2012年刊「微生物を活用した新世代の有用物質生産技術」の普及版!日本が誇る新発想の微生物・酵素による物質生産の基盤技術を集結!医薬品,食品,化粧品,環境・エネルギー,各産業分野における代表的な応用技術を紹介!
（監修：穴澤秀治）

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＜＜著者一覧＞＞
※執筆者の所属表記は、2012年当時のものを使用しております。
穴澤秀治　　　(一財)バイオインダストリー協会
尾崎克也　　　花王(株)
東田英毅　　　旭硝子(株)
熊谷博道　　　旭硝子(株)
板谷光泰　　　慶應義塾大学
原島　俊　　　大阪大学
Yeon-HeeKim　　Dong-Eui大学
西沢正文　　　慶應義塾大学
池田治生　　　北里大学
小山泰二　　　(公財)野田産業科学研究所
森浩　禎　　　奈良先端科学技術大学院大学
竹内力矢　　　奈良先端科学技術大学院大学
町田雅之　　　産業技術総合研究所
竹川　薫　　　九州大学
松沢智彦　　　九州大学
池田正人　　　信州大学
八十原良彦　　(株)カネカ
松山彰収　　　(株)ダイセル
福西広晃　　　日本電気(株)
島田次郎　　　日本大学
関口順一　　　信州大学
眞鍋憲二　　　花王(株)
児玉武子　　　花王(株)
田中瑞己　　　東北大学
五味勝也　　　東北大学
秦洋　二　　　月桂冠(株)
安枝　寿　　　味の素(株)
手塚武揚　　　東京大学
大西康夫　　　東京大学
木野邦器　　　早稲田大学
小川　順　　　京都大学
櫻谷英治　　　京都大学
岸野重信　　　京都大学
安藤晃規　　　京都大学
清水　昌　　　京都学園大学
黒岩　崇　　　東京都市大学
伊澤直樹　　　(株)ヤクルト本社
的場康幸　　　広島大学
杉山政則　　　広島大学
乾　将行　　　(公財)地球環境産業技術研究機構
湯川英明　　　(公財)地球環境産業技術研究機構
若山　樹　　　国際石油開発帝石(株)
中島田豊　　　広島大学
西尾尚道　　　広島大学
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＜＜目次＞＞
【第I編　基盤技術】

第1章　ミニマムゲノムファクトリー
1　大腸菌
1.1　なぜ大腸菌か
1.2　削除すべき遺伝子の選択
1.4　ゲノム削減株の造成
1.5　ゲノム削減株の評価
1.6　今後の展開
2　枯草菌
2.1　はじめに
2.2　産業用酵素と枯草菌による酵素分泌生産
2.3　枯草菌ゲノムの効率的欠失技術
2.4　枯草菌遺伝子の機能解析と大規模欠失の構築
2.5　ゲノム縮小株MGB874株の機能評価・解析
2.6　ゲノム縮小株の改良による次世代宿主の創製
3　分裂酵母
3.1　はじめに
3.2　分裂酵母
3.3　分裂酵母ミニマムゲノムファクトリー
3.4　まとめ

第2章　大規模ゲノム改変技術
1　長鎖のDNA設計と微生物宿主での合成生物学
1.1　微生物による有用物質の生産
1.2　多数の遺伝子の一括操作の必要性
1.3　遺伝子集積の実情
1.4　長鎖DNA分子の脆弱性
1.5　枯草菌の能力:その1(OGAB法)
1.6　枯草菌の能力:その2(ドミノ法)
1.7　OGAB法の課題
1.8　ドミノ法の課題
1.9　集積遺伝子設計での塩基配列GC含量と繰り返し配列
1.10　合成コスト
1.11　迅速化と長期保存の課題
1.12　まとめ
2　出芽酵母におけるゲノムの大規模改変技術の開発と応用
2.1　はじめに
2.2　ゲノムのワードプロセッシングのための基盤技術の開発
2.3　染色体分断技術(PCR-mediated Chromosome Splitting Technology:PCS)の開発
2.4　オーバーラップPCR法による染色体分断法の高効率化
2.5　染色体分断技術の応用
2.5.1　ワンステップ染色体任意領域削除技術(PCR-mediated Chromosome Deletion Technology:PCD)
2.5.2　ゲノムの再編成技術(Genome Reorganization Technology:GReO)
2.6　おわりに
3　放線菌のゲノムデザイン
3.1　はじめに
3.2　物質生産菌としての「放線菌」
3.3　放線菌ゲノム
3.4　物質生産のためのStreptomycesゲノムの改変
3.5　ゲノムデザイン宿主における物質生産
3.6　おわりに

