発酵工業の最新動向 | 最先端技術書・専門書のシーエムシー出版

第1章　発酵工業に利用される主要微生物
1　酵母
　1.1　はじめに
　1.2　発酵工業に利用される主要酵母
　　1.2.1　Saccharomyces cerevisiae
　　1.2.2　非従来型酵母(Non-conventional yeasts)
　1.3　酵母の高機能化技術
　　1.3.1　プロリンによるストレス耐性強化
　　1.3.2　抗酸化酵素Mpr1,一酸化窒素,ユビキチンシステムを介した細胞保護
　　1.3.3　アミノ酸機能工学と風味・機能性の設計
　1.4　分子育種とゲノム編集
　1.5　最新の研究・産業動向
　1.6　課題と今後の展望
　1.7　おわりに
2　麹菌
　2.1　麹菌について
　2.2　麹菌の伝統的な発酵工業での使用
　2.3　麹菌の近代的な発酵工業での使用
　2.4　麹菌の育種技術の動向
　　2.4.1　オミクス解析の使用
　　2.4.2　分子育種
　　2.4.3　変異株スクリーニング
　2.5　麹菌の培養技術の動向
　2.6　将来展望
3　酢酸菌
　3.1　はじめに
　3.2　酢の歴史と酢酸菌分類の歴史,系統分類について
　3.3　酢酸菌の系統解析
　3.4　酢酸菌の産業利用の例
　　3.4.1　食酢製造
　　3.4.2　ジヒドロキシアセトン,有機酸製造
　　3.4.3　ビタミンC製造
　　3.4.4　ナタデココ製造とコンブチャ(紅茶キノコ)
　　3.4.5　ナノセルロース生産
4　放線菌
　4.1　発酵工業における放線菌の位置づけ
　4.2　放線菌の生理学的・遺伝学的特性
　4.3　発酵工業における放線菌の抗生物質および医薬品開発の歴史
　4.4　生産技術の進化
　4.5　ゲノムマイニングと新規天然物探索
　4.6　非医薬分野への拡張
　4.7　産業的課題と将来展望
5　大腸菌
　5.1　はじめに
　5.2　発酵用大腸菌を育種するための様々なツール
　5.3　大腸菌を用いた発酵生産株構築の研究例
　5.4　代謝工学による大腸菌の合理的育種デザイン
　5.5　大腸菌の細胞評価のための代謝解析
　5.6　代謝デザインと進化工学による物質生産
　5.7　プロセス開発への展開
　5.8　まとめ

第2章　有用微生物の育種とバイオ技術の利用
1　遺伝子工学と代謝工学による育種
　1.1　遺伝子工学とその発酵応用
　1.2　代謝工学の概念と戦略
　1.3　遺伝子組換え技術とゲノム編集技術の概念的・法規制的相違
2　ゲノム編集による有用微生物の育種
　2.1　はじめに(ゲノム編集とは何か;Introductionに換えて)
　2.2　なぜJennifer A.DoudnaとEmmanuelle Charpentierがノーベル化学賞を受賞したか
　2.3　ゲノム編集が応用された微生物育種
　2.4　CRISPR/Casを利用した同時複数遺伝子操作技術
　2.5　コピー数調節可能なプラスミドの構築とCRISPR‒Cas9を利用した複数遺伝子の染色体への組み込み技術
　2.6　工業生産用高次倍数体育種へのゲノム編集技術の応用
　2.7　CRISPR/Cas9の転写制御(活性化・抑制化),代謝フラックス最適化への応用
　2.8　Off‒target問題
　2.9　マーカーフリーゲノム編集
　2.10　ゲノム編集の今後
　2.11　おわりに
3　合成生物学によるシステム設計型育種
　3.1　はじめに
　3.2　AIと自動化が牽引するDBTLサイクルの超高速化
　　3.2.1　自動化プラットフォーム:バイオファウンドリの衝撃
　　3.2.2　バイオベンチャーに関連する課題と展望
　　3.2.3　AI・機械学習によるDesignとLearnの進化
　　3.2.4　無細胞(Cell-free)システムの活用によるプロトタイピングの加速
　3.3　ダイナミックな代謝制御とゲノム編集の高度化
　　3.3.1　マルチプレックス・ゲノム編集の進化
　　3.3.2　バイオセンサーを利用したダイナミック(動的)代謝制御
　　3.3.3　遺伝子パーツの標準化とプラグアンドプレイ型経路設計
　3.4　次世代プラットフォーム微生物の開拓
　　3.4.1　強靭なシャーシ細胞:非汎用・極限環境微生物の活用
　　3.4.2　合成ゲノムと最小ゲノム細胞の創出
　　3.4.3　非汎用微生物におけるDBTLサイクルの確立
　3.5　サステナブル原料への転換とガス発酵の最前線
　　3.5.1　C1化合物の利用と合成独立栄養化
　　3.5.2　ガス発酵の産業実装と成功事例
　　3.5.3　サーキュラーエコノミーを牽引する次世代バイオプロセス
　3.6　おわりに

