鉱山廃棄物の持続的な安定化に向けた有害金属の微生物ー鉱物相互作用の解明
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19H04302
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
濱村 奈津子 九州大学, 理学研究院, 教授 (50554466)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
光延 聖 愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (70537951)
鹿島 裕之 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究プログラム), 研究員 (70780914)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
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| Keywords | 微生物重金属代謝 / ヒ素代謝 / 微生物金属代謝 / 微生物ヒ素代謝 / 重金属汚染 / 地球微生物学 / ヒ素酸化還元 / アンチモン / 金属生物変換 |
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| Outline of Research at the Start |
猛毒のヒ素などの有害金属は世界で最も被害の深刻な汚染物質の一つであり、鉱山開発など人為的な汚染源や、鉱物や採掘ずりからの溶出など自然汚染源からも環境に放出され、長期的な安定化が望まれている。本研究では、有害金属動態プロセスのモデル化と安定化技術への応用を目指し、鉱山廃棄物の有害金属挙動に影響する微生物-鉱物相互作用を解明する。特に、深刻な健康被害を引き起こすとして重要汚染物質に指定されているヒ素とアンチモンに着目し、鉱山廃棄物の有害金属動態プロセスに微生物作用を組み込んだ包括的モデルを構築し、固定化に寄与する新規微生物機構を同定するとともに、長期的安定性の評価を実施する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、有害金属動態プロセスのモデル化と安定化技術への応用を目指し、鉱山廃棄物の安定性及び有害金属挙動に影響する微生物-鉱物相互作用の解明を目的とする。当該年度は、鉱山廃棄物の安定性および有害元素挙動における微生物-鉱物相互作用の影響を明らかにするために、以下の３項目を実施した：１）鉱山汚染地域調査、２）有害金属の固体化を触媒する微生物代謝機構のゲノミクス解析、３）固体・不溶性の有害金属を代謝利用する微生物を電気化学培養。
上記（１）では、鉄、銅、ヒ素、アンチモンなど異なる重金属による高濃度汚染が確認された鉱山跡地における調査を実施した。採取した汚染環境試料について、16S rRNA遺伝子配列をターゲットとするアンプリコンシーケンシングにより微生物群集解析を進めている。（２）では、有害金属の固体化を触媒する微生物に関して、分離培養に成功した好気的ヒ素酸化細菌、嫌気的ヒ素酸化細菌、およびアンチモン酸化還元細菌について、ゲノム配列同定のためのDNA調整を実施した。これら分離培養株のうち代表的な株については、ロングリードによるシーケンシングを実施するため、大量培養法およびDNA抽出方法を検討し、質・量ともに十分なDNAを得る事が可能となった。
また、これまでの毒性元素の生物変換では、主に溶解性の基質を利用する微生物が研究対象とされており、汚染環境に多く存在する固体毒性元素の生物利用機構については未解明な部分が多い。そこで（３）では、採取した汚染環境試料を用いて、電気化学培養を実施し、電気化学的に集積された微生物群の同定を実施した。その結果、高濃度の毒性元素存在下で電気活性の上昇が検出され、電極には金属代謝細菌が集積している事が確認できた。この結果より、毒性元素汚染環境中に電気活性微生物が存在している事が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、当初の計画通り鉱山汚染地域の調査を実施しており、汚染現場での有害金属形態変化に関与している微生物群集解析についても順調に進んでいる。また、有害金属固体化に関与する微生物代謝機構の同定のためゲノム配列解析を進めているが、ロングリード配列解読用の試料も調整済みであり、今後の解析も問題なく実施できる見込みである。また、電気培養系の活性も確認できており、次年度以降に予定していた固体有害金属代謝に関与する微生物群の培養についても順調に実施できる見込みである。これらの結果から、おおむね当初の目的に沿って順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
鉱山汚染地域において毒性元素の動態プロセスに関与している微生物要因を調べるため、鉱山廃棄物や汚染土壌など汚染環境試料中の微生物解析を、次世代シーケンサーを用いた分子系統解析により実施する。有害金属の固体化を触媒する微生物の分離培養株から得られたゲノム配列解読データについて、比較ゲノム解析を実施し金属代謝に関与している代謝制御因子を同定する。さらに、鉱山汚染土壌を接種源とした微生物電気培養系で活性が確認されている系については、集積培養および活性モニタリングを継続するとともに、主要な構成微生物種の分離培養を継続する。また、高電気活性や集積が検出されている系については、得られた培養系については微生物系統の同定とゲノム解析を実施する。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