第3章　オミクス情報の活用とライブラリーの創成
1　麹菌のゲノム情報の菌株育種への展開
1.1　はじめに
1.2　麹菌の比較ゲノム
1.3　転写因子の機能解析と育種への応用
1.4　麹菌のミニマムゲノムを目指して
1.5　おわりに
2　大腸菌網羅的変異株ライブラリーの創成と活用
2.1　はじめに
2.2　大腸菌とは
2.3　網羅研究の重要性
2.4　リソース構築
2.5　リソースの質の管理
2.6　リソースの活用
2.7　リソース利用における注意点
2.8　設計可能な育種に向けて
2.9　おわりに
3　オミックス情報の統合的解析と活用
3.1　オミックス解析の技術的背景
3.2　比較ゲノム解析による遺伝子機能の推定
3.3　トランスクリプトーム情報の統合
3.4　オミックス情報の統合解析と産業利用
3.5　おわりに
4　オミックス情報を用いた分裂酵母の改変
4.1　はじめに
4.2　DNAマイクロアレイを用いた分裂酵母のトランスクリプトーム解析
4.3　分裂酵母のアルコールデヒドロゲナーゼ(ADH)遺伝子adh1破壊株のトランスクリプトーム解析
4.4　異種タンパク質生産に依存して発現が変動する分裂酵母遺伝子の解析
4.5　熱ショックに応答する分裂酵母遺伝子の検索
4.6　マイクロアレイを用いた分裂酵母凝集素遺伝子の同定と物質生産への応用
5　ゲノム情報のコリネ菌育種への展開
5.1　はじめに
5.2　最少の有効変異のみからなる菌株の育種技術「ゲノム育種」
5.2.1　狙いと方法論
5.2.2　リジン生産菌のゲノム育種
5.2.3　アルギニン生産菌のゲノム育種
5.3　異種細菌のin silico代謝マップをモデルにして代謝経路を再設計する育種
5.3.1　背景
5.3.2　in silico代謝マップに着眼した育種の構想
5.3.3　S. mutans型レドックス代謝系をもつコリネ菌の育種
5.4　おわりに

第4章　生産向上のための新技術の展開
1　複合酵素系を活用した精密有機合成
1.1　はじめに
1.2　立体反転反応による光学活性アルコール類の合成プロセス
1.2.1　キラルアルコール化合物の立体反転反応の実際
1.2.2　NADPH依存性グルコース脱水素酵素
1.2.3　立体反転反応による(R)-3-クロロ-1,2-プロパンジオールの合成
1.2.4　立体反転反応による(S)-3-クロロ-1,2-プロパンジオールの合成プロセス
1.3　アミノ基転移酵素を利用した光学活性アミン類の合成プロセス
1.3.1　新規トランスアミナーゼの探索
1.3.2　還元酵素系利用によるトランスアミナーゼ反応の改善
1.4　おわりに
2　有機溶媒耐性菌の利用
2.1　はじめに
2.2　非水系反応場における微生物の機能解析と評価
2.3　非水系反応場で細胞構造を維持できる微生物のスクリーニング
2.4　DC2201と大腸菌の有機溶媒耐性の比較
2.5　DC2201の遺伝子発現システムの構築
2.6　DC2201を用いた(R)-マンデル酸(RMA)生産
2.7　DC2201を用いた(S)-4-クロロ-3-ヒドロキシアセト酪酸エチル(ECHB)生産
2.8　おわりに
3　高精度な酵素反応シミュレーション:シトクロムP450の事例
3.1　はじめに
3.2　P450Vdh(Vitamin D3 Hydroxylase)の概要
3.3　MDシミュレーションによる構造揺らぎ解析(T70R変異)
3.4　SMDシミュレーションによる基質の取込・放出経路の解析(T70R変異)
3.5　自由エネルギー計算による副反応抑制機構の解析(I88VとL171V変異)
3.5.1　反応活性の変化の厳密計算
3.5.2　変異のホットスポット予測
3.6　密度汎関数法による水酸化反応機構の解析
3.7　今後の展望
4　細胞表層工学を用いた分泌タンパク生産性の向上
4.1　溶菌抑制技術
4.1.1　溶菌酵素阻害因子IseAによる溶菌抑制
4.1.2　細胞壁構造変化による溶菌抑制
4.2　細胞壁アニオン性ポリマー組成改変によるタンパク質生産向上
4.3　細胞膜脂質組成改変によるタンパク質生産向上
4.4　まとめ
5　麹菌を宿主とした異種タンパク質の分泌生産
5.1　はじめに
5.2　高発現用プロモーター
5.3　コドン最適化による転写産物の安定化
5.4　5’非翻訳領域配列による翻訳効率の向上
5.5　キャリアタンパク質の融合
5.6　細胞内タンパク質輸送過程における改良
5.7　プロテアーゼ遺伝子の破壊
5.8　細胞壁へのタンパク質吸着
5.9　おわりに
6　麹菌の酵素生産の特徴と組換えタンパク質生産への応用
6.1　麹菌の酵素生産の特徴
6.2　アミラーゼ遺伝子の発現制御
6.3　固体培養で特異的に発現する遺伝子の発見
6.4　固体培養での遺伝子発現
6.5　固体培養での遺伝子発現の複雑性
6.6　麹菌を用いた異種タンパク生産
6.7　麹菌の高発現プロモーターの探索
7　L-グルタミン酸の新規高効率型発酵生産技術
7.1　はじめに
7.2　通常のL-グルタミン酸発酵とその代謝経路
7.3　高効率なL-グルタミン酸生産のための新規代謝経路の設計
7.4　ホスホケトラーゼ(PKTase)をコードするxfp遺伝子の単離と発現
7.5　C. glutamicumにおけるxfp遺伝子の機能的発現
7.6　L-グルタミン酸生産におけるPKTaseの効果
7.7　PKT経路を導入したC. glutamicumでのL-グルタミン酸生産性の向上
7.8　おわりに

