【本書の特徴】

無尽蔵の遺伝子資源・微生物のかつてない可能性を探る決定版。「新規微生物の探索」・「遺伝子操作による能力向上」・「複合微生物系の利用」に注目し、環境分野、産業分野への新しい応用を目指す。従来の研究成果のみならず21世紀の微生物応用技術へのヒントとなる記事が満載。 
 

発刊にあたって

　18世紀の産業革命以来、科学技術の発展に呼応して次々と新しい産業が生まれてきました。とくに20世紀の主要産業は物理・化学を基盤としていましたが、それに加え、伝統的な微生物利用技術も生活に密着していました。さらにいわゆるバイオが表舞台に立ちだしたのは1973年の遺伝子工学誕生以来であるといえるでしょう。一方、20世紀後半からの世界人口の爆発的増加は人類の危機を感じさせるのに十分でした。国連の統計によれば、2000年には60億人に達し、2050年には90億人程度になるものと予想されています。さらに日本では少子化と高齢化という別の問題も浮上しています。21世紀の人類の主要課題である食糧、エネルギー、環境、医療のいずれの課題解決にもバイオテクノロジーが必要であることは論を待ちません。
　また21世紀は“循環”と“共生”を基本概念として世の中が推移していくと思われます。その中にあって物を作りだして生活していくためには、リサイクル可能な物を作り、新物質を合成したならばいかに循環系に導入するかを考えなければならないでしょう。また人口増加による食糧危機に対応するためにも有機質土壌を守っていく必要がありますが、このときも有効微生物の働きが最も重要になるでしょう。このように、各種生物と共生しながらその特殊能力をうまく利用することが、21世紀に求められているのです。
近年「ヒトゲノム解析と創薬」などが流行のようになっていますが、微生物の多様な能力には幅においても深さにおいても大いなるポテンシャルが秘められているのです。微生物に関する従来の知識・技術・実例だけでなく、21世紀に役立つ情報をまとめて「微生物利用の大展開」と題する著作を世に出したいと考えました。編集委員のご努力や各分野の専門家、研究者、実務者など多くの方々に貢献して頂きました。下読みをする段階から、大いなる迫力と最先端の切れ味を感じています。また付録として代謝マップ、系統樹、学名索引を加え、充実を図りました。読者の皆さんにもきっと満足してもらえる内容であろうと自負しています。 
 
2002年7月吉日　　監修者　今中　忠行 

 

書籍・DVDの内容

序 地球の歴史と生命の進化―地球の先住民は微生物である― 
水の惑星　地球の歴史と生物進化―徹生物は地球の先住民　地球に降り注ぐ太陽エネルギー　生物界におけるエネルギーと物質の流れ生物におけるエネルギー獲得系の進化　人類生存は微生物のおかげ　極限環境微生物　地下は極限環境微生物の宝庫　生物反応の無限の可能性　遺伝子工学，タンパク質工学からgenomics，proteomicsへ必要な社会の理解―マグロを食べてもマグロにならない


第1編　微生物学の基礎 
第1章　純粋培養微生物 
第1節 微生物の進化と分類 
 分子時計の概念の登場と微生物分類への応用 原核生物分類の新しい流れ　進化における環境因子の影響　微生物の進化史と人類の営み 
第2節 細菌(Bacteria) 
 細菌の定義　系統分類と多様性　分類各論 
第3節 始原菌(Archaea) 
 微生物の系統分類　姶原菌の構成 始原菌と細菌，真核生物との相違点 
第4節 真核微生物 
 菌類の分類体系と系統進化　下等菌類：主要な菌群と分類　酵母　高等菌類：分類と主要な菌群　藻類 
第5節 ウイルス 
 ウイルスの分類　主なウイルス 
 
