独立栄養微生物によるCO2資源化技術

CO2 Utilization Technologies with Autotrophic Microorganisms

【第I編　総論】
第1章　独立栄養細菌の炭酸固定経路と基本的性質
1　はじめに
2　炭酸固定経路
　2.1　Calvin回路
　2.2　還元的TCA回路
　2.3　Wood-Ljungdahl(WL)経路
　2.4　3-Hydroxypropionate(3HP)回路
　2.5　3HP/4HB回路
　2.6　DC/4HB回路
　2.7　還元的Gly経路
3　炭酸固定経路の比較
4　独立栄養細菌における炭酸固定代謝

第2章　独立栄養微生物の培養・保存法
1　独立栄養微生物
2　独立栄養微生物の培養
　2.1　培地
　2.2　基質
3　独立栄養微生物の保存
　3.1　保存方法
　3.2　凍結保存法
4　カルチャーコレクションによる分譲

第3章　メタン生成菌・水素細菌・藍藻などで利用されている遺伝子操作の方法論
1　メタン生成アーキアにおける遺伝子操作系
2　水素細菌における遺伝子操作系
3　シアノバクテリアにおける遺伝子操作系

第4章　合成生物学による新規独立栄養生物・炭酸固定経路の創出
1　はじめに
2　独立栄養生物の創出
　2.1　独立栄養生物創出の意義と必要条件
　2.2　CO2資化能の付与
　2.3　ギ酸やメタノールの資化能の付与
　2.4　実験室進化実験と独立栄養生物創出
3　非天然型炭酸固定経路の創出
　3.1　物質生産系としての炭酸固定経路の適性評価
　3.2　非天然型炭酸固定経路のin silico設計
　3.3　非天然型炭酸固定経路のin vitro構築:CETCH回路
　3.4　その他の炭酸固定経路の構築
4　終わりに

第5章　微生物代謝によるCO2固定化量の評価
1　CO2固定化量の評価
2　全有機体炭素計
3　TOCによるCO2固定化量の分析事例

【第II編　CO2資源化技術】
第1章　水素細菌マイクロコンパートメントによるCO2の濃縮・固定機構
1　はじめに
2　Hydrogenovibrio marinus MH-110のRubisCO遺伝子群
3　H. marinus MH-110のCO2応答と3つのRubisCOの役割分担
4　RubisCO遺伝子の転写調節因子
5　物質生産への応用可能性

第2章　水素酸化細菌による生分解性ポリエステル生産
1　はじめに
2　ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)
3　代表的なPHAとその生合成経路
4　天然微生物が生産するPHAの材料特性
5　遺伝子組換え技術を用いた高性能PHAの開発
　5.1　Scl/mclハイブリッドPHA
　5.2　中鎖長ホモPHA
　5.3　α位にメチル基側鎖を有するPHA
6　水素酸化細菌を用いた二酸化炭素からのPHA生産
　6.1　閉鎖循環式ガス発酵システムの開発
　6.2　爆発下限界の低濃度水素ガスを用いた二酸化炭素からのPHA生産
7　おわりに

第3章　水素細菌によるグリコーゲンおよび養魚飼料用タンパク質資源の生産
1　水素細菌の利活用1:培養とグリコーゲンの生産
　1.1　水素細菌とは
　1.2　海洋性水素細菌Hydrogenovibrio marinusについて
　1.3　H. marinusの培養とグリコーゲンの生産
2　水素細菌の利活用2:養魚飼料の製造技術
　2.1　水産養殖と飼料
　2.2　エサとしての水素細菌
　2.3　今後の方向や問題点
3　おわりに

第4章　ヒドロゲナーゼの反応機構と産業利用に向けた構造化学
1　はじめに
2　水素酸化還元酵素ヒドロゲナーゼ
3　[NiFe]ヒドロゲナーゼの構造
4　[NiFe]ヒドロゲナーゼの触媒反応機構
5　[NiFe]ヒドロゲナーゼの酸素耐性機構
6　ヒドロゲナーゼの産業利用に向けて

第5章　水素酵素によるCO2還元反応と物質・エネルギー生成
1　はじめに
2　水素を活性化する酵素
3　ギ酸酵素(ギ酸デヒドロゲナーゼ)
4　酵素触媒によるCO2の水素化反応系の構築
5　今後の展望

第6章　メタン生成菌・酢酸生成菌の培養
1　メタン生成菌
2　メタン生成菌の培養
　2.1　基礎培地
　2.2　培地調製方法
　2.3　基質
3　酢酸生成菌
4　酢酸生成菌の培養
　4.1　一般的な培養方法
　4.2　独立栄養条件の培養
　4.3　培養時の注意点
　4.4　NBRCで実施した分離

第7章　二酸化炭素からの生物学的メタン生成(バイオメタネーション)
1　バイオメタネーションとは
　1.1　メタネーション反応
　1.2　バイオメタネーションとは
　1.3　バイオメタネーション反応を行う微生物
2　バイオメタネーションシステム
　2.1　バイオメタネーションシステム
　2.2　バイオメタネーションの研究開発動向
　2.3　下水処理場の嫌気性消化との組み合わせ
3　バイオメタネーションリアクタの性能向上因子
　3.1　水素溶解効率
　3.2　ガス滞留時間と混合特性
4　ラボスケールでの実験例
　4.1　実験方法
　4.2　実験結果
5　まとめ

