技術士R07対策版｜R04~R06【18生物工学部門】必須問題Ⅰ『解答論文例：6題』-解答骨子例付き-

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▼ 年度別解答例（R04～R06）

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🔽 以下、本記事の主内容

📅R04年度

R04_I-1「過去問題」

　内閣府統合イノベーション戦略推進会議が策定した「バイオ戦略フォローアップ」（令和3年6月11日決定）では［バイオ生産システム］の市場領域の中で「生物機能を利用した生産」のデジタル化・AI化・機械化を図り、国際競争力を飛躍的に向上させ、市場を獲得することが目標として掲げられている。
（１）生物工学分野の技術者として、「生物機能を利用した生産」におけるデジタル化・AI化・機械化の課題を多面的な観点から３つ抽出し、それぞれの観点を明記したうえで、その課題の内容を示せ。
（２）抽出した課題のうち最も重要と考える課題を１つ挙げ、その課題の解決策を３つ、専門技術用語を交えて示せ。
（３）前問（２）で示したすべての解決策を実行しても新たに生じうるリスクとそれへの対策について、専門技術を踏まえた考えを示せ。
（４）前問（１）～（３）の業務遂行において必要な要件を、技術者としての倫理、社会の持続可能性の観点から題意に即して述べよ。

R04_I-1 ＜解答骨子例＞

１．デジタル化・AI化・機械化の課題
　〇観点１：データの標準化と品質管理
　　・生物学的データの多様性と複雑性による標準化の困難
　　・信頼性の高いデータベース構築と高度なデータクリーニングの必要性
　〇観点２：AIモデルの解釈可能性と信頼性
　　・AIモデルのブラックボックス化と判断根拠の透明性確保
　　・生物学的因果関係を捉えた信頼性のあるモデルの構築
　〇観点３：生物の個体差と環境変動への対応
　　・個体差や環境変動による生産制御の困難
　　・生物の可塑性と環境応答を考慮した柔軟な制御システムの構築
２．課題解決策の提案
　〇最重要課題
　　・AIモデルの解釈可能性と信頼性
　1. 説明可能AI（XAI）の導入
　　・AIの判断プロセスの可視化
　　・生物学的に意味のある特徴量の重要度評価
　2. 知識グラフを活用したハイブリッドAIシステムの構築
　　・生物学的知識の構造化とAIモデルとの統合
　　・既存データベース活用による解釈可能性の向上
　3. 因果推論に基づくAIモデルの開発
　　・生物学的な因果関係の明示的なモデル化
　　・生物学的解釈の容易化と新たな仮説生成への貢献
３．新たなリスクと対策
　〇リスク１：計算コストと処理時間の増大
　　・エッジコンピューティングの活用と並列処理の最適化
　　・専用ハードウェアによるアルゴリズムの効率的な実行
　〇リスク２：過剰な解釈によるバイアスの導入
　　・多角的な検証システムの構築
　　・生物学的実験との緊密な連携による継続的な照合
　〇リスク３：データプライバシーとセキュリティの脆弱性
　　・差分プライバシーと連合学習の導入
　　・プライバシー保護型AI技術の実装
４．業務遂行において必要な要件
　〇技術者としての倫理の観点
　　・透明性と説明責任の確保
　　・バイアスや差別を排除した公平性の担保
　〇社会の持続可能性の観点
　　・環境負荷の低減と資源効率の向上
　　・技術の民主化と知識の共有促進

R04_I-2「過去問題」

　持続可能なプラスチックの利用にむけて、令和3年1月に「バイオプラスチック導入ロードマップ」が環境省、経済産業省、農林水産省、文部科学省により策定された。この中ではバイオマス由来の原料を用いたバイオマスプラスチック（非分解性）と廃プラスチック回収・リサイクルを社会実装していくための研究開発が求められている。
（１）生物工学分野の技術者として、バイオマスプラスチック（非分解性）と廃プラスチック回収・リサイクルを社会実装していくための研究開発について、多面的な観点から３つの課題を抽出し、その内容を観点とともに示せ。
（２）抽出した課題のうち最も重要と考える課題を１つ挙げ、その課題に対する複数の解決策を、専門技術用語を交えて示せ。
（３）前問（２）で示したすべての解決策を実施しても新たに生じうるリスクとそれへの対策について、専門技術を踏まえた考えを示せ。
（４）前問（１）～（３）の業務遂行において必要な要件を、技術者としての倫理、社会の持続可能性の観点から題意に即して述べよ。

