鍋料理以外にキノコは何に使えますか？

制作：中国科学普及協会

著者: 李波 (陝西生物農業研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

大食いの人間が満足しても何の得があるというのか？彼に報いる唯一の方法は詩を送ることだ。

これは、千年以上前に宋代の詩人である石書がキノコを称賛した有名な言葉です。キノコについて話すとき、人々はそれを食べることと結び付けずにはいられません。キノコは一般的に野菜と考えられていますが、植物ではなく菌類です。さらに、私たちが通常食べ物とみなすこれらの部分は、キノコ全体ではありません。地下（または腐った木）に生育する菌糸体と呼ばれる無数の細胞からなる菌糸ネットワークがあります。

私たちが食べるキノコは菌類の子実体ですが、これは菌類のほんの一部にすぎません。

(画像出典: Wille, Emilio & Bento, Clovis RC. (2021). Filamentous Fungi Growth as Metaphor for Mobile Communication Networks Routing. Advances in Electrical and Computer Engineering. 21. 10.4316/AECE.2021.02007.)

1. 菌糸体の紹介

菌糸体は菌類の基本的な構造単位です。一般的に管状で、固定された細胞壁を持ち、ほとんどが無色透明で、直径は1〜30μmです。栄養素の吸収、輸送、貯蔵を担っています。菌類は栄養を得るために、成長するにつれて菌糸を放射状に伸ばし続け、土や腐った木の割れ目に侵入し、枝分かれを続け、やがて地下に巨大な菌糸ネットワークを形成します。

肉眼で見た菌糸（上）と電子顕微鏡で観察した菌糸（下）（画像出典：Wikipedia）

菌糸細胞壁の主成分にはキチン、グルカン、タンパク質が含まれます。細胞壁の外層は主にタンパク質とグルカンで構成され、内層はキチンがミクロフィブリルの形をしており、他の多糖類と絡み合って強固な骨格を形成しています。キチンの引張強度は炭素繊維に匹敵し、熱安定性と難燃性に優れています。グルカンは結合剤のような働きをして、菌糸ネットワークが成長する基質とより密接に結合するのを助け、そこから栄養素をよりよく吸収できるようにします。菌糸体が材料科学者の視野に徐々に入ってきたのは、まさにこうした優れた特性のためです。

菌糸体の構造

（画像出典：参考文献[2]）

2. 小さな菌糸体は大きな用途がある

菌糸体の構造と特性を考慮して、革新的な科学者の中には、菌糸体を新しいバイオマス材料の研究開発や製造に応用したり、さまざまな設計分野に応用したりしようとする者もいます。適切な培養条件を確立することで、キノコの菌糸は徐々に一本の管状菌糸に成長し、その後、人工誘導により管状菌糸が互いに絡み合って凝集し、緻密なシート構造を形成します。形成プロセス全体が化学合成を必要とせず菌糸の自然な成長によって達成されるため、この材料はバイオアセンブリ材料とも呼ばれます。

霊芝菌糸の成長は、異なるセルロース基質を添加した後、異なる構造特性を示した。

（画像出典：参考文献[2]）

現在、菌糸体材料には主に純粋菌糸体材料と菌糸体複合材料の2種類があります。純粋な菌糸体材料は平らな形で存在し、純粋な菌糸体から自然に成長します。その質感は動物の革に似ており、衣類、靴、帽子の加工などの分野で広く使用されています。近年、世界的に有名な高級ブランドの多くが菌糸体レザーを使用した製品を発売しています。革を生産するために家畜を飼育する場合と比較すると、菌糸体革の生産による炭素排出量は前者よりもはるかに少なくなります。だからこそ、高級品業界の巨人たちは、そこに巨大なビジネスチャンスが隠されていると気づいたのです。結局のところ、環境保護は今日最も人気があり、流行している要素です。

研究が深まるにつれ、科学者たちは、純粋な菌糸体素材には印刷、染色、縫製が可能という相互作用的な特性があり、菌糸体は他の布地上で成長し続け、さらに菌糸体複合布地を形成できることを発見しました。さらに、菌糸の絡み合いと圧縮により引き裂きに強い性質があり、グリセロール処理することで伸縮性がさらに高まり、ゴムのような性質が得られます。菌糸体を利用して生産されるこの発泡ゴムは、軽量、通気性、難燃性、防水性など多くの利点があります。北米では乳幼児向けの家庭用品に使用され、商品化もされています。

菌糸体から作られた包装用発泡材（a）、包装用ボード（b）、皮革のような素材（c）、柔軟なスポンジ素材（d）

（画像出典：参考文献[5]）

さらに、科学者たちは、純粋な菌糸体皮革材料を天然または合成ポリマーと混合して複合材料を形成することで、疲労および摩耗耐性をさらに向上できることを発見しました。この素材は柔らかく、耐摩耗性に優れています。さらに価値があるのは、純粋に天然の製品であるため、優れた生体親和性があり、人体への刺激やアレルギー反応を引き起こさず、使用上の安全性が非常に高いことです。そのため、フェイシャルマスク、アイマスク、化粧パフなどの医療・美容製品に利用されており、大きな市場応用の可能性を秘めています。

純粋な菌糸体材料と比較すると、菌糸体複合材料は主に三次元の形で存在します。キノコの菌糸と、もみ殻、トウモロコシの芯、わら、おがくずなどの農業廃棄物を組み合わせて作られた複合材料です。これらの廃棄物との混合栽培の過程で、菌糸体は廃棄物を分解して自身の成長に必要な栄養分を得ると同時に、廃棄物と密接に融合して自身の成長を支えます。

