タンパク質工学市場 - 世界の産業規模、シェア、傾向、機会、予測、2018～2028年、製品タイプ別（インスリン、モノクローナル抗体、凝固因子（血液因子＋組織プラスミノーゲン）、ワクチン、成長因子（ホルモン＋サイトカイン）、その他の製品タイプ）、技術別（非合理的タンパク質設計および合理的タンパク質設計）、エンドユーザー別（製薬・バイオテクノロジー企業、学術機関、受託研究機関（CRO））、地域および競合状況別

市場概要

世界のタンパク質工学市場は、2022年に25億6,000万米ドルと評価され、2028年までの予測期間中に11.00％のCAGRで目覚ましい成長を遂げると予想されています。タンパク質工学は、タンパク質を意図的に設計、変更、最適化して、新しい機能を作成したり、既存の機能を改善したり、特定のアプリケーションに合わせて調整したりするバイオテクノロジーの分野です。タンパク質は、化学反応（酵素）の触媒、分子の輸送、構造的サポートの提供、細胞プロセスの調節など、生体内で幅広い機能を実行する重要な生物学的高分子です。タンパク質工学は、タンパク質の構造と機能の理解を活用して、さまざまな目的でこれらの分子を操作します。分子生物学技術の進歩により、特定の配列を持つタンパク質をコードする遺伝子を合成および変更することが可能になりました。これにより、研究者はまったく新しいタンパク質を作成したり、既存のタンパク質をさまざまな用途に合わせて変更したりすることができます。

モノクローナル抗体、ワクチン、その他のタンパク質ベースの治療法を含むバイオ医薬品の需要の高まりが、大きな原動力でした。タンパク質工学技術は、これらの薬剤の製造と有効性を最適化するために不可欠です。ゲノミクス、トランスクリプトミクス、プロテオミクスの継続的な進歩により、疾患経路におけるタンパク質の役割に関する貴重な洞察が得られました。この知識により、標的療法を開発するためのタンパク質工学技術の需要が高まりました。バイオテクノロジーおよび製薬業界は持続的な成長を遂げており、研究開発への投資が増加していました。この成長により、タンパク質工学ツールとサービスの需要が促進されていました。タンパク質工学は、希少疾患および孤児疾患の治療法の開発に重要な役割を果たしていました。このニッチ市場での高収益の可能性は、投資とイノベーションの原動力でした。タンパク質工学は、バイオ燃料生産、食品加工、廃棄物管理など、さまざまな産業用途向けに、特性を強化した酵素を設計するために使用されていました。

主要な市場推進要因

技術の進歩

タンパク質工学における技術の進歩は、この分野を形成し、医薬品、バイオテクノロジー、農業、産業プロセスなど、さまざまな業界での用途を拡大する上で極めて重要な役割を果たしてきました。Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) および CRISPR 関連タンパク質 9 (Cas9) 技術は、タンパク質工学に革命をもたらしました。これにより、正確なゲノム編集が可能になり、遺伝子の改変やタンパク質のエンジニアリングを高い特異性と効率で実現できます。これは、医薬品開発、農業、基礎研究に広範囲にわたる影響を及ぼします。指向性進化は、自然選択を模倣して特定の機能に対してタンパク質を最適化する強力な手法です。研究者は、変異と選択を繰り返すことで、親和性、安定性、酵素活性の向上など、特性を強化したタンパク質をエンジニアリングできます。ハイスループットスクリーニング（HTS）法はより洗練され自動化され、大規模なタンパク質ライブラリを迅速にスクリーニングして、望ましい特性を調べることができるようになりました。これにより、新しい酵素、治療用抗体、その他のタンパク質ベースの製品の発見が加速します。分子モデリングや機械学習などの計算方法の進歩により、研究者は人工タンパク質の構造と機能を予測できます。これにより、設計段階での時間とリソースが節約され、タンパク質とリガンドの相互作用を理解するのに役立ちます。合成生物学技術により、まったく新しいタンパク質と生物システムを作成できます。研究者は、カスタマイズされた機能を持つ新しいタンパク質をコードする遺伝子を設計および合成できるため、タンパク質工学の可能性が広がります。酵母、細菌、哺乳類細胞などのタンパク質発現システムの改善により、組み換えタンパク質と治療用抗体の生産が向上しました。これらの進歩により、人工タンパク質の収量と品質が向上します。

