極限環境生物の産業展開

Industrial Application of Extremophiles

総論　　大島泰郎
1　はじめに
2　極限環境生物
3　好むのか耐えるのか
4　生命の限界
5　多重苦の生物
6　極限環境微生物の発酵
7　極限環境微生物の酵素
8　研究材料としての極限環境生物

【第1編　技術編】
第1章　分離・培養技術
1　自然界に存在する共生嫌気性微生物の分離技術　　鎌形洋一
　1.1　嫌気性微生物の多様性の広がり
　1.2　嫌気性微生物の共生関係とは
　1.3　絶対嫌気性微生物の分離培養操作と絶対嫌気性共生微生物の培養
　1.4　共生微生物の分離培養という古典的手法はこれからも有用か?
2　環境微生物の分析・評価　　久保　幹
　2.1　環境微生物の数や群集構造の解析
　2.2　平板法
　2.3　最確数法(MPN法)
　2.4　DAPI染色法
　2.5　蛍光活性染色法(CTC法)
　2.6　DGGE法,TGGE法
　2.7　T-RFLP法
　2.8　環境DNA解析法
　2.9　定量的リアルタイムPCR法
　2.10　FISH法,ELISA法
　2.11　環境微生物の同定
　　2.11.1　16S rDNA解析法および18S rDNA解析法
　　2.11.2　同属・同種の環境微生物の多様性解析
　　2.11.3　生理・生化学的同定法
　　2.11.4　化学的同定法
3　シロアリに共生する特殊微生物の分離と培養　　工藤俊章
　3.1　はじめに
　3.2　培養可能な特殊微生物
　　3.2.1　シロアリ腸内からの特殊な好アルカリ性細菌の分離と解析
　　3.2.2　好アルカリ性細菌の好アルカリ性因子(マルチ遺伝子型対向輸送体)の発見とその普遍化
　　3.2.3　キノコシロアリ巣内における特殊な共生菌類,シロアリキノコの役割
　　3.2.4　特殊な芳香族化合物分解放線菌
　3.3　培養困難な特殊微生物
　　3.3.1　シロアリ共生難培養性微生物の多様性と相互作用
　　3.3.2　シロアリ共生微生物の木質分解機能
　　3.3.3　シロアリ腸内の難培養性共生細菌のゲノム解析
　3.4　おわりに
4　セルロースナノファイバーを担体とした培養技術の開発　　出口　茂
　4.1　はじめに
　4.2　極限環境微生物の固体培養
　4.3　セルロースプレートの調製
　4.4　セルロースナノファイバーの構造特性
　4.5　セルロースプレート表面での微生物のコロニー形成
　4.6　極限的な培養条件下でのセルロースプレートの構造安定性
　4.7　セルロースプレートを用いた極限環境微生物の固体培養
　4.8　おわりに
第2章　新規探索・機能解析・改変技術
1　メタゲノミクス　　服部正平
　1.1　はじめに
　1.2　細菌叢の解析
　　1.2.1　細菌叢の16S(菌種)解析
　　1.2.2　メタゲノミクス
　1.3　細菌の個別ゲノム解析
　1.4　おわりに
2　環境微生物の機能を包括的に解明するためのメタトランスクリプトーム解析　　守屋繁春
　2.1　はじめに
　2.2　トランスクリプトーム解析とは
　2.3　環境トランスクリプトームの持つ独自の視点
　2.4　シロアリ共生原生生物のメタトランスクリプトーム解析
　2.5　環境メタトランスクリプトームの将来
3　プロテオミクス　　藤田信之,佐々木和美
　3.1　プロテオミクスの重要性
　3.2　プロテオミクスの発展
　3.3　高分子物質イオン化法の開発と質量分析計の発展
　3.4　タンパク質同定法1(ペプチドマスフィンガープリント法)
　3.5　タンパク質同定法2(MS/MS法による同定)
　3.6　プロテオミクスにおける定量解析
　3.7　リン酸化タンパク質の解析
　3.8　その他の翻訳後修飾解析やプロセシング解析
