2019 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

Research Project

Project/Area Number	18K05919
Research Institution	Niigata Agro-Food University
Principal Investigator	浅野亮樹新潟食料農業大学, 食料産業学科, 講師 (20646137)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	早川敦秋田県立大学, 生物資源科学部, 准教授 (10450280)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	硫黄酸化細菌 / 微生物群集構造 / 廃水処理
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、昨年度から引き続き1年間にわたり定期的に都市廃水処理過程から試料を採取した。また比較のためその他の都市排水処理場からも試料を採取した。これらの試料の16S rRNA遺伝子を標的とした真正細菌と古細菌の群集解析と物理化学特性の解析を行った。
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か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2019年10月まで行った。これらについて16S rRNA遺伝子の解析を行ったところ、好気的処理槽における硫黄酸化細菌は年間を通して特定の種（Sulfuritalea hydrogenivorans）が硫黄酸化細菌の90%以上を占めていることが解った。しかし、全原核生物に対する硫黄酸化細菌の割合は0.4%から2.0%の間で変動があることも明らかとなった。物理化学的特性についても実験は終了し、現在データの解析中である。
Strategy for Future Research Activity	本年度までの研究結果より、同じ都市廃水処理場の硫黄酸化細菌は、年間を通し1種が90%以上を占め続けること、全原核生物に対する硫黄酸化細菌の割合は0.4%から2.0%の間で変動があることが明らかとなった。この変動が、①硫黄酸化細菌の数が変動しているのか、②原核生物全体の数が変化しているのか、を明らかにするため、計画に追加してリアルタイムPCRにより16S rRNA遺伝子数を決定する。さらに都市排水処理過程において硫黄酸化細菌は1種（または非常に少ない種）が優占することが共通するものかを明らかにするため、他の廃水処理場からも試料を採取し解析を行っている。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。
Causes of Carryover	本来であればこの予算は次世代シーケンサー解析に使用する予定であったが、研究の過程で他の解析手法（リアルタイムPCR）が必要なことが判明した。このことが判明した時点で当該年度中にリアルタイムPCRを行うことは人的、時間的制限により不可能であったので、やむを得ず必要な予算を次年度へ持ち越すことにした。