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複合微生物系の研究開発と産業応用

  • R&D and Industrial Application of Bioconsortium
(2006年『複合微生物系の産業利用と新産業創出』普及版)

商品コード: B0987

  • 監修: 倉根隆一郎
  • 発行日: 2011年12月
  • 価格(税込): 4,320 円
  • 体裁: A5判,262ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0471-7

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刊行にあたって

 自然界の多くの生物は,生物と生物,生物と環境が深く相互に関係し,多様な相互関係を維持しながら共存して複合生物系を形成しており,その多くは従来私どもが教えられて来た単一生物では得られない多様な機能を有しているものと考えられます。パスツール,コッホ以来の単一微生物を対象とした従来のバイオ技術では,取り扱い可能な微生物は0.1~1%前後と言われています。この為,多くの微生物資源が未利用の状態で取り残されてきました。
 従来の単一微生物機能を求めたバイオ技術の枠を越えて,複合微生物系が持つ高度な機能の利用を求めた解析技術,分離培養技術等の開発を目的とし,平成9年度(1997年度)世界に先駆けて「複合生物系等生物資源利用技術開発」プロジェクト(NEDO)が始動し,13年度(2001年度)までの期間中,数々のオリジナルかつ日本発の技術が開発されてきました。そしてこれらの活動と成果は,その後の「生分解プロジェクト」,「未知微生物プロジェクト」にも引き継がれ,複合微生物系においては日本が欧米を数歩リードしている状況にあります。
 このような状況をふまえ,日本の強みを生かした複合微生物の産業利用と新産業創出を意識し,複合生物系プロジェクトでのオリジナルな技術に,さらに最新の優れた成果を加えて,とくに「モニタリング技術」と「新産業創出への展開」を2本柱とした書籍の編纂を(株)シーエムシー出版と共に企画をしました。本書では,複合微生物系に関して最先端の研究に従事されている先生方にご執筆をお願い致しております。
 本書の想定される読者層は,医薬・食品・機器メーカー,環境や水処理に関わる企業の開発担当や研究者の方々など,多方面に渡ります。また,この分野への取り組みを検討中の方々,すでに取り組みを開始された方々,あるいは今まさにその展開に頭を悩まされている方々など,さまざまな段階の読者の方々にとって,本書が有用な情報を提供し,恰好の道標や地図の役割を果たすことを期待するものです。
(「はじめに」より)


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2006年に『複合微生物系の産業利用と新産業創出』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので,ご了承ください。

