未培養微生物研究の最新動向

Recent Trends in Research on Unculturable Microbe (Microbial Dark Matter)

【第Ⅰ編　未培養微生物の探索】

第1章　メタゲノム法による未知微生物資源の探索
1　はじめに
2　メタゲノム法とは
3　メタゲノムライブラリー作製に利用する環境サンプル
4　メタゲノムライブラリー作製に利用する宿主・ベクター
5　ファンクショナルメタゲノム法のターゲット
6　ファンクショナルメタゲノム法のスクリーニング技術
7　メタゲノム法による未培養微生物資源の探索と技術課題

第2章　新潟市内に自噴する原油とそれらを分解する土着微生物の探索
1　はじめに
2　好気性オクタデカン分解最近の探索
　2.1　新津川土壌試料の好気性オクタデカン分解細菌のコロニー形成率
　2.2　オクタデカン培地でコロニー形成した細菌の16SrRNA遺伝子配列に基づく系統分類
　2.3　新津川土壌試料の16SrRNA遺伝子に基づく微生物群集構造解析
　2.4　新規なn-アルカン分解細菌
3　嫌気性オクタデカン分解細菌の探索
　3.1　新津川底泥試料を植種とした嫌気性処理(メタン発酵)法による嫌気性オクタデカン分解細菌群集の集積培養
　3.2　オクタデカン処理メタン発酵リアクターの微生物群集構造解析
　3.3　アルキルコハク酸シンターゼをコードするassA遺伝子の多様性
4　おわりに

第3章　線虫共生細菌を利用した有用抗生物質探索研究
1　はじめに
2　未利用微生物資源の抗生物質探索研究への利用
3　昆虫病原性細菌Photorhabdus属およびXenorhabdus属細菌をスクリーニング源とした抗生物質探索研究
　3.1　Photorhabdus属およびXenorhabdus属細菌の生活環と二次代謝産物生産
　3.2　種特異的活性を指標としたスクリーニング系の導入
　3.3　Photorhabdus属およびXenorhabdus属細菌から発見された有用抗生物質
　　3.3.1　- ダロバクチン(グラム陰性細菌に特異的な活性を示す抗生物質)
　　3.3.2　- イヴィバクチン(結核菌に特異的な活性を示す抗生物質)
4　新しい抗生物質探索源としての線虫共生細菌

第4章　未発見微生物の探索
1　はじめに
2　熱力学的探索
　2.1　高還元物質を利用する反応
　2.2　酸化毒性のある物質を利用する反応
　2.3　鉱物を利用する反応
　2.4　クロロフィル/バクテリオクロロフィルを利用する反応
　2.5　補助的なエネルギー利用
　2.6　複数反応の組み合わせ/種間相互作用を利用する反応
3　系統学的探索
　3.1　機能遺伝子の分子系統解析からの示唆
　3.2　メタゲノムアセンブルゲノムからの示唆
　3.3　系統関係からの示唆
4　生態学的探索
　4.1　中温性菌と好熱性菌
　4.2　淡水性菌と海洋性菌
　4.3　好酸性菌,好中性菌,好アルカリ性菌
5　増殖学的探索
　5.1　好低栄養
　5.2　低速増殖
　5.3　接触刺激
　5.4　その他
6　おわりに

【第Ⅱ編　未培養微生物の培養・解析技術】

第1章　従来の微生物培養法の特性:問題点と新たな培養法の提案
1　はじめに
2　微生物の平板培養法の特性:問題点と新たな培養法の提案
3　振盪フラスコ培養法:問題点と新たな培養法の提案
4　その他の新たな微生物培養法
5　おわりに

第2章　難培養性微生物を対象とした分離培養技術の革新
1　はじめに
2　分離培養手法におけるイノベーション
　2.1　環境模擬
　2.2　特定のターゲットを物理的に濃縮し分離する方法論
　2.3　微細加工技術を利用した培養手法
　2.4　マイクロドロップレットを利用した分離培養手法
3　まとめ

第3章　ヒトの口腔・腸内細菌叢における共培養を必要とする菌株の分離・培養技術
1　はじめに
2　口腔内細菌の共培養技術
3　シデロフォアを用いた培養
4　メンブレンフィルター法を用いた共培養
5　コハク酸を用いた培養
6　健康を促進する細菌種の培養技術
7　おわりに

第4章　新門Atribacterota細菌の分離培養と生理生態
1　はじめに
2　Atribacterota門の名称の変遷
3　Atribacterota門細菌の培養戦略
4　Atribacterota門細菌RT761株の細胞構造
5　RT761株ゲノムの特徴
6　Atribacterota門OP9の生理生態
7　おわりに