タンパク質の折り畳みと安定性を理解することは、タンパク質工学にとって非常に重要です。計算ツールと実験技術により、タンパク質の構造と安定性の予測が向上し、より堅牢なタンパク質の設計に役立っています。次世代シーケンシング（NGS）技術により、遺伝子変異と発現パターンの分析が容易になり、研究者は潜在的なタンパク質工学ターゲットをより効果的に特定し、特徴付けることができるようになりました。無細胞タンパク質合成システムは、より効率的で多用途になっています。生きた細胞を必要とせずにタンパク質を迅速に生成できるため、さまざまなタンパク質の設計と研究が容易になります。CrispRGoldやPrime Editingなどのゲノム編集技術の最近の進歩により、遺伝子配列の修正における精度と制御がさらに向上しました。これらの進歩は、遺伝子治療とタンパク質工学に広範囲にわたる影響を及ぼします。ChIP-seqやタンパク質-DNA架橋などの技術により、研究者は分子レベルでタンパク質-DNA相互作用を研究できます。これは、遺伝子調節を理解し、DNA結合タンパク質を設計するために重要です。単一細胞プロテオミクス技術の進歩により、個々の細胞のタンパク質含有量のプロファイリングが可能になり、細胞の異質性や疾患のメカニズムに関する洞察が得られます。この要因は、世界のタンパク質工学市場の発展に役立ちます。

成長するバイオテクノロジーおよび製薬業界

バイオテクノロジーおよび製薬業界では、生物由来の医薬品である生物製剤への移行が進んでいます。これには、モノクローナル抗体、ワクチン、およびその他のタンパク質ベースの治療薬が含まれます。タンパク質工学は、これらの生物製剤の設計、最適化、および製造において重要な役割を果たし、よりターゲットを絞った効果的な治療に対する高まる需要に応えています。新薬の発見と開発のプロセスには、多くの場合、疾患に関連する特定のタンパク質の特定と修正が含まれます。タンパク質工学技術により、これらのタンパク質を修正して治療特性を強化したり、まったく新しい薬剤候補を作成したりできます。製薬業界は、治療が個々の患者のプロファイルに合わせて調整される個別化医療へとますます移行しています。タンパク質工学により、治療用タンパク質を個々の患者の遺伝的および分子的特性に合わせてカスタマイズできるため、治療結果が向上します。タンパク質工学は、患者数が多くない可能性のある希少疾患や孤児疾患の治療法の開発に役立っています。製薬業界はこれらのニッチ市場に関心を示しており、タンパク質工学サービスとテクノロジーの需要を促進しています。

バイオ医薬品業界は、タンパク質ベースの医薬品を大量に生産するためにバイオ製造プロセスに依存しています。タンパク質工学は、これらの治療用タンパク質の発現、収量、安定性を最適化し、効率的で費用対効果の高い生産を保証します。製薬会社は、革新的で差別化された製品で医薬品パイプラインを拡大し続けています。タンパク質工学は、新しい生物製剤とタンパク質ベースの治療法の開発を可能にし、企業が競争力を維持するのに役立ちます。複数の薬剤を使用して病気のさまざまな側面を標的とする併用療法の開発は、製薬業界で増加傾向にあります。タンパク質工学は、相乗的に機能する補完的な治療用タンパク質を設計するために使用できます。一部の生物製剤の特許が期限切れになるにつれて、既存の生物製剤と非常によく似たバージョンであるバイオシミラーの市場が拡大しています。タンパク質工学は、同等の有効性と安全性プロファイルを備えたバイオシミラーを作成するために使用されます。バイオテクノロジーおよび製薬会社は、新薬を市場に投入するために研究開発に多額の投資を行っています。この投資には、タンパク質工学の研究と技術開発への資金提供が含まれます。製薬会社、バイオテクノロジー企業、学術機関の間でタンパク質工学研究におけるコラボレーションが一般的になっています。これらのパートナーシップはイノベーションを推進し、タンパク質ベースの治療法の開発を加速します。COVID-19パンデミックのような出来事は、迅速なワクチンと治療法の開発の必要性を浮き彫りにしました。タンパク質工学はCOVID-19ワクチンと治療法の開発において極めて重要な役割を果たし、世界的な健康課題への取り組みの重要性を示しています。この要因は、世界のタンパク質工学市場の需要を加速させるでしょう。

希少疾患への注目の高まり

希少疾患は孤児疾患とも呼ばれ、その有病率が低いため、効果的な治療法がないことがよくあります。タンパク質工学は、これらの疾患に合わせた治療法を開発するための有望なアプローチを提供し、満たされていない重要な医療ニーズに対処します。希少疾患の研究には、これらの疾患の根底にある特定の遺伝子変異やタンパク質異常の特定が含まれることがよくあります。タンパク質工学により、希少疾患に関与する分子経路を正確に標的とする治療用タンパク質のカスタマイズが可能になり、精密医療アプローチが可能になります。世界中の政府および規制当局は、希少疾患を治療するための希少疾病用医薬品の開発にインセンティブを提供しています。タンパク質工学は、モノクローナル抗体や酵素補充療法など、これらの薬剤の設計と最適化に役立ちます。希少疾患は、多くの場合、特定のタンパク質異常によって引き起こされます。タンパク質工学技術により、これらの異常を修正または補償できる標的療法の開発が可能になり、治療結果の改善につながります。

