ウクライナでの共同開発研究と特許
私が得た最大の特権と栄誉のひとつは、ウクライナの親友であり、今では兄弟となったアンドレイ・シビルニー（Andrei Sibirny）との共同研究でした（図5D）。私がアンドレイに初めて会ったのは、1992年のアトランタICYミーティングだった。私は彼の酵母研究に対する情熱と献身に心を打たれました。ADMクリントンを訪れた後、彼と私はフラビン生成酵母C. famataの改良生産株の開発を目標に、長期的な共同研究を開始した。私たちが実現した最初の目標は、ADMが当時使用していた特許取得済みのリボフラビン生産C.ファマータ株（Dep8）の新しい安定変異株を単離することだった。それと並行して、私たちはリボフラビンを生産できるC. famataの新しい株を遺伝子工学的に作出する努力を始めた。この研究の第一段階として、私たちはC. famataの形質転換システム（特許取得済み）を開発し、この酵母を遺伝子工学に開放した（Abbas and Sibirny 2011）。私たちの共同研究は、さらに改良を重ねた：
セレビシエ酵母によるバイオエタノール生産；
好熱性酵母O. polymorphaによるキシランとデンプンの利用；
O.ポリモルファによるキシロースの利用；
好気性条件下におけるS. cerevisiaeのグリセロール生産；
多核酵母Magnusiomyces magnusiiによるiso-ブタノール生産。
私たちの研究は、複数の共同特許や出版物の対象となっている。私はいつもアンドレイと旅をして会合に出席し、ウクライナやポーランドでアンドレイが主催する会合で講演するのが楽しみだった。ウクライナは私の養子の国のひとつとなり、これからも私の心の中で特別な位置を占めることだろう。
巨人の椅子に座って
何年もの間、デルフト出身のもう一人の著名な酵母研究者、ハンス・ファン・ダイケン教授とも幸運にも会うことができた。ハンスは、酵母の研究やコンサルティングで得た洞察を惜しげもなく披露し、この分野に対する深い知識と高い誠実さで、私にインスピレーションを与えてくれました。彼は時間を惜しまず、私に文献の分析的な見方を提供し、重要でタイムリーな情報を指摘して、より良い結果を出すよう挑戦してくれた。私の昔の大学教授と同じように、ハンスは知識を自由に共有すべきものと考えていた。私がデルフトを訪れた際、ハンスは旧市街地、デルフト大学の研究室、そしてアルバート・クルーイヴァーの古い仕事机が展示されている博物館を案内してくれた。デルフト博物館の見学中、ハンスは、K. marxianusを最初に単離したマルティヌス・ベイジェリンク（Martinus Beijerinck）が調製したβ-ガラクトシダーゼとイヌリナーゼの混合サンプル（図7B）が入った100年前の瓶を掲げた。Beijerinckは、私たちの微生物学の理解に多大な貢献をしましたが、彼の後を継いでデルフト研究所の所長となったKluyverは、現在のすべての科学的研究の基本となっている生化学的単一性という概念を提唱しました。私は、この特別な機会に、クルイヴァーの椅子に座り、写真を撮るよう依頼され、大変光栄に思った（図7A）。
図7.
