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合成生物工学の隆起 ―有用物質の新たな生産法構築をめざして―

  • Development of Synthetic Bioengineering -For Construction of Novel Production Technologies of Useful Compounds-
★ 合成生物学を産業・工業へ応用する新たなる潮流,"合成生物工学"!
★ 有用物質の高効率生産に特化した代謝経路の構築技術を一挙紹介!
★ 微生物,酵素を扱われる皆様にお薦めする一冊!

商品コード: T0848

  • 監修: 植田充美
  • 発行日: 2012年4月
  • 価格: 69,120 円
  • 体裁: B5判,227ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0563-9

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  • 合成生物学/ゲノム工学/代謝工学/オミクス解析/システムバイオロジー/ミニマムゲノムファクトリー/培養工学/進化工学/微生物育種/バイオプロセス/細胞工場/人工遺伝子回路/セルロース系バイオマス/バイオリファイナリー/バイオアルコール/有機溶媒耐性/発酵/酵素/遺伝子組換え微生物/酵母/大腸菌/枯草菌

刊行にあたって

 2011年の東日本大震災による福島原発事故と2013年以降のポスト京都議定書の策定の遅れにより,太陽光,風力,バイオマスなどの自然の利活用が重要視され,それによる地球環境の維持が人類への課題となってきている。ところが,バイオマスの利用に関しては,食糧と競合するものもあり,国際的な食糧価格の上昇を招く要因となっている。そこで,古紙や農林・食糧廃棄物の主成分であるセルロース系バイオマスを原料とした技術開発が急務である。これまで物理学的手法や化学的手法が用いられてきたが,エネルギー的にもコスト的にも,また,環境保全的にも,「微生物利用法」が注目を集めている。製造コストを考え,プロセス全体をより簡便なものにしていくためには,1つの発酵槽にて生産可能なプロセスが設備コストの面でも有利となる。このようなプロセスを実現するためには,全プロセスを1つの微生物にて行うことが求められるため,現在,糖化・変換能をすべて包含するような合成生物学的手法が実用的技術として確立し注目を集めているのである。
 この過程において,多くの重要な遺伝子群とその機能を自在に操作できなければならない。実際,石油に替わってエネルギーだけでなく現在の化成品のすべてを古紙や農林廃棄物から産出する「リサイクルバイオテクノロジー」のような先端技術の開発が提唱されてきている。
 こういう時代背景の下,生体内分子を網羅的に解析するオミクス解析の進展は,生命現象を多角的に解析して,石油を起点とする研究に代わって,古紙や農林・食糧廃棄物を原料とする低環境負荷・省エネルギーなどの観点から微生物などを利用して,バイオ燃料や化成品などの有用物質を生産する研究へと転換していくことが不可欠となってきている。そういった生産法を新しく考案したり,生産効率を高めたりするためには,これまでになかった代謝を創造したり構築したりするなどの必要がある。そこで重要となるのが隆起しつつある「合成生物学」の発想である。
 本書では,微生物などの産業・工業利用に特化した合成生物学を「合成生物工学」とし,その先進的で創造的な研究内容を展開しておられる研究を紹介する。
(「はじめに」より抜粋)