異なる拡大スケールでの菌糸複合材料の特性：肉眼スケールでの表面特性（a）。肉眼スケールでの縦断面特性（b） 5mmスケールに拡大した後の縦断面特性（c）走査型電子顕微鏡で50μMスケールに拡大した後の菌糸体の特徴（d）

（画像出典：参考文献[4]）

培養時間に応じて、材料の色が白から茶色に変化します。色の違いは主に、材料の表面で成長している菌糸の量によって生じます。一般的に、色が白ければ白いほど、菌糸の成長が活発になります。この複合材料の最大の利点は、その超可塑性です。成長型によって、どんな形にもできます。さらに、この素​​材は菌糸体と植物繊維やわらなどの基質の特性を兼ね備えており、軽量、強い耐圧性、断熱性、遮音性、騒音低減、難燃性、防水性などの優れた特性を持っています。そのため、菌糸体複合材は主に緩衝包装、建築用レンガ、防音壁パネル、ランプシェード、テーブルや椅子、自動車内装材などの製造に使用されています。

菌糸複合材料を使用した各種製品パッケージ

（画像出典：参考文献[6]）

さらに重要なのは、この複合材料は自然に生分解性とリサイクル性があり、農業廃棄物のリサイクル問題も効果的に解決できることです。近い将来、月や火星に人類の活動拠点を築きたいと思ったとき、宇宙船を使って地球から宇宙に建築資材を輸送するという、費用と労力のかかる方法を考慮する必要がなくなることを想像してみてください。キノコの菌糸体と単純なマトリックス材料を使用することで、宇宙ステーションに必要な建築資材を迅速かつ効率的に生産することができます。

2019年のダッチデザインウィークで展示された、菌糸体素材を建築表面材として使った「成長パビリオン」（a）と、菌糸体レンガで構築された空間樹木状の分岐構造（b）

（画像出典：参考文献[8]）

3. 使いやすいだけでなく、菌糸も美味しい

菌糸体素材を皮革や包装、建築などの資材の代替として活用するほか、科学者たちはこれを代替タンパク質食品の研究にも応用しています。純粋菌糸体皮革素材の技術を基に、新しいタイプの菌糸体人工肉が誕生しました。アメリカには菌糸体人工ベーコンを製造している会社があります。大豆たんぱく質から作られた人工肉と比べると、豆臭さがないだけでなく、本物の豚肉に近い味がします。さらに、豚肉よりも栄養価が高いです。消化吸収が容易なだけでなく、ビタミンやミネラルも豊富に含まれています。そのため、ますます多くのベジタリアンに好まれています。

将来、恒星間探査の長い旅の間、14世紀のヨーロッパの大航海時代の船乗りたちがしたように、肉を食べるためだけに、狭苦しく閉ざされた船室で不快な臭いに耐えながら家畜や家禽を育てる必要はなくなるでしょう。菌糸体技術を応用して人工肉代替品を作ることは、クリーンかつ効率的な方法となるでしょう。さらに、地球上でも、この技術は依然として大きな可能性を秘めています。従来の畜産や養鶏と比較すると、菌糸体技術を使用して同じ量の人工肉を生産することで発生する炭素排出量は前者のわずか数十分の1に過ぎず、土地や水資源の使用を大幅に削減できます。環境問題や気候問題がますます重要になる中、この技術の出現は人類の持続可能な発展にとって大きな意義を持ちます。

結論

菌糸体レザー、人工肉、建築材料など、生産プロセスは高度に制御可能です。均一な仕様の製品を大量生産できるだけでなく、完成品の厚さ、重さ、手触りなどを調整し、差別化されたカスタマイズを形成することもできます。これは、この技術が発明されてからわずか 20 年で普及した重要な理由でもあります。

さらに、キノコの種類によって菌糸細胞内のキチンやグルカンなどの主成分が異なるため、科学者は菌糸材料の生産におけるさまざまなニーズに応じて、栽培対象として異なる種類のキノコを選択することができます。例えば、ヒラタケなどの食用菌類の菌糸体を利用して人工肉を生産すると、食品安全リスクを効果的に回避できます。マンネンタケやタマゴタケなどの高度に木質化したキノコをゴム材料や建築材料の製造に使用すると、強度と靭性が大幅に向上します。自然界には、キノコと呼ばれる大型菌類の種が 20,000 種以上存在することが知られています。これらの豊富な菌類資源は、菌糸体材料の生産と応用にほぼ無限の可能性をもたらします。

近い将来、さまざまな菌糸体素材製品が何千もの家庭に浸透し、私たちの生活に彩りが加わると信じています。どの時代であっても、人類の明るい未来を創り出す、予想もしなかった破壊的な技術革新が数多く存在します。

参考文献:

1. Islam MR、他真菌菌糸体の形態と力学。サイエンティフィック・レポート、2017、7(1):13070

2. ムハンマド・ハニーフ他真菌菌糸体からの先端材料：物理的特性の製造と調整。サイエンティフィック・レポート、2017、7: 41292

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4. MRIslam 他菌糸体ベースの粒子複合材料の機械的挙動。 J Mater SCI、2018、53:16371-16382

5. ワン・ジエら菌糸体由来プラスチックの現状と展望。科学技術評論、2019年、37(22): 105-120

6. Liao Yaxin 他設計応用に基づく菌糸体バイオマテリアルの研究の進歩。北京ファッションテクノロジー研究所ジャーナル（自然科学版）、2022年、42（02）：93-102

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8. 張哲宇 他菌糸複合材料とその建築への応用に関する研究。建築と文化、2022年、09(04): 13-15

9. Zhao Zhicheng 他菌糸体複合材料の製造と応用に関する研究の進捗状況。新化学材料、2023、51(03): 73-78

10. Yan Wei 他菌糸体を利用したバイオマス断熱材の研究状況。林産産業、2019年、56（12）：34-37