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月刊バイオインダストリー 2009年2月号

【特集】 生命機能を解き明かす最新計測技術 

商品コード: I0902

  • 発行日: 2009年1月12日
  • 価格(税込): 4,860 円
  • 体裁: B5判
  • ISBNコード: 0910-6545

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目次

【特集】 生命機能を解き明かす最新計測技術


特集にあたって
石井由晴((独)科学技術振興機構 「生命現象」領域 領域参事)


蛋白質を基板から解き放つ
―蛋白質の折り畳み運動の解明を目指した一分子観察法の開発―
Development of Single-molecule Detection System for the Investigatoin of Protein Folding
高橋聡(大阪大学 蛋白質研究所 准教授)
鎌形清人(大阪大学 蛋白質研究所 特任研究員)

 蛋白質が折り畳む現象を理解し、蛋白質の構造予測やデザインに役立てることを目的として、新しい一分子観察装置を構築した。この装置は、光学基板に蛋白質を固定化せずに、連続的に一分子を追跡することを可能にする。構築した装置を使ってシトクロムcの折り畳み転移を観察した成果と、今後の展望を説明する。

【目次】
1. はじめに
2. 研究戦略の設定
2.1 蛋白質の折り畳みとは何か?
2.2 なぜ折り畳み現象の理解が難しいのか?
2.3 どのような情報が必要か?
3. 実験装置の開発
3.1 装置の基本アイディア
3.2 光学系の特徴
3.3 フロー系の特徴
3.4 一分子検出の証明
4. シトクロムcへの応用
4.1 試料の特性
4.2 変性状態の運動性
4.3 平衡化時間の推定
5. 今後の展望


レーザートラップや蛍光を用いた1分子計測のタンパク質翻訳機構への応用
Application of Single-molecule Analysis by Optical Tweezers and Fluorescence to the Protein Synthesis System
上村想太郎(東京大学 大学院薬学系研究科 助教)

 近年、レーザートラップ(光捕捉)や蛍光を用いた1分子計測による生命科学の研究が盛んに行われるようになってきた。その研究対象は主に細胞骨格と相互作用する分子モーターが中心であったが、最近はそれらの技術が複雑なシステムである遺伝子発現系へと応用されており、いくつもの重要な結果を得ている。本稿では、これらの1分子技術をタンパク質翻訳機構へと応用した筆者の最近の研究結果について解説する。

【目次】
1. はじめに
2. レーザートラップ法によるリボソーム翻訳初期複合体の1分子破断力測定
2.1 SD配列を含むmRNA複合体による破断力分布
2.2 SD配列を含まないmRNA複合体による破断力分布
3. GFPタンパク質誕生の1分子可視化
4. おわりに


生命科学に資する高速原子間力顕微鏡
High-speed Atomic Force Microscopy for Biological Sciences
安藤敏夫(金沢大学 理工研究域 数物科学系 教授)

 水溶液中にある個々の生体高分子(DNA、タンパク質)を高い解像度で直接可視化し、その時間とともに変化する様子を観察することは、動作・機能のメカニズム解明への最も直接的なアプローチである。このアプローチを可能にする高速原子間力顕微鏡(高速AFM)を開発し、その有効性をいくつかのタンパク質系で実証した。

【目次】
1. はじめに
2. Tapping Mode AFM(AM-AFM)
3. 高速化の要点とフィードバック帯域
4. 高速AFM開発の歴史
5. 現在の性能と限界
6. バイオイメージング
6.1 Streptavidin2次元結晶中の点欠陥の運動
6.2 タンパク質のDisordered領域の同定
6.3 その他のタンパク質系の観察
7. おわりに


In-Cell NMRによる細胞内タンパク質のその場観察
In situ Observation of Proteins by In-Cell NMR Spectroscopy
杤尾豪人(京都大学 大学院工学研究科 分子工学専攻 准教授)
白川昌宏(京都大学 大学院工学研究科 分子工学専攻 教授)