第2章　極限環境微生物 
第1節 極限環境微生物の世界 
 極限環境微生物学の幕開け　極限環境下の微生物探査研究の将来 
第2節 好アルカリ性微生物 
 歴史的背景　分類学的視点　生理学的視点 
第3節 好酸性微生物 
 定義　分類と性質　好酸性微生物の培養　細胞内pHの調節機構　好酸性微生物の膜脂質　好酸性微生物の利用：バクテリアリーチング(バイオマイニング) 
第4節 好熱性微生物 
 好熱菌の分類と系統的位置づけ　ゲノム構造の特徴　核酸の安定化　タンパク質の安定化　代謝機構の特殊性 
第5節 好冷低温微生物 
 定義　生態　生育特性および生理　膜脂質　低温酵素　低温におけるタンパク合成 低温ショックタンパク貿　応用 
第6節 好塩性徴生物 
 好塩性徴生物の定義と分類　好塩性徴生物の浸透圧調節機構　好塩性徴生物の細胞表層構造 好塩性徴生物の膜機能とエネルギー転換系　高度好塩性始原菌研究の進展 
第7節 好圧性徴生物 
 好庄性徴生物の定義とその分離および分類　好庄性徴生物の高圧下における遺伝子発現機構：加圧応答の分子生物学 
第8節 絶対嫌気性微生物 
 絶対嫌気性微生物の生理生化学　絶対嫌気性微生物の生態　絶対嫌気性微生物の系統と分類　絶対嫌気性微生物の保存法 
第9節 疎水性溶媒耐性微生物一溶媒耐性機構と溶媒重層発酵 
 微生物に対する有機溶媒の生育阻害効果　大腸菌に対する有機溶媒の生育阻害作用　大腸菌の溶媒耐性向上　変異株の構築　大腸菌の有機溶媒耐性機構　グラム陰性細菌の溶媒耐性向上の戦略　有機溶媒存在下における微生物による変換反応 
第10節 地殻内微生物そして地球外微生物探査へ 
 地殻内微生物とは　地下微生物研究の歴史　地下微生物圏の潜在生物量　陸域における地殻内微生物　海底下微生物圏と熱水孔下微生物圏　地殻内微生物研究から地球外惑星生命探査へ 
 
第3章　複合微生物系 
第1節 細胞間相互作用の重要性 
 複合微生物開発の意義　バイオフィルム：微生物たちの街 
第2節 分子遺伝学組織化学的解析技術 
 分子，細胞，群集レベルの検出法　ハイブリダイゼーションの条件設定　FISH－DC法 環境試料へのFISH-DC法の適用　相対分子定量法　その他 
第3節 分離・培養化技術 
 分離技術　培養技術　歯学的性質の検討 
第4節 機能解析・システム化技術 
 複合微生物からの有用機能物質探索　複合微生物探索と機能解析の自動化：ロボット技術開発とHTS　生理活性物質探索事例 
第5節 微生物－微生物複合系利用技術 
 機能性物質生産　合成高分子分解 
第6節 シロアリの共生微生物とその利用―バイオマスリサイクルを支えるシロアリ－微生物複合系 
 昆虫と微生物　シロアリの微生物消化共生系　セルロース分解　リグニン分解　H2処理微生物　消化管外共生微生物の利用　シロアリ－微生物複合系研究の展望 
第7節 植物－微生物複合生物系 
 根粒菌　アブラヤシと微生物 
第8節 微生物－ヒト複合系利用技術－プロバイオティクスとプレバイオティクス 
 腸内フローラ研究の歴史　腸内フローラの構造　腸内フローラの機能：プロバイオティクス(Probiotics)　プロパイオティクスの臨床応用 
第9節 ヒト複合微生物利用技術－ヒトと腸内織菌叢の共生 
 ヒト腸内細菌叢　腸内細菌叢の研究手法　腸内細菌連続培養装置　複合微生物系「腸内細菌叢」利用の今後 
 
第4章　VBNC(viable but nonculturable)と遺伝子資源の利用 
第1節 VBNC概念の背景 
 二つのVBNC　地球上には莫大な数の細菌がいる　どのような細菌が培養不可能か　 
 環境ストレスと培養不可能性　いくつかの問題点 
第2節 微生物ゲノムのfunctional genomics 
 歴史的に見た遺伝子資源としての微生物 functional genomics functional genomicsの実際　発現プロファイリングの機能ゲノム科学への利用　古典的な方法の応用　今後の展開 
第3節 新規微生物・遺伝子資源の探索 
 微生物の生育環境の多様性　純粋培養の可能な微生物の探索　ゲノム情報に基づく遺伝子資源の探索　環境試料中からの遺伝子資源の探索　遺伝資源の利権について 
 