　3.9　極限環境生物のプロテオミクス
　　3.9.1　Aeropyrum pernix K1
　　3.9.2　Tetragenococcus halophilus NBRC 12172
　　3.9.3　Rhodococcus opacus B4
　　3.9.4　Kocuria rhizophila DC2201
4　メタボロミクス　　山本慎也,津川裕司,中山泰宗,福崎英一郎
　4.1　はじめに
　4.2　分析手法
　4.3　データ解析
　4.4　微生物のメタボロミクス
　4.5　おわりに

【第2編　産業応用編】
第3章　酸性・アルカリ生物圏
1　好酸性微生物の酢酸発酵への応用　　日比徳浩
　1.1　はじめに
　1.2　食酢醸造に利用されている酢酸菌
　1.3　食酢醸造方法
　　1.3.1　表面発酵
　　1.3.2　深部発酵
　1.4　酢酸菌の酢酸耐性機構
　　1.4.1　酢酸資化(アコニターゼ活性と酢酸耐性)
　　1.4.2　酢酸排出(ABCトランスポーターと酢酸耐性)
　　1.4.3　細胞内への流入阻止
　1.5　酢酸菌のクオラムセンシングシステム
　1.6　おわりに
2　好アルカリ微生物の産業応用　　尾崎克也
　2.1　好アルカリ微生物
　2.2　アルカリ酵素の産業利用
　2.3　洗剤用アルカリプロテアーゼ
　2.4　洗剤用アルカリセルラーゼ
　2.5　洗剤用アルカリ酵素の多様化と今後の展開
3　好アルカリ性細菌のアルカリ適応機構と応用　　伊藤政博
　3.1　イントロダクション
　3.2　好アルカリ性細菌の定義
　3.3　歴史的背景
　3.4　生態学と多様性
　　3.4.1　生態学
　　3.4.2　自然環境
　　3.4.3　人工起源の産業界やその他の環境
　　3.4.4　多様性
　3.5　好アルカリ性細菌のアルカリ適応機構
　　3.5.1　アルカリ菌のゲノムから明らかになったタンパク質の等電点の特徴
　　3.5.2　好アルカリ性細菌の細胞内溶質の緩衝能
　　3.5.3　細胞表層
　　3.5.4　細胞膜
　　3.5.5　好アルカリ性細菌の生体エネルギー論
　3.6　好アルカリ性細菌の産業応用
　3.7　最後に
4　好アルカリ性細菌由来酵素の産業応用と耐アルカリ性機構　　中村　聡
　4.1　はじめに
　4.2　新規アルカリキシラナーゼの分離とドメイン構成
　4.3　触媒ドメイン領域のタンパク質工学検討と耐アルカリ性の向上
　4.4　XBD領域のタンパク質工学検討
　4.5　おわりに
第4章　高塩生物圏
1　好塩性細菌のゲノム情報からメタルバイオ技術への展開　　仲山英樹
　1.1　はじめに
　1.2　塩類集積環境におけるメタルバイオ技術
　1.3　メタルバイオ技術に有用なゲノム情報
　1.4　金属の検出技術に有用な金属タンパク質
　1.5　金属の浄化・回収技術に有用な金属タンパク質
　1.6　今後の展開
2　好塩菌の好塩性メカニズムと産業への応用　　徳永廣子,荒川　力,徳永正雄
　2.1　はじめに
　2.2　好塩性,耐塩性微生物の産業的利用例
　2.3　非好塩性蛋白質への「好塩性と構造可逆性」付与
　2.4　遺伝子工学への応用―中度好塩菌と好塩性酵素を用いた有用たんぱく質の可溶性発現法
　　2.4.1　好塩性 β-ラクタマーゼ融合蛋白法による有用たんぱく質の可溶性発現
　　2.4.2　中度好塩菌を宿主とした異種蛋白質の発現系
3　好塩生物の産業応用　　亀倉正博
　3.1　はじめに
　3.2　醤油諸味中で働く好塩性微生物
　3.3　魚醤での好塩菌の役割
　3.4　好塩性緑藻ドナリエラ
　3.5　濃縮海洋深層水をドナリエラ培養へ
　3.6　塩エビ
　3.7　環境浄化に働く好嗜塩菌
　3.8　アッケシソウを利用した環境修復
　3.9　海水農業
　3.10　養殖漁業と海水農業の統合
