2020 Fiscal Year Annual Research Report
アンチセンス技術とバイオフィルム破壊ペプチドによる膜ファウリング制御技術の開発
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19H01163
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
幡本 将史 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (20524185)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川上 周司 長岡工業高等専門学校, 環境都市工学科, 准教授 (00610461)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | MBR / ファウリング / ゲル / 微生物 / 未培養微生物 / 活性汚泥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
嫌気無酸素型膜分離活性汚泥リアクター（A/O-MBR）を用いた下水処理において、ファウリングが発生した際には流入下水と処理槽中の溶存有機物成分に違いがあり、またその濃度にも違いがある事がわかった。負荷を変動させて急速にファウリングを発生させた実験系のゲル層のバイオフィルムを3次元蛍光分析（EEM）を用いて解析を行った結果、流入水に存在する100 kDa以上のタンパク質成分がバイオフィルム形成に寄与していることが示唆された。また、共焦点レーザー顕微鏡を用いた解析の結果から膜面のタンパク質成分は死菌由来であることが考えられた。一方で、安定的に運転を行い発生したバイオフィルムをSEM解析した結果、マイクロコロニーが確認されたが、負荷変動系では確認されなかった。このことから、安定運転系では、細菌の付着・マイクロコロニー形成という一般的なバイオフィルム形成過程を経るのに対して、負荷変動系では流入水および死菌由来の物質が堆積することでバイオフィルムが形成されることが示唆された。
バイオフィルムの微生物群集解析を行った結果、Campylobacteriales目に属する細菌が、急速なTMP上昇にともなう膜ファウリング（ゲルファウリング）に関与している可能性が示唆された。さらに、未培養細菌であるParcubacteria（OD1）綱はゲル層から特異的に検出されており、ゲルファウリングにおける重要な役割を担っていることが示唆された。
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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
実下水処理A/O-MBRを用いて実験を行い、ファウリングが発生した際には流入下水と処理槽中の溶存有機物成分の濃度に違いがあり、またその成分にも違いがある事を明らかにした。そして分子量分画と3次元蛍光分析、フーリエ変換赤外分光光度計(FT-IR)を用いた詳細な解析を実施し、バイオフィルム構成成分と下水中との成分の関係を解析した。その結果、負荷変動にともなう急激な膜ファウリングは流入下水成分の一部が分解又は活性汚泥で処理されず膜面に付着したものや、バイオフィルムに特異的な成分により発生することが示唆された。これらに加え、微生物群集解析の結果からCampylobacteriales目に属する細菌とParcubacteria（OD1）綱に属する細菌がはゲル層から特異的に検出されており、ゲルファウリングにおける重要な役割を担っていることを明らかにした。
以上の通り、研究は着実に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度はバイオフィルムでコロニーを形成している微生物の分離培養を試みる。特に原位置培養法や様々な培地を用いてバイオフィルム形成細菌の分離を実施する。分離出来た微生物についてはその系統分類を解析し、バイオフィルム形成能力の調査を行う。また、未培養微生物の分離に向け、分離株の存在しない細菌のアプタマーを取得するための新規SELEX法について検討を開始する。さらに、バイオフィルム形成細菌の増殖阻害、バイオフィルム形成阻害に向けた検討（抗生物質、アンチセンス技術、ファージ、ペプチド等）の検討を行う。
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