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極限環境生物の産業展開

  • Industrial Application of Extremophiles
★ 特殊環境に棲息するユニークな生物の特性を産業へ応用する!
★ 「技術編」では、基礎的な実験法から装置の紹介まで幅広く網羅し、研究の道標となるべく多数の参考文献を掲載!
★ 知的好奇心も刺激もする! 「産業応用編」では特殊環境別の目次構成で最新の知見をご紹介!

商品コード: T0869

  • 監修: 今中忠行
  • 発行日: 2012年8月
  • 価格(税込): 77,760 円
  • 体裁: B5判、305頁
  • ISBNコード: 978-4-7813-0624-7

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  • 極限環境生物由来酵素/難培養微生物/解析技術/水素生産/メタン発酵/メタルバイオ/バイオマスエネルギー/バイオリアクター/バイオレメディエーション/発酵食品

刊行にあたって

 極限環境の条件としては、温度、pH、圧力、浸透圧、貧栄養、有機溶媒、乾燥、酸素の有無などが挙げられる。これらの極限環境で生育する生物は、それぞれの環境に適応するために特殊な戦略を用意しているのが通常である。その適応戦略は興味深いだけでなく、うまく利用すれば、産業展開にも通じるところがあるはずである。このような観点から、本書を企画した。
 本書では、まず極限環境生物についての総論に始まり、第1編「技術編」では極限環境の生物を分離、培養、評価するための基本および特殊技術について述べてもらった。評価するためには最新の解析技術が必要であることは論を待たない。第2編「産業応用編」では、各種の極限環境圏で生育している生物を取り上げ、その特徴や適応機構とともに産業への応用について第一線の研究者たちに述べてもらった。特に乾燥生物圏については、他所で見たこともない面白いデータが含まれており本書の特徴の一つでもある。さらに南極や深海にとどまらず、地殻内微生物の探索や宇宙空間における微生物の探索もぜひ読んでほしいと願っている。最後に国際的規制に焦点を当てて解説してもらった。本書で述べた極限環境には空間的広がりだけでなく、知的な好奇心の広がりも含まれている。この本に触れて楽しい刺激を受けてほしいと期待している。