　3.11　おわりに
第5章　低温・高温生物圏
1　不凍タンパク質の探索・解明と応用　　近藤英昌,津田栄
　1.1　はじめに
　1.2　不凍糖タンパク質
　1.3　魚類I型不凍タンパク質
　1.4　魚類II型不凍タンパク質
　1.5　魚類III型不凍タンパク質
　1.6　昆虫由来不凍タンパク質
　1.7　菌類由来不凍タンパク質
　1.8　不凍タンパク質を用いた産業応用
2　好冷性微生物の活用　　栗原達夫
　2.1　はじめに
　2.2　好冷性微生物のゲノムとプロテオーム
　2.3　好冷性微生物の脂質
　2.4　好冷性酵素の特性
　2.5　好冷性微生物の応用
　　2.5.1　好冷性微生物の物質生産への応用―タンパク質生産用宿主としての開発―
　　2.5.2　好冷性微生物の環境浄化への応用
　2.6　好冷性酵素の応用
　　2.6.1　食品加工への応用
　　2.6.2　研究用試薬としての利用
　　2.6.3　その他の利用法
　2.7　好冷性酵素の改良
　2.8　展望
3　アイスコア中の微生物解析　　瀬川高弘
　3.1　はじめに
　3.2　ボストーク氷床下湖やグリーンランド氷床コアの生物解析
　3.3　中低緯度のアイスコアにおける微生物解析
　3.4　南極沿岸域のアイスコア解析
　3.5　南極ドームふじ氷床アイスコアの微生物解析
　3.6　雪氷環境中の抗生物質耐性遺伝子の検出
4　高温・好熱性細菌による有機廃棄物の分解　　大島泰郎,森屋利幸,吉井貴宏
　4.1　堆肥と有機廃棄物処理
　4.2　好熱菌と堆肥
　4.3　好気性高温型堆肥化プロセスの概要
　4.4　高温好気型堆肥から単離された新規高度好熱菌Calditerricola satsumensis YMO81株及びC. yamamurae YMO722株
　4.5　Calditerricola属細菌の特異な性質
　4.6　高温好気型堆肥発酵における微生物群集構造
　4.7　堆肥中の酵素
5　高温バイオプロセスのための好熱菌宿主の開発　　鈴木宏和,大島敏久
　5.1　はじめに
　5.2　高温バイオプロセスの有用性
　5.3　好熱性微生物の遺伝子工学技術
　5.4　G. kaustophilus HTA426
　5.5　G. kaustophilus HTA426の遺伝子工学技術
　5.6　期待される応用展開
6　耐熱性糖代謝酵素の解析と応用　河原林　裕
　6.1　はじめに
　6.2　超好熱アーキアゲノムから見える糖代謝
　6.3　好熱性微生物で明らかになっている糖代謝酵素
　6.4　超好熱アーキアのユニークな糖代謝酵素
　　6.4.1　S. tokodaiiについて
　　6.4.2　ラムノース(Rhamnose)合成系酵素
　　6.4.3　糖ヌクレオチド合成酵素
　　6.4.4　UDP-N-アセチルグルコサミン生合成経路
　　6.4.5　UDP-N-アセチルガラクトサミン生合成経路
　6.5　今後の展望
7　超好熱菌KOD1株由来ポリメラーゼの特性と応用　　小林哲大,北林雅夫
　7.1　PCR酵素としての耐熱性DNAポリメラーゼの産業利用
　7.2　KOD DNAポリメラーゼの酵素特性
　7.3　KOD DNAポリメラーゼのPCRへの応用
　　7.3.1　KOD DNAポリメラーゼの機能改変
　　7.3.2　PCR反応Buffer組成の最適化検討
　　7.3.3　アクセサリータンパク質の利用
　7.4　最新のKOD DNAポリメラーゼのPCR事例
　7.5　今後の展望
8　超好熱菌による水素生産　　金井　保
　8.1　はじめに
　8.2　微生物水素生産
　8.3　超好熱菌Thermococcus kodakarensis による発酵水素生産
　8.4　遺伝子組換えによる水素高生産T. kodakarensis株の育種