2011年12月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

倉根隆一郎  (現)中部大学 応用生物学部 応用生物化学科 教授
玉木秀幸   (現)(独)産業技術総合研究所 生物プロセス研究部門 研究員
鎌形洋一   (現)(独)産業技術総合研究所 生物プロセス研究部門 研究部門長
蔵田信也   (株)J-Bio 21 つくば事業所 取締役・技術部長
笠井宏朗   (株)海洋バイオテクノロジー研究所 生物遺伝資源センター 主任研究員
       (現)北里大学 海洋バイオテクノロジー釜石研究所 部長補佐
寺本真紀   (独)製品評価技術基盤機構 生物遺伝資源開発部門 研究員
       (現)高知大学 複合領域科学部門 講師
原山重明   (現)中央大学 理工学部 生命科学科 教授
下村有美   岡山大学 資源生物科学研究所 微生物機能開発G 助手
       (現)(独)農業環境技術研究所 物質循環研究領域 特別研究員
金原和秀   (現)静岡大学 工学部 教授
金川貴博   京都学園大学 バイオ環境学部 教授
榎美歩    (現)(独)産業技術総合研究所 生物プロセス研究部門 (元客員研究員)
江崎聡    (株)クボタ 環境エンジニアリング事業本部 技術開発部 チーフスペシャリスト
大泉由紀   (株)クボタ 環境エンジニアリング事業本部 研究員 
井町寛之   (現)(独)海洋研究開発機構 海洋・極限環境生物圏領域 主任研究員
関口勇地   (現)(独)産業技術総合研究所 バイオメディカル研究部門 研究グループ長
大橋晶良   長岡技術科学大学 環境システム工学系 助教授
       (現)広島大学 大学院工学研究院 社会環境空間部門 環境保全工学研究室 教授
原田秀樹   (現)東北大学 大学院工学研究科 教授
重松亨    新潟薬科大学 応用生命科学部 食品科学科 助教授
木田建次   (現)熊本大学 大学院自然科学研究科 産業創造工学専攻 教授
志津里芳一  (株)海洋バイオテクノロジー研究所 副所長
西島美由紀  (現)(株)テクノスルガ・ラボ 技術部 NCIMBグループ テクニカルアドバイザー
松本伯夫   (現)(財)電力中央研究所 環境科学研究所 バイオテクノロジー領域 上席研究員
野田博明   (現)(独)農業生物資源研究所 昆虫科学研究領域 特任上級研究員
藤田正憲   (現)大阪大学名誉教授   
渡邉一哉   (現)東京大学 先端科学技術研究センター 特任准教授
中島田豊   (現)広島大学 大学院先端物質科学研究科 分子生命機能科学専攻 准教授
西尾尚道   広島大学 大学院先端物質科学研究科 教授
       (現)広島大学 大学院先端物質科学研究科 特任教授
福井久智   鹿島建設(株) 技術研究所 地球環境・バイオグループ 研究員
後藤雅史   (現)鹿島建設(株) 技術研究所 主席研究員
植本弘明   (現)(財)電力中央研究所 環境科学研究所 上席研究員
伊達康博   早稲田大学 理工学術院 応用化学科 
       (現)(独)理化学研究所 植物科学研究センター 先端NMRメタボミクスチーム 基礎科学特別研究員
青井議輝   (現)Northeastern University Department of Biology Visiting Scholar
常田 聡   (現)早稲田大学 理工学術院 生命医科学科 教授
鈴木伸和   (株)クボタ バイオセンター
高橋 誠   (株)クボタ バイオセンター
上中哲也   (株)クボタ バイオセンター
坂井斉之   (株)クボタ バイオセンター
塚越範彦   (株)クボタ バイオセンター
矢木修身   (現)日本大学 生産工学部 教授
春田伸    東京大学 大学院農学生命科学研究科 寄付講座教員
       (現)首都大学東京 大学院理工学研究科 生命科学専攻 准教授
五十嵐泰夫   (現)東京大学 大学院農学生命科学研究科 応用生命工学専攻 教授
稲富健一   (現)(財)地球環境産業技術研究機構 バイオ研究グループ 副主席研究員
湯川英明   (現)(財)地球環境産業技術研究機構 バイオ研究グループ 理事・グループリーダー
永井浩二   アステラス製薬(株) 研究本部 醗酵研究所 微生物資源研究室 室長
鈴木賢一   アステラス製薬(株) 研究本部 醗酵研究所 副所長
       (現)北里大学 感染制御研究機構 産学連携コーディネーター
松山秀明   環境エンジニアリング(株) 環境テクノ事業部 グループリーダー
山田一隆   環境エンジニアリング(株) 技術研究室 マネージャー
横幕豊一   環境エンジニアリング(株) 技術研究室 室長
紙野圭    (株)海洋バイオテクノロジー研究所 微生物利用領域 主任研究員
       (現)(独)製品評価技術基盤機構 バイオセンター 研究専門官
原園幸一   ナガセケムテックス(株) 生化学品本部 生産第1部 生産技術課
       (現)ナガセケムテックス(株) 生化学品本部 酵素開発部 研究開発課 研究員
上松 仁   (現)秋田工業高等専門学校 物質工学科 教授
渡辺吉雄   メルシャン(株) 生物資源研究所 主任研究員

執筆者の所属表記は,注記以外は2006年当時のものを使用しております。

目次

【I編 複合微生物系解析・分離・培養・保存・イメージングの最新技術】
第1章 複合微生物系解析技術
1. 分子生態学的解析技術―複合微生物系解析のための分子遺伝学的アプローチ―
1.1 はじめに
1.2 SSU rRNA遺伝子に基づいた微生物群集構造解析技術
1.3 複合系における特定微生物の定量手法
1.4 複合系における未培養微生物の機能解析手法
1.4.1 機能遺伝子に基づいた解析手法
1.4.2 MAR-FISH法
1.4.3 Stable isotope probing法
1.4.4 環境ゲノム解析技術
1.4.5 未培養微生物の機能解析のための多角的アプローチ
1.5 高精度化・高感度化・ハイスループット化
1.6 おわりに

