ジェイク・ミッシュの家族は、インディアナ州北西部の砂質土壌で4代にわたってトウモロコシを栽培してきた。この地域のほかの農家と同じく、ミッシュ家も春の種まきの時期に1回と、トウモロコシの成長期に1回、農地に窒素肥料を散布する。安定した収穫を得るために施肥は不可欠だが、費用がかさむのが悩みのタネだ。それに地球環境によくないことも、彼は十分に理解している。

そこでミッシュは、来年から新たな試みを始めることにした。次の春、彼は蒔いたばかりのトウモロコシの種子に、液体プロバイオティックを浴びせることにしたのである。

芽が育つにつれ、この特別調合の微生物は根に毛玉のようなコロニーを形成し、空気中の窒素を植物が利用できるかたちに変換して、太陽光から糖をつくるのを促す。すべてが計画どおりにいけば、微生物はトウモロコシの農地1エーカー（約4,000平方メートル）あたり、25ポンド（約11kg）の利用可能な窒素をもたらす。

これらはカリフォルニア州バークレーのバイオテクノロジー企業、Pivot Bio（ピヴォット・バイオ）が謳う効果だ。同社は2018年10月2日（米国時間）、史上初かつ現在唯一の、窒素固定微生物からなる添加剤を、米国のトウモロコシ農家向けに販売開始した。

農家の化学肥料依存を軽減

化学肥料の完全な代替品というわけではないが、この製品は農家の化学肥料への依存を軽減することを目的としている。肥料の生産プロセスは、温室効果ガスの主要排出源でもあるからだ。

また、農地に散布された肥料が帯水層に浸透したり、河川に流出したりすると、有毒藻類の大発生につながる。ピヴォット・バイオによれば、米国のすべてのトウモロコシ農家がミッシュのあとに続けば、クルマを100万台減らすのと同等の温暖化対策になるという。

ピヴォット・バイオの共同創業者で最高経営責任者（CEO）を務めるカーステン・テムは、「わたしたちはエコロジカルな時流をつくりだそうとしています」と言う。同社はシリーズBの資金調達で7,000万ドル（約79億円）を獲得した。主な出資者は、温室効果ガスの大幅削減を目標に掲げてビル・ゲイツらが設立した投資ファンド「ブレークスルー・エナジー・ヴェンチャーズ（Breakthrough Energy Ventures）」だ。

多様な環境下での微生物の効果を調べるため、苗は異なるタイプの土壌に植えられている。PHOTOGRAPH COURTESY OF PIVOT BIO

土壌微生物を使って現代農業の最大の課題を解決するというアイデアには、前例がないわけではない。農家は何十年も前から、病害対策として農地に微生物を散布してきた。

しかし、巨大農業企業の微生物関連事業に大きな資金がつくようになったのは最近のことだ。ピヴォット・バイオやインディゴ・アグリカルチャー（Indigo Agriculture）といったスタートアップは14年、商品化が期待できる有益微生物の探索を始めた。

ドイツのバイオテクノロジー大手であるバイエルは17年、微生物エンジニアリング［日本語版記事］を手がけるギンコー・バイオワークス（Ginkgo Bioworks）とともに、1億ドル規模のジョイントヴェンチャーをスタートした。その事業内容は、遺伝子を組み替えた細菌の助けを借りて、みずから肥料をつくりだす作物を開発することだ。

現在はジョイン・バイオ（Joyn Bio）と呼ばれるようになったこの合弁企業は、合成生物学のさまざまな技術を駆使して、トウモロコシや小麦に肥料分を供給する微生物の開発にあたっている。これは本質的には、大豆などマメ科の作物において、根粒菌と呼ばれる天然の微生物が行なっていることと同じだ。同社初の製品の農場試験が実施されるまでには、あと2〜3年はかかると見られる。

自然界から見つかった“当たりくじ”

一方、ピヴォット・バイオは、すでに自然界にあるものに活路を見出した。同社はトウモロコシの根に棲む細菌のなかに、窒素固定遺伝子がDNAにエンコードされている種が存在することを知っていた。

しかし、窒素固定はエネルギー消費が極めて大きいプロセスであるため、これらの細菌は必要なときしか遺伝子のスイッチを入れない。そして、農家はトウモロコシ農地に必ず窒素肥料をまくので、この遺伝子は何十年も休眠状態にあった。

そのスイッチを入れ直すだけでいいのだ。「わたしたちは微生物がもともともっていた能力を目覚めさせようとしているだけです」と、テムは言う。

だが、まずはその微生物を見つけなくてはならない。そこでピヴォット・バイオは手始めに、米国のコーンベルト一帯の農家から、バケツ1杯ずつ土を買った。そして同社の研究員たちは、その土にトウモロコシの苗を植え付けた。

これらの「おとり株」は、土壌中にある種の化学物質を放出し、それが有益微生物を惹きつける。要するに出会い系サイト「Tinder」の農業版のようなものだ。トウモロコシは自分の役に立つ微生物を見つけて「右にスワイプ」する。

研究員たちは、トウモロコシの根に微生物が定着していることを確認し、植物と微生物の共生関係の定量化を行う。PHOTOGRAPH COURTESY OF PIVOT BIO

トウモロコシは、数千種に上る土壌細菌のなかから十数種を選び出した。研究員たちは根をすりつぶした懸濁液を、窒素を含まない寒天培地を張ったペトリ皿に広げた。このなかで生きられる細菌がいれば、その細菌には窒素固定能があるということになる。

ピヴォット・バイオの研究者サラ・ブロックの説明によると、いくつか有望な細菌を発見した彼らは遺伝子編集ツールを使って、これらの遺伝子発現プログラムを書き換えた。その目的は、土壌に施肥がされた状態でも常に窒素固定を行うようにすることだ。

「ひとつの有望株につき100通りの改変を施して、どれがいちばんうまく機能するかを検証しました」と、ブロックは言う。大きなブレイクスルーは、ときに意外な場所から生じるものだ。次の生産期からいくつかの州で使用可能になるピヴォット・バイオ初の製品は、ミズーリ州の農地からやってきた細菌株がもとになった。そしてその農地の所有者は、ブロックの父親だったのである。

「初期サンプルの多くは、わたしたちの友人や家族から提供されたものでした」と、ブロックは言う。「“当たりくじ”は父のサンプルのなかにあったのです」

「正しい方向」への第一歩

この製品は、小区画で5世代にわたって野外試験を重ねたあと、18年夏に大規模試験が行われた。ピヴォット・バイオは全米各地の21軒の農家の協力のもと、それぞれ数エーカーの農地で液体プロバイオティックを添加する処置を施して、作物を栽培した。収穫はまだ先なのでデータは得られていないものの、ミッシュたち農家からは、すでに大きな期待が寄せられている。

ミッシュは友人のひとりが栽培試験に参加していることをTwitterで知り、彼の農地を訪ねて作物を見せてもらった。その結果に満足した彼は、インディアナ州で初めてのピヴォット・バイオの顧客となった。

「ほんの10年前まで、微生物を使う農法は農家の間で賛否両論がありました」と、ミッシュは言う。「なにせ生きものなので、環境によって効果はまちまちだったのです。そう思うと、科学はずいぶん進んだものです」

ミッシュの計算では、このプロバイオティック製品を利用すれば、1エーカー（約4,000平方メートル）につき20ドル（約2,300円）、現在の年間の窒素肥料購入額のおよそ3分の1を節約できる。

地球を救う製品、とまでは言えないかもしれない。だが少なくとも、正しい方向への一歩には違いない。