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(A）オランダのデルフト大学博物館にて、アルバート・クルーイヴァーの椅子に座る。(B) Beijerinckによって分離されたKluyveromyces β-ガラクトシダーゼ／イヌリナーゼ酵素サンプルとHans van Dijken。
発酵スケールアップへのクラッシュ＆リストア・アプローチ
学術研究は、理想的な発酵条件下での理想的な実験室スケールの菌株性能にほとんどの労力を集中させるが、工業的スケールアップ生産の現実には対応できない。現実の世界では、私は常に非理想的な条件に直面し、それが新技術の展開を妨げ、時には成功を阻むこともあった。産業界で生産的なキャリアを積むには、基礎研究で得られた知見をどのように実行に移すかを知ることが重要である。
産業界で10年以上働いた後、私は自分の経験に基づいて2つのアプローチを開発した。最初のアプローチは、ラボのベンチスケールとパイロットプラントスケールの両方において、最適なプロセスパラメーターを厳守し、理想的な条件下で発酵を行うことに集中することであった。このような条件下では、プロセスは高い生産性、良好な酵母生存率、最終段階（ビア・ウェル・ステージ）における低い残糖で連続運転される。その後、システムをクラッシュさせたり、細菌汚染物質（バイオエタノール工場で分離された乳酸菌）を導入したり、酵母の接種率を下げたり、グルコアミラーゼの添加量を減らしたり、pHを突然下げたり、温度スパイクを導入したりして、酵母にストレスを与え、その生存率を低下させるなど、急激な変更を加えた。これにより、最適化された連続システムにおいて、エタノール生産量の大幅な減少につながるような問題、つまり生産スケールで発生する可能性のある問題を、批判的に評価することができた。これが達成されると、私は定常状態に戻し、変更した部分の影響を元に戻す作業を開始した。研究グループとして新しい菌株をスケールアップできるかどうかは、工業生産スケールで頻繁に見られる日常的なアップセットに対処できるかどうかに大きく依存していた。このアプローチを用いることで、私たちは生産に関する問題のトラブルシューティングに成功し、ADMのプラントオペレーションや、私たちの研究の多くに資金を提供してくれたビジネスユニットからの信頼性を高めることができた。
第二のアプローチは、作業容積が3,000,000リットルを超える大型発酵槽に存在するプロセスパラメーターと制限を直接学ぶことだった。発酵の後半では、酵母の栄養状態が悪く、エタノールや酵母を阻害するその他の副産物が蓄積するのが一般的だった。これらの要因が組み合わさると、劣悪な生育条件とエタノール生産になり、時にはスタック発酵（未完成の発酵で、残糖が許容範囲より高く残り、エタノール収量が低くなる）になることもあった。これらの要因の多くは菌株の性能にとって非常に重要であるため、私たちは菌株の選択時にこれらの要因に対処するとともに、プロセスパラメーターの制御を改善することで発酵の最適化を図りました。各生産施設のステージング、プラント設計、設備に関する知識、およびプラント担当者との緊密な連携は、成果を確実にする上で非常に重要でした。私はしばしば工場長に働きかけ、従業員のトレーニングや教育を支援した。
栄誉と賞
長年にわたり、非従来型酵母とその可能性の理解への貢献が認められ、2001年オールテック・メダル・オブ・エクセレンス、バイオテクノロジーの燃料および化学品への利用を可能にし、促進する研究が認められ、2016年チャールズ・D・スコット賞、研究、技術顧問、開発活動を通じて燃料エタノール産業に多大な貢献をしたことが認められ、栄誉ある2016年BBI国際燃料エタノール・ワークショップ（FEW）産業賞の優秀賞など、多くの栄誉を受賞しました（図8）。その他の個人的な功績としては、2005年にアメリカ微生物学会（ASM）O部門（発酵・バイオテクノロジー）の委員長に選出されたことが挙げられます。アーノルドは、私が産業界からアカデミアに移行する際のインスピレーションであり、ロールモデルであった。2008年の第12回ICYキエフ会議で、私はICYのカントリー・コミッショナーとしてアメリカを代表することになった。2012年の第13回ICY会議（米国ウィスコンシン州マディソン）に続き、私は4年間ICY議長を務めることになった。淡路島で開催された第14回ICYでは、高木浩教授が議長に就任しました（図9）。
図8.
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トム・ブライアンからバイオ燃料研究への貢献に対するBBI優秀賞を授与されるチャールズ・アッバス（2016年6月、米国ミルウォーキー）。
図9.
