メタボローム解析に基づくANAMMOXプロセスの高効率・安定化技術の創出

• Project/Area Number: 11J04128
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Civil and environmental engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 押木 守 北海道大学, 大学院工学研究院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2013: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2012: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2011: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: anammox / Brocadia sinica / プロテオーム / 鉄酸化硝酸還元 / 窒素除去 / ゲノム

Research Abstract

本年度は"Candidatus Brocadia sinica"のプロテオーム解析のデータについて詳細な解析を行い、細胞内代謝マップの作成を行った。代謝マップ解析ではKEGG、Breda等のデータベースを用いて解析を行い、文献レビューを加えることで各代謝経路の成り立ちを考察した。主要な代謝経路として、嫌気性アンモニア酸化(anammox)、無機炭酸の固定に利用される還元的acetyl CoA経路、還元力生成のための亜硝酸酸化経路を同定することに成功した。特にanammox経路に関与するヒドラジン酸化酵素とヒドラジン合成酵素の発現量が"Ca. Brocadia sinica"の細胞内で極めて高く、主たるエネルギー生産経路となっていたことが明らかとなった。さらに、NrfAの発現がプロテオームから確認されており、これは"Ca. Brocadia sinica"が異化的硝酸還元を行っていた事を示唆する結果だった。"Ca. Brocadia sinica"による異化的硝酸還元を実証するため、細胞に硝酸とギ酸を添加し、嫌気的に培養し、亜硝酸とアンモニアの生成を同位体比分析で調査した。その結果、亜硝酸とアンモニアの生成を確認することができ、"Ca. Brocadia sinica"の新たな生理学的特性を明らかにすることに成功した。一方、興味深いことに亜硝酸還元を担う酵素がゲノム上からも見いだされなかった。そこで、亜硝酸還元酵素を同定すべくRadboud大学(オランダ)に留学し、タンパク質精製の研究に取り組んだ。細胞粗抽出液から亜硝酸還元活性を示すフラクションを確認し、段階的に精製することに成功した。一連の解析を通じて、"Ca. Brocadia sinica"の新たな生理学的特性を明らかにすることに成功したと言える。こうした解析の経過について論文誌において報告を行った。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Simple, rapid and effective preservation and reactivation of an anaerobic ammonium oxidizing bacterium "Candidatus Brocadia sinica" (2014)
  • Author(s): Ali, M., Osbiki, M. and Okabe, M.
  • Journal Title: Water research Volume: (受理済み)(未定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physiological characterization of an anaetobic ammonium-oxidizing bacterium belonging to the "Candidatus Scalindua" group (2013)
  • Author(s): Awata, T., Oshiki, M., Kindaichi T., Ozaki, N., Ohashi, A. and Okabe, S.
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology Volume: 79 Issue: 13 Pages: 4145-4148
  • DOI: 10.1128/aem.00056-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nitrate-dependent ferrous iron oxidation by anaerobic ammonium oxidation (anammox) bacteria (2013)
  • Author(s): Oshiki, M., Ishii, S., Yoshida, K., Fujii, N., Ishiguro, M., Satoh, H. & Okabe, S.
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology Volume: 79 Issue: 13 Pages: 4087-4093
  • DOI: 10.1128/aem.00743-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cultivation of Planktonic Anaerobic Ammonium Oxidation (Anammox) Bacteria Using Membrane Bioreactor (2013)
  • Author(s): Oshiki, M., Awata, T., Kindaichi T., Satoh, H. and Okabe, S.
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 28 Issue: 4 Pages: 436-443
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME13077
  • NAID: 130003382022
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Source identification of nitrous oxide on autotrophic partial nitrification in a granular sludge reactor (2013)
  • Author(s): Rathnayake, R. M. L. D., Song, Y. J., Tumendelger, A., Oshiki, M., Ishii, S., Satoh, H., Toyoda, S., Yoshida, N. and Okabe, S.