第5章　ロドプシンを用いた光受容と新奇シゾロドプシンファミリー
1　ロドプシンとは
2　アスガルドアーキアのロドプシン
3　シゾロドプシンのH+輸送機構
4　好熱性アーキアのシゾロドプシン
5　今後のシゾロドプシン研究

第6章　細菌の全ゲノムクローニングと未培養細菌への応用
1　未培養微生物のゲノム
2　細菌のゲノム合成と全ゲノムクローニング
　2.1　長鎖DNAの合成と全ゲノムクローニング
　2.2　ゲノム移植
　2.3　人工ゲノム細菌の作製
　2.4　細菌ゲノムの最小化
　2.5　その他の生物の全ゲノム合成や全ゲノムクローニング
3　未培養な昆虫共生細菌
4　未培養細菌の全ゲノムクローニング
5　全ゲノムクローニングが作る未来の展望

第7章　微生物制御における損傷菌の問題と培養不能生存菌・未培養菌との比較論
1　はじめに
2　自然環境下での損傷とVBNC状態
3　VBNC状態とは何か
4　未培養菌について

第8章　海綿における微生物共生系を支えるメカニズムの理解にむけた海洋微生物叢とその二次代謝産物プロファイルの解析
1　はじめに
2　海綿の共生微生物叢
3　海綿の共生微生物と二次代謝産物の生合成
4　ケミカルコミュニケーション手段としての二次代謝産物と共培養による二次代謝産物の生合成
5　海綿における共生微生物系を支えるメカニズムの理解に向けた難培養性共生微生物の培養法開発
6　おわりに

第9章　機械学習を活用した培地分析および探索の未培養微生物への適用可能性
1　はじめに
2　メタボローム解析技術の利用
3　統計学的手法を活用した培地設計
4　未培養微生物への統計学的培地最適化の適用可能性
5　おわりに

第10章　未培養微生物を活用するためのシングルセルゲノム解析
1　未培養微生物のゲノムデータが拓く未来
2　未培養微生物のゲノム解析
3　Metagenome-Assembled Genome(MAG)の獲得法と特徴
4　Single―Amplified Genome(SAG)の獲得法と特徴
5　SAG の精度や取得効率を向上させるための技術群
6　SAGの品質を高めるデータ解析技術
7　ターゲットを定めてSAGを回収する
8　おわりに

第11章　原核生物・ウイルスが持つエピゲノム機構とその系統網羅的解析
1　原核生物・ウイルスが持つエピゲノムの特徴
2　原核生物・ウイルスにおけるDNA化学修飾の機能
3　エピゲノム検出技術とPacBioシーケンサ
4　メタエピゲノム解析の概要
　4.1　微生物叢サンプリングとDNA抽出
　4.2　PacBio シーケンサによるショットガンメタゲノムシーケンシング
　4.3　メタゲノムアセンブリとビニングによるmetagenomic assembled genome(MAG)作成
　4.4　PacBioリードのMAGへのマッピングと修飾推定
　4.5　修飾モチーフの推定
　4.6　DNA化学修飾酵素の同定
5　環境細菌叢を対象としたメタエピゲノム解析
6　原核生物・ウイルスエピゲノム研究の展望

第12章　メタプロテオミクスによる疾患機序解明とバイオインフォマティクスにおける課題
1　序論
2　疾患機序解明におけるメタプロテオミクスを用いた菌叢解析
　2.1　1 型糖尿病
　2.2　人工呼吸器関連肺炎(VAP)
　2.3　多剤耐性腸内細菌科細菌(MRE)を有する白血病患者
3　質量分析を用いたメタプロテオミクスについての課題とその克服
　3.1　メタプロテオミクス解析のためのタンパク質アミノ酸配列データベース
　3.2　大規模な配列データベースを用いることによる解析上の課題
4　おわりに

第13章　成層圏微生物採取実験 Biopauseプロジェクト
1　生物圏の上端biopauseと生命の天体間移動
　1.1　生命は天体間を移動しうるのか?:パンスペルミア仮説について
　1.2　成層圏の生物と地球生命圏の上端biopause 　
2　Biopauseプロジェクトとは
　2.1　降下式インパクター型試料採取装置
　2.2　Biopause プロジェクトの大気球実験

第14章　ビール混濁性微生物の難培養性と検査技術開発
1　はじめに
2　ビールを変敗させる乳酸菌の諸問題
3　検出困難な乳酸菌の検査培地の開発
4　ビール混濁性微生物検査法と未培養菌種への対応
5　おわりに

【第Ⅲ編　未培養微生物資源の利用と展望】

第1章　微生物に新規物質を求めて
1　はじめに
2　微生物由来天然物探索に未来はあるのか?
3　培養条件で新規化合物を生産させる
4　分析・解析で新規化合物を見出す
5　おわりに

