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難培養微生物研究の最新技術V    
―微生物の生き様に迫り課題解決へ―
Current Technology and Innovation with Microbes in Nature
[コードNo.2015T979]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 大熊盛也、野田悟子
■体裁/ B5判 261ページ
■発行/ 2015年8月7日 (株)シーエムシー出版
■定価/ 71,280円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-1081-7

 
★ 2004年、2010年に続く大好評「難培養微生物研究」シリーズの第3弾!
★ ゲノム解析技術が広まり、細胞ひとつひとつの役割解明や相互作用への理解が進む!
★ 環境・エネルギー問題や食糧問題を解決する鍵を微生物が握る!

キーワード

微生物ゲノム / メタゲノム / 次世代シーケンサー / シングルセル解析 / 腸内細菌 / 共生細菌 / 微生物相互作用 / 深海底微生物 / 金属腐食 / CO2貯留 / メタン産生

刊行にあたって

栄養源を含有する培地で微生物を純粋培養するというパスツールやコッホ以来の伝統的な分離・培養に基づく手法では扱うことが難しい、いわゆる難培養微生物が認識されるようになってから今日までに、自然環境中の微生物の研究は大きく進展しました。2004年発刊の「難培養微生物研究の最新技術」では、環境中に存在する未知の難培養微生物を実際にどのように研究するのかという技術を中心に、その多様性解析や群集構造のモニタリング手法等について著名な先生方に執筆いただきました。解説いただいた内容は、今では大学の学生実習にも取り上げられる汎用的な技術として普及しています。その後、さまざまな環境の微生物多様性が明らかにされ、多様な微生物の機能を解明するための新しい研究技術が報告されてきました。2010年発刊の「難培養微生物研究の最新技術II」では、次世代シーケンサーによる大規模なゲノム配列情報の解析技術の進展に伴い盛んとなった、難培養微生物群集のゲノムや転写産物をまるごと解析するというメタゲノム・トランスクリプトーム等の研究技術とその成果、難培養微生物の資源化への取り組み等を解説いただきました。御陰様で、両書とも好評を博し、多くの研究者の方に手にとっていただきました。

最近では、生命現象を1細胞単位で調べるシングルセル解析が可能になりつつあり、純粋培養した同一種の集団内でも個々の細胞の遺伝子発現が不均一であることや、同じ環境に生息する同一種でも細胞ごとに遺伝的なバリエーションが存在することが報告されてきています。難培養微生物研究の基盤となる技術は、さまざまな微生物生態系や多様な微生物に適用され、系全体を対象とするメタ解析や大規模なゲノム情報の解析のみならず、生態系を構成する個々の微生物の機能や役割をも複合的に理解する研究が進展して、まさに環境中の微生物の生き様を解き明かすことに役立っています。これにより、微生物群集における微生物間の相互作用や宿主との関係を解明する共生、非生物である環境との相互作用と環境への影響、地球温暖化やエネルギー・環境保全・食糧といったわれわれ人類が抱える課題の解決をめざした研究などに目覚ましい成果が次々と報告されています。難培養微生物を、培養を介さずに研究するという視点だけでなく、培養できる微生物やモデル微生物を用いた研究による新しい知見や詳細な機構に基づいて自然界の微生物の生態・生き様を理解するという方法論も研究の進展に重要な原動力になっています。前回の発刊から5年が経過し、「難培養微生物研究の最新技術」の書名は残しつつも、難培養にとらわれることなく微生物が関連する生態、共生、環境についての研究と課題解決のためのアプローチについて、進展著しいこれらの研究分野において最先端でご活躍の先生に研究成果や今後の展望をご紹介いただきたく本書を企画いたしました。

大熊盛也、野田悟子
(本書「はじめに」より)

著者一覧

大熊盛也理化学研究所
野田悟子山梨大学
大島健志朗東京大学
須田亙慶應義塾大学
服部正平早稲田大学
森宙史東京工業大学
東光一東京工業大学
山田拓司東京工業大学
黒川顕東京工業大学
関口勇地産業技術総合研究所
Dieter M. Tourlousse産業技術総合研究所
雪真弘理化学研究所
石井俊一海洋研究開発機構
久我ゆかり広島大学
大野博司理化学研究所
坂本光央理化学研究所
中鉢淳豊橋技術科学大学
伊藤英臣産業技術総合研究所
菊池義智産業技術総合研究所
遠藤力也理化学研究所
太田寛行茨城大学
佐藤嘉則国立文化財機構
西澤智康茨城大学
浅井秀太理化学研究所
白須賢理化学研究所
井口博之京都学園大学
由里本博也京都大学
阪井康能京都大学
中川聡京都大学
加藤創一郎産業技術総合研究所
加藤真悟University of Delaware
飯野隆夫理化学研究所
天知誠吾千葉大学
山村茂樹国立環境研究所
吉田奈央子名古屋工業大学
新谷政己静岡大学
按田瑞恵東北大学
南澤究東北大学
木暮一啓東京大学
眞弓大介産業技術総合研究所
鎌形洋一産業技術総合研究所
木村浩之静岡大学
鈴木志野海洋研究開発機構