著者一覧

植田充美   京都大学大学院 農学研究科 応用生命科学専攻 教授
柘植謙爾   慶應義塾大学 先端生命科学研究所 特任講師
板谷光泰   慶應義塾大学 先端生命科学研究所 教授
西沢正文   慶應義塾大学 医学部 微生物学・免疫学教室 専任講師
原島俊    大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 教授
穴澤秀治   (一財)バイオインダストリー協会 先端・技術情報部長
北本勝ひこ  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
木賀大介   東京工業大学 大学院総合理工学研究科 准教授
光永均    大阪大学大学院 工学研究科 生命先端工学専攻
馬場健史   大阪大学大学院 工学研究科 生命先端工学専攻 准教授
Danang Waluyo  大阪大学大学院 工学研究科 生命先端工学専攻 非常勤職員
畠中治代   サントリービジネスエキスパート(株) 価値フロンティアセンター 微生物科学研究所 主任研究員
福崎英一郎  大阪大学大学院 工学研究科 生命先端工学専攻 教授
清水浩    大阪大学 大学院情報科学研究科 バイオ情報工学専攻 教授
古澤力    大阪大学 大学院情報科学研究科 バイオ情報工学専攻 准教授
白井智量   三井化学(株) 触媒科学研究所 生体触媒技術ユニット 研究員
吉川勝徳   大阪大学 大学院情報科学研究科 バイオ情報工学専攻 特任助教
平沢敬    大阪大学 大学院情報科学研究科 バイオ情報工学専攻 助教
古林真衣子  千葉大学大学院 工学研究科 共生応用化学専攻
梅野太輔   千葉大学大学院 工学研究科 共生応用化学専攻 准教授
臼田佳弘   味の素(株) バイオ・ファイン研究所 主席研究員
厨祐喜    九州大学 大学院農学研究院 生命機能科学部門 博士研究員
岡本正宏   九州大学 大学院農学研究院 生命機能科学部門 主幹教授
花井泰三   九州大学大学院 農学研究院 准教授
荒勝俊    花王(中国)研究開発中心有限公司 基盤研究部 部長
東田英毅   旭硝子(株) ASPEX事業部 主幹
田村具博   (独)産業技術総合研究所 生物プロセス研究部門 遺伝子発現工学研究グループ グループ長
黒田浩一   京都大学 大学院農学研究科 応用生命科学専攻 准教授
道久則之   東洋大学 生命科学部 教授
本田孝祐   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 准教授
岡野憲司   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 助教
大竹久夫   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 教授
蓮沼誠久   神戸大学 自然科学系先端融合研究環 重点研究部 講師
近藤昭彦   神戸大学大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授
乾将行    (公財)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   (公財)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
高久洋暁   新潟薬科大学 応用生命科学部 応用生命科学科 准教授
宮﨑達雄   新潟薬科大学 応用生命科学部 食品科学科 助教
脇坂直樹   新潟薬科大学 応用生命科学部 応用微生物・遺伝子工学研究室 研究員
山崎晴丈   新潟薬科大学 応用生命科学部 応用微生物・遺伝子工学研究室 研究員
鯵坂勝美   新潟薬科大学 応用生命科学部 食品科学科 教授
髙木正道   新潟薬科大学 学長
岩田英之   (株)耐熱性酵素研究所 技術開発部 研究員
浦野信行   大阪府立大学 大学院生命環境科学研究科 博士研究員
片岡道彦   大阪府立大学 大学院生命環境科学研究科 教授
吉田聡    キリンホールディングス(株) フロンティア技術研究所 主任研究員
村田幸作   京都大学 大学院農学研究科 食品生物科学専攻 生物機能変換学分野 教授
渡辺剛志   北海道大学 大学院工学研究院 生物機能高分子部門 生物工学分野 バイオ分子工学研究室 博士研究員
越智杏奈   北海道大学 大学院工学研究院 生物機能高分子部門 生物工学分野 バイオ分子工学研究室 博士研究員
田口精一   北海道大学 大学院工学研究院 生物機能高分子部門 生物工学分野 バイオ分子工学研究室 教授

目次

【技術編】
第1章 ゲノムからの視点
1 ゲノム再構築技術の応用と課題:汎用性,迅速性,コスト  柘植謙爾,板谷光泰
1.1 ゲノム丸ごとクローニング時代の幕開け
1.2 全塩基配列とゲノム工学
1.3 世界初のバクテリアゲノム丸ごとクローニング:KEIO法
1.4 酵母を用いたゲノム丸ごとクローニング:JCVI法
1.5 ゲノム丸ごとクローニングの課題(汎用性,迅速性,コスト)
1.5.1 汎用性
1.5.2 宿主依存性
1.5.3 配列依存性
1.5.4 ゲストゲノムサイズ
1.5.5 迅速性:シリアルとパラレル
1.5.6 金銭的コスト
1.6 ゲノム丸ごとクローニングからゲノム丸ごとデザインへ
1.7 ゲノム丸ごとデザインのための基盤技術
1.8 まとめ