希少疾患関連タンパク質を標的とするように設計されたモノクローナル抗体は、特定の形態の筋ジストロフィーやリソソーム蓄積症などの疾患の治療に大きな期待が寄せられています。タンパク質工学は、希少遺伝子疾患の治療に大きな可能性を秘めた遺伝子治療と密接に関連しています。ウイルスベクターや酵素などの人工タンパク質は、希少疾患の患者に治療用遺伝子を送達するために使用できます。特定の希少代謝疾患には、酵素補充療法が不可欠です。タンパク質工学技術は、これらの治療用酵素の安定性、活性、標的化を最適化することができます。希少疾病用医薬品市場は、規制上のインセンティブ、資金の増加、タンパク質工学技術の進歩の組み合わせによって着実に成長しています。この成長は、希少疾患の研究開発への投資を促進します。希少疾患の分野では、学術研究者、製薬会社、患者支援団体の協力がより一般的になっています。このような協力により、タンパク質ベースの治療法の研究と開発が加速します。希少疾患に専念する患者団体や財団による強力な支援活動により、研究と治療開発に対する認識と支援が高まっています。これらの活動により、タンパク質工学ソリューションへの資金と関心が高まっています。ゲノミクスやプロテオミクスなどの診断技術の進歩により、希少疾患に特有のバイオマーカーを特定できます。その後、タンパク質工学を使用して、診断と標的療法を開発できます。この要因により、世界のタンパク質工学市場の需要が加速します。

主要な市場の課題

タンパク質設計の複雑さ

タンパク質は、その機能にとって重要な複雑な 3 次元構造を持っています。特定の構造を持つタンパク質を正しく折り畳む設計は、アミノ酸配列の小さな変化が誤った折り畳みや機能の喪失につながる可能性があるため、困難な作業です。設計されたタンパク質の正確な機能を予測することは困難な場合があります。多くのタンパク質は生物システム内で多面的な役割を果たしており、特定の機能を実行するタンパク質の設計は非常に複雑になる可能性があります。設計されたタンパク質が安定しており、機能的な構造に適切に折り畳まれるようにすることは、大きな課題です。正しいタンパク質の折り畳みを実現することは、その活性と有効性にとって重要です。タンパク質は、リガンド、補因子、または他のタンパク質などの他の分子と相互作用することがよくあります。特定の分子と選択的に、高い親和性で相互作用するタンパク質を設計することは複雑になる可能性があります。特定のタンパク質間相互作用を行うタンパク質の設計は、特に困難な場合があります。異なるタンパク質が互いにどのように相互作用するかを予測し、それらの相互作用を正確に設計することは複雑です。タンパク質の設計には、生物学、化学、バイオインフォマティクス、構造生物学など、複数の分野の専門知識が必要です。これらの分野の専門家間のコラボレーションがしばしば必要になります。

持続可能性と環境への懸念

タンパク質工学の研究には、実験装置、消耗品、エネルギーなど、かなりのリソースが必要になることがよくあります。これらのリソース集約型プロセスの環境への影響が懸念されることがあります。治療用タンパク質、酵素、代替タンパク質（植物ベースおよび細胞ベースの肉など）などのタンパク質ベースの製品の製造は、環境に影響を与える可能性があります。バイオ製造プロセスをより持続可能なものに最適化することは困難です。農業や産業バイオテクノロジーを含むさまざまな用途向けの遺伝子組み換え生物（GMO）の開発は、環境と規制に関する懸念を引き起こします。GMOの安全な使用を確保し、潜在的な生態学的影響に対処することは不可欠です。バイオ製造プロセスは、環境に影響を与える可能性のある廃棄物や副産物を生成する可能性があります。廃棄物の管理と最小化は、持続可能性の課題です。多くのタンパク質工学プロセスでは、制御された環境と正確な条件が必要であり、エネルギーを大量に消費する可能性があります。エネルギー消費の削減と再生可能エネルギー源への移行は、持続可能性の優先事項です。DNA合成やタンパク質精製用の試薬など、タンパク質工学における化学物質の使用は、環境に影響を与える可能性があります。より環境に優しい化学アプローチの開発は、持続可能性の目標です。代替タンパク質（植物ベースおよび細胞ベース）は、従来の動物農業よりも持続可能と見なされることが多いですが、その環境フットプリントはさまざまです。これらの技術の環境への影響を減らすことは、継続的な課題です。