　8.5　最後に
第6章　海洋生物圏
1　深海微生物由来有用酵素の探索と応用　　秦田勇二,小西正朗,大田ゆかり
　1.1　はじめに
　1.2　深海微生物由来アガラーゼの探索
　　1.2.1　耐熱性β-アガラーゼ
　　1.2.2　ネオアガロ2糖生成β-アガラーゼ
　　1.2.3　α-アガラーゼの探索とその利用
　1.3　深海微生物由来カラギナーゼの探索
　　1.3.1　高い特異性を持つ3種の深海微生物由来カラギナーゼ
　　1.3.2　カラギナーゼ群を利用したカラギーナン組成分析
　1.4　好熱性α-グルコシダーゼの糖転移活性と新規配糖体合成技術への応用
2　深海熱水系由来の発酵細菌
　―メタン菌栄養共生の解析とメタン・n-アルカン生産への応用　　桑原朋彦,五十嵐健輔,松山　茂, 山根國男
　2.1　はじめに
　2.2　栄養共生のメカニズム
　2.3　T. globiformansとM. jannaschiiの栄養共生系によるメタン生産
　2.4　栄養共生系のバイオフィルム形成
　2.5　栄養共生系に対するS0とFe(III)の効果
　2.6　メタン生産の産業展開
　2.7　発酵細菌―メタン菌栄養共生系の導入による藻類からのn-アルカン生成の増大
3　海洋微生物によるセレン・テルル回収　　阪口利文
　3.1　はじめに
　3.2　セレン(テルル)を取り巻く状況
　3.3　微生物によるセレン(テルル)オキサニオン還元
　3.4　高塩環境に適した微生物によるセレン回収と除去
　3.5　海洋生物からのセレンオキサニオン還元菌の探索
　3.6　深海底からのセレン(テルル)オキサニオン還元菌の探索
　3.7　おわりに
4　海洋圏微生物の生理生態の研究と応用　　中川　聡
　4.1　はじめに
　4.2　深海底熱水活動域に棲息する微生物の生理生態
　4.3　深海底熱水活動域に棲息する微生物の分布様式と生物地理
　4.4　深海底熱水活動域と我々の生活圏をつなぐ共生系
　4.5　産業展開に向けた今後の展望
第7章　有機溶媒生物圏
1　油汚染土壌のバイオレメディエーション　　髙松邦明,今中忠行
　1.1　はじめに
　1.2　微生物の分離および同定
　1.3　安全性の確認
　1.4　三菌株の特性解析
　1.5　土壌中での微生物の検出と定量
　1.6　油汚染土壌を用いた実証実験(油分分解試験および菌相解析)
　1.7　微生物によるバイオレメディエーション利用指針
　1.8　油汚染土壌浄化工事モニタリング
2　有機溶媒耐性細菌の利用技術と応用　　加藤純一
　2.1　有機溶媒耐性細菌
　2.2　有機溶媒耐性細菌を活用する疎水性有用物質の生産
　　2.2.1　二相反応系
　　2.2.2　非水反応系
　2.3　今後の課題
3　疎水性有機溶媒耐性微生物の耐性機構と応用　　道久則之
　3.1　はじめに
　3.2　疎水性有機溶媒耐性微生物の耐性機構
　　3.2.1　疎水性有機溶媒の毒性
　　3.2.2　微生物の疎水性有機溶媒耐性機構
　　3.2.3　RND型薬剤排出ポンプ
　　3.2.4　RND型薬剤排出ポンプの発現制御
　　3.2.5　その他の薬剤排出ポンプ
　　3.2.6　リン脂質
　　3.2.7　リポ多糖
　　3.2.8　炭素代謝系
　　3.2.9　ProUトランスポーターの破壊
　3.3　疎水性有機溶媒耐性微生物の応用
　　3.3.1　有機溶媒-培養液の二相反応系
　　3.3.2　有機溶媒-培養液の二相反応系の応用例
　3.4　まとめ
第8章　乾燥生物圏
1　ネムリユスリカの解析と産業応用　　奥田　隆
　1.1　はじめに
　1.2　極限的な乾燥耐性を持つネムリユスリカ
　1.3　乾燥耐性関連因子
　　1.3.1　トレハロース
　　1.3.2　乾燥耐性関連因子:LEAタンパク質
　1.4　常温保存は可能か?
