Evaluating the efficacy of drinking water treatment processes to remove and inactivate diversified human enteric viruses present in drinking water sources

• Project/Area Number: 19H02269
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Nobutaka Shirasaki 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (60604692)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松井 佳彦 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00173790) ; 松下 拓 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30283401)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2020: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2019: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 病原ウイルス / ロタウイルス / ノロウイルス / トウガラシ微斑ウイルス / ウイルス様粒子 / 水道原水 / 浄水処理 / Viability-PCR法 / エンテロウイルス / 凝集-膜ろ過処理 / 感染性評価手法 / 遺伝的多様性 / 物理化学的処理 / 消毒処理 / 膜ろ過処理 / 塩素処理 / 生残性 / プラック形成法 / メタゲノム解析 / 免疫PCR法

Outline of Research at the Start

本研究では，水系感染症を引き起こす病原ウイルス（ノロウイルスやアデノウイルス等）の遺伝子の多様性に着目し，浄水処理において対象となる水道原水中に優占的に存在する各種病原ウイルスの遺伝子型・株を明らかにすると共に，遺伝子型・株の差異によってどの程度浄水処理における除去特性・不活化特性が異なるのか，また，どのような要因によって浄水処理性に差異が生じるのかについて，室内実験を実施することにより明らかにする．

Outline of Final Research Achievements

We investigated the occurrence of human enteric viruses in drinking water sources by using PCR and PMAxx-Enhancer-PCR which can detect damage to viral capsids. We then successfully evaluated the reduction efficiencies of a human enteric virus and pepper mild mottle virus, a potential surrogate for human enteric viruses to assess virus removal by coagulation-microfiltration, in an actual drinking water treatment plant employing coagulation-microfiltration. In addition, DNA-encapsulated virus-like particles that can be quantified by PCR were successfully constructed by using DNA-conjugated gold nanoparticles.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

病原ウイルスによる水系感染症を制御していくためには，水道原水における病原ウイルスの存在実態，並びに実浄水処理場における病原ウイルスの処理性を詳細に把握し，効果的且つ効率的な処理を施すことが重要となる．本研究では，水系感染症を引き起こすことが知られている9種の病原ウイルスの水道原水における存在実態を明らかにすると共に，代表的な浄水処理技術の一つである凝集-膜ろ過処理を実施している実浄水場における病原ウイルスの処理性を明らかにすることに成功したことから，本研究で得られた知見は，水道水利用における病原ウイルスのリスク管理・制御の枠組みの構築に資するものであると考えられる．

Research Products

• [Journal Article] Evaluation of reduction efficiencies of pepper mild mottle virus and human enteric viruses in full-scale drinking water treatment plants employing coagulation-sedimentation-rapid sand filtration or coagulation-microfiltration (2022)
  • Author(s): Shirakawa, D., Shirasaki, N., Matsushita, T., Matsui, Y., Yamashita, R., Matsumura, T. and Koriki, S.
  • Journal Title: Water Research Volume: 213 Pages: 118160-118160
  • DOI: 10.1016/j.watres.2022.118160
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suitability of pepper mild mottle virus as a human enteric virus surrogate for assessing the efficacy of thermal or free-chlorine disinfection processes by using infectivity assays and enhanced viability PCR (2020)
  • Author(s): Shirasaki N.、Matsushita T.、Matsui Y.、Koriki S.
  • Journal Title: Water Research Volume: 186 Pages: 116409-116409
  • DOI: 10.1016/j.watres.2020.116409
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Evaluating the efficacy of drinking water treatment processes to remove and inactivate human sapovirus: Application of in vitro cell-culture method (2022)
  • Author(s): Hu, Q., Shirakawa, D., Shirasaki, N., Takagi, H., Oka, T., Matsushita, T. and Matsui, Y.
  • Organizer: 第56回日本水環境学会年会（オンライン開催）
• [Presentation] 低圧膜ろ過処理におけるウイルスの除去性：実浄水処理場における調査および室内添加実験の実施による評価 (2021)
  • Author(s): 松村拓哉, 白川大樹, 高力聡史, 白崎伸隆, 松下拓, 松井佳彦
  • Organizer: 第55回日本水環境学会年会（オンライン開催）
• [Presentation] ウイルスの水道水質基準制定に向けた塩素処理の有効性評価：ヒト腸管系ウイルスおよびヒトコロナウイルスの不活化特性の把握 (2021)
  • Author(s): 高橋大河, 松村拓哉, 白崎伸隆, 松下拓, 松井佳彦
  • Organizer: 第55回日本水環境学会年会（オンライン開催）
• [Presentation] Evaluation of virus reduction efficiency in coagulation-microfiltration by a full-scale study and lab-scale experiments (2020)
  • Author(s): Shirakawa, D., Shirasaki, N., Matsumura, T., Koriki, S., Matsushita, T. and Matsui, Y.
  • Organizer: Water and Environment Technology Conference Online 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 凝集沈澱-砂ろ過処理におけるウイルスの除去性－実浄水処理場における調査および室内添加実験の実施による評価－ (2020)
  • Author(s): 白川大樹, 山下玲菜, 高力聡史, 松村拓哉, 白崎伸隆, 松下拓, 松井佳彦
  • Organizer: 令和2年度全国会議 （水道研究発表会）（紙面上発表）
• [Presentation] 膜ろ過浄水施設におけるウイルスの処理性評価：陽電荷膜と限外ろ過膜を組み合わせたウイルス濃縮法の適用 (2020)
  • Author(s): 白崎伸隆, 松村拓哉, 白川大樹, 高力聡史, 松下拓, 松井佳彦
  • Organizer: 第23回日本水環境学会シンポジウム（オンライン開催）
• [Presentation] Evaluation of virus removal efficiecy in an actual drinking water treatement plant by using a novel virus concentration method and pepper mild mottle virus as a process indicator (2019)
  • Author(s): Shirakawa, D., Shirasaki, N., Yamashita, R., Koriki, S., Matsumura, T., Matsushita, T. and Matsui, Y.
  • Organizer: Water and Environment Technology Conference 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 外来遺伝子を封入した人工合成ウイルス様粒子の創製：培養困難なノロウイルスの浄水処理性評価への適用 (2019)
  • Author(s): 白川大樹, 白崎伸隆, 松下拓, 松井佳彦
  • Organizer: 第54回日本水環境学会年会
• [Presentation] 凝集-膜ろ過処理を導入した実浄水処理場におけるウイルスの処理性評価 (2019)
  • Author(s): 松村拓哉, 高力聡史, 白川大樹, 白崎伸隆, 松下拓, 松井佳彦
  • Organizer: 第27回衛生工学シンポジウム