Development of aquatic environment restoration technology using molecular breeding strain of cyanotoxin-degrading bacteria

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H02840
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 清水 和哉 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (10581613)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉浦 則夫 筑波大学, 国際室, 特命教授 (10302374) ; 間世田 英明 徳島大学, 大学院生物資源産業学研究部, 准教授 (10372343) ; 岡野 邦宏 秋田県立大学, 生物資源科学部, 助教 (30455927) ; 内海 真生 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (60323250) ; 原 啓文 長岡技術科学大学, アジア・グリーンテック開発センター, 客員研究員 (80511071)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 汚染質除去 / 生物膜法 / 淡水資源 / 藍藻類産生有毒物質 / 浄水処理技術

Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は、当初計画の通り、microcystin分解菌のmicrocystin分解活性を上昇させるために、microcystin分解酵素遺伝子を挿入した分子育種株を創出した。また、microcystin初発分解酵素が、既報のadda-argを保持するmicrocystin LR等に加えて、microcystin LA等のadda-L型アミノ酸を保持するmicrocystinアナログを分解できることがわかった。したがって、microcystin初発分解酵素は、ほとんどのmicrocystinアナログを分解できると推察された。既往成果とあわせると、microcystin初発分解酵素遺伝子がバイオマーカーとして用いることができると考えられるため、microcystin産生藍藻類が主構成となるアオコ発生水域のモニタリング調査を実施した。その結果、microcystin濃度とmlrA遺伝子コピー数の間に相関関係があることを明らかにした。つまり、microcystin濃度の上昇に伴い、mlrA遺伝子コピー数も増大し、microcystin急減現象が生じる時、最大コピー数を示した。以上から、microcystin初発分解酵素遺伝子mlrAがバイオマーカーとして用いられることを示した。
アオコ発生水域からmicrocystin産生藍藻類Microcystis aeruginosaを捕食させることで、微小動物のヒルガタワムシ類を集積培養した。1個体ずつ分離し、Microcystis aeruginosaを捕食させ、得られたヒルガタワムシ類の18S rRNA遺伝子の塩基配列を解読した。その結果、18S rRNA遺伝子の相同性が極めて高いことがわかった。
以上の知見は、分子生物学的知見を基盤とした新規水環境修復技術の環境浄化効率や浄化対象水域の状態を把握する技術開発に寄与できる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成28年度当初に計画した研究計画をほぼ完了することができ、原著論文を1報掲載させた。加えて、研究申請時に平成29年度に実施予定であった研究の一部を開始することができた。以上から、上記の評価とした。

Strategy for Future Research Activity

平成28年度に研究したmicrocystin分解菌を用いた水処理技術を構築する。加えて、この技術と平成28年度に構築した水環境浄化法を併せた新規水環境修復技術を適用した水処理装置を構築する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Maejo University(タイ)
  • Country Name: THAILAND
  • Counterpart Institution: Maejo University
• [Journal Article] Removal of Microcystis aeruginosa cells and microcystin-LR using ceramic carrier in a continuous flow bioreactor (2016)
  • Author(s): Kazuya Shimizu, Motoo Utsumi, Kunihiro Okano, Tomoaki Itayama, Norio Iwami, Hideaki Maseda, Hiroyuki Kinohira, Jieming Li, Yuhei Inamori, Zhenya Zhang, and Norio Sugiura
  • Journal Title: Japanese Journal of Water Treatment Biology Volume: 52 Pages: 35-43
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Microcystin分解酵素遺伝子mlrAの特性―遺伝子マーカーと転写制御機構― (2017)
  • Author(s): 古田土実和、新井美智子、柳谷将、岡野邦宏、 内海真生、張振亜、杉浦則夫、間世田英明、清水和哉
  • Organizer: 第51回日本水環境学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学（熊本県・熊本市）
  • Year and Date: 2017-03-15 – 2017-03-17
• [Presentation] Microcystin初発分解酵素MlrAのmicrocystin分解特性 (2016)
  • Author(s): 古田土実和、新井美智子、黒古成美、岡野邦宏、内海真生、張振亜、杉浦則夫、間世田英明、清水和哉
  • Organizer: 日本水処理生物学会第53回大会
  • Place of Presentation: 千葉工業大学（千葉県・習志野市）
  • Year and Date: 2016-11-10 – 2016-11-12
• [Presentation] Removal of cyanobacteria and cyanotoxin using micro-animal and co-existing bacteria in a bioreactor (2016)
  • Author(s): Kazuya Shimizu, Kunihiro Okano, Hiroyuki Kinohira, Hideaki Maseda, Norio Iwami, Tomoaki Itayama, Zhenya Zhang, Motoo Utsumi, Norio Sugiura
  • Organizer: 16th International Symposium on Microbial Ecology (ISME16)
  • Place of Presentation: Montreal Canada
  • Year and Date: 2016-08-21 – 2016-08-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MlrA, the essential enzyme for microcystins biodegradation (2016)
  • Author(s): Miwa Kodato, Michiko Arai, Narumi Kurogo, Kunihiro Okano, Zhenya Zhang, Motoo Utsumi, Norio Sugiura, Hideaki Maseda, Kazuya Shimizu
  • Organizer: 16th International Symposium on Microbial Ecology (ISME16)
  • Place of Presentation: Montreal Canada
  • Year and Date: 2016-08-21 – 2016-08-26
  • Int'l Joint Research