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ICY14淡路島大会、出席したICY委員の写真。
大学での任命と関与-知識の共有
企業での仕事と並行して、私は3つの大学でいくつかの任に就いていた。長年にわたり
イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校食品科学・人間栄養学科非常勤教授；
動物科学の非常勤教授；
カール・ウーズ・ゲノム生物学研究所（IGB）非常勤講師；
イリノイ大学農学部顧問委員会代表として6年間、同大学の研究部門を担当。
同時に、ミネソタ大学セントポール校の生物製品・バイオシステム工学科で非常勤教授と諮問委員を務めた。現在もUMN BBEとUIカール・ウーズIGBの非常勤講師を務めている。また過去5年間、アイオワ大学生体触媒・バイオプロセスセンターの顧問委員も務めています。現在はアイオワ大学生物学部の客員研究員として、ヤン・ファスラー教授の研究室で働いています。ヤンは良き友人であり、ICY USマディソンWIの組織委員会のメンバーを務めた。
私はキャリアを通じて、アメリカやその他の国の大学で講演をすることを大切にしてきました。また、米国や国際的な酵母やバイオマスの学会、産業界で数多くのプレゼンテーションを行ってきました。さらに、多くの会議で組織委員会やセッションの共同議長を務めました。私は常に、自分の研究分野の発展について偏見のない視点を提供し、自分が強く感じている問題に率直に取り組むよう努めました。最後に、オールテック・アルコール・スクール（現在のラレマン・アルコール・スクール）への出席とスピーカーとしての貢献は、私の最大の功績のひとつです。学術界と産業界の両方で働き、研究して学んだことを分かち合うことは、教授や共同研究者の遺産を称えることになる。
ようやく自由な夢の実現
私の科学者としてのキャリアを通じて、UMNで早くから素晴らしい教授に恵まれたことは幸運でした（図10）。そのおかげで、偉大な大学を作るのは偉大な教授である、という私の見方は、後年、より強固なものとなりました。私の酵母と科学的な旅は、多くの偉大な科学者たちによって可能となり、彼らとの間に強い友情が生まれました。何十年もの間、私に先駆けて科学を発展させ、彼らの研究の一部を産業規模で実施することを可能にしてくれた巨人たちの肩の上に立つことができたからです。私は彼らの仕事に永遠に感謝すると同時に、酵母の知識に対する彼らの数多くの貢献に思いを馳せ、身が引き締まる思いです。酵母の研究が1世紀を超えたことで、今日のバイオテクノロジーの黄金時代の舞台が整った（Abbas 2016）。故パーマー・ロジャースUMN教授の "私の研究室に来て、しばらく遊んでいきなさい "というシンプルな言葉がなければ、私の科学の旅は始まらなかったと思うと驚きます。それ以来、私は遊び続けている。
図10.
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(A）チャールズと孫娘オータム。(B）退職後、コロラド州ロッキーマウンテン国立公園のアルパイン・ビジター・センターで撮影。(C）ハイ・タトラス山脈のスタラレスナで開催されたISSY30でボートを楽しむオータム。
謝辞
私の旅を可能にしてくれたADMリサーチとADMプラントパーソネルの多くの元同僚、多くの外部協力者、そしてICY委員の方々の貢献に感謝したい。限られたスペースの中で全員の名前を挙げることは難しいが、多くの方々が私の教育に貢献し、実験的作業や私が述べたようなプラント支援活動に協力してくれた。彼らのたゆまぬ努力と協力があったからこそ、私の旅は紆余曲折を経てきたのだ。また、長文の原稿を読んでくれたヤン・ファスラーには、彼女の友情とアイオワ大学の研究室を使わせてくれたことに感謝したい。また、この原稿を最終形に仕上げるためにテリー・クーパーが払ってくれた多大な努力にも感謝したい。この原稿がFEMS Yeast Journalの要件を満たすよう、彼の親切な助言と忍耐強い努力は称賛に値する。このことと彼の指導に、私は心から感謝している。大学生だった私が自分を信じられなかったとき、私を信じてくれた教授たちに、私の人生の科学的研究を捧げます。また、私の両親、アレフとラフィカの教育に対する愛情と献身に、そして妻のテレサ、息子のマジディ、娘のアンドレア、孫娘のオータムの愛情と忍耐に感謝を捧げます。長い旅でしたが、私は善戦し、完走し、信念を貫きました。
利益相反声明
申告なし
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ワールドキャット

© The Author(s) 2023. FEMSの委託によりオックスフォード大学出版局が発行。
本論文は、オックスフォード大学出版局の標準ジャーナル出版モデル（https://academic.oup.com/journals/pages/open_access/funder_policies/chorus/standard_publication_model）の条件の下で出版・配布されています。
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