R04_I-2 ＜解答骨子例＞

１．バイオプラスチック開発の課題
　〇原料調達の観点
　　・バイオマス原料の安定供給
　　・食料との競合回避
　〇製造プロセスの観点
　　・バイオマスプラスチックの製造コスト低減
　　・品質の向上
　〇リサイクル技術の観点
　　・バイオマスプラスチックと石油由来プラスチックの分別・選別
　　・当技術の確立
２．コスト低減と品質向上への取り組み
　〇最重要課題
　　・製造プロセス
　〇微生物工学的アプローチ
　　・高効率なバイオマス変換微生物の開発
　　・バイオプラスチック前駆体を高生産する組換え微生物の開発
　〇プロセス工学的アプローチ
　　・連続発酵システムの最適化
　　・膜分離技術を用いた生成物の連続抽出
　〇材料工学的アプローチ
　　・バイオマス由来フィラーの添加による物性改善
　　・分子量分布制御による機械的強度や耐熱性の向上
３．新たなリスクと対策
　〇遺伝子組換え微生物の使用に伴う生態系への影響リスク
　　・閉鎖系培養や安全性の高い宿主-ベクター系の開発
　　・バイオセーフティ評価手法の確立と適切な規制整備
　〇物性改善に伴う生分解性低下のリスク
　　・生分解性と物性のバランスを考慮した分子設計
　　・適切な回収・処理システムの構築
　〇連続発酵システム大規模化に伴う環境負荷増大リスク
　　・バイオプロセスの省エネルギー化
　　・廃液の有効利用技術の開発
４．業務遂行に必要な要件
　〇技術者倫理の観点
　　・研究開発の透明性確保と社会的責任の認識
　　・サプライチェーン全体での倫理的取り組みの推進
　〇社会の持続可能性の観点
　　・ライフサイクル全体を通じた環境影響評価（LCA）の実施
　　・SDGs達成に貢献する形での技術開発

📅R05年度

R05_I-1「過去問題」

　抗菌薬は、感染症から多くの人命を救ってきたが、本来とは異なる目的での多用も要因となり、薬剤耐性菌が出現し、それによる感染症の脅威が増している。一方、新たな抗菌薬の開発は減少傾向にあるため、薬剤耐性菌への対策が、国際的な問題となっている。我が国では、2015年5月の世界保健総会における、薬剤耐性に関するグローバル・アクション・プランに基づき、2016年4月に「薬剤耐性対策アクションプラン2016-2020」を策定し、「薬剤耐性菌の増加を防ぐ」ために継続的に取り組んでいる。
（１）生物工学分野の技術者として、「細菌の薬剤耐性獲得の仕組みに基づき薬剤耐性菌の増加を防ぐ」ために必要な課題を多面的な観点から３つ抽出し、それぞれの観点を明記したうえで、その課題の内容を示せ。
（２）抽出した課題のうち、最も重要と考える課題を１つ挙げ、その課題の解決策を３つ、専門技術用語を交えて示せ。
（３）前問（２）で示したすべての解決策を実行しても新たに生じうるリスクとそれへの対策について、専門技術を踏まえた考えを示せ。
（４）前問（１）～（３）の業務遂行において必要な要件を、技術者としての倫理、社会の持続可能性の観点から題意に即して述べよ。

R05_I-1 ＜解答骨子例＞

１．薬剤耐性の課題
　1. 薬剤の不適切な使用による薬剤耐性の促進
　　・不適切な処方や用法遵守違反による耐性獲得の促進
　　・非医療用途での過剰使用と環境中への拡散
　2. 遺伝子の水平伝播による薬剤耐性の拡散
　　・遺伝子の水平伝播による耐性の急速な広がり
　　・医療・獣医学における感染源管理の重要性
　3. 新規抗菌薬の開発不足と既存薬剤の効果の低下
　　・新規抗菌薬開発の停滞
　　・既存薬剤の効果低下による治療の困難化
２．課題解決策の提案
　〇最重要課題
　　・薬剤の不適切な使用による薬剤耐性の促進
　1. 適切な使用ガイドラインの普及と遵守
　　・医療従事者や一般市民へのガイドライン普及
　　・過剰使用の減少による薬剤耐性促進の防止
　2. 抗菌薬の使用量の監視と制限
　　・医療機関等における使用量の監視と定期評価体制の整備
　　・非医療用途での使用の厳格な管理
　3. 教育と啓発活動の強化
　　・一般市民や医療関係者への薬剤耐性に関する教育
　　・正確な情報提供による意識向上と適切な行動の促進
３．新たなリスクと対策
　1. 医療制度への負担増加
　　・十分な支援体制の整備
　　・効率的なシステムの構築
　2. 適切な情報伝達の困難さ
　　・情報伝達方法や媒体の検討
　　・効果的な啓発活動の実施
　3. 抗菌薬の使用制限による治療の困難化
　　・より効果的な治療法の開発
　　・代替療法の開発
４．業務遂行において必要な要件
　1. 患者の権利と医療の公平性
　　・患者の権利尊重と医療の公平性確保
　　・適切なコミュニケーションと個々に合わせた治療計画の策定
　2. 環境への配慮
　　・薬剤の適切な廃棄と環境影響を抑える取り組み
　　・環境リスクの評価と管理
　3. 持続可能な医療制度の構築
　　・医療資源の効率的な活用
　　・予防的アプローチの推進