2 出芽酵母ゲノムの自在な操作と細胞育種への応用  西沢正文,原島 俊
2.1 はじめに
2.2 ゲノム操作技術の開発とゲノム削除株の創製
2.3 ゲノム削除・分断株の性質
2.4 ゲノム削除・分断株の遺伝子発現プロファイルの変化
2.5 ゲノム削除株による炭素代謝物の生産
2.6 ゲノム削除の遺伝子操作によるエタノール生産株の育種

3 ミニマムゲノムファクトリーの発想  穴澤秀治
3.1 有用物質生産菌の探索
3.2 培地・培養条件の検討
3.3 変異育種による生産性向上
3.4 遺伝子組換え技術を駆使した育種
3.5 システムバイオロジー技術とオミクス情報
3.6 変異株ライブラリー
3.7 ミニマムゲノムファクトリー(MGF)
3.7.1 汎用性ミニマムゲノム宿主とMGF
3.7.2 発酵生産菌のMGF

4 有用タンパク質生産のための麹菌セルファクトリー(細胞工場)の開発  北本勝ひこ
4.1 はじめに
4.2 異種タンパク質を高分泌生産する変異株の取得
4.3 プロテアーゼ遺伝子多重破壊株による異種タンパク質の高生産
4.3.1 異種タンパク質分解に関与するプロテアーゼ遺伝子の絞り込み
4.3.2 プロテアーゼ遺伝子10重破壊株の取得と異種タンパク質生産
4.4 RNA干渉(RNAi)を用いたα-アミラーゼ発現抑制による異種タンパク質の高生産
4.5 液胞タンパク質ソーティングレセプター遺伝子破壊株による異種タンパク質の高生産
4.6 オートファジー制御株による異種タンパク質の高生産
4.7 様々な手法による異種タンパク質生産麹菌宿主の開発

5 細胞内における人工遺伝子回路の構築  木賀大介
5.1 はじめに
5.2 人工遺伝子回路と数理モデルの関係
5.3 工学一般としての人工遺伝子回路の構築
5.3.1 つくるもののコンセプトを明確にする
5.3.2 遺伝子回路を描く
5.3.3  DNA「パーツ」の入手・創作
5.3.4 定式化と鍵となるパラメータの判定
5.3.5 鍵となるパラメータの測定
5.3.6 計算機を用いた数値シミュレーション
5.3.7 作製されたプロトタイプの挙動とシミュレーション結果との比較によるファインチューニング
5.4 完成したネットワークが示した興味深い挙動:細胞密度に依存した多様化の度合いの変化
5.5 まとめ

第2章 分子メカニズムの視点
1 タンパク質の輸送メカニズム―細胞表層を新しい反応プラットフォームとして―  植田充美
1.1 はじめに
1.2 タンパク質の輸送情報の活用
1.3 細胞表層への輸送シグナルの分子情報
1.4 細胞表層工学(Cell Surface Engineering)
1.5 新しい反応場の創成

第3章 オミクス解析の視点
1 メタボローム解析を用いたキシロース資化性酵母の育種  光永 均,馬場健史,Danang Waluyo,畠中治代,福崎英一郎
1.1 はじめに
1.2 酵母のメタボローム解析システムの構築
1.2.1 試料調製方法の検討
1.2.2 酵母細胞内基幹代謝物分析系の構築
1.3 キシロース資化性酵母のメタボローム解析による問題箇所の特定
1.4 メタボロームデータを用いた重回帰モデル構築による代謝改変戦略
1.5 まとめと今後の展望

2 ゲノムスケール代謝デザインとフラックス解析による微生物細胞創製  清水 浩,古澤 力,白井智量,吉川勝徳,平沢 敬
2.1 はじめに
2.2 代謝フラックス
2.3 ゲノムスケール代謝モデルと代謝デザイン
2.4 13C標識を用いる代謝フラックス解析と細胞評価
2.5 まとめ