「はじめに」より抜粋

著者一覧

今中忠行   立命館大学 生命科学部 教授;京都大学 名誉教授
大島泰郎   共和化工㈱ 環境微生物学研究所 所長;東京工業大学 名誉教授;東京薬科大学 名誉教授
鎌形洋一   (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;北海道大学 大学院農学研究院 客員教授
久保幹   立命館大学 生命科学部 生物工学科 教授
工藤俊章   長崎大学 大学院水産・環境科学総合研究科 教授
出口茂   (独)海洋研究開発機構 海洋・極限生物圏領域 チームリーダー
服部正平   東京大学 大学院新領域創成科学研究科 教授
守屋繁春   (独)理化学研究所 基幹研究所 長田抗生物質研究室 専任研究員
藤田信之   (独)製品評価技術基盤機構 バイオテクノロジーセンター 上席参事官
佐々木和実   (独)製品評価技術基盤機構 バイオテクノロジーセンター バイオ安全技術課 専門官
山本慎也   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 生物工学コ―ス 生物資源工学領域
津川裕司   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 生物工学コ―ス 生物資源工学領域
中山泰宗   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 生物工学コ―ス 生物資源工学領域
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 生物工学コ―ス 生物資源工学領域 教授
日比徳浩   ㈱ミツカングループ本社 中央研究所 主席研究員
尾崎克也   花王㈱ 生物科学研究所 室長
伊藤政博   東洋大学 生命科学部 生命科学科 教授
中村聡   東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生物プロセス専攻 教授
仲山英樹   長崎大学 大学院水産・環境科学総合研究科 准教授
徳永廣子   鹿児島大学 農学部 生物資源化学科 応用分子微生物学研究室
荒川力   Alliance Protein Laboratories,inc.
徳永正雄   鹿児島大学 農学部 生物資源化学科 応用分子微生物学研究室
亀倉正博   好塩菌研究所 所長
近藤英昌   (独)産業技術総合研究所 生物プロセス研究部門 主任研究員;北海道大学 大学院生命科学院 客員准教授
津田栄   (独)産業技術総合研究所 生物プロセス研究部門 研究チーム長;北海道大学 大学院生命科学院 客員教授
栗原達夫   京都大学 化学研究所 教授
瀬川高弘   情報・システム研究機構 国立極地研究所 新領域融合研究センター 特任助教
森屋利幸   共和化工㈱ 環境微生物学研究所 研究員
吉井貴宏   共和化工㈱ 環境微生物学研究所 研究員
鈴木宏和   九州大学 大学院農学研究院 極限環境微生物ゲノム機能開発学 准教授
大島敏久   九州大学 大学院農学研究院 生命機能科学部門 教授
河原林裕   九州大学 大学院農学研究院 極限環境微生物ゲノム機能開発学講座 教授;(独)産業技術総合研究所
小林哲大   東洋紡績㈱ 敦賀バイオ研究所 研究員
北林雅夫   東洋紡績㈱ バイオケミカル事業部
金井保   京都大学 大学院工学研究科 合成・生物化学専攻 講師
秦田勇二   (独)海洋研究開発機構 海洋・極限環境生物圏領域 海洋生物多様性研究プログラム 海洋有用物質の探索と生産システム開発研究チーム チームリーダー
小西正朗   (独)海洋研究開発機構 海洋・極限環境生物圏領域 海洋生物多様性研究プログラム 海洋有用物質の探索と生産システム開発研究チーム 研究員
大田ゆかり   (独)海洋研究開発機構 海洋・極限環境生物圏領域 海洋生物多様性研究プログラム 海洋有用物質の探索と生産システム開発研究チーム 主任研究員
桑原朋彦   筑波大学 生命環境科学研究科 准教授
五十嵐健輔   筑波大学 生命環境科学研究科 生物科学専攻
松山茂   筑波大学 生命環境科学研究科 講師
山根國男   筑波大学 生物科学系 名誉教授
阪口利文   県立広島大学 生命環境学部 環境科学科 准教授
中川聡   北海道大学 大学院水産科学研究院 准教授
髙松邦明   立命館大学 生命科学部
加藤純一   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 教授
道久則之   東洋大学 生命科学部 教授
奥田隆   (独)農業生物資源研究所 昆虫機能研究開発ユニット 上級研究員
堀川大樹   INSERM U1001 AXA Postdoc Fellow
加藤浩   三重大学 生命科学研究支援センター 助教
鈴木庸平   東京大学 大学院理学系研究科 地球惑星科学専攻 准教授
山岸明彦   東京薬科大学 生命科学部 教授
福田青郎   立命館大学 生命科学部 生物工学科 助教
最首太郎   (独)水産大学校 水産流通経営学科 講師

目次

総論  
1 はじめに
2 極限環境生物
3 好むのか耐えるのか
4 生命の限界
5 多重苦の生物
6 極限環境微生物の発酵
7 極限環境微生物の酵素
8 研究材料としての極限環境生物


【第1編 技術編】

第1章 分離・培養技術

1 自然界に存在する共生嫌気性微生物の分離技術
1.1 嫌気性微生物の多様性の広がり
1.2 嫌気性微生物の共生関係とは
1.3 絶対嫌気性微生物の分離培養操作と絶対嫌気性共生微生物の培養
1.4 共生微生物の分離培養という古典的手法はこれからも有用か?

2 環境微生物の分析・評価  
2.1 環境微生物の数や群集構造の解析
2.2 平板法
2.3 最確数法(MPN法)
2.4 DAPI染色法
2.5 蛍光活性染色法(CTC法)
2.6 DGGE法,TGGE法
2.7 T-RFLP法
2.8 環境DNA解析法
2.9 定量的リアルタイムPCR法
2.10 FISH法,ELISA法
2.11 環境微生物の同定
2.11.1 16S rDNA解析法および18S rDNA解析法
2.11.2 同属・同種の環境微生物の多様性解析
2.11.3 生理・生化学的同定法
2.11.4 化学的同定法

