生物学的栄養塩類除去プロセスにおける同位体解析を導入した微生物ループの解明

• Project/Area Number: 17686047
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Civil and environmental engineering
• Research Institution: National Institute for Environmental Studies
• Principal Investigator: 蛯江 美孝 National Institute for Environmental Studies, 循環型社会・廃棄物研究センター, 研究員 (90391078)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥23,920,000 (Direct Cost: ¥18,400,000、Indirect Cost: ¥5,520,000); Fiscal Year 2007: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2006: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2005: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
• Keywords: 微生物ループ / 排水処理 / 微生物生態学 / 腐生連鎖 / 生物学的窒素除去 / 同位体解析 / 微生物個体群動態 / 物質フロー / 生物学的排水処理 / 分子生物学的解析 / 放射性同位体解析 / 安定同位体解析 / 捕食-被食関係 / 窒素・リン / 基質資化特性

Research Abstract

液状廃棄物処理を効率的かつ安定的に行う上では、処理性能を左右する重要な微生物の挙動および微生物ループの機構解明が不十分であることが指摘されている。本研究では、微生物ループの解明における課題である微生物個体群と物質フローの同時解析を可能とするため、同位体によるトレーサー試験と遺伝子解析を組み合わせたSIP法(SI活用)とMAR-FISH法(RI活用)を導入し、微生物ループの機構解明のための基盤の確立を図った。
MAR-FISH法によりリン蓄積細菌(PAOs)の可視化と炭素フローの同時解析を行った結果、リン除去性能が良好な活性汚泥においても活性の個体差が大きく異なる場合があることや、PAOsと共生・競争等の密接な関わりのある4分子状のクラスターを形成し、形態学的に異なる2種の細菌の存在を明らかにすることができた。さらに、リン除去能回復試験においては、一部のPAOsが基質を資化しておらず、阻害微生物が高い活性を示すことが確認された。またSIP法を導入した基質資化特性に基づく細菌群集構造解析手法を確立し、複雑な微生物ループにおいて、メタノールおよび酢酸を利用する脱窒細菌群集を明らかにした。メタンを唯一の炭素源とした微生物ループにおいては、メタンの一次消費者としてのメタン酸化細菌群、メタン酸化細菌由来の代謝産物であるメタノール等のC1化合物を利用する脱窒細菌群、C1化合物以外の代謝産物を利用する微生物群が見いだされ、炭素のクロスフィーディングを確認することができた。さらに、硝酸塩の存在が及ぼすメタン酸化細菌群集への影響を解析した結果、一部のメタン酸化細菌の増殖が促進されること等が明かとなった。
これらの成果より、微生物の遺伝子解析と同位体解析の導入により、微生物個体群と物質フローの同時解析が可能となり、高度処理プロセスにおける処理機能を担う有用微生物群の機能強化の図れることがわかった。

Research Products

• [Journal Article] Identification of the bacterial community involved in methane-dependent denitrification in activated sludge using DNA stable-isotope probing (2008)
  • Author(s): Toshifumi Osaka
  • Journal Title: FEMS Microbiology Ecology 64 Pages: 494-506
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Defluvicoccus-Relative Glycogen-Accumulating Organisms in Enhanced Biological Phosphorus Removal Processes (2007)
  • Author(s): Kondo Takashi
  • Journal Title: Microbes and Environments 22 Pages: 190-195
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Determination of polyphosphate-accumulating organisms activity in enhanced biological phosphorus removal using conventional methods and microautoradiography-FISH (2007)
  • Author(s): T.Kondo
  • Journal Title: Japanese Journal of Water Treatment Biology 43(in press)
• [Journal Article] メタン脱窒反応場における炭素循環と細菌群集構造 (2007)
  • Author(s): 大坂利文
  • Journal Title: 水環境学会年会講演要旨集 (in press)
• [Journal Article] Use of real-time PCR to examine the relationship between ammonia oxidizing bacterial populations and nitrogen removal efficiency in a small decentralized treatment system "Johkasou" (2007)
  • Author(s): G.Nakagawa
  • Journal Title: Wat. Sci. and Technol (in press)
• [Journal Article] 安房中央貯水池の浮遊微生物相 (2006)
  • Author(s): 林紀男
  • Journal Title: 千葉生物誌 56 (2) Pages: 41-47
• [Journal Article] Characterization of the high-density compounds containing organisms in enhanced biological phosphorus removal process (2006)
  • Author(s): T.Kondo
  • Journal Title: ISEB/ESEB/JSEB 2006 Abstract Book Pages: 222-222
• [Journal Article] 生物学的リン除去プロセスに存在するG-bacteriaの生態解析 (2006)
  • Author(s): 近藤貴志
  • Journal Title: 水環境学会年会講演要旨集 (in press)
• [Journal Article] Population dynamics of ammonia oxidizing bacteria in full-scale advanced Johkasou using real-time PCR (2005)
  • Author(s): Nakagawa G
  • Journal Title: Proceedings of IWA Specialist Conference Nutrient Management in Wastewater Treatment Processes and Recycle Streams Pages: 1263-1267
• [Journal Article] Characterization of active members in EBPR process by using MAR-FISH combined with buoyant density separation (2005)
  • Author(s): T.Kondo
  • Journal Title: Proceedings of 4th IWA Activated Sludge Population Dynamics Specialist Conference Pages: 347-347
• [Journal Article] 生物学的リン除去における基質資化競合関係の分子生物学的評価 (2005)
  • Author(s): 近藤貴志
  • Journal Title: 日本水処理生物学会誌別巻 25 Pages: 57-57
• [Journal Article] Growth Characteristics of Small Aquatic Oligochaetes Contributing on Sludge Reduction in Biological Wastewater Treatment System (2005)
  • Author(s): R.Suzuki
  • Journal Title: Japanese Journal of water treatment biology 41 Pages: 9-15
• [Presentation] 水処理システムの微小動物群集構造の18S rRNA遺伝子を指標とした解析 (2008)
  • Author(s): 大坂利文
  • Organizer: 日本水環境学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] New probes and autofluorescence observation that distinguish each subgroup of Defluvicoccus-relative G-bacteria in a wastewater treatment process (2007)
  • Author(s): Yoshitaka Ebie
  • Organizer: ASM 107th General Meeting
  • Place of Presentation: トロント
• [Presentation] Identification of bacterial population involved in the methane oxidation-coupled nitrate depletion under oxygen-limited conditions by using stable-isotope probing (2007)
  • Author(s): Toshifumi Osaka
  • Organizer: ASM 107th General Meeting
  • Place of Presentation: トロント
• [Presentation] Functional analysis in decentralized domestic wastewater treatment system (2007)
  • Author(s): Yoshitaka Ebie
  • Organizer: 7th Workshop on TEMM agreed Fresh Water (Lakes and Marshes) Pollution Control Project
  • Place of Presentation: 富山
• [Book] 「環境浄化のための微生物学」環境微生物の分子生物学的評価 (2008)
  • Author(s): 蛯江美孝
  • Publisher: 講談社サイエンティフィク
• [Book] Expression of ammonia monooxygenase gene in domestic wastewater treatment process, In New Research Communications on Messenger RNA, (Frank Columbus (Ed)) (2007)
  • Author(s): Yoshitaka Ebie
  • Publisher: Nova Science Publishers, lnc.(in press)
• [Remarks]
  • URL: http://www.nies.go.jp/kenkyu/index.html