3 代謝ネットワーク建設のための進化分子工学―進化的デザインによる非天然代謝経路の創出―  古林真衣子,梅野太輔
3.1 はじめに
3.2 非天然アミノ酸の生合成
3.3 非天然アルコール
3.4 非天然カロテノイド
3.5 非天然アルカロイド
3.6 展望

4 アミノ酸発酵における代謝工学  臼田佳弘
4.1 はじめに
4.2 アミノ酸生産株のゲノム解析
4.3 アミノ酸生産におけるオミクス解析
4.4 アミノ酸生産における代謝フラックス解析
4.5 アミノ酸生産における代謝シミュレーション
4.6 おわりに

5 代謝工学によるバイオアルコール生産の向上 厨 祐喜,岡本正宏
5.1 はじめに
5.2 ABE発酵のキネティックモデル
5.3 動的感度解析
5.4 おわりに

6 合成代謝経路によるバイオアルコール生産  花井泰三
6.1 はじめに
6.2 合成代謝経路
6.3 イソプロパノール生産合成代謝経路の構築
6.4 イソプロパノール生産の培養工学的な最適化
6.5 最後に

【応用編】
第4章 ミニマムゲノム―枯草菌  荒 勝俊
1 はじめに
2 枯草菌MGF(Minimum Genome Factory)細胞の創製
2.1 合成生物学を支える枯草菌ゲノム改変技術
2.2 枯草菌ゲノムの最適化
2.2.1 枯草菌遺伝子の機能性評価
2.2.2 宿主ゲノムの縮小化による酵素高生産化
3 枯草菌高性能宿主の創出
3.1 枯草菌の窒素代謝経路の最適化
3.2 枯草菌の翻訳装置の専有化
3.3 枯草菌の分泌装置構成遺伝子の集約化
4 おわりに

第5章 分裂酵母ミニマムゲノムファクトリーを用いた組換えタンパク質生産システム  東田英毅
1 はじめに
2 分裂酵母Schizosaccharomyces pombe
3 分裂酵母ミニマムゲノムファクトリー
4 プロテアーゼ削除などによる組換えタンパク質生産性の向上
5 培地添加物や分子シャペロンの改良による分泌生産性の向上
6 結語―組換えタンパク質生産における課題と今後の発展に向けた取組み

第6章 放線菌を多目的用途に利用可能な発現プラットフォームとする技術の開発  田村具博
1 はじめに
2 新規トランスポゾンベクター
3 Rhodococcus erythropolisを宿主としたビタミンD3水酸化反応
4 ナイシンと物質透過
5 ナイシン処理した細胞を使用したVD3水酸化反応
6 おわりに

第7章 転写因子デザインによる有機溶媒耐性酵母の分子育種と耐性機構の解析  黒田浩一
1 はじめに
2 有機溶媒耐性酵母の解析による耐性原因因子の単離
3 転写因子への変異導入による有機溶媒耐性付与
4 有機溶媒耐性に直接関与するABCトランスポーターの分類
5 おわりに

第8章 有機溶媒耐性大腸菌の溶媒耐性機構と応用  道久則之
1 有機溶媒の微生物に対する毒性
1.1 大腸菌の有機溶媒耐性度
1.2 大腸菌の有機溶媒耐性機構
1.3 薬剤排出ポンプ
1.4 その他
2 有機溶媒耐性大腸菌の応用
2.1 有機溶媒耐性大腸菌変異株を用いたインジゴの生産
3 まとめ

第9章 合成代謝工学―発酵生産のための新たなパラダイム構築への挑戦―  本田孝祐,岡野憲司,大竹久夫
1 はじめに
2 合成代謝工学
3 耐熱性酵素モジュールの技術的優位性
4 合成代謝経路による化学品生産
5 合成代謝工学によるキメラ型解糖系の構築
6 おわりに