第5章　微生物の代謝 
第1節 微生物代謝の概要 
 微生物の代謝形態による分類　従属栄養と独立栄養の代謝経路の違い　エネルギー獲得形式　無機化合物の酸化によるエネルギー獲得　光合成によるエネルギー獲得　資化経路　各代謝形態の代謝の概要　微生物代謝の多様性 
第2節 糖質の代謝 
 多糖の分解　解糖系　ペントスリン酸回路　Entner-Doudoroff経路　TCA回路　TCA回路中問体の補充　反応　グリオキシル酸回路　アルコール発酵　乳酸発酵　解糖系に関連する代謝経路　さまざまな糖の代謝 
第3節 石油成分の分解 
 好気約分解　嫌気約分解　石油分解微生物コンソーシア利用における課題 
第4節 C1化合物の代謝 
 メチロトローフの種類　Cl化合物の代謝　酵母の細胞構造とメタノール代謝との関係　メチロトローフ代謝の応用 
第5節 光合成 
 光合成電子伝達系　光化学系と光合成微生物の進化　光合成微生物の利用 
第6節 嫌気的代謝 
 発酵的代謝　呼吸的代謝　今後の(大)展開 
第7節 メタン生成菌のエネルギー代謝 
 嫌気生態系におけるメタン生成　メタン生成酵素系の概要　水素ガスと炭酸ガスからのメタン生成　酢酸からのメタン生成　C1化合物からのメタン生成　メチル補酵素M還元酵素によるメタン発生機構 
第8節 新しい生理活性物質探査源としての未開拓粘液細菌の探索 
 粘液細菌の生物学的および分類学的特性　粘液細菌の作る2次代謝産物　粘液細菌の生態　新しい微生物資源としての“海洋性”粘液細菌　将来展望 
 
　 
特別座談会　将来の大展開に向けて―第一編 
 
 
 
第2編　微生物の操作法

第1章　観察法 
第1節 顕微鏡による観察 
 光学顕微鏡　実体顕微鏡・光学顕微鏡による糸状菌の観察　蛍光顕微鏡[蛍光顕微鏡による細菌観察法　in situハイブリダイゼーション法　蛍光顕微鏡を用いた酵母菌の観察]　レーザ顕微鏡等特殊光学顕微鏡　電子 
 顕微鏡による観察　走査プロープ顕微鏡 
第2節 高圧顕微鏡の開発と実用 
 微生物・細胞　超臨界水中での生体物質の観察を目的とした高温・高圧顕微鏡の開発 
 

第2章　遺伝子発現法 
第1節 細菌 
 大腸菌　枯草菌 
第2節 酵母 
 sacharomyces cerevisiae　メタノール資化性酵母による異種遺伝子発現 
第3節 糸状菌 
 形質転換法　宿主ベクター系　糸状菌の形質転換の特徴　遺伝子破壊　糸状菌による物質生産 
 
　 
第3章　伝子解析法 
第1節 突然変異誘発法 
 物理的変異処理および化学的変異処理による突然変異誘発　トランスポゾンを用いた突然変異誘発　相同組換えを利用した位置特異的変異　ゲノムへの大規模欠失の導入　変異株の選択 
第2節 遺伝子マッピング 
 遺伝学約手法を用いた遺伝子マッピング　物理地図の作成　全ゲノム解析 
第3節 遺伝子クローニング 
 宿主とベクター　遺伝子クローニングの方法　cDNAのクローニング法 
第4節 DNAの塩基配列決定法 
 プラス‐マイナス法　Maxam-Gilbert法　ジヂオキシ法　耐熱性DNAポリメラーゼと蛍光標識を用いた塩基配列決定法　おわりに：微生物のゲノム解析 
第5節 PCR法 
 開発の背景　具体的な手法　DNAポリメラーゼ　長鎖PCR　ホットｽﾀｰﾄPCR　RT－PCR　Competitive PCR　Real time PCR　PCR技術のこれから 
第6節 LCR法―原理と方法論 
 LCRに用いられる耐熱性DNAリガーゼ　さまざまなLCR法　遺伝病に関する遺伝子の変異 
第7節 遺伝子の人為的改変 
 人為的改変の目的と方法の概略　部位特異的変異法　ランダムに変異を導入する方法 
第8節 形質転換法 
 形質転換の発見　さまざまな形質転換法　コンビテント細胞による形質転換法の具体例　エレクトロポレーションによる形転　換法の具体例　接合伝達による形質転換法の具体例 
第9節 環境微生物の群集構造解析 
 環境微生物の系続分類の歴史　環境微生物の評価法　分子生物学的手法による環境微生物評価の問題点と今後の展望 
 