目 次

【第1編 基盤技術・情報の進展】
第1章微生物ゲノム研究の動向 (大島健志朗 / 須田亙 / 服部正平)
1はじめに―次世代シークエンサーの進歩
2個別ゲノム解析
3パンゲノム解析
4メタゲノム解析
5シングルセル解析
6おわりに
第2章微生物統合データベースによる微生物と環境の研究への貢献 (森宙史 / 東光一 / 山田拓司 / 黒川顕)
1微生物群集研究におけるメタ16S・メタゲノム解析の重要性
2公共のメタ16S・メタゲノムデータの問題点
3微生物統合DB: MicrobeDB.jpの概要
3.1さまざまな情報を統合する上でのSemantic Web技術の有用性
3.2オントロジーを用いたメタデータの統一的な記述
3.3メタ16S・メタゲノムデータの統一的なプロトコルを用いた解析
3.4知識発見を可能とする各種解析Stanza
4微生物統合DBの今後と微生物群集研究の将来
第3章メタゲノム情報からの難培養微生物ポピュレーションゲノムの抽出・再構築技術 (関口勇地 / Dieter M. Tourlousse)
1はじめに
2難培養微生物のゲノム情報にアクセスする情報生物学技術―ゲノムビニング―
3Differential coverage binning法
3.1複数試料からのメタゲノム情報の取得
3.2メタゲノム情報のco-assembly
3.3各試料由来のメタゲノムリードをco-assemblyにマッピング
3.4試料間でのゲノム断片の重複解読率の違い(differential coverage)を主な指標としたゲノム断片のビニング
3.5得られたポピュレーションゲノムのfinishing
4ビニングされたゲノムの品質管理
5Differential coverage binning法の応用例
第4章シングルセルゲノム解析技術の現状と展望 (雪真弘 / 大熊盛也)
1はじめに
2微生物1細胞単離方法
2.1マイクロマニピュレーションによる単離
2.2マイクロ流路デバイスによる単離
2.3セルソーターによる単離
3全ゲノム増幅
3.1溶菌
3.2全ゲノム増幅方法
4シングルセルゲノム増幅産物の選択
5次世代シーケンサーによるゲノム解析
5.1次世代シーケンサー用ライブラリー作製
5.2アセンブル
5.3ゲノム配列の確認
5.4ゲノムカバー率
6シングルセルゲノム解析の実際―シロアリ腸内細菌を例に―
6.1シロアリ腸内共生系
6.2実験を始める前の準備
6.3シングルセルソーティングためのシロアリ腸内細菌の調製
6.4セルソーターによる1細胞ソーティング
6.5全ゲノム増幅、シングルセル増幅産物の選択
6.6原生生物細胞表面共生細菌Candidatus Symbiothrix dinenymphaeのシングルセルゲノム解析
6.7原生生物細胞内共生細菌Candidatus Treponema intracellularisのシングルセルゲノム解析
7シングルセルゲノム解析の今後
第5章難培養微生物の機能解析研究の進展 (野田悟子)
1はじめに
2発現遺伝子を解析する
2.1遺伝子の発現量を調べる
2.2発現遺伝子の網羅的解析
3利用できる基質から機能に迫る
3.1安定同位体プロービング(SIP)法
3.2二次イオン質量分析法
3.3microautoradiography法
4まとめ
第6章メタオミクス解析による微生物群集代謝ネットワーク解析 (石井俊一)
1はじめに
2微生物群集内の代謝ネットワーク構築
2.1酢酸によるBiostimulationサイト
2.2バイオリアクター(テレフタル酸分解メタン発酵槽)
3刺激応答性転写解析による代謝ネットワーク構築
3.1電気産生微生物群集の刺激応答性転写解析
3.2電気産生微生物群集の代謝ネットワークの構築
4今後の展望
第7章二次イオン質量分析法による同位体の高分解能イメージング解析―微生物学研究での利用― (久我ゆかり)
1はじめに
2共生微生物学研究における安定同位体トレーサー局所解析
2.1菌根共生における炭素および窒素の輸送解析
2.2海洋生物学における共生解析
3環境試料におけるin situ微生物同定と機能解析
4おわりに
【第2編 共生微生物の機能と応用】
第8章腸内細菌が産生する短鎖脂肪酸と宿主免疫・生体防御 (大野博司)
1はじめに
2短鎖脂肪酸