  • Journal Title: Water research Volume: 47 Issue: 19 Pages: 7078-7086
  • DOI: 10.1016/j.watres.2013.07.055
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microbial Community Composition of Polyhydroxyalkanoate-Accumulating Organisms in Full-Scale Wastewater Treatment Plants Operated in Fully Aerobic Mode (2013)
  • Author(s): M. Oshiki
  • Journal Title: Microbes and Environments Volume: 28 Issue: 1 Pages: 96-104
  • DOI: 10.1264/jsme2.ME12141
  • NAID: 10031138549
  • ISSN: 1342-6311, 1347-4405
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] N_2O Emission from a Partial Nitrificationeanammox Process and Identification of a key Biological Process of N_2O Emission from Anammox Granules (2011)
  • Author(s): Okabe, S., M.Oshiki, Y.Takahashi, H.Satoh
  • Journal Title: Water Research Volume: 45巻 Issue: 19 Pages: 6461-6470
  • DOI: 10.1016/j.watres.2011.09.040
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physiological Characteristics of the Anaerobic Ammonium-Oxidizing Bacterium 'Candidatus Brocadia Sinica' (2011)
  • Author(s): Oshiki, M., M.Shimokawa, N.Fujii, H.Satoh, S.Okabe
  • Journal Title: Microbiology Volume: 157巻 Issue: 6 Pages: 1706-1713
  • DOI: 10.1099/mic.0.048595-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rapid Quantification of Polyhydroxyalkanoates (PHA) Concentration in Activated Sludge with the Fluorescent dye Nile Blue A (2011)
  • Author(s): Oshiki, M., H.Satoh, T.Mino
  • Journal Title: Water Science and Technology Volume: 64巻 Issue: 3 Pages: 747-753
  • DOI: 10.2166/wst.2011.707
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Long-Term Stable Partial Nitrification and Subsequent Anammox Process (2011)
  • Author(s): Okabe, S., M.Oshiki, K.Takahashi, H.Satoh
  • Journal Title: Bioresource Technology Volume: 102巻 Issue: 13 Pages: 6801-6807
  • DOI: 10.1016/j.biortech.2011.04.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 微生物の多様性-「遺伝子の多様性」/「細胞の多様性」から見た生物多様性バイオフィルム (2011)
  • Author(s): 押木守、岡部聡
  • Journal Title: 生物の科学遺伝 Volume: 65巻 Pages: 48-54
• [Presentation] ゲノミクス、プロテオミクス解析から読み解くアンモニア酸化(anammox)細菌"Ca. Scalindua japonica"の生活環 (2014)
  • Author(s): 押木 守、水戸 佳祐、木村 善一郎、金田一 智規、佐藤 久、岡部 聡
  • Organizer: 第8回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学(東京都世田谷区)
• [Presentation] 嫌気性アンモニア酸化(Anammox)細菌Candidatus 'Brocadia Sinica'における新規Anammox代謝経路の同定 (2013)
  • Author(s): 押木 守
  • Organizer: 第28回日本微生物生態学会大会
  • Place of Presentation: 豊橋技術科学大学(愛知県)
  • Year and Date: 2013-09-20
• [Presentation] Nitrite reduction by anaerobic ammonium oxidation bacteria (2013)
  • Author(s): Oshiki Mamoru
  • Organizer: 平成25年度日本水環境学会北海道支部学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2013-09-06
  • Invited
• [Presentation] Anaerobic ammonium-oxidizing (anammox) bacteria ; an iron oxidizer from the phylum Planctomycetes (2013)
  • Author(s): Oshiki, M., Ishii, S., Yoshida, K., Ishiguro, M., Satoh, H. and Okabe, S.