3 シロアリに共生する特殊微生物の分離と培養 
3.1 はじめに
3.2 培養可能な特殊微生物
3.2.1 シロアリ腸内からの特殊な好アルカリ性細菌の分離と解析
3.2.2 好アルカリ性細菌の好アルカリ性因子(マルチ遺伝子型対向輸送体)の発見とその普遍化
3.2.3 キノコシロアリ巣内における特殊な共生菌類,シロアリキノコの役割
3.2.4 特殊な芳香族化合物分解放線菌
3.3 培養困難な特殊微生物
3.3.1 シロアリ共生難培養性微生物の多様性と相互作用
3.3.2 シロアリ共生微生物の木質分解機能
3.3.3 シロアリ腸内の難培養性共生細菌のゲノム解析
3.4 おわりに

4 セルロースナノファイバーを担体とした培養技術の開発 
4.1 はじめに
4.2 極限環境微生物の固体培養
4.3 セルロースプレートの調製
4.4 セルロースナノファイバーの構造特性
4.5 セルロースプレート表面での微生物のコロニー形成
4.6 極限的な培養条件下でのセルロースプレートの構造安定性
4.7 セルロースプレートを用いた極限環境微生物の固体培養
4.8 おわりに

第2章 新規探索・機能解析・改変技術

1 メタゲノミクス  
1.1 はじめに
1.2 細菌叢の解析
1.2.1 細菌叢の16S(菌種)解析
1.2.2 メタゲノミクス
1.3 細菌の個別ゲノム解析
1.4 おわりに

2 環境微生物の機能を包括的に解明するためのメタトランスクリプトーム解析  
2.1 はじめに
2.2 トランスクリプトーム解析とは
2.3 環境トランスクリプトームの持つ独自の視点
2.4 シロアリ共生原生生物のメタトランスクリプトーム解析
2.5 環境メタトランスクリプトームの将来

3 プロテオミクス  
3.1 プロテオミクスの重要性
3.2 プロテオミクスの発展
3.3 高分子物質イオン化法の開発と質量分析計の発展
3.4 タンパク質同定法1(ペプチドマスフィンガープリント法)
3.5 タンパク質同定法2(MS/MS法による同定)
3.6 プロテオミクスにおける定量解析
3.7 リン酸化タンパク質の解析
3.8 その他の翻訳後修飾解析やプロセシング解析
3.9 極限環境生物のプロテオミクス
3.9.1 Aeropyrum pernix K1
3.9.2 Tetragenococcus halophilus NBRC 12172
3.9.3 Rhodococcus opacus B4
3.9.4 Kocuria rhizophila DC2201

4 メタボロミクス  
4.1 はじめに
4.2 分析手法
4.3 データ解析
4.4 微生物のメタボロミクス
4.5 おわりに


【第2編 産業応用編】

第3章 酸性・アルカリ生物圏

1 好酸性微生物の酢酸発酵への応用 
1.1 はじめに
1.2 食酢醸造に利用されている酢酸菌
1.3 食酢醸造方法
1.3.1 表面発酵
1.3.2 深部発酵
1.4 酢酸菌の酢酸耐性機構
1.4.1 酢酸資化(アコニターゼ活性と酢酸耐性)
1.4.2 酢酸排出(ABCトランスポーターと酢酸耐性)
1.4.3 細胞内への流入阻止
1.5 酢酸菌のクオラムセンシングシステム
1.6 おわりに

2 好アルカリ微生物の産業応用 
2.1 好アルカリ微生物
2.2 アルカリ酵素の産業利用
2.3 洗剤用アルカリプロテアーゼ
2.4 洗剤用アルカリセルラーゼ
2.5 洗剤用アルカリ酵素の多様化と今後の展開

3 好アルカリ性細菌のアルカリ適応機構と応用 
3.1 イントロダクション
3.2 好アルカリ性細菌の定義
3.3 歴史的背景
3.4 生態学と多様性
3.4.1 生態学
3.4.2 自然環境
3.4.3 人工起源の産業界やその他の環境
3.4.4 多様性
3.5 好アルカリ性細菌のアルカリ適応機構
3.5.1 アルカリ菌のゲノムから明らかになったタンパク質の等電点の特徴
3.5.2 好アルカリ性細菌の細胞内溶質の緩衝能
3.5.3 細胞表層
3.5.4 細胞膜
3.5.5 好アルカリ性細菌の生体エネルギー論
3.6 好アルカリ性細菌の産業応用
3.7 最後に