R05_I-2「過去問題」

　バイオプロセスはバイオ医薬品等少量生産高付加価値製品から、高機能バイオ素材、バイオプラスチック等、大量生産汎用製品まで幅広い分野での利活用が進んでいる。バイオプロセスを実用化するうえで、最終製品の価格帯や生産量によって解決すべき課題の優先順位が異なる。少量生産高付加価値製品又は大量生産汎用製品のいずれかを選択し、そのバイオプロセスについて以下の問いに答えよ。
（１）「バイオプロセスの実用化に至る開発過程で、優先して解決すべき課題」に対し、多面的な観点から３つの課題を抽出し、それぞれの観点を明記したうえで、その課題の内容を示せ。
（２）前問（１）で抽出した課題のうち最も重要と考える課題を１つ挙げ、その課題に対する複数の解決策を、生物工学部門の専門技術用語を交えて示せ。
（３）前問（２）で示した解決策に関連して新たに生じうるリスクとそれへの対策について、専門技術を踏まえて述べよ。
（４）前問（１）～（３）の業務遂行に当たり、技術者としての倫理、社会の持続可能性の観点から必要となる要件・留意点を題意に即して述べよ。

R05_I-2 ＜解答骨子例＞

１．バイオプロセスの実用化における課題
　1. 技術的安定性の確保
　　・微生物や酵素の活性維持と異物混入の防止
　　・プロセスの自己制御能力の向上
　2. 原料および資源の持続可能性
　　・持続可能な原料の選定と再生可能エネルギーの活用
　　・廃棄物処理の最適化
　3. 規制要件への適合
　　・規制遵守による製品品質と安全性の確保
　　・GMP導入と適切な文書管理体制の整備
２．最も重要な課題とその解決策
　〇最重要課題
　　・技術的安定性の確保
　1. 微生物や酵素の活性維持のための技術革新
　　・遺伝子組み換え技術の活用による安定・効率的な生産
　　・代謝経路の最適化による活性維持支援
　2. 異物混入の防止のためのプロセス改善
　　・センサー技術等による生産プロセスのモニタリングと制御
　　・データ解析活用による異物混入リスクの最小化
　3. プロセスの自己制御能力の向上
　　・自動化とロボティクス導入による安定生産の実現
　　・センサーとフィードバック制御統合による自己調整能力の向上
３．新たなリスクと対策
　1. 遺伝子組み換え微生物の安全性リスク
　　・環境影響評価の実施
　　・バイオセーフティ対策の強化による安全性確保
　2. センサー技術の誤作動による誤った制御
　　・冗長性の確保
　　・自己診断機能の導入による誤作動の検知と修復
　3. 自動化システムの故障による生産中断
　　・予防保全活動の強化
　　・代替システムの準備による生産中断リスクの最小化
４．業務遂行において必要な要件
　1. 透明性と情報共有の確保
　　・正確かつ公平な情報の提供
　　・利害関係者とのコミュニケーション重視
　2. 倫理的な取り組みの徹底
　　・生命倫理や個人情報保護への留意
　　・倫理規範の遵守と社会貢献
　3. 環境負荷の最小化
　　・循環型社会の構築と持続可能な資源利用
　　・開発・運用における環境への配慮

📅R06年度

R06_I-1「過去問題」

　バイオものづくりは、GX（グリーントランスフォーメーション）を推進し地球規模での社会問題の解決と経済成長との両立を可能とし、バイオエコノミー社会を実現する技術として期待されている。中でも微生物の機能を活用したバイオものづくりは、食品、医療、化学など幅広い分野で実用化されているが、生物工学の技術者はこれからも微生物の多様な代謝や物質変換能などを社会に役立つ技術として高度化し、競争力のある製品として社会実装する必要がある。
（１）探索検討にて微生物Aが化合物Bを生成することを見出した。化合物Bは各種産業分野での利用が期待できるが、これまでに工業生産や産業利用の実績はない。生物工学分野の技術者として化合物Bを製品化するための課題を多面的な観点から３つ抽出し、それぞれの観点を明記したうえで、その課題の内容を示せ。
（２）前問（１）で抽出した課題の中から最も重要と考える課題を１つ挙げ、その課題に対する複数の解決策を、専門用語を交えて示せ。
（３）前問（２）で示したすべての解決策を実行しても新たに生じうるリスクとそれへの対策について、専門技術を踏まえた考えを示せ。
（４）前問（１）～（３）の業務遂行に当たり、技術者としての倫理、社会の持続可能性の観点から必要となる要件を述べよ。