　　1.4.1　第1段階:有用タンパク質等の常温保存
　　1.4.2　第2段階:ネムリユスリカ由来培養細胞の常温保存
　　1.4.3　第3段階:動物細胞の常温保存の試み
　1.5　常温保存の問題点
　1.6　おわりに
2　極限環境動物クマムシの解析と産業応用への展望　　堀川大樹
　2.1　はじめに
　2.2　ヨコヅナクマムシの培養系
　2.3　ヨコヅナクマムシの乾燥耐性
　2.4　ヨコヅナクマムシの高温・高圧耐性
　2.5　ヨコヅナクマムシの凍結耐性
　2.6　ヨコヅナクマムシの放射線耐性
　2.7　ヨコヅナクマムシの紫外線耐性
　2.8　クマムシの産業利用への展望
3　耐乾燥性陸生ラン藻の解析と応用　　加藤　浩
　3.1　陸生ラン藻とは
　3.2　耐乾燥性陸生ラン藻の適応能力
　　3.2.1　光合成
　　3.2.2　適合溶質
　　3.2.3　細胞外多糖
　　3.2.4　遺伝子
　　3.2.5　紫外線吸収物質
　3.3　耐乾燥性陸生ラン藻の利用法
　　3.3.1　使用したい能力を有する陸生ラン藻の選定と応用
　　3.3.2　環境に応じた利用方法の模索
　　3.3.3　ノストックコミューンを用いたラン藻土壌への応用
　　3.3.4　特異的な利用方法
　3.4　おわりに
第9章　その他極限環境生物圏
1　地殻内微生物の探索と応用　　鈴木庸平
　1.1　地殻とは
　1.2　地殻内生命圏の広がり
　1.3　地殻内のエネルギーフラックス
　1.4　地殻内微生物研究
　1.5　大陸地殻内の研究事例
　1.6　海洋地殻内の研究事例
　1.7　我が国の地殻内微生物研究
　1.8　今後の展望
2　大気圏上空および宇宙空間における微生物の探索　　山岸明彦
　2.1　はじめに:大気圏上空と宇宙環境の特徴
　2.2　航空機を用いた微生物採集実験
　2.3　大気球を用いた微生物採集実験
　2.4　宇宙空間での微生物採集法
　2.5　宇宙における微生物探査
　2.6　宇宙における微生物探査の手順
3　南極における微生物の探索と応用　　福田青郎,今中忠行
　3.1　南極地域と微生物
　3.2　南極微生物の探索
　3.3　湖沼群より単離された微生物
　3.4　岩石中の微生物たち
　3.5　おわりに
【第3編　動向編】
第10章　国際的規制　　最首太郎
1　はじめに
2　CBDと極限環境生物遺伝資源ABS規制
　2.1　CBDと深海底遺伝資源開発
　2.2　CBDと南極の生物遺伝資源の開発
3　国家の管轄権以遠の深海底の場合
　3.1　法的現状
　　3.1.1　UNCLOSと深海底遺伝資源開発
　3.2　国際的規制の選択肢
　　3.2.1　現状維持
　　3.2.2　海洋遺伝資源の人類の共同の財産化とCHM原則の適用
4　南極大陸の場合
　4.1　南極条約と南極条約体制
　4.2　南極における「生物探査活動」が提示する問題点
5　むすびに代えて