第3章　発酵プロセス
1　発酵プロセスの設計と最適化
　1.1　基礎条件の選定
　1.2　培地の最適化(チューニング)
　1.3　培養プロセスの設計
　1.4　培養プロセスの制御
　1.5　スケールアップ

第4章　発酵食品
1　フグ骨由来タンパク質を利用した新規発酵調味料の開発
　1.1　廃棄物を用いた発酵調味料製造の背景と目的
　1.2　残渣を用いた発酵調味料の製造
　　1.2.1　原料について
　　1.2.2　フグの骨を用いた魚醤について
　　1.2.3　フグ骨からのタンパク質抽出と分解
　1.3　トラフグ骨由来の魚醤の試験製造
　　1.3.1　トラフグの骨からのタンパク質抽出
　　1.3.2　発酵調味料の製造および分析
　　1.3.3　アミノ酸分析および官能評価
　1.4　まとめ
2　乳酸菌および酵母を用いた発酵食品の開発
　2.1　地域活性化に繋がる乳酸菌を利用した発酵食品について
　　2.1.1　大豆で作った飲むヨーグルト(北杜市)
　　2.1.2　湧水育ちの乳酸菌で作ったとうもろこしドリンク(発酵飲料)(忍野村)
　　2.1.3　山梨県中央市のレンゲ畑から分離された乳酸菌の発酵食品への利用(中央市)
　　2.1.4　乳酸菌発酵ワインパミス飲料(都留市)
　　2.1.5　桃・トマト・大塚にんじん乳酸発酵ドリンク(市川三郷町)
　2.2　地域活性化に繋がる酵母を利用した発酵食品について
　　2.2.1　海洋酵母のワイン
　　2.2.2　赤池幻酵母ワイン(富士北麓 赤池)
　　2.2.3　甲府市 開府500年スパークリングワイン
3　健康寿命の延伸に寄与する発酵食品およびサプリメントの開発
　3.1　生きた植物乳酸菌の摂取がアルコール中毒症状を改善させる
　3.2　植物乳酸菌IJH-SONE68株の培養液が小麦アレルギーを改善する
　3.3　芍薬抽出液と植物乳酸菌Lb.brevis 174Aとの組み合わせ発酵で新生する抗炎症物質
　3.4　艾葉抽出液とLb.plantarum SN13Tのコンビネーション発酵で新生する抗炎症作用物質の創生
4　酵母による代替油脂の発酵生産と脂肪酸設計技術―パーム油代替から機能性油脂創製まで
　4.1　はじめに―食用油脂を取り巻く世界情勢と課題
　4.2　油糧微生物と油脂酵母の産業的優位性
　4.3　油脂酵母Lipomyces starkeyi
　　4.3.1　油脂高蓄積変異株の取得
　　4.3.2　油脂超高蓄積変異株の取得と特性
　　4.3.3　油脂高蓄積機構の分子基盤:LsSPT23の同定
　4.4　脂肪酸組成設計による機能性油脂の創出
　　4.4.1　脂肪酸伸長・不飽和化経路
　　4.4.2　ココアバター様油脂の創出
　　4.4.3　ω3脂肪酸の生産
　4.5　おわりに―L.starkeyiが拓く設計型油脂生産の未来

第5章　発酵による医薬品・化粧品生産
1　医薬・化粧品・香料原料の発酵生産に向けた微生物分子育種
　1.1　はじめに
　1.2　シキミ酸およびプロトカテク酸高生産菌の分子育種
　　1.2.1　シキミ酸経路を介した芳香族化合物生産
　　1.2.2　シキミ酸高生産菌の分子育種
　　1.2.3　プロトカテク酸(PCA)高生産菌の分子育種
　1.3　香料の発酵生産菌の創製
　　1.3.1　バニリン生産における課題とバニリン生産用ベース株の構築
　　1.3.2　糖(グルコース)からのバニリン生産
　　1.3.3　フェルラ酸からのバニリン生産-①/内在性代謝経路の利用
　　1.3.4　フェルラ酸からのバニリン生産-②/非β酸化CoA 依存経路の導入
　1.4　メチルアンスラニレート生産菌の分子育種
　1.5　おわりに
2　合成生物学による植物アルカロイド発酵生産と生薬生理活性物質の創製
　2.1　緒言:植物二次代謝産物の供給課題とバイオものづくりの台頭
　2.2　大腸菌を宿主とした人工バイパス経路の構築と最適化
　　2.2.1　シトクロムP450を回避する合成生物学的ショートカット
　　2.2.2　補酵素再生系とフラビン依存性酵素の導入
　　2.2.3　計算科学による新たなバイパス設計(M‒path)と輸送工学
　2.3　出芽酵母における複雑な多段階代謝経路の完全再構築
　　2.3.1　競合経路の徹底的破壊によるBIA高生産(エールリッヒ経路の制御)
　　2.3.2　オピオイドおよびMIAのde novo生合成
　　2.3.3　トロパンアルカロイド(TA)生産における空間的制御(Spatial Engineering)
　2.4　Bio‒DX技術(AI・デジタルツイン)によるプロセス革新と超高速スケールアップ
　　2.4.1　AIとシミュレーションによる4,300兆通りの探索空間の制覇
　　2.4.2　デジタルツインによるスケールアップの確実化
　2.5　合成生物学が拓く非天然型(New‒to‒Nature)アルカロイドの創製
　　2.5.1　ハロゲン化アルカロイドの人工生合成
　　2.5.2　硫酸化修飾による体内動態の制御
　2.6　グローバルな産業化とサプライチェーン再構築の最前線
　　2.6.1　Antheia 社による商用供給網の確立
　2.7　結言
3　酒蔵発の天然素材『J-プレミアエキス31』について
　3.1　はじめに
　3.2　α-EGについて
　　3.2.1　α-EGが線維芽細胞の生育に与える影響
　　3.2.2　RT-qPCRを用いたα-EGの遺伝子発現に対する効果の検証
　　3.2.3　α-EGがNHDFのコラーゲン産生に与える効果
　3.3　コメ発酵液と酒粕エキスをブレンドしたJP31について
　　3.3.1　JP31の組成とNHDFの遺伝子発現およびコラーゲン・ヒアルロン酸産生に与える影響
　　3.3.2　JP31のヒト塗布試験による肌に与える影響
　3.4　おわりに
4　界面バイオプロセスによる天然香料の生産
　4.1　はじめに
　4.2　生体触媒を用いた天然香料の生産例
　4.3　界面ファーメンターによる6‒pentyl‒α‒pyrone(6PP)の生産
　4.4　界面バイオリアクターによるlimonene oxide(LIM‒Ox)の生産