 生きた細胞内のタンパク質の異種核相関多次元NMR測定であるIn-Cell NMRは、細胞内のタンパク質の立体構造、相互作用、プロセッシング、運動性などを解析しうる手法である。筆者らは、アフリカツメガエル卵母細胞におけるIn-CellNMRスペクトル測定により、内在性因子との相互作用によるシグナル強度の減衰、タンパク質の細胞内プロセッシングを観察した。

【目次】
1. はじめに
2. In-Cell NMR
3. In-Cell NMRから得られる情報
4. 大腸菌In-Cell NMR
5. 真核細胞でのIn-Cell NMR:アフリカツメガエル卵母細胞を使った実験
6. 展望


確率的シグナル伝達反応の細胞内1分子蛍光イメージング解析
Single-molecule Imaging Analysis of Stochastic Signaling Events in Living Cells
上田昌宏(大阪大学 大学院生命機能研究科 ナノ生体科学講座 特任教授)

 本稿では、細胞の走化性シグナル伝達システムを例にとり、シグナル分子の確率的特性と細胞応答の関係を明らかにするための解析法について述べる。粘菌細胞の走化性応答においては、GPCR型走化性受容体から三量体Gタンパク質へのシグナル伝達反応の特性が、走化性応答の正確さを決めているようだ。

【目次】
1. はじめに
2. 細胞の走化性応答における「ノイズ処理」
3. 細胞内1分子イメージング法
4. 走化性シグナル入力および三量体Gタンパク質の1分子解析
5. ノイズ生成・処理・伝搬理論による走化性シグナル伝達のモデル構築
6. シグナル分子の確率的特性と「ノイズ処理」
7. おわりに


2光子励起顕微鏡法を使った単一ニューロンの機能計測
Functional Analysis of Single Neurons by In vivo Two-photon Microscopy
喜多村和郎(東京大学 大学院医学系研究科 神経生理学 助教)

 脳の情報処理を理解するためには、その構成要素である神経細胞(ニューロン)の機能を生体内(invivo)で直接計測することが不可欠である。2光子励起顕微鏡法とパッチクランプ記録法を組み合わせて用いることで、動物個体内で機能している単一ニューロンの入出力活動を直接「その場で」観察することが可能になった。ここでは、筆者らが開発した、2光子励起顕微鏡法を用いた新しい単一ニューロンの記録法について解説するとともに、それらの技術が神経科学研究にもたらす可能性について述べる。

【目次】
1. はじめに
2. 蛍光標識を必要としない単一ニューロンの脳内における可視化―逆転の発想
3. シャドウパッチング法
4. 樹状突起からの選択的記録
5. 個体脳内における単一ニューロンへの選択的電気穿孔法
6. 今後の展望


非侵襲的深部温度計測
―ヒトの脳の生理的な温度分布やその変化が分かるようになってきた―
Noninvasive Measurement of Human Body Temperatures at Deep Regions
吉岡芳親(大阪大学 免疫学フロンティア研究センター 特任教授;岩手医科大学 先端医療研究センター 超高磁場MRI研究施設 客員教授;日本科学技術振興機構(JST) CRESTチームリーダー)

 体温は生命活動の基盤であり、腋・口腔・外耳道などの温度は健康のバロメーターとして一般的に測定されている。しかし、最も重要と思われる脳の温度を生理的条件下で測定するのは容易ではない。筆者らは、磁気共鳴(MRI・MRS)の非侵襲性と温度依存性を活用した温度測定法を高精度化し、生理的条件下での脳の温度分布やその変化を評価できるようになってきた。

【目次】
1. はじめに
2. 深部温度計測の意義
3. 非侵襲的深部温度計測法
4. 磁気共鳴法でどうして体内深部の温度が測定できるのか
5. pHの温度変化
6. 脳の2次元温度分布図
7. おわりに


BIO R&D

糖尿病治療に向けたインテリジェント型インスリン除放制御高分子材料の開発
Development of Intelligent Polymeric Materials for Controlled Insulin Release to Treat Diabetes
松元亮(東京大学 大学院工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻 特任助教)
宮原裕二(東京大学 大学院工学系研究科 マテリアル工学専攻 教授;物質・材料研究機構 生体材料センター センター長)

