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メタボロミクスの先端技術と応用(普及版)

  • Advanced Technology of Metabolomics and its Practical Application(Popular Edition)
2008年刊「メタボロミクスの先端技術と応用」の普及版。分析技術、情報処理技術などの基礎技術にはじまり、生命科学、食品工学への応用、ならびに実用技術としての可能性についても詳述!

商品コード: B1049

  • 監修: 福﨑英一郎
  • 発行日: 2013年8月8日
  • 価格(税込): 5,184 円
  • 体裁: B5判、299ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0731-2

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  • HPLC / ナノLC / MSシステム / 脂質プロファイリング / メタボノミクス / 基礎統計学 / KNApSAcK / 代謝経路データベース / 代謝フラックス解析 / 植物ゲノム機能科学 / オミクス統合解析による植物 / 病態リピドミクス / 根圏メタボローム / 清酒酵母

刊行にあたって

代謝物の網羅的解析に基づくオーム科学である「メタボロミクス」は、トランスクリプトミクスやプロテオミクスとは異なる情報を与える有用技術として期待される半面、その技術内容が分かりにくく、実際の運用を敬遠される場合も多い。本書の目的は、メタボロミクスの先端技術を出来るだけ平易に解説し、メタボロミクスとは何かということを分かっていただくことである。そのために、メタボロミクス研究の最前線で活躍中の先生方には、ご自身の仕事を単に紹介するのではなく、現状技術の内容、限界、問題点を出来るだけわかり易く解説することをお願いした。本書の前半では、分析技術、情報処理技術の現状が解説されている。本書後半では、生命科学への応用ならびに、実用技術としての可能性が記述されている。本書を読むことにより、メタボロミクスへの理解が深まり、より多くの方にメタボロミクスを使ってみたいと思っていただければ至福である。
 なお、本書企画に賛同し、ご多忙の中、執筆してくださった諸先生方に深く感謝する次第である。
(「はじめに」より)

2007年12月  大阪大学 大学院工学研究科 福﨑英一郎

<普及版の刊行にあたって>

本書は2008年に『メタボロミクスの先端技術と応用』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。

2013年8月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

福﨑英一郎   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 教授
宮野博   味の素(株) ライフサイエンス研究所 分析基盤研究グループ グループ長 主席研究員
石濱泰   慶應義塾大学 先端生命科学研究所 准教授
原田和生   大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻 特任研究員
馬場健史   大阪大学 大学院薬学研究科 助教
及川彰   (独)理化学研究所 横浜研究所 植物科学研究センター メタボローム基盤研究グループ メタボローム解析研究チーム 研究員
飯島陽子   (財)かずさDNA研究所 産業基盤開発研究部 ゲノムバイテク研究室 特別研究員
根本直   (独)産業技術総合研究所 生物情報解析研究センター 主任研究員
菊地淳   (独)理化学研究所 植物科学研究センター ユニットリーダー;名古屋大学 大学院生命農学研究科 客員教授
中西広樹   東京大学 大学院医学系研究科 メタボローム寄付講座 研究員
田口良   東京大学 大学院医学系研究科 メタボローム寄付講座 客員教授
川瀬雅也   大阪大谷大学 薬学部 教授
真保陽子   奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 情報生命科学専攻 比較ゲノム学講座;JST-BIRD研究員
高橋弘喜   奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 情報生命科学専攻 比較ゲノム学講座
田中健一   奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 情報生命科学専攻 比較ゲノム学講座
草場亮   奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 情報生命科学専攻 比較ゲノム学講座
Md.Altaf-Ul-Amin   奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 情報生命科学専攻 比較ゲノム学講座
AzizaKawsarParvin   奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 情報生命科学専攻 比較ゲノム学講座
旭弘子   バイオテクノロジー開発技術研究組合 研究員
平井晶   奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 情報生命科学専攻 比較ゲノム学講座;JST-BIRD研究員
黒川顕   奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 情報生命科学専攻 比較ゲノム学講座
金谷重彦   奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 情報生命科学専攻 比較ゲノム学講座 教授;JST-BIRD研究員
時松敏明   京都大学 化学研究所 バイオインフォマティクスセンター 助教
石井伸佳   慶應義塾大学 先端生命科学研究所 研究員
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   (財)地球環境産業技術研究機構 微生物研究グループ 研究員
田中喜秀   (独)産業技術総合研究所 ヒューマンストレスシグナル研究センター ストレス計測評価研究チーム 主任研究員
東哲司   (独)産業技術総合研究所 ヒューマンストレスシグナル研究センター ストレス計測評価研究チーム テクニカルスタッフ
Randeep Rakwal   (独)産業技術総合研究所 ヒューマンストレスシグナル研究センター 精神ストレス研究チーム テクニカルスタッフ
柴藤淳子   (独)産業技術総合研究所 ヒューマンストレスシグナル研究センター 精神ストレス研究チーム テクニカルスタッフ
脇田慎一   (独)産業技術総合研究所 ヒューマンストレスシグナル研究センター ストレス計測評価研究チーム チーム長
岩橋均   (独)産業技術総合研究所 ヒューマンストレスシグナル研究センター 副研究センター長
榊原圭子   (独)理化学研究所 植物科学研究センター 研究員
斉藤和季   (独)理化学研究所 植物科学研究センター グループディレクター;千葉大学 大学院薬学研究院 教授
平井優美   (独)理化学研究所 植物科学研究センター メタボローム基盤研究グループ 代謝システム解析ユニット ユニットリーダー
久原とみ子   金沢医科大学 総合医学研究所 人類遺伝学研究部門 部門長;教授
東城博雅   大阪大学 大学院医学系研究科 分子医化学 准教授
木野邦器   早稲田大学 理工学術院 先進理工学部 応用化学科 教授
古屋俊樹   早稲田大学 理工学術院;(独)日本学術振興会 特別研究員
鈴木克昌   北海道大学農学院 共生基盤学専攻 博士課程
岡崎圭毅   北海道農業研究センター 根圏域研究チーム 研究員
俵谷圭太郎   山形大学 農学部 教授
信濃卓郎   北海道大学 創成科学共同研究機構/大学院農学研究院 准教授
田中福代   (独)農業・食品産業技術総合研究機構 中央農業総合研究センター 土壌作物分析診断手法高度化研究チーム 主任研究員
堤浩子   月桂冠(株) 総合研究所 副主任研究員

