2019 Fiscal Year Research-status Report
鉄腐食性硝酸塩還元菌の系統分類学的多様性および金属腐食発生機構の解析
| Project/Area Number |
17K07546
|
|---|
| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
|---|
Principal Investigator |
飯野 隆夫 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 専任研究員 (50550323)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 微生物腐食 / 金属腐食 / 天然ガス回収施設 / 鉄酸化 / 硝酸塩還元菌 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
千葉県山武市の天然ガス回収施設から純粋分離した10株の金属鉄腐食能の解析を行った。電子供与体として鉄ホイル (Fe0) を使用した。電子受容体には10 mM 硝酸塩もしくは10 mM 硫酸塩を用い、炭素源として0.05 % 酵母エキス (wt./vol.) を加えた。前培養液を接種して30日間培養した後、試験液中の全溶出鉄量をフェナントレン法にて定量した。その結果、硝酸塩を電子受容体としてDraconibacterium sp. NT033株を培養した時、無菌区の10倍の鉄イオンが鉄ホイルから溶出しており、NT033株が金属鉄を腐食することが明らかとなった。硫酸塩を電子受容体とした時に、金属鉄の腐食は見られなかった。NT033株は、筆者らが過去に発見したProlixibacter denitrificans MIC1-1T株とMariniphaga sp. NT050株と同様、系統的にBacteroidetes門Bacteroidales目Prolixibacteraceae科に属する菌群であり、Prolixibacteraceae科としては3属目の鉄腐食性硝酸塩還元菌になる。このことから、Prolixibacteraceae科は鉄腐食性細菌を多数含む系統群であることが示唆された。残るBacteroidales目に属する5株 (NT017株、NT023株、NT026株、NT033株、NT049株)、Clostridiales目に属する3株 (NT019株、NT024株、NT040株)、それぞれSynergistales目に属するNT041株とSpirochaetales目に属するNT045株は、硫酸塩および硝酸塩のいずれの存在下においても金属鉄の腐食は見られなかった。これら10株については、鉄腐食能を有していないと考えられた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度から平成30年度にかけて、天然ガス回収施設の貯水槽中に生息する微生物の集積培養および純粋分離を目標とした。鉄腐食性微生物の多くは嫌気性で培養・分離技術が煩雑であること、増殖が緩やかで分離・培養に時間を要することから、5-10株を純粋分離すること当初目標とした。最終的に目標を上回る11株を得ることができた。系統的にもBacteroidales目、Clostridiales目、Spirochaetales目、Synergistales目と多様な系統の分離株を取得できた。
令和元年度には、これら11株全ての金属鉄腐食試験を終えた。供試菌11株中Draconibacterium sp. NT033株とMariniphaga sp. NT050株の2株が硝酸塩存在下で金属鉄 (Fe0) を腐食することが明らかとなった。Draconibacterium属およびMariniphaga属共に微生物腐食の事例は報告されておらず、分離株が各属からの鉄腐食細菌の初事例である。両属が属するProlixibacteraceae科としては2および3属目の事例となる。本系統の細菌による微生物腐食の発生メカニズムを解析する上で、貴重な分離株を取得することができ、概ね予定どおりの達成度である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度には、鉄腐食発生メカニズム解明に向けて、新規鉄腐食性硝酸塩還元菌の形態情報、生理・生化学性状の解析を目標とする。形態学的特徴の解析のため、位相差顕微鏡観察、透過型電子顕微鏡 (TEM) 観察を行い、細胞形態、大きさ、鞭毛や芽胞の有無を特定する。生理機能解析のために、前培養した供試菌株を各種試験培地に接種し、増殖の可否、基質や代謝産物の増減を分析する。生育温度範囲、生育pH範囲、生育塩濃度範囲、利用できる電子受容体 (硝酸塩、硫酸塩、酸素など)、電子供与体 (Fe0、Fe2+、水素、硫化物など)、炭素源を明らかにする。増殖の可否は分光光度計による濁度の増加を分析する。基質や代謝産物の増減は、液体クロマトグラフィー (HPLC) やガスクロマトグラフィーを用いて定量分析する。
令和3年度には、令和2年度の研究で明らかとなる生理特性に基づいて、鉄腐食性NRBの鉄腐食発生機構を解明する。人工海水培地を基礎培地として、鉄腐食性NRBの生理特性に基づいて電子受容体や炭素源などの培養条件を設定する。供試菌株の前培養液を人工海水培地に接種した後、30日間培養する。培養後、フェナントレン法、イオンクロマトグラフィー、オートアナライザー、ガスクロマトグラフィー等を用いて、培養液中の全溶出鉄量、Fe2+とFe3+の比率、カソード水素の利用、電子受容体、代謝産物の減少などを定量解析し、微生物腐食を検証する。植菌区と無菌区を比較することで、鉄腐食能の有無と試験液中の成分変化を比較する。特徴的な鉄腐食を示した鉄腐食性NRBに対しては、X線回折、走査型電子顕微鏡 (SEM)、エネルギー分散型X線分析装置付き走査型電子顕微鏡 (SEM-EDS) 等を用いて、腐食産物の物質同定、腐食鉄片の表面構造観察、断面構造観察と元素分布の分析を実施する。
|
| Causes of Carryover |
理由: 平成29年度に実施したサンプリングで良好な試料を収集することができ、サンプリング回数を減らすに至った。収集した試料からの微生物の培養も良好であったことから、培養等にかかる費用も最小限に抑えられた。
使用計画: 今後実施予定の腐食鉄の構造解析や新規細菌の化学分類分析等は高額である理由から、当初予定では分析回数が制限されていた。そこで、これらの分析の解析検体数を増やし、金属腐食発生メカニズム解明のためのデータの精度向上を図る。
|
