服部正平 東京大学大学院 新領域創成科学研究科 教授
中川 智 （社）バイオ産業情報化コンソーシアム JBIC研究所 担当部長；現 協和発酵バイオ（株） ヘルスケア商品開発センター マネジャー
野口英樹 東京工業大学大学院 生命理工学研究科 特任准教授
伊藤武彦 東京工業大学大学院 生命理工学研究科 教授
森 宙史 東京工業大学大学院 生命理工学研究科 生命情報専攻
丸山史人 東京医科歯科大学大学院 歯学総合研究科 細菌感染制御学分野 准教授
黒川 顕 東京工業大学大学院 生命理工学研究科 生命情報専攻 教授
内山郁夫 自然科学研究機構 基礎生物学研究所 ゲノム情報研究所 助教
福田雅夫 長岡技術科学大学 生物系 教授
森田英利 麻布大学 獣医学部 食品科学研究室 教授
菊池真美 （株）クレハ 生物医学研究所 主任研究員
上野真理子 （株）クレハ 生物医学研究所 研究員
髙見英人 （独）海洋研究開発機構 深海・極限環境生物圏領域 上席研究員
高木善弘 （独）海洋研究開発機構 深海・極限環境生物圏領域 技術研究主任
竹山春子 早稲田大学 先進理工学部 生命医科学科 教授
岡村好子 早稲田大学大学院 先進理工学研究科 生命医科学専攻 准教授
本郷裕一 東京工業大学大学院 生命理工学研究科 生体システム専攻 准教授
野田悟子 山梨大学大学院 医学工学総合研究部 准教授
大熊盛也 （独）理化学研究所 バイオリソースセンター 微生物材料開発室 室長
藤井隆夫 崇城大学 生物生命学部 応用生命科学科 教授
藤 英博 （独）理化学研究所 計算生命科学研究センター 研究員
大島健志朗 東京大学大学院 新領域創成科学研究科 特任助教
中村昇太 大阪大学微生物病研究所 遺伝情報実験センター 感染症メタゲノム研究分野 特任助教
中屋隆明 大阪大学微生物病研究所 遺伝情報実験センター 感染症メタゲノム研究分野；感染症国際研究センター 特任准教授
飯田哲也 大阪大学微生物病研究所 遺伝情報実験センター 感染症メタゲノム研究分野；感染症国際研究センター 特任教授
大野博司 （独）理化学研究所 免疫・アレルギー科学総合研究センター 免疫系構築研究チーム チームリーダー
福田真嗣 （独）理化学研究所 免疫・アレルギー科学総合研究センター 免疫系構築研究チーム 研究員
山本幸司 神戸大学大学院 医学研究科 内科学講座 消化器内科学分野
吉田 優 神戸大学大学院 医学研究科 内科系講座 病因病態解析学分野；内科学講座 消化器内科学分野 准教授
井上 潤 神戸大学大学院 医学研究科 内科学講座 消化器内科学分野
大井 充 神戸大学大学院 医学研究科 内科学講座 消化器内科学分野
吉江智郎 神戸大学大学院 医学研究科 内科学講座 消化器内科学分野
東 健 神戸大学大学院 医学研究科 内科学講座 消化器内科学分野 教授
林潤一郎 愛知学院大学 歯学部 歯周病学講座 講師
小島俊男 浜松医科大学 実験実習機器センター 准教授
近藤伸二 （独）理化学研究所 計算生命科学研究センター設立準備室 生命モデリングコア メタシステム研究チーム 研究員
野口俊英 愛知学院大学 歯学部 歯周病学講座 教授
藤井 毅 （独）農業環境技術研究所 生物生態機能研究領域 領域長
星野（高田）裕子 （独）農業環境技術研究所 生物生態機能研究領域 主任研究員
森本 晶 （独）農業・食品産業技術総合研究機構 東北農業研究センター 主任研究員
岡田浩明 （独）農業環境技術研究所 生物生態機能研究領域 主任研究員
對馬誠也 （独）農業環境技術研究所 農業環境イベントリーセンター センター長
海野佑介 （独）農業・食品産業技術総合研究機構 北海道農業研究センター 根圏域研究チーム 特別研究員
信濃卓郎 （独）農業・食品産業技術総合研究機構 北海道農業研究センター 根圏域研究チーム チーム長
伊藤英臣 東京大学大学院 農学生命科学研究科 応用生命化学専攻；日本学術振興会特別研究員
石井 聡 東京大学大学院 農学生命科学研究科 応用生命化学専攻 特任助教
妹尾啓史 東京大学大学院 農学生命科学研究科 応用生命化学専攻 教授
池田成志 （独）農業・食品産業技術総合研究機構 北海道農業研究センター 根圏域研究チーム 芽室研究拠点 主任研究員
南澤 究 東北大学大学院 生命科学研究科 教授
土壌，海洋，河川などの自然環境やヒト，動物，植物，昆虫などの表面や体内にはさまざまな微生物（主に真正細菌と古細菌）が生息している。その種類は106～108，その総菌数は1030のオーダーと見積もられており，ヒトや動物などの多細胞生物種に較べてはるかに多様性に富む。また，その全バイオマスは地球上の全生物種の1/3にもなり，地球は微生物の惑星という研究者もいる。細菌は通常，多くの細菌種が集まった集団（細菌叢）を形成して生息しており，その構成菌種の数はその生息環境によって，数菌種から数千，数万菌種と広範囲に変化する。