　 
第4章　生物の培養法 
第1節 培養の基本操作と培養装置 
 基本培養操作　工業生産の培養装置と操作法　通気撹拌培養の理論と実際 
第2節 培養プロセスの様式と制御 
 微生物の生育速度論と数式モデル　回分培養，流加培養，連続培養　計測技術　培養プロセスの制御 
第3節 個別培養方法の特徴と実際 
 高粘度培養　固体培養　嫌気培養　透析培養　混合培養の実際(その1)：活性汚泥法　混合培養の実際(その2)：有用物質の生産　高圧培養 
 
　 
特別座談会　将来の大展開に向けて―第2編 
　 
 　 



第3編　微生物の応用技術

第1章　統的バイオテクノロジー 
 第1節 酒顆の製造 
 ビール　ワイン醸造における微生物の関与　日本酒(清酒)　焼酎　 
第2節 調味料の製造 
 味噌　醤油　食酢 
第3節 発酵乳製品 
 チーズの微生物　ヨーグルトの微生物 
第4節 納豆菌のバイオテクノロジー 
 はじめに：納豆と納豆菌　納豆菌の形質転換遺伝子　ポリグルタミン酸(PGA)生産遺伝子　納豆菌・枯草菌のクォーラムセンシング遺伝子の多型　まとめと展望 
第5節 パンの製造 
 パンの種類　主要原料　製パン法 
 

第2章　謝制御発酵―アミノ酸，核酸，抗生物質生産，メタボリックエンジニアリング 
第1節 代謝制御発酵とは 
 代謝制御のスタイル　代謝制御と発酵生産 
第2節 アミノ酸 
 アミノ酸の用途　アミノ酸の生産量　アミノ酸の製法　発酵法と酵素法によるアミノ酸生産技術の進歩 
第3節 核酸―うま味ヌクレオチド 
 歴史的な酵素分解法　発酵法によるグアノシンの生産と化学的リン酸化　発酵法によるイノシンの生産と化学的リン酸化　IMP発酵　ⅩMP発酵とⅩMPのGMPへの酵素的変換　イノシン発酵と酵素的リン酸化　最近の研究 
第4節 抗生物質 
 抗生物質の現状と将来　新抗生物質創薬のための新母核探索　抗生物質の生合成と代謝制御 
第5節 メタボリックエンジニアリング 
 メタボリックエンジニアリングの源流　メタボリックエンジニアリングにおける手法の進歩　メタボリックエンジニアリングの応用例　メタポリックエンジニアリングの今後の進展 
 
　 
第3章　伝子組換え体を用いた新機能の導入 
第1節 医薬分野 
 組換えヒト成長ホルモンの製造　インターロイキン-2および-6( IL-2，-6)の大腸菌での発現生産　エリスロポエチン　組換えヒトインスリンの製造　遺伝子改変ヒトG-CSF　トロンポポエテン　遺伝子組換えヒト血清アルブミン 
第2節 食品分野 
 チーズ産業におけるムコールレンニンとウシキモシン　トランスグルタミナーゼ 
第3節 その他の分野 
 酵素：診断薬　EGF：羊採毛 
 
　 
 　   
　 


第4編　微生物の生体成分利用

第1章　体触媒の利用 
第1節 微生物酵素 
 工業用酵素：洗剤　工業用酵素：デンプン加工　工業用酵素：その他　物質生産のための生体触媒の探索と開発 
第2節 その他の生体触媒 
 高効率リボザイム発現系の開発　抗体触媒 
 
　 
第2章　能性生体成分の利用 
第1節 脂質 
 イコサポリエン酸の生産　ドコサポリエン酸の生産 
第2節 ビタミン 
 ビタミン(リボフラビン)　ビタミン　ビタミンC(アスコルビン酸)　β-カロチン　ビオテン(ビタミンH)　ビタミン(メナキノン-n)　ビタミン　ビタミンE 
第3節 バイオサーファクタント 
 バイオサーファクタント生産菌の分離　バイオサーファクタントの生産と精製　分類 
第4節 生分解性プラスチックとしての微生物ポリエステル 
 ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)　組換え微生物によるPHA生産　からのPHA生産　PHAの工業生産と今後の展望 
第5節 バイオポリマー―エキソポリサッカライド 
 β-グルカン　過ヨウ素酸酸化による酵素の安定化 
 