  • Organizer: 3^<rd> International conference on nitrification
  • Place of Presentation: 中央大学(東京都中央区)
• [Presentation] 嫌気性アンモニア酸化(anammox)細菌の代謝多様性と廃水処理への応用 (2013)
  • Author(s): 押木 守、佐藤 久、岡部 聡
  • Organizer: 第65回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場(広島県広島市)
  • Invited
• [Presentation] Elucidating the Ecophysiology of an Anammox Bacterium, Candidatus 'Brocadia Sinica', by Metagenomic Approach. (2012)
  • Author(s): M. Oshki
  • Organizer: IWA Nutrient Removal and Recovery 2012
  • Place of Presentation: Sofitel Wanda (ハルピン、中国)
  • Year and Date: 2012-09-24
• [Presentation] Cell Density-Dependent Anaerobic Ammonium Oxidation (anammox) Activity of Candidatus 'Brocadia Sinica' (2012)
  • Author(s): H. Hiraizumi
  • Organizer: International Society for Microbial Ecology (ISME)-14
  • Place of Presentation: Bella Center Copenhagen (コペンハーゲン、デンマーク)
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] Meta-Genomic Analysis for the Elucidation of Physiology of an Anammox Bacterium, Candidatus 'Brocadia Sinica' (2012)
  • Author(s): M. Oshki
  • Organizer: International Society for Microbial Ecology (ISME)-14
  • Place of Presentation: Bella Center Copenhagen (コペンハーゲン、デンマーク)
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] 嫌気性アンモニア酸化(アナモックス)細菌のゲノム解析が明らかにする生理学的特性 (2012)
  • Author(s): 押木 守
  • Organizer: 第15回日本水環境学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 佐賀大学(佐賀県)
  • Year and Date: 2012-09-11
• [Presentation] Ananmox活性の菌体密度依存的制御機構の解明 (2012)
  • Author(s): 平泉春菜、押木守、岡部聡
  • Organizer: 第46回日本水環境学会年会
  • Place of Presentation: 東洋大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-04
• [Presentation] Anammox菌による鉄酸化硝酸還元能の解析 (2012)
  • Author(s): 石黒真規、押木守、石井聡、岡部聡
  • Organizer: 第46回日本水環境学会年会
  • Place of Presentation: 東洋大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-04
• [Presentation] メタゲノム・プロテオームアプローチによる嫌気性アンモニア酸化(anammox)細菌Candidatus 'Brocadia sinica'の生理生態学的特性の解明 (2011)
  • Author(s): 押木守、新家子香織、佐藤久、岡部聡
  • Organizer: 第27回日本微生物生態学会大会
  • Place of Presentation: 京都大学(京都)
  • Year and Date: 2011-10-08
• [Presentation] Anammox細菌Candidatus 'Brocadia sinicaの嫌気性アンモニア酸化活性に及ぼす菌体密度の影響 (2011)
  • Author(s): 平泉春菜、新家子香織、押木守、佐藤久、岡部聡
  • Organizer: 第27回日本微生物生態学会大会
  • Place of Presentation: 京都大学(京都)
  • Year and Date: 2011-10-08
• [Presentation] Metagenomic Analyses for a Novel Anammox Bacterium, Candidatus 'Brocadia sinica', Responsible for High-Rate Nitrogen Removal (2011)
  • Author(s): Shinyako, K.Oshiki, M.Satoh, H., Okabe, S.
  • Organizer: The 4th IWA-ASPIRE
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム(東京都)
  • Year and Date: 2011-10-07
• [Presentation] Long-term operation of anaerobic ammonium oxldation (anammox) process in a membrane bioreactor equipped with hollow fibred membranes (2011)
  • Author(s): Oshiki, M., Satoh, H., Okabe, S
  • Organizer: The 4th IWA-ASPIRE
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム(東京都)
  • Year and Date: 2011-10-05
• [Presentation] Detection of Cell-Density Dependent Anaerobic Ammonium Oxidation (anammox) Activities and Acyl-Homoserine Lactone Signal Molecules (2011)
  • Author(s): Hiraizumi, H.Shinyako, K.Oshiki, M.Satoh, H., Okabe, S.
  • Organizer: The 4th IWA-ASPIRE
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム(東京都)
  • Year and Date: 2011-10-03
• [Presentation] 部分硝化-Anammox (2011)
  • Author(s): 岡部聡、押木守、高橋慶考、佐藤久
  • Organizer: 第14回日本水環境学会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北工業大学(仙台)
  • Year and Date: 2011-09-10
• [Presentation] Pnysiological characteristics of the anaerobic ammonium-oxidizing bacterium 'Candidatus Brocadia sinica,' responsible for high-rate nitrogen removal (2011)
  • Author(s): Oshiki, M., Shinyako, K., Satoh, H., Okabe, S.
  • Organizer: ICon2 and 16th European Nitrogen Cycle Meeting
  • Place of Presentation: Hotel Val Monte(オランダ)
  • Year and Date: 2011-07-04
• [Presentation] Comparative Genomics and Functional Analysis for anammox bacteria, Candidatus 'Brocadia sinica' and Candidatus 'Kuenenia stuttgartiensis' (2011)
  • Author(s): Oshiki, M., Shinyako, K., Satoh, H., Okabe, S.
  • Organizer: 第一回国際anammoxシンポジウム(IANAS2011)
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本)
  • Year and Date: 2011-05-20