3酢酸によるマウスの腸管出血性大腸菌O157感染死予防
4酪酸によるマウス大腸制御性T細胞の分化促進
5酪酸によるエピゲノム修飾を介した大腸マクロファージの機能制御
6短鎖脂肪酸をリガンドとして認識するGタンパク質共役受容体による免疫制御
7おわりに
第9章口腔内環境と微生物 (坂本光央)
1はじめに
2口腔内の微生物群集構造解析
3難培養微生物の資源化
4おわりに
第10章農業害虫の生存を支えるオルガネラ様共生細菌 (中鉢淳)
1はじめに
2半翅目昆虫の菌細胞内共生系
2.1変化し続ける菌細胞内共生系
2.2腹吻亜目の菌細胞内共生細菌
2.3頸吻亜目の菌細胞内共生細菌
2.4鞘吻亜目の菌細胞内共生細菌
2.5異翅亜目の菌細胞内共生細菌
3菌細胞内共生系と遺伝子水平転移
3.1菌細胞内必須共生細菌のゲノムは縮小している
3.2アブラムシは、細菌から遺伝子を獲得し、菌細胞で転写している
3.3動物界の新規オルガネラ進化?
3.4細菌から獲得された遺伝子群は、吸汁性農業害虫の菌細胞内共生系を支える
4初めて見つかった「オルガネラ様防衛共生体」
5おわりに
第11章昆虫に新機能を賦与する微生物 (伊藤英臣 / 菊池義智)
1昆虫と共生微生物
2昆虫共生微生物は難培養微生物
3ホソヘリカメムシの腸内共生系―「昆虫共生微生物=難培養微生物」の固定観念を打ち破る内部共生研究の新たなモデル系―
4共生微生物が宿主昆虫に賦与する新機能:殺虫剤抵抗性
5カメムシは土壌中のわずかな分解菌を選択的に獲得する
6おわりに
第12章昆虫と酵母の共生 (遠藤力也)
1はじめに
2難培養性の酵母
2.1Coccidiascus legari
2.2Helicogonium属菌およびPhialoascus borealis
2.3Pneumocystis属菌
3酵母のハビタットとしての昆虫
3.1昆虫のマイセトームに含まれる酵母
3.1.1Symbiotaphrina属菌
3.1.2Candida rhagii、Scheffersomyces shehatae
3.2昆虫の脂肪体に含まれる酵母
3.3甲虫に随伴する酵母
4スクリーニング用微生物資源としての酵母
4.1バイオエタノール産生
4.2バイオディーゼル産生
5今後の課題・展望
5.1NGSデータと微生物研究
5.2昆虫に随伴する酵母研究の加速
5.3公的菌株保存機関の役割
第13章糸状菌の細胞に内生する細菌 (太田寛行 / 佐藤嘉則 / 西澤智康)
1はじめに
2内生細菌の検出方法
2.1糸状菌の分離と純化
2.2エンドトキシン定量による内生細菌の検出
2.3蛍光顕微鏡および透過電子顕微鏡による内生細菌の観察
2.4PCR法による内生細菌の検出
3糸状菌に内生する細菌の系統
4内生細菌Burkholderia rhizoxinicaと植物病原性
5土壌における糸状菌と内生細菌:Mycophilus cysteinexigensをめぐって
5.1糸状菌M. elongataの内生細菌の発見
5.2糸状菌-細菌共生系の機能を探る
6おわりに
第14章植物と病原微生物の相互作用と作物保護 (浅井秀太 / 白須賢)
1はじめに
2病原微生物由来分子パターン誘導免疫(PAMP-triggered immunity、PTI)
3エフェクター誘導免疫(effector-triggered immunity、ETI)
4病原微生物エフェクター
5作物保護に向けて
第15章C1微生物と植物の共生 (井口博之 / 由里本博也 / 阪井康能)
1はじめに
2C1微生物とは
3C1微生物の培養と単離
4分子マーカーを用いたC1微生物の検出
5植物上に生息するメタノール資化性細菌
6植物上に生息するメタン酸化細菌
7おわりに
第16章深海生物の微生物共生 (中川聡)
1はじめに
2深海微生物の有用機能
3地球を食べる生態系とは
4深海底熱水活動域に生息する大型生物と共生微生物
5Epsilonproteobacteriaの共生系
6Gammaproteobacteriaの共生系
7おわりに
第17章微生物間の電子移動に基づく共生 (加藤創一郎)
1はじめに
2栄養共生:電子移動に基づく微生物間共生
3低分子化合物の拡散輸送に基づく栄養共生
4直接接触による物質授受に基づく栄養共生
5導電体を流れる電流に基づく栄養共生
6おわりに
【第3編 微生物と環境の研究】