主要な市場動向

タンパク質工学の拡大

タンパク質工学は、作物の遺伝子構造を変更して特定の形質を強化するために使用されます。これには、害虫や病気に対する抵抗力の向上、環境ストレス要因（干ばつや塩分など）に対する耐性の向上、栄養価の最適化などが含まれます。タンパク質工学によって耐病性を高めた作物を開発することで、化学農薬の必要性が減り、環境に優しく持続可能な農業に貢献します。害虫耐性のある作物を開発することで、収穫量を保護し、化学殺虫剤への依存を減らすことができ、環境と農家の両方に利益をもたらします。タンパク質工学は、干ばつ条件に対してより耐性のある作物を生み出すのに役立ちます。これは、水不足と気候変動の課題に直面している地域では重要です。タンパク質工学は、ビタミンやミネラルなどの必須栄養素の含有量を増やすことで、作物の栄養価を高めるために適用されます。作物の収穫量を改善し、化学物質の投入の必要性を減らすことで、タンパク質工学作物はより持続可能で環境に優しい農業慣行に貢献できます。タンパク質工学によって設計された遺伝子組み換え作物を使用すると、土壌浸食の減少、温室効果ガスの排出量の削減、農業流出の減少につながる可能性があり、環境への害が緩和されます。バイオ強化では、作物の必須栄養素のレベルを高めます。タンパク質工学は、脆弱な集団の栄養失調や栄養素欠乏に対処するために、主食作物のバイオ強化に役割を果たすことができます。

セグメント別インサイト

テクノロジーインサイト

2022年には、世界のタンパク質工学市場の合理的タンパク質設計セグメントが最大のシェアを占め、今後数年間にわたって拡大し続けると予測されています。

製品タイプインサイト

2022年には、世界のタンパク質工学市場のモノクローナル抗体セグメントが最大の収益シェアを占め、今後数年間にわたって拡大し続けると予測されています。

最終用途インサイト

2022年には、世界のタンパク質工学市場の製薬およびバイオテクノロジー企業セグメントが最大のシェアを占め、今後数年間にわたって拡大し続けると予測されています。

地域別インサイト

2022年、北米地域が世界のタンパク質工学市場を支配しました。

アジア太平洋地域は、予測期間中に最も速いCAGRで成長すると予測されています。アジアの発展途上国では、自己免疫疾患、心血管疾患、がん疾患の発生率が高いためです。さらに、インドや中国などの新興経済国の高い経済発展は、この分野の未開拓の見通しにおけるセクターの拡大をサポートすると予想されています。さらに、タンパク質工学アプリケーションの研究と臨床試験のためのかなりの人口基盤が利用可能になることで、この地域の拡大が促進されると予測されています。

最近の開発

• 2021年7月、Protomer Technologies（「Protomer」）と呼ばれる民間のバイオテクノロジー新興企業がEli Lillyに買収され、スタートアップになりました。グルコースやタンパク質活性の他の内因性調節因子を検出できる分子を見つけて作成するために、Protomer は特許取得済みのペプチドおよびタンパク質エンジニアリング プラットフォームを使用しています。細胞分子活性化因子を検出できる次世代のタンパク質療法が Protomer によって開発されています。同社は特許取得済みの化学生物学ベースのプラットフォームのおかげで、小さな分子によって制御できる調整可能な活性を持つ治療用タンパク質とペプチドを作成できます。この方法は、血糖値を検出し、1 日を通して必要に応じて自動的に作動するグルコース応答性インスリンなど、さまざまな治療候補を前進させるために Protomer によって採用されています。
• 2022 年 3 月、Amgen と Generate Biomedicines の間で、さまざまな治療領域と送達システムにわたる 5 つの臨床ターゲットに対するタンパク質療法を特定して開発するための研究パートナーシップが発表されました。デジタル バイオロジクス ディスカバリー グループは、アムジェンのジェネレーティブ バイオロジー戦略に基づいて結成され、同社の生物学、自動化、タンパク質工学における最先端の強みを活かすことを目的としています。アムジェンのジェネレーティブ バイオロジーの目的は、この生物学の経験と専門知識を最先端のシーケンス ベースの薬剤設計技術と組み合わせて、さまざまな困難な疾患に対する複雑な多重特異性治療法を開発することです。医薬品の発見に必要な時間を短縮し、予測可能な製造および臨床的挙動を持つ潜在的なリード分子を生成することで、Amgen の生物製剤の医薬品発見の専門知識を、Generate Biomedicines の人工知能 (AI) プラットフォームと組み合わせることで、多重特異性医薬品の設計をさらに促進することができます。

主要な市場プレーヤー

• Agilent Technologies Inc.
• Amgen Inc.
• Bruker Corporation
• Bio-Rad Laboratories Inc.
• Eli Lilly and Company
• Merck KGaA
• Novo Nordisk AS
• PerkinElmer Inc.
• Thermo Fisher ScientificInc.
• Waters Corporation
• Genscripts USA, Inc.
• GE Healthcare