2. 蛍光消光プローブ新規遺伝子検出定量法(QP法)
2.1 研究の背景
2.1.1 オリゴDNAプローブを用いた特定遺伝子の検出
2.1.2 既存の均一溶液系DNAプローブについて
2.2 新しい均一溶液系DNAプローブ(QProbe)について
2.2.1 蛍光色素とグアニン塩基間の相互作用による蛍光消光現象
2.2.2 QProbeの特徴
2.3 QProbeのリアルタイムPCR法への応用
2.3.1 QProbe-PCR法の原理・概要
2.3.2 QPimer-PCR法の原理・概要
2.4 QProbe-PCR法およびQPimer-PCR法の適用例
2.4.1 QProbe-PCR法の適用例
2.4.2 QPimer-PCR法の適用例
2.5 おわりに

3. トポイソメラーゼ遺伝子などを用いた分子系統解析法
3.1 はじめに
3.2 16S rRNA遺伝子に基づく分子系統解析
3.3 タンパク質遺伝子に基づく分子系統解析
3.4 トポイソメラーゼ遺伝子に基づく分子系統解析
3.5 ユニバーサル塩基を利用したプライマーデザイン
3.6 おわりに

4. 環境中の微生物相の解析
4.1 はじめに
4.2 DGGE法
4.3 T-RFLP法
4.4 SIP法
4.4.1 13C-rRNAの評価
4.4.2 遠心を用いない13C-rRNA評価法
4.5 その他の解析手法

5. 微生物細胞の蛍光染色と画像解析技術
5.1 実際の環境で微生物を計測する必要性
5.2 蛍光染色による土壌試料中の微生物検出法の開発
5.2.1 レーザスキャンサイトメータ(LSC)を用いた土壌試料中の微生物細胞検出法の開発
5.2.2 2,3-DihydroxyalkylbiphenylによるBiphenyl分解菌の分解活性の測定
5.2.3 微生物のコロニー形成の計測
5.3 おわりに

6. FISH法などによる活性汚泥中の糸状性細菌解析
6.1 はじめに
6.2 活性汚泥中の糸状性細菌の染色
6.2.1 糸状性バルキング
6.2.2 糸状性細菌へのFISH法の適用
6.2.3 バルキング原因菌Eikelboom type021N用FISHプローブの新開発
6.2.4 模擬廃水でのバルキング実験
6.3 バルキングの予知
6.4 糸状性バルキング研究の展望
6.5 FISH法の問題点と解決策

7. 水素資化性メタン生成アーキアのプロテオーム解析―純粋培養と共生培養のタンパク質発現解析―
7.1 はじめに
7.2 2-DE/MALDI-TOF MSによるディファレンシャルプロテオーム解析
7.2.1 システムの概要
7.2.2 タンパク質の分離
7.2.3 タンパク質の同定
7.3 水素資化性メタン生成アーキアMethano-thermo-bacter-thermautotrophicusΔHのディファレンシャルプロテオーム解析―純粋培養下と酪酸酸化共生細菌との共培養下の比較―
7.3.1 水素資化性メタン生成アーキアとその環境中の生態
7.3.2 水素資化性メタン生成アーキアの純粋培養時と共培養時のディファレンシャルプロテオーム解析
7.4 おわりに

8. マイクロアレイ技術
8.1 はじめに
8.2 マイクロアレイによる解析の特徴
8.3 原理
8.4 プローブDNAの作成
8.5 ターゲットDNAの調製
8.6 ハイブリダイゼーション反応
8.7 検出
8.8 環境モニタリングにおける適用
8.9 DNAマイクロアレイの応用例(病原性原虫の検出,モニタリング)
8.9.1 実験材料
8.9.2 マイクロアレイの設計,作製
8.9.3 DNAの抽出
8.9.4 DNAの増幅及び標識(ターゲットDNAの作製)
8.9.5 ハイブリダイゼーション反応
8.9.6 検出
8.9.7 結果及び考察
8.10 おわりに

第2章 複合微生物系からの難分離難培養有用微生物分離・培養・保存技術
1. 難分離難培養微生物の新規分離技術―ゲルマイクロドロップフローサイトメトリー法―
1.1 はじめに
1.2 現在ハンドリングできる微生物種には限界があり,0.1~1%前後である
1.3 難分離微生物の新規分離法の開発―ゲルマイクロドロップフローサイトメトリー法―
1.4 ゲルマイクロドロップフローサイトメトリー法の自然界への適用例
1.5 おわりに

2. メタン発酵汚泥からの難培養性微生物の分離
2.1 はじめに
2.2 rRNAアプローチを併用した嫌気性微生物の分離・培養
2.3 新たな戦略を取り入れた嫌気性微生物の分離・培養
2.3.1 Chloroflexi-I細菌
2.3.2 メタン生成古細菌
2.4 おわりに

