難培養微生物研究の最新技術Ⅲ―微生物の生き様に迫り課題解決へ―

Current Technology and Innovation with Microbes in Nature

【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―
3　Differential 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
5　Differential 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
3.3　microautoradiography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
2.1　Coccidiascus legari
2.2　Helicogonium属菌およびPhialoascus borealis
2.3　Pneumocystis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
3.1.1　Symbiotaphrina属菌
3.1.2　Candida 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
5.1　NGS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
2.4　PCR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
2　C1微生物とは
3　C1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
5　Epsilonproteobacteriaの共生系
6　Gammaproteobacteria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
4.5　X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?
6　DARBのヒ素代謝オペロン
7　DARB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
5　PR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
7　Na+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
3.1　CO2-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
3.5　GCSと生物的原油増進回収技術の両立による技術展望
4　GCS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
6　Serpentinomonas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