【第II編　医薬品】

第5章　放線菌の二次代謝産物生産を誘導する微生物ホルモン
1　はじめに
2　放線菌の微生物ホルモン
3　二次代謝・形態分化をグローバルに制御するA-ファクター制御カスケード
4　γ-ブチロラクトンによる抗生物質生産の制御
5　おわりに

第6章　微生物酵素を用いたペプチド製造法の開発
1　はじめに
2　ペプチドの製造法
2.1　ジペプチドの製造法
2.2　L-アミノ酸リガーゼの発見とジペプチド合成
3　ペプチド性生理活性物質生産微生物からのLalの探索

3.1　植物病原ペプチド合成細菌からの探索
3.2　ペプチド性抗生物質生産菌からの探索
4　オリゴペプチド合成酵素の発見
5　ゲノム情報を活用したオリゴペプチド合成酵素の探索
6　既知酵素を活用した新規合成法の開発
6.1　非リボソームペプチド合成酵素の構成ドメインを活用した合成法
6.2　タンパク質修飾酵素RimKを用いたポリアミノ酸合成
7　おわりに

【第III編　食品】

第7章　高度不飽和脂肪酸・共役脂肪酸含有油脂の微生物生産
1　はじめに
2　M. alpinaを用いるPUFAの生産
2.1　n-6系PUFA含有油脂
2.2　n-3系PUFA含有油脂
2.3　n-9系PUFA含有油脂
2.4　その他の希少PUFA含有油脂
3　腸内細菌におけるPUFA代謝
3.1　乳酸菌のPUFA飽和化代謝
3.2　PUFA飽和化代謝系酵素を活用する共役脂肪酸生産
4　おわりに

第8章　酵素を利用した生理活性オリゴ糖の生産
1　はじめに
2　オリゴ糖生産用酵素バイオリアクター
2.1　酵素バイオリアクターの分類
2.1.1　充填層型バイオリアクター
2.1.2　撹拌槽型バイオリアクター
2.1.3　膜型バイオリアクター
2.2　酵素バイオリアクターによるオリゴ糖生産
2.2.1　多糖の加水分解反応によるオリゴ糖生産
2.3　縮合・転移反応によるオリゴ糖生産
3　酵素バイオリアクターによる海洋バイオマスからの生理活性オリゴ糖生産
3.1　キトサンオリゴ糖とは
3.2　キトサンオリゴ糖の生産方法
3.3　多点結合法によるキトナサーゼの固定化と安定化
3.4　酵素バイオリアクターによるキトサンオリゴ糖の生産
4　おわりに

【第IV編　化粧品】

第9章　乳酸菌発酵を利用した化粧品素材の開発
1　はじめに
2　皮膚の保湿成分と乳酸菌
3　乳酸菌培養液
4　乳酸桿菌/アロエベラ発酵液
5　新規微生物によるヒアルロン酸生産
6　効果測定
7　安全性と申請・承認
8　おわりに

第10章　チロシナーゼの三次元構造と酒粕由来のチロシナーゼ阻害剤
1　はじめに
2　チロシナーゼの三次元構造
3　触媒部位の構造
4　酒粕由来のチロシナーゼ阻害剤
5　おわりに
【第V編　環境・エネルギー】

第11章　新規産業バイオリファイナリーの実現へ向けて

1　はじめに
2　増殖非依存型バイオプロセス
3　非可食バイオマス利用技術の開発
3.1　バイオ変換工程に必要な技術特性
3.2　C6,C5糖類の同時利用
3.3　醗酵阻害物質耐性
3.4　高生産株の創製
4　おわりに

第12章　光合成微生物による光水素製造技術
1　緒言
2　光合成微生物による光水素製造技術とは
2.1　光合成微生物の分類
2.2　光合成微生物による光水素生産の原理
2.3　光合成微生物による光水素生産の酵素
3　光合成細菌による光水素製造のコスト(当時)
3.1　フォトバイオリアクター
3.2　前提諸条件の試算
3.3　試算結果
4　まとめ

第13章　嫌気微生物による有用物質生産と環境浄化・エネルギー回収への応用
1　はじめに
2　有用物質生産の微生物資源としてのメタン発酵エコシステム
3　化成品原料(光学活性化合物)の嫌気的発酵生産
4　クリーンエネルギー(水素,エタノール)の嫌気的発酵生産
5　生理活性物質(ビタミンB12関連物質)の嫌気的発酵生産
6　二酸化炭素固定による嫌気的エタノール生産
7　嫌気性微生物群の環境浄化・エネルギー回収への応用(メタン発酵)
7.1　メタン発酵フェーズ毎の最適化による高速メタン発酵(多槽型メタン発酵)
7.2　低含水率でのメタン発酵(乾式メタン発酵)
8　おわりに