3. 実廃水を処理するメタン発酵槽の複合微生物解析
3.1 はじめに
3.2 酢酸からのメタン生成における微生物叢と代謝変換
3.3 廃棄物系バイオマスのメタン発酵によるサーマルリサイクル
3.3.1 二段消化変法による混合汚泥のメタン発酵
3.3.2 泡盛蒸留廃液の高温メタン発酵
3.3.3 生ごみのメタン発酵における硫化水素の抑制
3.3.4 地域特性を活かしたメタン発酵によるサーマルリサイクル
3.4 おわりに

4. 三次元マトリックス法
4.1 はじめに
4.2 カイメン中にはどんな微生物がいるのか? 
4.3 カイメン中の微生物培養の試み―三次元マトリックス法の開発―
4.4 カイメン中に生育している微生物は共生か?
4.5 三次元マトリックス法の応用

5. 電気培養法による難培養微生物の新規培養化
5.1 はじめに
5.2 嫌気鉄呼吸
5.3 電気培養の原理
5.4 電気培養の環境微生物への適用
5.5 機能性微生物の電気培養例
5.6 マイクロアレイ電気培養法
5.7 電気培養法の応用・クロム還元菌の集積培養
5.8 まとめ

6. 共生微生物の分離・培養法―昆虫共生微生物―
6.1 はじめに
6.2 昆虫の共生微生物相
6.3 共生微生物の純粋培養
6.3.1 共生酵母
6.3.2 タマバエの共生糸状菌
6.4 培養細胞を利用した培養
6.4.1 ウォルバキア(Wolbachia)細菌
6.4.2 CLO細菌(Cardinium属菌)
6.5 遠心分離法による分離 
6.5.1 ウンカ類の共生酵母
6.5.2 CLO細菌の分離
6.5.3 ウイルスの分離
6.6 共生微生物の保存
6.7 おわりに

【II編 複合微生物系の高効率制御技術】
第1章 環境分野への適用
1. 活性汚泥法の現状と展望
1.1 活性汚泥法の成立
1.2 活性汚泥法の発展
1.2.1 工場廃水単独処理への適用
1.2.2 微生物生態系の制御理論と実践
1.3 新機能創生への挑戦
1.3.1 改良と欠点の克服
1.3.2 新しい機能への挑戦
1.4 先端科学技術との融合―新たな活性汚泥法への挑戦―
1.4.1 遺伝子解析を利用した分解能の予測
1.4.2 導入された特定微生物による機能創生
1.4.3 処理水安全利用のための遺伝子検査
1.4.4 予備処理による高機能化
1.5 活性汚泥の展望

2. 高効率フェノール分解活性汚泥の創出
2.1 はじめに
2.2 フェノール分解菌に関する基盤情報
2.3 補助栄養添加
2.4 飢餓処理
2.5 遺伝子導入
2.6 おわりに

3. メタン発酵の現状
3.1 はじめに
3.2 メタン発酵の概略
3.3 発酵槽デザイン
3.4 メタン発酵におけるアンモニア阻害の回避
3.4.1 希釈・共処理
3.4.2 不溶化・吸着剤
3.4.3 アンモニアストリッピング

4. 固定床メタン発酵法とリアクターデザイン
4.1 廃棄物系バイオマスの現状
4.2 廃棄物系バイオマスのメタン発酵利用の現状
4.3 固定床型リアクターの特長
4.4 固定床型リアクター効率の要因
4.5 新しいリアクター構造の検討
4.6 構造化・デザイン化の可能性

5. 最適環境場を利用した簡易硝化・脱窒システム
5.1 はじめに
5.2 従来の生物学的窒素除去法
5.3 硝化菌と脱窒菌に最適な環境場の想像による硝化脱窒システム
5.3.1 チューブ状ゲルによる窒素除去
5.3.2 チューブ状ゲル内部の微生物分布
5.3.3 膜状ゲルや封筒状ゲルを用いたバイオリアクター
5.3.4 封筒状ゲルによる発電所の実排水処理への適用
5.4 おわりに

6. anammox反応を活用した新規生物学的窒素除去技術
6.1 はじめに
6.2 anammox反応メカニズム
6.3 anammox細菌の生態学的特徴
6.4 anammox反応を利用した窒素除去技術
6.4.1 anammox反応を利用するメリット
6.4.2 実用化のための課題
6.4.3 部分亜硝酸化技術
6.4.4 anammox細菌の集積化技術
6.5 今後の展望

