書籍

【監修者】

野村　暢彦    筑波大学　生命環境系　教授／微生物サステイナビリティ研究センター　センター長

尾花　　望    筑波大学　医学医療系　助教

豊福　雅典    筑波大学　生命環境系　准教授

久能　　樹    国立研究開発法人産業技術総合研究所　生物プロセス研究部門　

　　　　　    生物資源情報基盤研究グループ　招聘研究員

野村　暢彦    筑波大学　生命環境系　教授／微生物サステイナビリティ研究センター　センター長

鎌形　洋一    国立研究開発法人産業技術総合研究所　生命工学領域　領域長補佐

渡邊　　浩    久留米大学　医学部　主任教授

小林　　治    国立研究開発法人国立がん研究センター　中央病院　感染症部長

金子　幸弘    大阪公立大学　大学院医学研究科　教授

楊　　佳約    慶應義塾大学　先端生命科学研究所　特任助教

福田　真嗣    慶應義塾大学　先端生命科学研究所　特任教授／順天堂大学　大学院医学研究科　特任教授／

　　　　　    筑波大学　医学医療系トランスボーダー医学研究センター　客員教授／

　　　　　    神奈川県立産業技術総合研究所　グループリーダー／

　　　　　    株式会社メタジェン　代表取締役社長CEO

坂中　哲人    大阪大学　大学院歯学研究科　助教

森永　　康    元日本大学教授

久保田浩美    宇都宮短期大学　食物栄養学科　教授

岡部　　聡    北海道大学　大学院工学研究院　教授

矢野　剛久    花王株式会社　安全性科学研究所3 室　主任研究員

小笠原　寛    信州大学　基盤研究支援センター　遺伝子実験支援部門　准教授

森川　一也    筑波大学　医学医療系　教授

尾花　　望    筑波大学　医学医療系　助教

常田　　聡    早稲田大学　先進理工学部　教授

堀　　克敏    名古屋大学　大学院工学研究科　教授／株式会社フレンドマイクローブ　取締役会長

松本　壮吉    新潟大学　医学部　教授

立石　善隆    新潟大学　医学部　准教授

田代　陽介    静岡大学　学術院工学領域　講師

菅野　美月    静岡大学　創造科学技術大学院

白井　浩貴    静岡大学　大学院総合科学技術研究科

新谷　政己    静岡大学　大学院総合科学技術研究科　准教授

泉福　英信    日本大学　松戸歯学部　教授

栗原　達夫    京都大学　化学研究所　教授

豊福　雅典    筑波大学　生命環境系　准教授

稲葉　知大    国立研究開発法人産業技術総合研究所　環境創生研究部門　主任研究員

田中　信行    国立研究開発法人理化学研究所　生命機能科学研究センター　上級研究員

古畑　勝則    麻布大学　生命・環境科学部　教授

平井　信充    鈴鹿工業高等専門学校　生物応用化学科　教授／研究主事（校長補佐）

甲斐　穂高    鈴鹿工業高等専門学校　生物応用化学科　准教授

杉本　真也    東京慈恵会医科大学　医学部　准教授

山本　達也    筑波大学　生命環境系　研究員

高部　響介    筑波大学　生命環境系　助教

宮野　泰征    秋田大学　大学院理工学研究科　准教授

Sreekumari Kurissery    

　　　　　    Lakehead University　Sustainability Science　Professor/Dean

重藤　真介    関西学院大学　理学部　教授

佐藤　由也    国立研究開発法人産業技術総合研究所　環境創生研究部門　主任研究員

野杁由一郎    新潟大学　医歯学総合研究科　教授

外園　真規    新潟大学　医歯学総合研究科　助教

菊池　洋輔    金沢大学　ナノ生命科学研究所　技術職員

田岡　　東    金沢大学　理工研究域生命理工学系　准教授

諸星　知広    宇都宮大学　工学部　准教授

安齊洋次郎    東邦大学　薬学部　教授

福本　　敦    東邦大学　薬学部　講師

飯坂　洋平    東邦大学　薬学部　講師

杉山　政則    広島大学名誉教授／大学院医系科学研究科　教授

野田　正文    広島大学　大学院医系科学研究科　特任准教授

Narandalai Danshiitsoodol    

　　　　　    広島大学　大学院医系科学研究科　特任講師

奥田　賢一    福岡工業大学　工学部　准教授

野村　俊之    大阪公立大学　大学院工学研究科　教授

中谷　達行    岡山理科大学　フロンティア理工学研究所　教授

藤井　泰宏    岡山大学　大学院医歯薬学総合研究科　助教

桒田　憲明    川崎医科大学附属病院　心臓血管外科　チーフレジデント