しかしながら，寒天培地上に形成するコロニー数と顕微鏡下で観察される細菌数がおおきく異なること，数十日の培養時間を必要とするきわめて増殖が遅い細菌の存在，培養できる細菌種が全体の0.1～1％しか存在しないこと示した土壌細菌叢のDNA-DNA会合実験など，見えるけれども培養できない細菌種（microorganisms that are viable but not culturable）が細菌叢の大半を占めている事例が多数報告され，これまで実験室で培養できた細菌種は全体の一握りであることが認識されるようになった。
このような難培養性細菌が大部分を占める環境細菌叢の全体構造や生物機能を探る方法としてメタゲノム解析が登場した。メタゲノム解析は2003年頃に世界的に本格化し始めた新しいゲノム解析技術であるが，ここ数年におけるシークエンス技術の革新的な進歩とあいまって，メタゲノム解析を活用した細菌叢研究が急速に発展してきている。
一方で，メタゲノム解析を実際に活用するには新しいさまざまな要素技術を必要とする。とくに機能生物の解釈には，細菌叢が生息する環境の化学・物理データなどのメタ情報の取得も大事になる。さらには，メタボロームやトランスクリプトームといったオーミクスデータを取り扱うことも細菌叢を包括的に理解するために必要である。
本書では，基本的なメタゲノムデータの取得技術とバイオインフォマティクス技術，環境や農業に関わる土壌，水田，海洋，地殻深部，植物根圏と植物共生系の細菌叢，宿主との相互作用の面からの昆虫共生細菌叢，産業応用面からのバイオリアクター細菌叢とメタゲノムデータからの機能探索，健康・疾患に関わるヒトの口腔や腸内常在菌叢，機能解析のモデル系など，メタゲノム解析とその関連研究が各分野で活躍している研究者によって解説されている。本書がメタゲノム解析の実際を理解する上での一助になれば幸いである。
（「はじめに」より）
2010年12月 東京大学 服部正平
【基礎編】
第1章 総論
1. メタゲノム解析とは何か（服部正平）
1.1 はじめに
1.2 メタゲノム解析の基本的なウェット実験プロセス
1.3 メタゲノム解析の基本的なバイオインフォマティクス
1.4 メタゲノム解析とレファレンスゲノム
1.5 細菌叢メタゲノム解析と環境生態系
1.6 国際動向
1.7 おわりに
2. メタゲノム関連技術の産業利用と世界動向（中川智）
2.1 メタゲノム解析とは
2.2 メタゲノム解析に関する会議
2.3 メタゲノム解析に必要なDNAの調製
2.4 メタゲノム解析
2.5 主なメタゲノム解析プロジェクト
2.6 企業の活動
2.7 バイオインフォマティクス
2.8 技術開発の進展に伴う今後のメタゲノム解析
第2章 解析技術
1. メタゲノム解析におけるバイオインフォマティクス（野口英樹，伊藤武彦）
1.1 はじめに
1.2 ヒト腸内細菌叢メタゲノム解析を例に
1.3 メタゲノム配列からの遺伝子予測
2. メタゲノムデータベース（森宙史，丸山史人，黒川顕）
2.1 メタゲノム解析とは
2.2 メタゲノム解析専用のデータベース
2.3 比較メタゲノム解析
2.4 メタデータの重要性
2.5 メタゲノム解析に利用可能なデータベース
2.6 リファレンスゲノムの重要性
2.7 16S rRNA群集構造解析について
2.8 おわりに
3. 比較ゲノムにおけるインフォマティクス基盤（内山郁夫）
3.1 はじめに
3.2 微生物ゲノム情報の蓄積
3.3 オーソログ解析
3.4 微生物の比較ゲノムデータベース
3.5 コアゲノム解析
3.6 比較ゲノム解析ワークベンチ
4. メタゲノムの産業利用（福田雅夫）
4.1 はじめに
4.2 メタゲノムからの有用遺伝子の探索
4.3 メタゲノムの産業利用＝新規有用遺伝子の探索における課題
4.4 おわりに
5. 腸内細菌叢ゲノムDNAの調製法（森田英利，菊池真美，上野真理子）
5.1 はじめに
5.2 糞便サンプル
5.3 凍結糞便サンプルからの細菌細胞の回収
5.4 細菌細胞の溶菌・破砕とゲノムDNA精製のためのプロトコール
5.5 細菌ゲノムDNAの精製
5.6 16S rRNA遺伝子配列解析
5.7 メタゲノム解析方法
5.8 各手法により精製された細菌ゲノムDNA量とそのクオリティの比較