 水中において解離したフェニルボロン酸基化合物は、グルコースとの可逆的なコンプレックス形成による解離平衡シフトをもたらす。本稿では、この性質を巧みに利用したグルコース応答性高分子ゲルの調製、動作原理、応答の動力学について詳述しながら、これを利用したI型糖尿病治療のための自律型インスリン投与システム構築の試みについて紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. フェニルボロン酸の性質
3. グルコース応答性高分子ゲルの動作原理と調製法
4. NB10ゲルの膨潤・収縮の動力学
5. NBゲルを用いたインスリン放出制御
6. 技術的課題とその克服のための合成化学的アプローチについて
7. おわりに


リンゴ搾汁残渣からの機能性成分の抽出に関する研究開発事業
Research and Development Project of Extracting Functional Ingredient from Apple Juice Residual Substance
境健治(日本ハルマ(株) 開発部門 主任)

 リンゴジュースの搾汁残渣からセラミド、ペクチンを抽出するという、青森県特有の産業廃棄物の高付加価値化の試みが、経済産業省に地域資源活用型研究開発事業として採択された。県、大学、地元企業と、産学官が一体となり平成20年度から21年度の2年間でこの難題に挑戦する。

【目次】
1. 青森県のリンゴ産業の現状
2. リンゴの有用成分
3. 先行技術
4. 地域資源活用型研究開発事業


連載 たまごバイオ(第2回)
たまごバイオの基礎知識
結城惇((株)アニマルバイオ)

【目次】
1. 卵の基本構造
1.1 胚盤葉
1.2 卵黄
1.3 卵白
1.4 卵殻膜
1.5 卵殻
2. 卵の形成
2.1 卵巣での卵胞の成長
2.2 卵管漏斗部
2.3 卵管膨大部
2.4 卵管狭部
2.5 卵殻腺部
2.6 膣部
2.7 総排泄腔
3. 胚の発生
3.1 胚の発生段階分類法
4. ヒナの育成


連載:未来をひらく 脳科学のススメ第5回
脳と環境とのインタラクションに挑む技術(2)
仮想世界と「繋がる」脳と「繋がれる」脳の未来
Future of the Brain “Connecting” and “Being Connected” to Virtual World
福士珠美((独)科学技術振興機構 研究開発戦略センター(JST/CRDS) ライフサイエンスユニット フェロー)


仮想世界「セカンドライフ」のキャラクターを念じて操作
Control a Character in Virtual World, Second Life(R)、by Thought
牛場潤一(慶應義塾大学 理工学部 生命情報学科 専任講師;医学部 リハビリテーション医学教室;月が瀬リハビリテーションセンター)

 手足を動かす運動イメージによって変化する電気的脳活動を、頭皮上に貼付した電極から計測・分析してパーソナルコンピューターを制御するシステムを構築した。このシステムを利用して、肢体不自由者がインターネット上の仮想世界「SecondLife(R)」上のキャラクターを操作し、ほかのキャラクターのところへ歩み寄ったり会話をしたりする模様は、私たちにデジタル技術の新しい可能性を示してくれる。

【目次】
1. はじめに
2. 私たちのBMIシステム
3. 実証実験
4. おわりに


ナビゲーションに関連したサル頭頂葉内側部ニューロン
Navigation Related Neurons of Medial Parietal Cortex in Monkeys
佐藤暢哉(日本大学 大学院総合科学研究科 研究員)
泰羅雅登(日本大学 大学院総合科学研究科 教授)

 コンピューター・グラフィクスによって作成した仮想環境内を移動するナビゲーション課題をおこなっているサル頭頂葉内側部のニューロン活動を記録したところ、環境内の特定の場所で特定の行動をおこなっている際に活動するニューロンを発見した。このようなニューロンは、目的地に到達するルート上で、どう進めばよいかという情報を表していると考えられる。
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