和田里章悟    国立病院機構岡山医療センター　泌尿器科　医師

八幡　祥生    東北大学　大学院歯学研究科　准教授

齋藤　正寛    東北大学　大学院歯学研究科　教授

高橋　晃平    筑波大学　理工情報生命学術院

Andrew S. Utada    

　　　　　    筑波大学　生命環境系　准教授

岡本　章玄    国立研究開発法人物質・材料研究機構　高分子・バイオ材料研究センター　

　　　　　    電気化学ナノバイオGr.　グループリーダー／

　　　　　    筑波大学　大学院理工情報生命学術院　教授／

　　　　　    北海道大学　大学院総合化学院　客員教授

上田　晃弘    広島大学　大学院統合生命科学研究科　教授

第1編　身近にあるバイオフィルム

第1章　日常に存在するバイオフィルム研究の意義《鎌形　洋一》

1．はじめに

2．微生物の多様性とバイオフィルム研究

3．バイオフィルム研究の本質

4．バイオフィルム研究の黎明期

5．その場でバイオフィルムを形成する微生物はどのように選ばれるか

6．バイオフィルム研究の今日

第2章　バイオフィルムと健康・感染症

第1節　感染症の難治化とバイオフィルムの関連 《渡邊　浩》

1．はじめに

2．感染症の難治化の要因とは

3．バイオフィルムによる感染症難治化の背景

4．デバイス感染のため難治性であった症例

5．病院環境由来の病原体による感染事例

6．おわりに

第2節　がんと細菌バイオフィルム感染症 《小林　治》

1．がんと感染症

2．がんとバイオフィルム

3．まとめ

第3節　真菌感染症におけるバイオフィルム 《金子　幸弘》

1．真菌のバイオフィルム

2．カンジダ属の種類とバイオフィルム

3．カンジダのバイオフィルムの特徴

4．臨床におけるバイオフィルムの関与

5．実験的なバイオフィルム

6．カンジダのバイオフィルムの形成過程

7．バイオフィルムに対する抗真菌薬の効果

8．バイオフィルムにおける耐性因子

9．バイオフィルムにおけるストレス応答

第4節　腸内細菌叢のバイオフィルム 《楊　佳約，福田　真嗣》

1．腸内細菌叢と健康

2．腸管粘膜細菌と宿主免疫

3．腸内細菌によるバイオフィルム形成と疾患

4．おわりに

第5節　口腔とバイオフィルム 《坂中　哲人》

1．はじめに

2．口腔エコシステムとバイオフィルム

3．口腔疾患とバイオフィルム

4．おわりに

第3章　バイオフィルムと食

第1節　発酵食品とバイオフィルム 《森永　康》

1．はじめに

2．発酵食品におけるバイオフィルムの存在

3．福山酢とバイオフィルム

4．おわりに

第2節　食品衛生とバイオフィルム 《久保田　浩美》

1．はじめに

2．食品の安全を脅かす微生物のバイオフィルム

3．乳酸菌による食品の汚染・腐敗・変敗

4．おわりに

第4章　バイオフィルムと環境・住環境・水処理

第1節　水環境および水処理とバイオフィルム 《岡部　聡》

1．はじめに

2．自然生態系のバイオフィルム

3．水処理におけるバイオフィルム

4．浄水システムのバイオフィルム

5．廃水処理システムのバイオフィルム

6．バイオフィルム動力学

第2節　住環境のバイオフィルム 《矢野　剛久》

1．はじめに

2．概　論

3．各　論

4．総　括

第2編　バイオフィルム最新研究

第1章　バイオフィルム形成機構

第1節　大腸菌のバイオフィルム形成と遺伝子発現制御機構 《小笠原　寛》

1．はじめに

2．大腸菌における主要なバイオフィルム構成成分とその制御機構

3．バイオフィルム形成を支配する中核転写因子CsgD の多因子による発現制御

4．CsgD の機能未知標的遺伝子の機能解析

5．おわりに

第2節　黄色ブドウ球菌のバイオフィルム形成 《森川　一也》

1．黄色ブドウ球菌

2．本菌のバイオフィルム感染症

3．バイオフィルム形成と病原性

4．相変異によるバイオフィルム制御

5．バイオフィルムと遺伝子水平伝達

6．最後に

第3節　ウェルシュ菌の温度に応答したバイオフィルム形態変化 《尾花　望》

1．はじめに

2．芽胞形成性偏性嫌気性クロストリジウム属細菌が形成するバイオフィルム

3．ウェルシュ菌バイオフィルムの温度応答

4．温度に応答した細胞外マトリクス産生

5．ウェルシュ菌集団中におけるマトリクス遺伝子発現の不均一性

6．pilA2 遺伝子発現の転写後制御

7．おわりに

第4節　硝化菌のバイオフィルム 《常田　聡》

1．はじめに

2．付着固定化技術

3．自己凝集化技術

4．まとめ

第5節　接着性被毛細菌のバイオフィルム形成 《堀　克敏》