第8章　バイオメタネーションを用いたe-methane製造技術の開発
1　熱エネルギーの脱炭素化
2　二酸化炭素のメタネーション技術
3　バイオメタネーションの原理
4　バイオメタネーションの方式
5　下水汚泥を対象とするバイオメタネーション
6　国土交通省下水道応用研究でのバイオメタネーション技術開発
7　2022年度までの開発成果
8　生ごみ由来バイオガスを対象とするバイオメタネーション
9　終わりに

第9章　酢酸生成菌によるCO2資源化
1　はじめに
2　酢酸生成菌,還元的アセチルCoA経路の基本特性
3　H2およびCOをエネルギー源とした酢酸生成菌による物質生産
4　電気をエネルギー源とした酢酸生成菌による物質生産
5　おわりに

第10章　鉄酸化細菌,硫黄酸化細菌のエネルギー代謝と応用微生物学
1　はじめに
2　鉄酸化細菌
3　異化的鉄酸化代謝
4　好酸性鉄酸化細菌の培養
5　硫黄酸化細菌
6　異化的硫黄酸化代謝
7　好酸性硫黄酸化細菌の培養
8　鉄酸化細菌,硫黄酸化細菌の利用
　8.1　バイオリーチング
　8.2　酸性鉱山排水処理技術
9　おわりに-鉄酸化細菌,硫黄酸化細菌によるCO2資源化技術の可能性

第11章　電気を還元力とした微生物変換によるCO2の資源化
1　緒言
2　電極から還元力を供給するMESの原理と特性
3　MESの技術開発動向
　3.1　MESが生産対象とする化合物
　3.2　培養槽および電極の開発
4　MESの実用化に向けた課題と今後の展望
　4.1　大型化のリアクターデザイン
　4.2　生産性
　4.3　生産プロセス全体のコスト試算と低減策
5　結言

第12章　好熱性細菌によるセルロース合成
1　はじめに
2　陸上温泉に発達する微生物マット
3　セルロース合成に関わる遺伝子
　3.1　多様な系統の細菌種から見つかるセルロース合成酵素遺伝子
　3.2　セルロース合成遺伝子群
4　おわりに

第13章　硝化微生物の培養・保存法,炭酸固定経路とその応用
1　培養法
　1.1　アンモニア酸化バクテリアおよび亜硝酸酸化バクテリアの培養
　1.2　アンモニア酸化アーキアの培養
2　保存法
　2.1　硝化バクテリアのシリカゲル冷凍保存法
　2.2　アンモニア酸化アーキアのDMSO冷凍保存法
3　炭酸固定経路とその応用
　3.1　硝化バクテリアの炭酸固定経路とその応用
　3.2　アンモニア酸化アーキアの炭酸固定経路とその応用

第14章　硝化微生物群を活用した人工土壌創製
1　はじめに
2　作物栽培の基盤となる土壌機能
3　土壌硝化微生物群の馴養培養
4　硝化微生物群のスクリーニング
5　硝化反応中の菌叢推移の解析
6　硝化微生物群のモデル化の検討
7　有機培地中での硝化細菌の増殖
8　モデル硝化微生物群を用いた作物栽培
9　人工土壌創製
10　土壌創製技術の展開
11　おわりに

第15章　光合成独立栄養細菌の培養
1　はじめに
2　酸素発生型光合成細菌シアノバクテリア
　2.1　培地
　2.2　光源
　2.3　保存
3　酸素非発生型光合成細菌
　3.1　培地
　3.2　光源
　3.3　検出
　3.4　保存
4　おわりに

第16章　光合成によるCO2の異化的な資源化:緑色硫黄細菌を利用した実例
1　はじめに
2　同化反応によるCO2資源化の問題点
3　異化反応のみで構築するCO2還元系
4　明反応と連結可能な異化的CO2還元
5　緑色硫黄細菌の光合成水素生産系
6　緑色硫黄細菌とメタン生成菌の共培養
7　おわりに

第17章　焼酎粕で培養可能な光合成細菌と農業への応用
1　はじめに
2　球磨焼酎粕リサイクルの現状と課題
3　球磨焼酎粕で培養可能な光合成細菌のスクリーニング
4　植物の成長を促進する光合成細菌バイオプライミング(biopriming)技術
5　光合成細菌の新たな植物成長促進物質Lipopolysaccharide(LPS)
　5.1　光合成細菌LPSの植物成長促進効果
　5.2　光合成細菌LPSがイネの根の遺伝子発現に及ぼす影響:次世代シーケンサー
　　　 (Next generation sequencer:NGS)RNA-seq解析
　5.3　光合成細菌LPSと他のグラム陰性菌LPSの違い
6　おわりに

第18章　シアノバクテリアのCO2濃縮機構
1　CO2固定酵素RubisCOの特性
2　RubisCOのcarboxylase反応を促進するCO2濃縮機構
3　シアノバクテリアのCCM
4　無機炭素輸送体によるHCO3-の輸送と炭酸脱水酵素によるCO2への変換
5　カルボキシソームの殻の形成
6　カルボキシソーム内部のRubisCOクラスターの形成
7　シアノバクテリアのHCO3-輸送体を陸上植物へ導入する試み
8　シアノバクテリアのカルボキシソームを陸上植物の葉緑体で再構成する試み