4 好アルカリ性細菌由来酵素の産業応用と耐アルカリ性機構 
4.1 はじめに
4.2 新規アルカリキシラナーゼの分離とドメイン構成
4.3 触媒ドメイン領域のタンパク質工学検討と耐アルカリ性の向上
4.4 XBD領域のタンパク質工学検討
4.5 おわりに

第4章 高塩生物圏

1 好塩性細菌のゲノム情報からメタルバイオ技術への展開 
1.1 はじめに
1.2 塩類集積環境におけるメタルバイオ技術
1.3 メタルバイオ技術に有用なゲノム情報
1.4 金属の検出技術に有用な金属タンパク質
1.5 金属の浄化・回収技術に有用な金属タンパク質
1.6 今後の展開

2 好塩菌の好塩性メカニズムと産業への応用  
2.1 はじめに
2.2 好塩性,耐塩性微生物の産業的利用例
2.3 非好塩性蛋白質への「好塩性と構造可逆性」付与
2.4 遺伝子工学への応用―中度好塩菌と好塩性酵素を用いた有用たんぱく質の可溶性発現法
2.4.1 好塩性 β-ラクタマーゼ融合蛋白法による有用たんぱく質の可溶性発現
2.4.2 中度好塩菌を宿主とした異種蛋白質の発現系

3 好塩生物の産業応用 
3.1 はじめに
3.2 醤油諸味中で働く好塩性微生物
3.3 魚醤での好塩菌の役割
3.4 好塩性緑藻ドナリエラ
3.5 濃縮海洋深層水をドナリエラ培養へ
3.6 塩エビ
3.7 環境浄化に働く好嗜塩菌
3.8 アッケシソウを利用した環境修復
3.9 海水農業
3.10 養殖漁業と海水農業の統合
3.11 おわりに

第5章 低温・高温生物圏

1 不凍タンパク質の探索・解明と応用 
1.1 はじめに
1.2 不凍糖タンパク質
1.3 魚類I型不凍タンパク質
1.4 魚類II型不凍タンパク質
1.5 魚類III型不凍タンパク質
1.6 昆虫由来不凍タンパク質
1.7 菌類由来不凍タンパク質
1.8 不凍タンパク質を用いた産業応用

2 好冷性微生物の活用 
2.1 はじめに
2.2 好冷性微生物のゲノムとプロテオーム
2.3 好冷性微生物の脂質
2.4 好冷性酵素の特性
2.5 好冷性微生物の応用
2.5.1 好冷性微生物の物質生産への応用―タンパク質生産用宿主としての開発―
2.5.2 好冷性微生物の環境浄化への応用
2.6 好冷性酵素の応用
2.6.1 食品加工への応用
2.6.2 研究用試薬としての利用
2.6.3 その他の利用法
2.7 好冷性酵素の改良
2.8 展望

3 アイスコア中の微生物解析 
3.1 はじめに
3.2 ボストーク氷床下湖やグリーンランド氷床コアの生物解析
3.3 中低緯度のアイスコアにおける微生物解析
3.4 南極沿岸域のアイスコア解析
3.5 南極ドームふじ氷床アイスコアの微生物解析
3.6 雪氷環境中の抗生物質耐性遺伝子の検出

4 高温・好熱性細菌による有機廃棄物の分解  
4.1 堆肥と有機廃棄物処理
4.2 好熱菌と堆肥
4.3 好気性高温型堆肥化プロセスの概要
4.4 高温好気型堆肥から単離された新規高度好熱菌Calditerricola satsumensis YMO81株及びC. yamamurae YMO722株
4.5 Calditerricola属細菌の特異な性質
4.6 高温好気型堆肥発酵における微生物群集構造
4.7 堆肥中の酵素

5 高温バイオプロセスのための好熱菌宿主の開発
5.1 はじめに
5.2 高温バイオプロセスの有用性
5.3 好熱性微生物の遺伝子工学技術
5.4 G. kaustophilus HTA426
5.5 G. kaustophilus HTA426の遺伝子工学技術
5.6 期待される応用展開