7. テトラクロロエチレン含有汚染土壌を対象としたバイオオーグメンテーション技術
7.1 はじめに
7.2 目的
7.3 利用微生物の分離および特性解析
7.4 PCE処理プロセスの基礎検討(ラボ試験)
7.5 PCE処理プロセスの実証試験
7.6 利用微生物の安全性評価
7.7 PCE処理プロセスの安全性評価
7.8 まとめ

8. 嫌気微生物活用バイオレメディエーション
8.1 はじめに
8.2 嫌気的バイオレメディエーション技術の現状
8.3 ダイオキシン類の嫌気的分解
8.3.1 ダイオキシン類とは
8.3.2 塩素化ダイオキシンの嫌気的分解
8.4 クロロエチレン類の嫌気的分解
8.4.1 クロロエチレン類とは
8.4.2 塩素化エチレン類の嫌気的分解
8.4.3 汚染土壌修復研究
8.5 おわりに

9. 複合微生物系による高効率バイオマス分解
9.1 はじめに
9.2 堆肥化に関わる微生物
9.3 効率化・制御に対する取り組み
9.4 自然界からの複合微生物系の抽出
9.5 再構成系の構築
9.5.1 細菌の分離と再構成
9.5.2 再構成系の効率的分解機構
9.5.3 再構成系の安定性
9.6 おわりに

第2章 複合微生物系高効率制御技術
1. DNAチップと全自動遺伝子検査装置
1.1 はじめに
1.2 精製加工を必要としないDNA抽出試薬「CellEase」
1.2.1 DNA検査の工程
1.2.2 CellEaseの特徴
1.3 微細加工が容易かつ加熱を要する生化学反応が可能な「特殊チップ」
1.3.1 新規DNAチップの特徴
1.3.2 さらに新しい機能性チップの開発へ
1.4 全自動検出機器―遺伝子抽出から検出までを完全自動化―
1.5 おわりに

2. ゲノム情報による新展開
2.1 はじめに
2.2 微生物のゲノム解析
2.3 複合微生物系の解析
2.4 個々の微生物のゲノム解析から環境複合微生物系のゲノム解析へ:環境メタゲノミクス
2.4.1 サルガッソー海の環境ゲノムショットガンシーケンス
2.4.2 環境サンプルからのゲノム解析の再構成による微生物コミュニティーの構造と代謝―硫化鉄鉱山廃水のショットガンクローニングによる生態系全ゲノム解析―
2.4.3 自然界の微生物バイオフィルムのプロテオミクスによるコミュニティー解析―酸性鉱山廃水のプロテオミクス解析による全遺伝子発現解析―
2.5 複合微生物系へのゲノム解析の展開と今後の課題

【III編 複合微生物系からの新産業創出】
第1章 新産業創出
1. 複合微生物系による創薬リード探索
1.1 微生物由来の創薬リード化合物探索の概要
1.2 複合微生物の探索と観察技術
1.3 複合微生物探索と自動化技術開発
1.4 複合系由来の生理活性物質の探索
1.4.1 微生物の分離
1.4.2 生理活性スクリーニング及び活性物質の精製
1.5 複合微生物系由来の新規抗真菌剤
1.6 まとめ

2. 複合微生物系による新規化製品―油水分離バイオポリマー―
2.1 はじめに
2.2 複合微生物系による油水分離バイオポリマーの生産
2.2.1 油水分離能の測定
2.2.2 複合微生物系の特定
2.2.3 Cellulomonas sp.KYM-7株とAgrobacterium tumefaciens KYM-8株の複合微生物系によるバイオポリマー生産
2.3 バイオポリマーの構成解析

3. 微生物細胞間情報伝達とその利用
3.1 はじめに
3.2 微生物細胞間情報伝達の一般像
3.3 石油難分解性成分分解菌の微生物細胞間情報伝達
3.4 異種微生物細胞間情報伝達
3.5 おわりに

4. 新規複合微生物系による物質分解システム
4.1 はじめに
4.2 新規ラッカーゼ・メディエータ
4.3 複合系バイオブリーチング
4.4 木質分解複合微生物系
4.5 ダイオキシン分解複合微生物系
4.6 おわりに

第2章 複合微生物系の新展開と循環型社会構想 紙上討論会
1. 複合微生物系の日本におけるポテンシャル
2. 複合微生物系を動脈産業に生かすためには?
3. 複合微生物系を静脈産業に生かすためには?
4. 複合微生物資源の選抜・保管と産業利用
5. コンセプトレベル特許の確立と新産業創出
6. 複合微生物系による国際貢献とグローバル市場戦略
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