第2章　植物共生微生物の培養化
1　はじめに
2　ネギ類の根圏に優占して棲息する細菌種の分離培養
　2.1　研究背景
　2.2　Flavobacterium属細菌の選択的分離用培地の開発
3　ラン科植物の根内に棲息する細菌種の分離培養
　3.1　研究背景
　3.2　ラン科植物の根内に優占して棲息する細菌種の分離培養
　3.3　ラン科植物の根内に棲息する難培養性細菌種の分離培養
4　おわりに

第3章　バイオレメディエーションにおける未培養微生物の活用
1　バイオレメディエーションとは
2　バイオレメディエーションによる浄化方法と対象物質
3　バイオスティミュレーションによる塩素化エチレン類の浄化技術
　3.1　塩素化エチレン類による地下水汚染の浄化方法
　3.2　脱塩素細菌を効率的に活性化できる浄化材
　3.3　浄化材を用いる汚染地下水の浄化事例
4　バイオオーグメンテーションによる塩素化エチレン類の浄化技術
　4.1　Dehalococcoides属細菌によるバイオオーグメンテーション
　4.2　Dehalococcoides属細菌の単離
　4.3　Dehalococcoides属細菌の導入による浄化効果の検証
　4.4　Dehalococcoides属細菌の導入による汚染地下水の拡散防止事例
5　今後の展望

第4章　化学コミュニケーションに基づいた放線菌における休眠天然物の生産覚醒
1　はじめに
2　放線菌ホルモン制御系を活用した休眠有用資源の開拓
3　放線菌ホルモンによる化学コミュニケーション
4　化学コミュニケーションの応用による休眠天然物の生産覚醒
5　おわりに

第5章　南極産・北極産菌類の培養とその産業利用への挑戦
1　はじめに
2　南極域における菌類調査の歴史
3　南極と高緯度北極に生息する菌類の培養
4　南極と高緯度北極に生息する菌類の種数の推定
5　南極産菌類の産業利用への挑戦
　5.1　酪農排水処理への応用
　5.2　南極産酵母を利用した酒類の醸造
6　今後の展開

第6章　都市下水処理場の活性汚泥に生息する微生物ダークマターの機能に迫る
1　はじめに
2　Patescibacteriaの提案と活性汚泥内での生息状況
3　Patescibacteriaの検出技術
4　活性汚泥内のPatescibacteriaの調査結果の一例
5　活性汚泥内のPatescibacteriaの生理・生態
6　まとめ

第7章　未培養微生物の循環型社会への有効活用
1　循環型社会には生物プロセス活用は不可欠である
2　メタン発酵の酸敗発生を回避する

第8章　腸内細菌と腸管免疫系,自己免疫疾患
1　はじめに
2　腸管免疫系と腸管免疫応答
3　腸内細菌叢による免疫系の発達
　3.1　Th1
　3.2　Th17
　3.3　Treg
　3.4　CD8+T細胞
4　腸内細菌叢と自己免疫疾患
　4.1　T1D
　4.2　MS
5　おわりに

第9章　口腔細菌と口腔および全身疾患-未培養菌の話題を中心に-
1　はじめに
2　口腔マイクロバイオーム
3　口腔細菌の同定
4　口腔の未培養細菌
　4.1　口腔の健康状態における未培養口腔細菌
　4.2　疾患に関わる未培養口腔細菌
　　4.2.1　う蝕
　　4.2.2　歯周病
　　4.2.3　歯内感染症
　　4.2.4　その他の口腔疾患
5　未培養口腔細菌に対する戦略
　5.1　培養環境
　5.2　栄養素と代謝産物
　5.3　培養時間の延長
　5.4　被験菌の取り扱い
　5.5　発育阻害物質の存在
　5.6　他菌種との共生環境
　5.7　新しい培養装置の開発
6　まとめ

【第Ⅳ編　最新技術から見た未培養微生物研究】

第1章　未培養微生物研究におけるメタボロミクス技術の可能性
1　はじめに
2　微生物研究におけるメタボロミクス
3　発酵食品のメタボローム解析
4　メタボロミクスは未培養微生物研究にどのように関われるのか?
5　おわりに

第2章　合成生物学からのダークマター微生物研究へのアプローチ
1　ダークマター微生物への合成生物学的アプローチ
2　人工合成細菌叢:“相利共生”を理解するためのボトムアップアプローチ
3　代謝活性制御を介して微生物増殖能を制御する人工遺伝子回路
4　微生物の細胞間シグナル伝達を介した菌体数制御
5　人工合成細菌叢の応用
6　総括

第3章　ロボティクス・AIによる自動化技術からのダークマター微生物研究へのアプローチと期待
1　はじめに
2　分離・培養・アッセイに関する実験自動化
3　オミクス解析に関する自動化
　3.1　オミクス解析のサンプル調製に関する実験自動化
　3.2　オミクス解析によって得られたデータ解析の自動化
4　おわりに