微生物の新規な窒素代謝系である共脱窒の分子機構の解明と排水処理への応用

• Project/Area Number: 13760056
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 応用微生物学・応用生物化学
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 高谷 直樹 筑波大学, 応用生物化学系, 講師 (50282322)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2002: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2001: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: denitrification / codenitrification / sludge disposal / nitrate / ammonium / dinitrogen / nitrous oxide

Research Abstract

共脱窒は、硝酸や亜硝酸の窒素原子が他の有機体窒素化合物の窒素原子と反応し窒素ガスあるいは亜酸化窒素ガスを生成する反応であり、研究代表者らはカビや放線菌に属する微生物がこの活性を持つことを見出した。本研究は、この反応機構を解明し、それを利用することによって、N_2O排出抑制型の新規な窒素除去排水処理システムを構築することを最終的な目標としている。まず、カビFusarium solaniの共脱窒による窒素ガス生成機構を亜硝酸とアニリンをモデル基質として検討した。その結果、この反応は、酵素反応による亜硝酸のNO^+への変換とNO^+とアニリンの反応によって生成するジアゾニウムを中間体として進行することが示唆された。亜硝酸と他の有機体窒素との共脱窒も同様のメカニズムでおこると予想される。また、共脱窒による亜酸化窒素生成には、シトクロムP450norが関与することを示した。
共脱窒反応機構の基礎的解析とともに、共脱窒菌の培養特性を検討した。その結果、放線菌Streptomyces antibioticusの共脱窒活性は、グリセロールなどの炭素源を用いたときに高く、微好気条件下でもっとも強い共脱窒活性を示すことが明らかとなった。これらの結果は、本研究の実用化段階での培養の基礎的知見として役立つ。また、条件検討の過程で、カビの嫌気的なアンモニア発酵や放線菌による亜硝酸合成といった新規の窒素代謝系が見出され、その反応経路を特定した。