第6章　発酵による新素材創出
1　発酵で作るバイオプラスチック
　1.1　生分解性プラスチック
　　1.1.1　ポリ乳酸(PLA)
　　1.1.2　ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)
　　1.1.3　ポリブチレンサクシネート(PBS)
　　1.1.4　ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)
　1.2　非生分解性プラスチック
　　1.2.1　バイオポリエチレン(Bio‒PE)
　　1.2.2　バイオポリプロピレン(Bio‒PP)
　　1.2.3　バイオポリエチレンテレフタレート(Bio‒PET)
　　1.2.4　バイオポリトリメチレンテレフタレート(Bio‒PTT)
　1.3　おわりに
2　PET分解・代謝細菌の代謝機構と応用
　2.1　はじめに
　2.2　PET加水分解経路
　2.3　TPA代謝
　2.4　EG代謝
　2.5　I. sakaiensisによるPETを発酵原料とするポリヒドロキシアルカン酸(PHA)の生産
3　微生物発酵を介したリグニンからのプラスチック生産
　3.1　はじめに
　3.2　植物細胞壁成分リグニンの構造とこれまでの利用技術
　3.3　微生物変換によるリグニンからの有価物生産
　3.4　PDCの大量生産技術と精製技術の開発
　3.5　PDC含有機能性材料の開発
　　3.5.1　PDC含有ポリウレタンの合成と金属接着性能
　　3.5.2　PDC含有ポリトリアゾールの合成と銅板接着性能
　3.6　新たなポリマー原料3CML生産系の開発
　　3.6.1　草本バイオマスのアルカリ処理物からの4S‒3CML生産
　　3.6.2　ラセミ体3CMLのOne‒Pot製造
　3.7　おわりに

第7章　発酵によるバイオガス生産
1　メタン発酵技術に関する近年の動向
　1.1　メタン発酵と微生物間の電子移動
　1.2　メタン発酵槽への導電性材料の添加による直接的異種間電子移動
　1.3　電圧印加技術によるメタン発酵の高効率化
　1.4　メタン発酵の運転と制御因子
2　野菜残渣を基盤基質とした食品バイオマスの嫌気性共発酵
　2.1　はじめに
　2.2　実験材料および方法
　　2.2.1　使用材料の特性
　　2.2.2　メタン発酵試験
　2.3　結果と考察
　　2.3.1　野菜単独での発酵性能
　　2.3.2　副基質添加によるエネルギー回収の強化
　　2.3.3　主基質の組成変化が与える影響
　　2.3.4　混合比率の最適化と化学量論的考察
　2.4　まとめ
3　乳酸によるバイオ燃料と化成品原料の同時生産
　3.1　はじめに
　3.2　従来の暗発酵における問題点:LABと乳酸の扱い
　3.3　ヒートショック処理不要な水素生産系の開発
　3.4　Megasphaera elsdenii:乳酸利用型水素生産菌(LU‒HPB)
　　3.4.1　乳酸を唯一炭素源とする水素生産
　　3.4.2　LABとの共培養による乳酸駆動型暗発酵
　3.5　未利用糖資源の活用:キシロース・セロビオースからの水素生産
　3.6　バイオ水素生産と有価化成品の同時生産
　3.7　Megasphaera属の迅速検出・同定技術の開発
　3.8　おわりに

第8章　精密発酵
1　精密発酵の産業株構築における課題と解決戦略―多様化と選抜の営みによる最適化手法
　1.1　はじめに
　1.2　精密発酵における演繹的設計の基本思想
　1.3　菌株開発における演繹的アプローチの限界とその要因
　1.4　帰納法的アプローチによる菌株開発手法について
　1.5　おわりに