• 口絵写真
• 系統樹
• 代謝マップ
• 監修序文 発刊にあたって
• 執筆者一覧
• 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1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. 遺伝子解析法
  • 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. 微生物の培養法
  • 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. 伝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. 代謝制御発酵 ― 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. 遺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章. 環境浄化
  • 第1節. バイオレメディエーション技術
    • バイオレメディエーション技術の現状
    • バイオレメディエーション技術のプロセス
    • バイオレメディエーション技術の種類
    • 米国におけるバイオレメディエーション
    • 塩素化脂肪族炭化水素で汚染した土壌・地下水浄化のためのバイオレメディエーション技術の開発
    • バイオレメディエーション技術の最近の動向
  • 第2節. 排水中の有機物,BOD除去
    • 有機物の好気性微生物処理
    • 有機物の嫌気性微生物処理
    • 好気性微生物処理における余剰汚泥生成の抑制
  • 第3節. 活性汚泥微生物による下水からのリン回収技術
    • 生物学的脱リン法
    • 活性汚泥微生物が蓄積するポリリン酸
    • 余剰汚泥からのリン回収技術
    • パイロットプラントによる実証試験
  • 第4節. 排水の窒素除去とN2O抑止
    • 窒素サイクルと温室ガス
    • 活性汚泥微生物が蓄積するポリリン酸
    • 微生物の新規窒素呼吸系
    • N2O発生抑止型水処理技術開発のために
  • 第5節. 重金属の除去
    • 水銀
    • 六価クロムの微生物処理
  • 第6節. 揮発性有機塩素化合物の分解・除去
    • TCE,PCE
    • PCB
    • ダイオキシン
  • 第7節. 微生物による石油汚染の浄化
    • 石油を構成する成分と分析
    • 石油を分解する微生物
    • 流出石油のたどる運命
    • 流出油のバイオレメデイエーション
  • 第8節. その他の有害汚染物質の分解除去
    • 内分泌かく乱物質の微生物分解
    • 農薬の微生物分解
    • 合成高分子
    • 悪臭物質
    • 排ガス中の窒素酸化物の除去
  • 第9節. 有害微生物の除去
    • 赤潮の予防と駆除
    • アオコ
  • 第10節. バイオエコモニタリンク
    • 環境分析技術の現状
    • 生体機能の応用可能性と研究開発課題
    • 生体への影響評価
• 第5章. 副産物,廃棄物の有効利用
  • 第1節. 酒かす類の利用
  • 第2節. ビール酵母の利用 ― 乾燥酵母・酵母エキス
    • ビール酵母について
    • 乾燥ビール酵母
    • 酵母エキスへの利用
  • 第3節. アミノ酸製造廃液の有効利用
    • グルタミン酸発酵工業の廃液および副生物の排出量
    • 高濃度廃液(母液)の肥料化
    • 高濃度廃液(母液)の家畜飼料化
    • 高濃度廃液(母液)の水産養殖餌料化
  • 第4節. 酵素固体培養廃棄物の利用 ― 廃ふすまの肥料化
    • 微生物酵素の工業的生産
    • 酵素固体培養法によって生じる廃棄物
    • 酵素固体培養廃棄物の削減とリサイクル化
  • 特別座談会
    • 将来の大展開に向けて ― 第3編

第4編. 微生物の生体成分利用

• 第1章. 生体触媒の利用
  • 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. 機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B2(リボフラビン)
    • ビタミンB12
    • 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K2(メナキノン-n)
    • ビタミンB6
    • 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
    • CO2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. 分析法
  • 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編. 微生物の将来展望

• 第1章. 微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
    • CO2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CO2に関するゼロエミッションシステムの可能性
    • CO2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CO2固定
    • 嫌気発酵におけるCO2固定
    • 脱炭酸酵素の逆反応を利用したCO2固定
    • 好気性コリネ型細菌による嫌気条件下でのCO2固定
• 第2章. バ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. グ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

• 本ハンドブックの結びに代えて
• 微生物利用の未来展望「ヒトよりすごい微生物遺伝子」
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