6 耐熱性糖代謝酵素の解析と応用 
6.1 はじめに
6.2 超好熱アーキアゲノムから見える糖代謝
6.3 好熱性微生物で明らかになっている糖代謝酵素
6.4 超好熱アーキアのユニークな糖代謝酵素
6.4.1 S. tokodaiiについて
6.4.2 ラムノース(Rhamnose)合成系酵素
6.4.3 糖ヌクレオチド合成酵素
6.4.4 UDP-N-アセチルグルコサミン生合成経路
6.4.5 UDP-N-アセチルガラクトサミン生合成経路
6.5 今後の展望

7 超好熱菌KOD1株由来ポリメラーゼの特性と応用
7.1 PCR酵素としての耐熱性DNAポリメラーゼの産業利用
7.2 KOD DNAポリメラーゼの酵素特性
7.3 KOD DNAポリメラーゼのPCRへの応用
7.3.1 KOD DNAポリメラーゼの機能改変
7.3.2 PCR反応Buffer組成の最適化検討
7.3.3 アクセサリータンパク質の利用
7.4 最新のKOD DNAポリメラーゼのPCR事例
7.5 今後の展望

8 超好熱菌による水素生産 
8.1 はじめに
8.2 微生物水素生産
8.3 超好熱菌Thermococcus kodakarensis による発酵水素生産
8.4 遺伝子組換えによる水素高生産T. kodakarensis株の育種
8.5 最後に

第6章 海洋生物圏

1 深海微生物由来有用酵素の探索と応用 
1.1 はじめに
1.2 深海微生物由来アガラーゼの探索
1.2.1 耐熱性β-アガラーゼ
1.2.2 ネオアガロ2糖生成β-アガラーゼ
1.2.3 α-アガラーゼの探索とその利用
1.3 深海微生物由来カラギナーゼの探索
1.3.1 高い特異性を持つ3種の深海微生物由来カラギナーゼ
1.3.2 カラギナーゼ群を利用したカラギーナン組成分析
1.4 好熱性α-グルコシダーゼの糖転移活性と新規配糖体合成技術への応用

2 深海熱水系由来の発酵細菌―メタン菌栄養共生の解析とメタン・n-アルカン生産への応用 
2.1 はじめに
2.2 栄養共生のメカニズム
2.3 T. globiformansとM. jannaschiiの栄養共生系によるメタン生産
2.4 栄養共生系のバイオフィルム形成
2.5 栄養共生系に対するS0とFe(III)の効果
2.6 メタン生産の産業展開
2.7 発酵細菌―メタン菌栄養共生系の導入による藻類からのn-アルカン生成の増大

3 海洋微生物によるセレン・テルル回収 
3.1 はじめに
3.2 セレン(テルル)を取り巻く状況
3.3 微生物によるセレン(テルル)オキサニオン還元
3.4 高塩環境に適した微生物によるセレン回収と除去
3.5 海洋生物からのセレンオキサニオン還元菌の探索
3.6 深海底からのセレン(テルル)オキサニオン還元菌の探索
3.7 おわりに

4 海洋圏微生物の生理生態の研究と応用 
4.1 はじめに
4.2 深海底熱水活動域に棲息する微生物の生理生態
4.3 深海底熱水活動域に棲息する微生物の分布様式と生物地理
4.4 深海底熱水活動域と我々の生活圏をつなぐ共生系
4.5 産業展開に向けた今後の展望

第7章 有機溶媒生物圏

1 油汚染土壌のバイオレメディエーション 
1.1 はじめに
1.2 微生物の分離および同定
1.3 安全性の確認
1.4 三菌株の特性解析
1.5 土壌中での微生物の検出と定量
1.6 油汚染土壌を用いた実証実験(油分分解試験および菌相解析)
1.7 微生物によるバイオレメディエーション利用指針
1.8 油汚染土壌浄化工事モニタリング

2 有機溶媒耐性細菌の利用技術と応用 
2.1 有機溶媒耐性細菌
2.2 有機溶媒耐性細菌を活用する疎水性有用物質の生産
2.2.1 二相反応系
2.2.2 非水反応系
2.3 今後の課題