執筆者の所属表記は,2008年当時のものを使用しております。

目次

序論 メタボロミクスの現状と可能性
1. メタボロミクスの上流に位置するオーム科学
2. メタボロミクスの位置づけ
3. メタボロミクス技術の現状
3.1 分析技術
3.2 情報処理技術
4. メタボロミクスの応用展開
4.1 生命科学への応用
4.2 実用技術としての可能性
5. おわりに

【第1編 分析技術】

第1章 メタボロミクスにおけるHPLCの応用
1. はじめに
2. LC-MSによる非特異的メタボロミクス
3. LC-MSによる特異的メタボロミクス
3.1 官能基特異的分析法の有用性
3.2 アミノ基-アミノ酸
3.3 カルボキシル基-TCAサイクルを構成する代謝物
3.4 リン酸エステル-解糖系やペントースリン酸系を構成する代謝物
4. おわりに

第2章 メタボロミクス、プロテオミクスのためのナノLC-MSシステム
1. はじめに
2. ナノLCカラムと質量分析計とのインターフェース
3. 注入システム
4. カラム径、流速の影響
5. オフラインLC-MS/MS
6. 多次元分離
7. 今後の展望

第3章 CE/MSによるアニオン性代謝産物解析システムの開発
1. はじめに
2. アニオン性代謝産物プロファイリングのためのCE/MSシステム
3. 技術的課題
3.1 質量分析計の使い分け
3.2 サンプル調製法
3.3 定量法
3.4 感度
3.5 移動時間再現性
4. おわりに

第4章 超臨界流体クロマトグラフィー/質量分析による脂質プロファイリング
1. はじめに
2. 超臨界流体クロマトグラフィー(SFC)とは?
3. SFC/MSによる脂質分析条件の検討
4. 脂質混合物のSFC/MS分析
5. おわりに

第5章 フーリエ変換イオンサイクロトロン質量分析装置(FT-ICR MS)を用いたメタボリックプロファイリング解析
1. 序論
2. FT-ICR MSによる分析
2.1 FT-ICR MSの原理
2.2 FT-ICR MSによる分析
3. FT-ICR MSを用いたメタボローム解析
3.1 メタボローム解析におけるFT-ICR MS
3.2 サンプル抽出および前処理
3.3 FT-ICR MS分析
3.4 データ解析
3.5 MSMS分析
3.6 イオンサプレッションの問題点
4. 研究例―除草剤による代謝攪乱のメタボリックプロファイリング解析―
4.1 導入
4.2 方法
4.3 結果
5. 展望