第18章鉄酸化細菌研究の現状と展望 (加藤真悟)
1はじめに
2鉄酸化細菌の多様性
3鉄酸化細菌の生理生態
3.1性状
3.2細胞外構造体
3.3鉄酸化細菌のゲノム
3.4鉄酸化細菌の分布
3.5鉄酸化細菌の培養方法
4今後の展望
第19章微生物腐食:微生物による金属腐食 (飯野隆夫)
1はじめに
2微生物腐食の発生機構
2.1カソード復極説
2.2バイオフィルムによる酸素濃淡電池の形成
2.3微生物による酸生成
3代表的な金属腐食微生物
3.1硫酸塩還元細菌
3.2メタン生成アーキア(メタン菌)
3.3鉄酸化細菌
3.4その他の細菌
4微生物腐食の分析方法
4.1鉄腐食試験
4.2溶出鉄イオンの定量法
4.3電気化学測定法
4.4顕微鏡観察
4.5X線解析・元素分析
5おわりに
第20章微生物の細胞外電子伝達と汚染浄化 (天知誠吾 / 山村茂樹)
1金属類による土壌汚染
2金属類のバイオレメディエーション
3ヒ素による環境汚染
4微生物によるヒ素還元
5ヒ素の還元は細胞外電子伝達か?
6DARBのヒ素代謝オペロン
7DARBによるヒ素のバイオリーチング
8おわりに
第21章有機塩素化合物の還元的脱ハロゲン呼吸細菌の研究と浄化利用の動向 (吉田奈央子)
1はじめに
2脱ハロゲン化呼吸細菌とは
2.1脱ハロゲン化呼吸
2.2脱ハロゲン化呼吸細菌の系統学的分布
2.3脱ハロゲン化酵素の遺伝子群の構造と系統学的多様性
3脱ハロゲン化呼吸細菌の培養、細胞内分子機構研究および解析技術の動向
3.1脱ハロゲン化呼吸細菌の集積および分離方法
3.2脱ハロゲン化呼吸細菌の機構解析研究の動向
4脱ハロゲン化呼吸細菌を用いた有機ハロゲン汚染浄化の現状と課題
5おわりに
第22章環境中における可動性遺伝因子の動態解析 (新谷政己)
1はじめに
2可動性遺伝因子とは
3可動性遺伝因子の検出と探索
4環境中における可動性遺伝因子の動態解析
5おわりに
第23章植物に生息する環境応答微生物の特定と分離 (按田瑞恵 / 南澤究)
1はじめに
2水稲根の細菌群集構造変化
3イネの共生遺伝子と窒素固定
4水稲根マイクロビオームの生態学と鍵微生物の分離
5ダイズの根粒着生変異体の微生物群集構造解析
6ダイズの根粒着生変異に応答する微生物の分離
7ダイズ根粒着生変異に応答する微生物の分離の“現場”
7.1鍵微生物の情報収集:Aureimonas属細菌は分離培養可能か?
7.2鍵微生物の取得:基準株か環境分離株か?
7.3培養条件の選択
8おわりに
第24章海洋細菌の新しい光エネルギー利用機構:ロドプシン (木暮一啓)
1はじめに
2エネルギー形成機構とは?
3ロドプシンとは?
4プロテオロドプシンの発見
5PRを保持する培養株への光の影響
6培養株での知見―発現解析とH+の排出速度の実測
7Na+およびCl-を輸送するロドプシンの発見
8おわりに
第25章二酸化炭素地中貯留と地下微生物生態系への影響 (眞弓大介 / 鎌形洋一)
1二酸化炭素地中貯留とは
2枯渇油田と地下微生物
3油層微生物生態系へのGCSの影響
3.1CO2-EORと生物的原油増進回収技術
3.2深部地下微生物生態系の調査法
3.3地下微生物代謝経路の評価法
3.4熱力学に基づく微生物反応の評価法
3.5GCSと生物的原油増進回収技術の両立による技術展望
4GCSの微生物影響評価に関する近年の研究
5おわりに
第26章地下圏微生物によるメタン生成と分散型エネルギー生産技術への応用 (木村浩之)
1はじめに
2西南日本に広く分布する付加体
3付加体の深部地下圏におけるメタン生成メカニズム
4付加体の深部帯水層にて生成されるメタンを利用した発電システム
5嫌気性地下水に含まれる微生物群集を利用したエネルギー生産システム
6将来展望
第27章蛇紋岩水系地下生命圏に生息する微生物群の生態系 (鈴木志野)
1蛇紋岩化作用と生命の起源
2蛇紋岩水系The Cedarsの地質学的、化学的特性
3微生物にとってチャレンジングな環境
4蛇紋岩化水系における微生物のBiogeography
5環境微生物解析手法
6Serpentinomonas属菌の培養による蛇紋岩水系微生物の理解
7蛇紋岩水系のメタゲノミクス
8おわりに



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