第10章 合成生物工学によるバイオ燃料生産のための微生物細胞工場の創製  蓮沼誠久,近藤昭彦
1 はじめに
2 細胞表層工学技術による微生物の高機能化
3 システムバイオロジー解析技術による代謝機能の高効率化
4 システムバイオロジー解析技術に基づくストレス耐性能の強化
5 おわりに

【実用編】
第11章 コリネ型細菌の潜在能力を活用したバイオ燃料・化学品生産技術の開発  乾 将行,湯川英明
1 はじめに
2 RITEバイオプロセス
3 コリネ型細菌利用のための基盤技術の開発
3.1 ベクターの開発
3.2 トランスクリプトーム解析
3.3 メタボローム解析
4 ソフトバイオマス利用技術の開発
4.1 バイオ変換工程に必要な技術特性
4.2 C6,C5糖類の同時利用
4.3 醗酵阻害物質耐性
4.4 高生産株の創製
5 おわりに

第12章  有用化学工業原料中間体2-deoxy-scyllo-inosose (DOI)の発酵高生産とその利用  高久洋暁,宮﨑達雄,脇坂直樹,山崎晴丈,鯵坂勝美,髙木正道
1 はじめに
2 DOI発酵高生産大腸菌の構築とそのDOI発酵生産
3 DOI生産大腸菌より得られる培養液からのDOI精製法の開発
4 DOIを原料とした有用化学物質への変換技術
5 DOIを原料としたカルバ糖の系統的合成戦略
6 ジメチルケタール体1のランダムピバロイル化反応
7 DOIを原料としたカルバ-β-D-ガラクトースとカルバ-β-D-マンノースの合成
8 おわりに

第13章 耐熱性酵素を用いた無細胞エタノール生産系の構築  岩田英之
1 はじめに
2 無細胞エタノール生産系
3 耐熱性酵素を用いたグルコースからのエタノール生産
4 耐熱性酵素を用いたキシロースからのエタノール生産
5 耐熱性酵素を用いた無細胞物質変換技術の今後
6 おわりに

第14章 組換え微生物による1-プロパノール生産  浦野信行,片岡道彦
1 はじめに
2 1-プロパノールとプロピレンについて
3 プロパノール生産経路の設計
4 1,2-PD生産E.coliの育種
5 組換えEscherichia blattaeを用いた1-プロパノール生産
6 組換えE.coliを用いた1-プロパノール生産
7 おわりに

第15章 実用酵母を用いたビール仕込み粕からのバイオエタノール生産と高効率乳酸生産法の開発  吉田 聡
1 はじめに
2 ビール仕込み粕からのバイオエタノール生産
3 Candida酵母を用いたL-乳酸生産
3.1 Candida boidiniiを用いたL-乳酸生産
3.2 Candida utilisを用いた乳酸生産
3.3 今後の展望
4 おわりに

第16章 海藻からエタノールを生産する微生物育種  村田幸作
1 はじめに
2 アルギン酸
3 アルギン酸資化細菌
4 アルギン酸代謝
5 エタノール生産株の育種
5.1 エタノール合成系の構築
5.2 プロモーターの強化
5.3 pdcの多コピー化
5.4 培養制御
5.5 代謝側鎖の遮断
6 実際的生産に向けて
7 おわりに

第17章 微生物工場による「多元ポリ乳酸」創製のための合成生物工学  渡辺剛志,越智杏奈,田口精一
1 はじめに
2 背景
2.1 微生物ポリエステルPHA
2.2 PHAの生合成経路
2.3 PHA重合酵素の進化工学によるPHAの高性能化
3 乳酸ポリマー生産微生物工場の誕生・発展
3.1 乳酸重合酵素の発見
3.2 微生物工場の構築・モデルチェンジ
3.2.1 代謝工学
3.2.2 酵素進化工学
4 多元ポリ乳酸への拡張
4.1 P(LA-co-3HB-co-3HV)の生合成
4.2 P(LA-co-3HB-co-3HHx)の生合成
4.3 P(LA-co-3HB-co-3HA)の生合成
5 将来展望
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