第6章 LC-FT-ICR-MSによる未知代謝物のアノテーション 
1. はじめに
2. 未知代謝物のアノテーションにおけるLC-FT-ICR-MSの有効性
3. 代謝物アノテーション方法
4. トマト果実における代謝物アノテーション例
5. 代謝物アノテーション情報の応用―トマトフラボノイドの代謝―
6. 今後の課題と展望

第7章 FT-NMRを用いたメタボリック・プロファイリング
1. NMR-MP導入―何が必要か―
2. NMRの調整―良いデータセットを得るために―
3. シム調整―プロファイリングに分解能は不要か?―
4. 水信号消去操作
5. NMR-MPにおけるデータポイント
6. NMR-MP試料調製
7. NMR-MP自動測定
8. NMR-MPデータ処理
9. 標的型NMR-MP
10. 非標的型NMR-MP

第8章 メタボノミクスとNMR技術開発 
1. メタボノミクスとメタボロミクス
2. 多様なNMR計測手法
2.1 抽出物計測と非侵襲計測
2.2 観測核の選択
2.3 パルス系列の選択
2.4 NMRデータ解析法の実際
3. メタボノミクス解析の報告例
3.1 環境メタボノミクス
3.2 栄養メタボノミクス
3.3 システム生物学、フラクソミクス、合成生物学
4. 計測機器開発の重要性

第9章 脂質メタボロミクスとその応用
1. はじめに
2. 脂質メタボローム解析法
2.1 グローバル解析法
2.2 グループ特異的解析法
2.3 個別分子特異的解析法
2.4 データ解析法
3. 酸化脂肪酸の包括的測定系
3.1 固相抽出法によるサンプル前処理
3.2 酸化脂肪酸同定法
3.3 MRMの利点とLCによる分離の意義
3.4 内部標準法による定量と検出限界
3.5 急性腹膜炎モデルの酸化脂肪酸解析
4. 新しい手法
5. おわりに

【第2編 情報処理技術】

第10章 メタボロミクスデータ解析のための基礎統計学
1. 統計学の基礎
2. 多変量解析
2.1 回帰分析
2.1.1 相関係数
2.1.2 重回帰分析の実際
2.1.3 回帰式の検定
2.1.4 部分最小二乗法(PLS)
2.2 主成分分析
2.3 因子分析
2.4 判別分析
2.5 クラスター分析
2.6 自己組織化マップ(SOM)
3. まとめ

第11章 生物種-代謝物関係データベース:KNApSAcK
1. はじめに
2. メタボローム・バイオインフォマティクス(スペクトル解析)
3. 一括処理型の自己組織化法(BL-SOM)
3.1 初期ベクトルの設定
3.2 入力ベクトルの分類
3.3 代表ベクトルの更新
4. トランスクリプトームおよびメタボロームデータの統合的な解析
5. 生物種-代謝物関係データベースKNApSAcK
6. KNApSAcKの検索機能
6.1 検索方法 
6.1.1 化合物名、生物種名からの検索
7. ソフトウエアのダウンロード

第12章 メタボロミクスの理解に有用な代謝マップビューアー・代謝経路データベース 
1. はじめに
2. 個別の代謝マップビューアー・代謝マップデータベースの紹介
2.1 KEGG
2.1.1 KEGGの特徴
2.1.2 KEGG PATHWAYの機能
2.2 BioCycおよび関連のパスウェイデータベースについて
2.2.1 BioCycの概要と特徴
2.2.2 BioCycの機能
2.3 MapMAN
2.3.1 MapManの特徴
2.3.2 MapManの機能
2.4 KaPPA-View2
2.4.1 KaPPA-View2の特徴
2.4.2 KaPPA-Viewの機能
3. おわりに

第13章 微生物の代謝シミュレーション
1. はじめに
2. 各種の微生物モデル
3. 微生物代謝の構造化モデル
4. 動的モデリングにおける酵素反応速度式の問題
5. マルチオミクスデータの利用
6. おわりに


【第3編 生命科学への応用】

第14章 メタボロームデータを用いた代謝フラックス解析 
1. 13C標識を用いた代謝フラックス解析
2. GC-MSおよびNMR分析のためのサンプル調製
3. GC-MS分析条件
4. NMR分析条件
5. 代謝フラックス解析のためのモデル構築
6. 13Cフラックス解析(13C MFA)方法
7. 測定データの誤差に対する13C MFAの精度解析
8. 決定されたフラックスの精度
9. NMR分析データによる13C MFA結果の検証
10. 二種のコリネ型細菌の13C MFA
11. まとめ