R06_I-1 ＜解答骨子例＞

１．化合物B製品化への多角的課題分析
　〇観点１：生産効率の最適化
　　・代謝経路の解明と発現制御
　　・スケールアップ時の生産性低下
　〇観点２：分離精製技術の確立
　　・類似副産物との分離困難性
　　・効率的精製プロセスと品質管理
　〇観点３：市場性と規制対応
　　・安全性データと規制適合性
　　・バイオ由来製品の市場戦略
２．最重要課題およびその解決策
　▼最重要課題
　　・生産効率の最適化
　　・スケールアップ時の生産性維持
　▽解決策１：代謝経路強化法
　　・律速段階の特定と遺伝子改変
　　・ゲノム編集による発現最適化
　▽解決策２：培養条件最適化法
　　・代謝状態のモニタリングと制御
　　・段階的スケールアップ手法
　▽解決策３：高速菌株改良法
　　・ハイスループットスクリーニング
　　・細胞融合による新規菌株開発
３．リスク及びその対応策
　◇リスク及びその対応策１：代謝均衡の破綻
　　・必須代謝物質の合成能力低下
　　・代謝ネットワークバランスの評価
　◇リスク及びその対応策２：スケール障壁
　　・混合不良と酸素供給不足
　　・シミュレーションとリアルタイム監視
　◇リスク及びその対応策３：品質変動問題
　　・製品品質のばらつき発生
　　・高度精製と安定性評価
４．業務遂行に必要な要件
　☆技術者としての倫理の観点
　　・安全性評価と規制遵守
　　・データ管理と情報開示
　☆社会の持続可能性の観点
　　・環境負荷低減とライフサイクル評価
　　・循環型プロセスと持続可能技術

R06_I-2「過去問題」

　バイオリソース（生物遺伝資源）とは、研究開発の材料となる動物、植物、微生物、遺伝子、細胞、及びそれらの情報であり、生命活動の基本的なメカニズムの解明や、バイオプロセスの構築、及びマーカー探索などに利活用されている。
　バイオリソースの利活用を促進するうえでは、より多様で利用価値の高いバイオリソースを体系的かつ戦略的に収集し、利用しやすいように整備することが重要である。
（１）生物工学分野の技術者として、バイオリソースとして整備する生物や生体組織の例を１つ挙げて、「バイオリソースの整備」のために必要な課題を多面的な観点から３つ抽出し、それぞれの観点を明記したうえで、その課題の内容を示せ。
（２）前問（１）で抽出した課題のうち、最も重要と考える課題を１つ挙げ、その課題の解決策を３つ、専門技術用語を交えて示せ。
（３）前問（２）で示したすべての解決策を実行しても新たに生じるリスクと、リスクへの対策について、専門技術を踏まえた考えを示せ。
（４）前問（１）～（３）の業務遂行において必要な要件を、技術者としての倫理、社会の持続可能性の観点から題意に即して述べよ。

R06_I-2 ＜解答骨子例＞

１．バイオリソース整備の課題
　〇バイオリソースとして整備する例
　　・再生医療・創薬研究用ヒト由来iPS細胞
　　・多様な用途での活用事例
　〇観点１：品質管理の観点
　　・未分化性維持と分化能力安定化
　　・次世代シーケンサーによるモニタリング
　〇観点２：バイオセキュリティの観点
　　・高度セキュリティ対策の必要性
　　・固定化酵素技術応用の汚染検出
　〇観点３：データ統合管理の観点
　　・多層オミクスデータの標準化
　　・国際データベースとの相互運用性
２．最重要課題およびその解決策
　▼最重要課題
　　・品質管理の標準化
　　・品質ばらつきがもたらす問題
　▽解決策１：多階層評価法確立
　　・CRISPR-Cas9によるマーカー導入
　　・リアルタイムモニタリング実現
　▽解決策２：自動培養導入
　　・大量培養と連続培養の融合
　　・バイオセンサーによる環境制御
　▽解決策３：国際規格策定
　　・細胞特性評価法の標準化
　　・バイオアッセイ技術の活用
３．リスク及びその対応策
　◇リスク及びその対応策１：遺伝子変異発生
　　・オフターゲット効果の問題
　　・次世代シーケンサーによる検証
　◇リスク及びその対応策２：環境制御不全
　　・センサー誤作動のリスク
　　・膜分離技術による環境安定化
　◇リスク及びその対応策３：多様性喪失
　　・標準化による画一化問題
　　・カスタマイズ培養法の整備
４．業務遂行に必要な要件
　☆技術者としての倫理の観点
　　・ドナー権利尊重と同意取得
　　・安全性確保と情報公開の推進
　☆社会の持続可能性の観点
　　・SDGsを念頭にした整備
　　・公平なアクセスと利益共有

📘 解答論文例（以下、有料）

R04_I-1【解答論文例】