3 疎水性有機溶媒耐性微生物の耐性機構と応用 
3.1 はじめに
3.2 疎水性有機溶媒耐性微生物の耐性機構
3.2.1 疎水性有機溶媒の毒性
3.2.2 微生物の疎水性有機溶媒耐性機構
3.2.3 RND型薬剤排出ポンプ
3.2.4 RND型薬剤排出ポンプの発現制御
3.2.5 その他の薬剤排出ポンプ
3.2.6 リン脂質
3.2.7 リポ多糖
3.2.8 炭素代謝系
3.2.9 ProUトランスポーターの破壊
3.3 疎水性有機溶媒耐性微生物の応用
3.3.1 有機溶媒-培養液の二相反応系
3.3.2 有機溶媒-培養液の二相反応系の応用例
3.4 まとめ

第8章 乾燥生物圏

1 ネムリユスリカの解析と産業応用 
1.1 はじめに
1.2 極限的な乾燥耐性を持つネムリユスリカ
1.3 乾燥耐性関連因子
1.3.1 トレハロース
1.3.2 乾燥耐性関連因子:LEAタンパク質
1.4 常温保存は可能か?
1.4.1 第1段階:有用タンパク質等の常温保存
1.4.2 第2段階:ネムリユスリカ由来培養細胞の常温保存
1.4.3 第3段階:動物細胞の常温保存の試み
1.5 常温保存の問題点
1.6 おわりに

2 極限環境動物クマムシの解析と産業応用への展望 
2.1 はじめに
2.2 ヨコヅナクマムシの培養系
2.3 ヨコヅナクマムシの乾燥耐性
2.4 ヨコヅナクマムシの高温・高圧耐性
2.5 ヨコヅナクマムシの凍結耐性
2.6 ヨコヅナクマムシの放射線耐性
2.7 ヨコヅナクマムシの紫外線耐性
2.8 クマムシの産業利用への展望

3 耐乾燥性陸生ラン藻の解析と応用 
3.1 陸生ラン藻とは
3.2 耐乾燥性陸生ラン藻の適応能力
3.2.1 光合成
3.2.2 適合溶質
3.2.3 細胞外多糖
3.2.4 遺伝子
3.2.5 紫外線吸収物質
3.3 耐乾燥性陸生ラン藻の利用法
3.3.1 使用したい能力を有する陸生ラン藻の選定と応用
3.3.2 環境に応じた利用方法の模索
3.3.3 ノストックコミューンを用いたラン藻土壌への応用
3.3.4 特異的な利用方法
3.4 おわりに

第9章 その他極限環境生物圏

1 地殻内微生物の探索と応用 
1.1 地殻とは
1.2 地殻内生命圏の広がり
1.3 地殻内のエネルギーフラックス
1.4 地殻内微生物研究
1.5 大陸地殻内の研究事例
1.6 海洋地殻内の研究事例
1.7 我が国の地殻内微生物研究
1.8 今後の展望

2 大気圏上空および宇宙空間における微生物の探索 
2.1 はじめに:大気圏上空と宇宙環境の特徴
2.2 航空機を用いた微生物採集実験
2.3 大気球を用いた微生物採集実験
2.4 宇宙空間での微生物採集法
2.5 宇宙における微生物探査
2.6 宇宙における微生物探査の手順

3 南極における微生物の探索と応用 
3.1 南極地域と微生物
3.2 南極微生物の探索
3.3 湖沼群より単離された微生物
3.4 岩石中の微生物たち
3.5 おわりに


【第3編 動向編】

第10章 国際的規制  
1 はじめに
2 CBDと極限環境生物遺伝資源ABS規制
2.1 CBDと深海底遺伝資源開発
2.2 CBDと南極の生物遺伝資源の開発
3 国家の管轄権以遠の深海底の場合
3.1 法的現状
3.1.1 UNCLOSと深海底遺伝資源開発
3.2 国際的規制の選択肢
3.2.1 現状維持
3.2.2 海洋遺伝資源の人類の共同の財産化とCHM原則の適用
4 南極大陸の場合
4.1 南極条約と南極条約体制
4.2 南極における「生物探査活動」が提示する問題点
5 むすびに代えて
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