1．はじめに

2．Acinetobacter 属細菌Tol 5 株の接着性毛様アペンデージ

3．細胞凝集塊の発達過程の記述

4．細菌ナノファイバーAtaA を介する細胞間相互作用の理論

5．接着性被毛細菌のバイオフィルム形成の全過程の記述

第6節　 マイコバクテリウム属細菌（抗酸菌）による疾病と

バイオフィルム形成 《松本　壮吉，立石　善隆》

1．はじめに

2．抗酸菌症と難治性

3．抗酸菌の薬剤トレランス誘導，休眠現象とバイオフィルム

4．結核菌やらい菌のバイオフィルム

5．非結核性抗酸菌とバイオフィルム形成

6．抗酸菌バイオフィルム形成のメカニズム

7．おわりに

第2章　バイオフィルムにおける情報伝達システム

第1節　緑膿菌のバイオフィルム形成と細胞間情報伝達 《田代　陽介，菅野　美月》

1．はじめに

2．緑膿菌バイオフィルムの各ステージとその特徴

3．緑膿菌バイオフィルム内における細胞間情報伝達

4．おわりに

第2節　バイオフィルム内における遺伝子伝播機構 《白井　浩貴，新谷　政己》

1．はじめに

2．遺伝子の水平伝播機構

3．プラスミドの分類と接合伝達

4．バイオフィルム内におけるプラスミドの接合伝達

5．おわりに

第3節　口腔バイオフィルム形成における細胞間コミュニケーション

《泉福　英信》

1．はじめに

2．歯表面のバイオフィルム

3．舌のバイオフィルム

4．口腔粘膜のバイオフィルム

第4節　細菌の細胞外膜小胞へのタンパク質輸送メカニズム 《栗原　達夫》

1．はじめに

2．Porphyromonas gingivalis におけるタンパク質の外膜小胞への積み込み

3．Porphyromonas gingivalis 門細菌における外膜外葉局在性リポタンパク質の外膜小胞への積み込み

4．Escherichia coli におけるタンパク質の外膜小胞への選択的積み込み

5．魚類腸内細菌Shewanella vesiculosa HM13 の細胞外膜小胞主要積荷タンパク質の輸送メカニズム

6．おわりに

第5節　細胞外膜小胞による細菌の情報伝達 《豊福　雅典》

1．はじめに

2．細菌同士のコミュニケーション

3．メンブレンベシクル

4．最後に

第6節　複合バイオフィルムにおける異種間コミュニケーション 《稲葉　知大》

1．はじめに

2．複合バイオフィルム形成における異種間コミュニケーション

3．おわりに

第3章　バイオフィルム評価手法

第1節　非接触バイオフィルム親水性評価手法 《田中　信行》

1．はじめに

2．気体噴射液体排除法

3．バイオフィルムの親水性評価

4．まとめ

第2節　Legionella pneumophila の実験的バイオフィルム評価手法 《古畑　勝則》

1．はじめに

2．ペグを用いたLegionella pneumophila の実験的バイオフィルム形成条件の検討

3．テストピースを用いたLegionella pneumophila の実験的バイオフィルム形成条件の検討

4．Legionella pneumophila のバイオフィルムに対する電解次亜塩素酸水の効果

5．おわりに

第3節　スラグ系環境改善資材表面向けバイオフィルム定量評価手法

《平井　信充，甲斐　穂高》

1．はじめに

2．各種バイオフィルム定量法

3．3 種類の定量法による結果の比較

4．A3 法によるスラグ上バイオフィルムの定量

5．スラグ上バイオフィルム量に及ぼす菌液へのフミン酸添加効果

6．結　論

第4章　バイオフィルム解析手法

第1節　バイオフィルムの透明化イメージング技術 《杉本　真也》

1．緒　言

2．バイオフィルムの蛍光顕微鏡観察

3．組織透明化法

4．バイオフィルムの透明化イメージング

第2節　共焦点顕微鏡技術を利用した無処理，非破壊のバイオフィルム観察技術

《山本　達也，高部　響介，野村　暢彦》

1．はじめに

2．COCRM

3．CRIF

4．AI

5．おわりに

第3節　微生物の付着/ バイオフィルム形成が誘導する構造材料の腐食

《宮野　泰征，Sreekumari Kurissery》

1．微生物腐食

2．ステンレス鋼溶接部における微生物腐食

3．ステンレス鋼溶接部への微生物付着挙動

4．抗菌性ステンレス鋼への微生物の付着挙動

5．微生物の付着挙動解明を踏まえた微生物腐食研究の新展開

第4節　Raman 顕微鏡によるバイオフィルムの不均一性の非破壊・ラベルフリー解析

《重藤　真介》

1．はじめに：Raman 散乱とは

2．Raman 顕微鏡の構成

