2021 Fiscal Year Final Research Report

Development of novel control technology for wastewater treatment process based on multi-omics data and machine learning

Research Project

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Project/Area Number	18H01576
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	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	Narihiro Takashi 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (20421844)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	延優国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (40805644) 黒田恭平国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (50783213)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	廃水処理 / 微生物 / 菌叢解析 / メタゲノム
Outline of Final Research Achievements	We aim to discover the control factors of wastewater treatment by employing microbial community structure, metagenome assembled genome, and operational data. The major outcomes are (1) The microbial community analysis in activated sludge processes during the operational period after an increase in the wastewater flow rate showed that increased flow rate has an impact on Nitrosomonas populations. (2) Ecogenomic analysis of lab-scale anaerobic reactor treating food-processing wastewater revealed the biodegradation flow of amino acids. (3) We constructed a lab-scale reactor to treat polyethylene terephthalate production wastewater and achieved high COD removal rate. In addition, we elucidated the mechanism of aromatic compounds degradation based on metagenomic analysis. Overall, functionally and phylogenetically diverse microorganisms unite to form a metabolic network to perform bioconversion of organic/inorganic compounds in wastewater sludge microbiota.
Free Research Field	環境微生物学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	内閣府のバイオ戦略に謳われているバイオエコノミー社会の形成に向け、各種製造業における有機性廃水・廃棄物処理の効率化や高度化が求められている。その実現のために本研究では、廃水処理プロセスにおいて有機物分解や窒素除去といった生物反応の中核を担っているにもかかわらず、その代謝機能の全容が解明されていない微生物に着目し、都市下水や産業廃水を処理する好気性・嫌気性プロセスを対象として、微生物機能情報を菌叢、ゲノム、遺伝子発現といったマルチオミクスの観点から明らかにした。これらの成果から見出された微生物学的知見は、新しいリアクター設計や運転制御指針に向けた応用展開での活用が期待される。