5.9 DNAのクオリティに関する各手法間の比較
5.10 結論
【応用編】
第3章 環境・海洋
1. メタゲノム解析から地下深部環境を探る（髙見英人，高木善弘）
1.1 はじめに
1.2 地下鉱山の熱水流路に繁茂する微生物マットのメタゲノム解析
1.3 下北半島東方沖海洋掘削コアサンプルのメタゲノム解析
2. マリンメタゲノム：海洋性難培養微生物からの有用遺伝子・物質の探索（竹山春子，岡村好子）
2.1 はじめに
2.2 カイメン共生・共在バクテリアのメタゲノムライブラリー構築
2.3 メタゲノムライブラリーからの有用遺伝子スクリーニング
2.4 シングルセルバイオロジーからメタゲノミックス
2.5 おわりに
3. 難培養性微生物種のゲノム解析技術とシロアリ腸内共生機構（本郷裕一）
3.1 はじめに
3.2 難培養性細菌種の少数細胞からのゲノム完全長配列取得
3.3 培養不能細菌種のゲノム解析が明らかにしたシロアリ腸内共生機構
3.4 シングルセル・ゲノミクスと今後の展望
4. 微生物群集のメタトランスクリプトーム解析（野田悟子，大熊盛也）
4.1 はじめに
4.2 トランスクリプトーム解析の意義
4.3 環境微生物のトランスクリプトーム解析
4.4 シロアリ共生原生生物のEST解析
4.5 おわりに
5. 嫌気的アンモニア酸化（anammox）の反応機構と微生物複合システム解析（藤井隆夫，藤英博）
5.1 はじめに
5.2 anammox細菌の発見
5.3 anammox細菌の多様性
5.4 anammox細菌のメタゲノム解析
5.5 anammoxの反応機構
5.6 おわりに
第4章 医療・健康
1. ヒトマイクロバイオームのメタゲノム解析（服部正平，大島健志朗）
1.1 はじめに
1.2 ヒト常在菌叢の細菌組成解析
1.3 ヒト腸内マイクロバイオームのメタゲノム解析
1.4 ヒト常在菌の個別ゲノム解析
1.5 次世代（第2世代）シークエンサーを用いた細菌叢メタゲノム解析
1.6 腸内細菌叢の機能と宿主との相互作用
1.7 腸内細菌叢と疾患
1.8 国際ヒトマイクロバイオーム計画と今後の展望
2. 次世代シークエンサーを用いた感染症の診断と解析（中村昇太，中屋隆明，飯田哲也）
2.1 次世代DNAシークエンサーの感染症領域への応用
2.2 病原細菌の迅速ゲノム解析
2.3 メタゲノム解析による病原体検出
2.4 細菌感染症への応用
2.5 ウイルス感染症への応用
2.6 展望
3. マウスモデルを用いた宿主―腸内フローラ間相互作用の解析（大野博司，福田真嗣）
3.1 ノトバイオートマウスを用いた解析
3.2 SPFマウスを用いたマルチオミクス解析による腸内環境評価法の確立の試み
3.3 おわりに
4. 疾患とメタゲノム（腸内細菌と炎症性腸疾患）（山本幸司，吉田優，井上潤，大井充，吉江智郎，東健）
4.1 はじめに
4.2 腸内細菌叢の構成と生体との相互作用
4.3 腸内細菌と疾患
4.4 メタゲノム解析の有用性
4.5 腸内細菌叢を標的とした治療
4.6 おわりに
5. 口腔内フローラのメタゲノム解析（林潤一郎，小島俊男，近藤伸二，森田英利，野口俊英）
5.1 はじめに
5.2 口腔フローラと口腔疾患
5.3 歯肉縁下プラークと歯周炎
5.4 口腔フローラのメタゲノム研究
5.5 おわりに
第5章 農業
1. 農耕地土壌の生物学的特性解明への挑戦（藤井毅，星野（高田）裕子，森本晶，岡田浩明，對馬誠也）
1.1 はじめに
1.2 スキムミルクを用いた土壌DNA抽出法の確立
1.3 PCR-DGGEを用いた農耕地土壌における生物学的特性の解析
1.4 eDNAプロジェクト
1.5 土壌メタトランスクリプトーム解析
1.6 今後の展望
2. 植物根圏土壌におけるメタゲノム解析（海野佑介，信濃卓郎）
2.1 植物根圏とそこに棲む微生物
2.2 植物根圏微生物群集へのメタゲノム解析
3. 水田土壌のメタゲノム解析（伊藤英臣，石井聡，妹尾啓史）
3.1 はじめに（水田土壌の特徴と微生物）
3.2 水田土壌のメタゲノム解析
3.3 おわりに
4. 植物共生微生物の群集構造解析（池田成志，南澤究）
4.1 はじめに
4.2 非培養法による植物共生微生物の群集構造解析の現状と問題点
4.3 細菌細胞濃縮法の開発
4.4 新時代の植物共生細菌の多様性解析・群集構造解析
4.5 植物共生科学におけるパラダイムシフト
4.6 今後の植物共生科学の展望：多様性解析からメタゲノム解析へ向けて
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