　 
第3章　析法 
第1節 遺伝子分析法 
 環境中の微生物モニタリング　遺伝子診断法　LCR法による変異の検出　DNAチップ(マイクロアレイ)の利用による遺伝子発現の解析 
第2節 酵素を用いる生体成分分析と診断薬としての利用―酵素的測定法 
 酵素的測定法の歴史　診断薬における酵素的測定法の普及　酵素的測定法の原理　酵素的測定法の新展開 
第3節 バイオセンサ 
 酵素電気化学センサ　微生物センサ　水晶振動子バイオセンサ　DNAセンサ，DNAチップ 

特別座談会　将来の大展開に向けて―第4編
 
　 
  

第5章　微生物の生体成分利用

第1章　生物による炭酸固定 
第1節 炭酸固定経路 
 生物的炭酸固定系の種類　還元的TCA回路　メタン生成菌の炭酸固定　酢酸生成細菌のアセチルCoA経路　3-ヒドロキシプロピオン酸回路　超好熟始原菌由来のRubisco 
第2節 光合成細菌(ラン藻も含む) 
 光合成原核生物の多様性　光合成原核生物の炭酸固定反応　光合成微生物の生育環境と無機炭素の化学状態　光合成微生物における無機炭素の濃縮機構　光従属栄養下における還元的ベント―スリン酸サイクル　固定微生物利用技術の現状と課題　紅色非硫黄細菌を利用したに関するゼロエミッションシステムの可能性　固定産物の利用 
策3節 化学合成独立栄養微生物 
 化学合成独立栄養微生物における炭酸固定　今後の大展開 
策4節 微生物による新規炭酸固定反応 
 嫌気性ルーメン細菌による固定　嫌気発酵における固定　脱炭酸酵素の逆反応を利用した固定　好気性コリネ型細菌による嫌気条件下での固定 
 
　 
第2章　イオエネルギーの生産 
第1節 バイオマスの利用 
 バイオマスからのアルコールの生産　原料の前処理とリグニンの分解　リグニン分解菌およびリグニン分解酵素の利用　担子菌の分子育種 
第2節 生物的水素生産 
 はじめに：優れた環境調和性　水素生産能を有する微生物　ニトロゲナーゼとヒドロゲナーゼ　ラン藻類　緑藻のヒドロゲナーゼ系を用いた水素生産　光合成細菌　光バイオリアクター　非光合成微生物による嫌気的水素発酵 
第3節 生物的メタン生産 
 メタン発酵技術の概要　メタン発酵法の原理と特徴　メタン発酵汚泥中のメタン生成菌　高速メタン発酵法　固体有機廃棄物の高速メタン発酵技術の進展 
第4節 生物的石油生産 
 生物における炭化水素の役割　緑藻類によるアルケンの生成　石油を嫌気的(微好気的)に分解する細菌　石油菌の特殊な石油代謝経路　石油菌による石油生産　石油菌の炭化水素合成経路　石油は今でも微生物により作られつづけているか 
第5節 複合酵素反応によるATPの生産 
 ATP生産プロセス概観　C.ammoniagenesを用いるATP生産プロセス　ATP生産プロセスの改善 
第6節 静止菌体のATP再生活性を利用した物質生産法 
 バイオ法による物質生産の利点と限界　実用的なATP再生系　大腸菌の静止菌体化　異菌体間共役反応法　自己共役反応法によるグルタチオン生産法 
 
第3章　リーンテクノロジー―廃棄物処理，ゼロエミッション，リサイクル 
第1節 世界の動向，日本の動向 
 工業の持続可能性：達成可能な目標　バイオテクノロジーの利用への障害 
第2節 ボトルネックとポテンシャル 
 課題とポテンシャル　メーカーはなぜバイオテクノロジーに注目するのか　ある企業の環境報告への取組み 
第3節 LCAとグリーンテクノロジー 
 LCAの一般的な手順　LCAにおける環境影響の統合評価　LCAとグリーンテクノロジー 
第4節 ケーススタディ 
 グリーンプロダクト　ゼロエミッションネットワークとグリーンテクノロジー 
第5節 R＆Dとオポチュニティー 
 応用研究と実証プロジェクト　新規生物触媒の探索　バイオテクノロジー研究の新しい方向 
 
　 
特別座談会将来の大展開に向けて―第5編