第15章 in vivo同位体標識による網羅的代謝物ターンオーバー解析 
1. はじめに
2. 代謝フラックス解析の現状
3. 代謝フラックス解析の技術的要素
4. 培養細胞における代謝産物のin vivo 15N標識率測定
5. おわりに

第16章 ゲノミクスとメタボロミクスの生物学的解析技術としての融合 
1. はじめに
2. ゲノミクス
3. メタボロミクス
4. ゲノミクスとメタボロミクスの融合
5. ゲノミクスとメタボロミクスの融合から得られた結果の考察
6. おわりに

第17章 メタボロミクスを基盤とした植物ゲノム機能科学 
1. はじめに
2. 植物におけるメタボロミクス
3. 植物代謝産物の多様性と植物ゲノム
4. メタボロミクスとトランスクリプトミクスの統合による遺伝子機能同定
5. 公開トランスクリプトームデータベースを利用した遺伝子機能同定
6. メタボロミクスと植物二次代謝
7. おわりに

第18章 オミクス統合解析による植物代謝の解明
1. 植物代謝の環境応答
2. 植物代謝に関する機能ゲノム科学
2.1 グルコシノレート生合成酵素遺伝子群
2.2 グルコシノレート生合成を制御する転写因子
3. おわりに


【第4編 実用技術としての可能性】

第19章 診断と個別化医療のための非侵襲的ヒトメタボロミクス 
1. はじめに
2. メタボリックプロファイリングからメタボロームプロファイリングへ
3. メタボローム解析では多種類の酵素機能と塩基配列異常を包括的に観ている
4. 試料としての尿の特長
5. 簡易ウレアーゼ法による尿の前処理とGC-MSによる代謝物の計測
6. 内部標準物質の添加、安定同位体希釈法等を用いた定量性の向上
7. GC-MS測定条件
8. クレアチニン定量
9. 指標物質異常度評価とその応用
10. GC-MS測定の特長
11. 個別化医療
12. 先天性代謝異常症のローリスクおよびハイリスクスクリーニング、化学診断、モニタリング
13. おわりに

第20章 自動化脂質分析装置を用いた病態リピドミクス 
1. はじめに
2. リピドミクスとプロテオミクスの連携
3. 中性脂質からリン脂質にわたる極性の脂質クラスの自動化分析装置
4. 自動化分析装置の病態リピドミクスへの応用

第21章 メタボロミクスとゲノム情報を活用した有用酵素の探索 
1. はじめに
2. CE-MSを活用した酵素機能の探索法
3. FT-ICR MSを活用した酵素の基質探索法
3.1 本手法の戦略
3.2 Bacillus subtilis由来P450の基質探索
3.3 本手法の有効性と留意点
4. FT-ICR MSを活用した関連研究
5. おわりに

第22章 根圏メタボローム解析 
1. はじめに
2. 根の分泌物とは
3. イネの根分泌物の一斉分析
4. 微生物との相互作用
5. 根の分泌物の環境要因による変動
6. 菌糸の浸出物
7. 今後の方向性

第23章 炭素同位体を用いた作物品質関連成分の代謝解析
1. 安定同位体トレーサーとメタボロミクス
2. 安定同位体比質量分析計(Isotope Ratio Mass Spectrometry、IRMS)を使用する
3. 安定同位体トレーサー―IRMS法による物質代謝解析の例―
3.1 カンショ中の桂皮酸誘導体分析
3.2 ホウレンソウにおけるシュウ酸生成と硝酸濃度還元の相関
4. 13C標識の実際―個体用13C同システムの仕様
5. メタボロミクスにおけるIRMS利用のこれから

第24章 清酒酵母のメタボローム解析 
1. はじめに
2. 培養と試料調製
3. GC/MS分析とデータ解析
4. 「清酒酵母」と「実験室酵母」との代謝の違い
5. おわりに

第25章 メタボロミクスの食品工学への応用
1. はじめに
2. メタボロミクスに用いる質量分析
3. 質量分析計を用いる場合の定量性について
4. メタボロミクスにおけるデータ解析
5. メタボロミクスの食品工学への応用
6. おわりに
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