2018 Fiscal Year Research-status Report
廃水処理における硫黄酸化細菌の株レベルの群集構造解析による生育特性の決定
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18K05919
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| Research Institution | Niigata Agro-Food University |
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Principal Investigator |
浅野 亮樹 新潟食料農業大学, 食料産業学科, 講師 (20646137)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
早川 敦 秋田県立大学, 生物資源科学部, 准教授 (10450280)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 硫黄酸化細菌 / 微生物群集構造 / 排水処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
排泄物や廃水に含まれる含硫アミノ酸が微生物によって嫌気分解されると硫化水素など硫化物が発生する。硫化物は硫黄を分子中に含む物質の総称で、硫化水素やメチルスルフィドなど低濃度で臭気を発するものが多い。また硫化物は分解され硫酸まで酸化されなければ再び生物に吸収されないため、硫黄酸化は廃水処理やコンポスト処理の臭気抑制だけでなく環境中の硫黄循環においても重要な反応である。硫黄酸化細菌は環境中の硫化物や硫黄の酸化に関与する細菌で、一般的には硫黄酸化によりエネルギーを獲得する化学合成独立性の硫黄酸化細菌をいう。その後廃水処理施設を含むさまざまな環境の硫黄酸化細菌群集について次世代シークエンサーを用いた研究が行われてきたが、膨大なデータを取り扱い解析が煩雑となるため、他の研究者の報告は科、属レベルでの群集解析にとどまっている。細菌が硫黄酸化を行うか否かは属レベルの分類で十分だが、生育温度、生育pH、耐塩性などの生育的特徴は種・株レベルでの詳細な分類が必要となる。そのため、「どのような生育特徴を持つ硫黄酸化細菌」が存在しているかは不明であった。本研究では廃水処理施設の硫黄酸化細菌群集について種・株レベルの分類を行い、生育的な特徴まで踏み込んだ解析を行っている。
本年度の研究では、都市下水処理場の廃水処理過程から採取した試料を用いてDNAの抽出方法を検討した。検討した抽出法の中で最も収量と精製度のよい方法をその後の試験に用いた。定期的に都市廃水処理過程から試料を採取し、16S rRNA遺伝子を標的とした真正細菌と古細菌の群集解析を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は遺伝子抽出法の検討と、都市廃水処理過程における硫黄酸化細菌の周年的な変化の解析を中心に研究を進めた。
遺伝子解析を用いた微生物群集構造解析において、遺伝子抽出法の選択は解析バイアスの低下のために非常に重要である。本研究ではまず、遺伝子抽出法の検討を行った。市販されている抽出キットを複数用いて、同一の試料からDNAの抽出を行い、DNAの精製度、DNA収量を比較した。その結果、FastDNA SPIN Kit for Soil(MP Bio)はDNA収量が高く、精製度も満足いくものだったため、このキットを用いることにした。
同一の都市廃水処理過程において、本研究の標的である硫黄酸化細菌がどの程度変化するかを確認すため、同じ都市廃水処理場（中条クリーンセンター：胎内市）から1月ごとに流入下水から放流水まで処理過程の複数の個所の試料を採取し、解析を行った。試料採取は2018年10月から行い、2018年1月分まではすでに16S rRNA遺伝子の解析を終え、現在データ解析を行っている。また現在も継続して試料を採取中である。物理化学的特性についても解析中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究結果に基づき、引き続き同じ都市排水処理場からの試料採取と微生物群集の解析を2019年9月まで行う予定である。
また、並行して他の地域の廃水処理場の試料を入手し、解析を行う。
これらのデータをまとめ、最終的な目的である生育特性にまで踏み込んだ硫黄酸化細菌の群集構造の解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
本研究の微生物群集構造は試料採取、DNA抽出、ライブラリ作成、シークエンシング、データ解析という手順で行われる。本年度採取した試料について、一部はシークエンシング来年度に持ち越している（シークエンシングを委託している外部との契約及び料金支払いのためである）。そのため本年度予算の一部を来年度持ち越して請求することを希望する。
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[Presentation] Sulfur denitrification in riverbank soils derived from marine sedimentary rocks.2018
Author(s)
Hayakawa, A., Ota, H., Asano, R., Murano, H., Ishikawa, Y., Takahashi, T
Organizer
the NARO-MARCO International Symposium "Nitrogen Cycling and Its Environmental Impacts in East Asia"
Int'l Joint Research