3．細菌バイオフィルム中の生分解性プラスチックの可視化

4．複合微生物系への応用：ピンクバイオフィルム中のカロテノイド

5．おわりに

第5節　微生物生態系の遺伝子発現解析 《佐藤　由也》

1．はじめに

2．遺伝子発現解析（トランスクリプトーム解析）の微生物生態系適用への歴史

3．遺伝子発現解析のバイオフィルム研究への適用

4．非モデル微生物コミュニティの遺伝子発現解析

5．宿主- 共生細菌研究の関係を遺伝子発現解析でみる

6．バイオフィルム内の細胞レベルの遺伝子発現変化をみるための新技術

第6節　In situ デンタルバイオフィルムモデルを用いた

バイオフィルムの解析法 《野杁　由一郎，外園　真規》

1．はじめに

2．デンタルバイオフィルム研究で用いられてきたin vitro バイオフィルムモデル

3．In situ デンタルバイオフィルムモデル

4．In situ デンタルバイオフィルムモデルの特徴（利点・欠点）

5．解析例

6．おわりに―将来の展望

第7節　細胞外放出膜小胞の一粒子物性イメージング解析 《菊池　洋輔，田岡　東》

1．はじめに

2．高速原子間力顕微鏡（高速AFM）の紹介

3．位相イメージングによるMVs 粒子の物性多様性解析

4．生細胞へのMVs 結合過程の観察

5．おわりに

第5章　バイオフィルム形成阻害剤の開発

第1節　クオラムセンシングをターゲットにしたバイオフィルム形成阻害の基本戦略

《諸星　知広》

1．はじめに

2．グラム陰性細菌のクオラムセンシング

3．クオラムセンシング阻害技術

4．おわりに

第2節　クオラムセンシング阻害物質の探索 《安齊　洋次郎，福本　敦，飯坂　洋平》

1．はじめに

2．QS 阻害物質の種類

3．QS 阻害物質の探索および開発

第3節　植物乳酸菌のつくる水溶性多糖体を利用した口腔内バイオフィルム

形成阻害剤の開発 杉山　政則，野田　正文，Narandalai Danshiitsoodol》

1．はじめに

2．むし歯発生のメカニズム

3．バイオフィルムの果たす役割

4．バイオフィルム形成を阻害する植物由来の乳酸菌

5．実用化へむけて

第4節　黄色ブドウ球菌バイオフィルム形成阻害剤のスクリーニングと作用機序の解析

《奥田　賢一》

1．スクリーニング

2．黄色ブドウ球菌バイオフィルム形成阻害剤

3．新規バイオフィルム形成阻害剤の開発に向けての展望

第6章　表面処理によるバイオフィルム形成阻害

第1節　親水性チタニアナノ粒子薄膜によるバイオフィルム形成抑制

《野村　俊之》

1．はじめに

2．親水性ナノ粒子薄膜による微生物付着の抑制

3．微生物－基板間に働く付着力のコロイド科学的検討

4．おわりに

第2節　医療用ダイヤモンド状炭素（DLC）成膜によるバイオフィルム形成抑制

 《中谷　達行，藤井　泰宏，桒田　憲明，和田里　章悟》

1．はじめに

2．交流高電圧バーストプラズマCVD 法の開発

3．循環器関連領域のバイオフィルム形成抑制効果

4．泌尿器科領域のバイオフィルム形成抑制効果

5．おわりに

第7章　バイオフィルム除去技術

第1節　パルスレーザ照射で発生する気泡を利用したバイオフィルム除去技術の開発

《八幡　祥生，齋藤　正寛》

1．歯科領域におけるバイオフィルム除去技術確立の必要性

2．Coronal Laser activated irrigation（CLAI）の開発

3．CLAI による根管内バイオフィルム除去効果検証

4．まとめ，将来への展望

第2節　生物由来界面活性剤によるバイオフィルム除去技術の開発

《高橋　晃平，Andrew S. Utada》

1．界面活性剤によるバイオフィルム除去の必要性

2．石油由来・生物由来の界面活性剤

3．界面活性剤によるバイオフィルムの作用機序

4．相乗効果を利用した界面活性剤によるバイオフィルム除去

5．バイオフィルム除去能のハイスループット解析

第3節　細胞外電子移動を利用した微弱電極電位による新原理殺菌技術

《岡本　章玄》

1．はじめに

2．バイオフィルムに潜む電気細菌

3．バイオフィルム生態を支える内部から酸化的外部への電子移動

4．バイオフィルム内への電子注入による殺菌

5．バイオフィルム殺菌効果を高める可能性のある電子移動可逆性

6．おわりに

第4節　植物抽出物を用いたバイオフィルム制御の可能性 《上田　晃弘》

1．はじめに

2．バイオフィルム剥離に効果的な植物抽出物の探索

3．植物抽出物のバイオフィルム剥離効果

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