2015 Fiscal Year Research-status Report
電気培養高活性鉄酸化細菌の諸性質解明と重金属資源回収システムの開発
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15K00593
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
竹内 文章 岡山大学, 環境管理センター, 准教授 (90294446)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 鉄酸化細菌 / A. ferrooxidans / 高活性株 / 環境浄化 / 資源回収 / 生化学的解析 / 電気培養 / 微生物固定化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の特徴は，従来報告されている中性域で成育する Pseudomonas 属細菌など従属栄養細菌とは異なり，重金属が溶出しやすい酸性条件下で生育する鉄酸化細菌 Acidithiobacillus ferrooxidans を利用するため効果的である。本菌は増殖が遅いが，長年開発を進めてきた独自の電気培養法で高濃度培養が可能となり，酵素の精製等の生化学的諸性質の解明が進んできた。さらに，得られる高濃度菌液を実際の現場で活用することで，本研究の課題である水銀を始め各種の重金属回収あるいは環境修復を効率よく省エネルギー的に実施することが可能となる。また，高濃度菌体が得られるようになり担体を用いた固定化微生物法の活用によって高効率化，活性の持続化及び装置のコンパクト化も可能となるために学術的にも技術的にも非常に意義がある。鉄酸化細菌を活用した水銀のバイオレメデェーションに関する研究例は国内外ではなく，一連の高度活性株に関する生化学的及び応用微生物学的研究を進める。また，低品位鉱石，都市鉱山等からの高いエネルギーを必要としない経済的な重金属回収技術として進展できる。得られている銅のリーチング活性が高い株，高度水銀耐性株と水銀感受性株及び生物学的諸性質がよく知られているATCCの標準株について生化学的な諸性質の解析を進めている。
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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
本研究で使用する菌株は，増殖が遅いために，電気培養装置の改良を重ね，通常の通気培養に比べ，3ﾘｯﾄル程度の培養液で，通常の通気培養等の数百倍の高濃度培養が可能となり，重要な酵素精製及び生化学的な解析を進めやすくなった。
特に，水銀に強い耐性を持ち，無機あるいは有機水銀から金属水銀として還元気化する高い活性を持つ A. ferrooxidans MON-1 株及びさらに誘導株は，水銀を含有する廃液，地下水，土壌の環境浄化に活用できる。また，高度な銅リーチング活性，すなわち銅鉱石等に対して銅の溶出が著しく高い A. ferrooxidans D3-2 株は，バクテリアリーチングに活用できる。これらの株と従来から様々な諸性質がよく判明されている標準株の A. ferrooxidans ATCC 23270 株等の電気培養で得られた洗浄細胞，精製酵素を用いて，鉄酸化酵素系等に係わる鉄酸化活性，金属水銀（Hg0）気化活性，更に Cytochrome c oxidase 等の諸性質について比較しており，環境浄化及び資源回収に係わる諸性質が分かってきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
高度水銀耐性株である A. ferrooxidans MON-1 株及びさらに誘導株は，水銀を含有する廃液，地下水，土壌中の水銀を金属水銀として気化する活性が著しく強いので，既存の気化水銀をトラップする装置との組み合わせで気化回収が可能であるために，従来の高温で高いエネルギーを要する技術と異なり，新規の応用技術としての実用化の検討をする。本株は，NADPH 依存性の水銀還元酵素活性を持つとともに二価鉄依存性の新規の水銀還元システムとして，鉄酸化酵素系の重要成分であるCyt. c oxidase が水銀の気化に重要な役割を持っていることが示唆されており，それらの株及びさらに誘導株について完全に精製した酵素を用いて明確にする。
本菌は酸性条件下で成育しやすい菌であるが，これまでの基礎実験では，アルカリ性水銀汚染土壌においても，電気培養液の使用で効率の良い気化活性を得られている。これは，菌体を取り巻く様々な環境（pH，温度，無機栄養塩等）の影響が考えられるため，固定化微生物法による効率化，阻害の抑制効果等の検討を行う。また，固定化物の活性の持続性，流動層あるいは固定層としての装置化，散布等について好ましい条件を調べる。
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| Causes of Carryover |
当初予定していた微生物カプセル（固定）化装置一式について，様々な検討を重ね，既存の種々の機器を活用して簡易な装置を作ることができた。その装置で作成した固定化物を使用して充分基礎データーを取ることができた。
また，多種の主要菌株を長期間連続的に培養して，各菌株の酵素精製等を行っていたので，電気培養装置の改良の時間が充分取れなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今後実用化を目指して，電気培養装置の改良，固定化の検討，菌体の長期活性維持方法の検討，装置のコンパクト化の検討，の検討，さらにバイオレメデェーションの技術に関する情報の共有化（登録）に関して計画的に進める。
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