パルス電界法を応用した新規消毒技術の確立とその消毒メカニズムの解明に関する研究

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K04668
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: 古川 隼士 北里大学, 医療衛生学部, 講師 (90632729)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上野 崇寿 大分工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (30508867) ; 清 和成 北里大学, 医療衛生学部, 教授 (80324177) ; 亀井 樹 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (80792168) [Withdrawn] ; Amarasiri Mohan 北里大学, 医療衛生学部, 講師 (50815537)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: パルス電界 / 薬剤耐性菌 / 薬剤耐性遺伝子 / 消毒 / 下水処理

Outline of Annual Research Achievements

下水処理場における消毒は、薬剤耐性菌を含めた病原微生物による感染リスクを低減するために最も重要なステップである一方で、塩素やUVによって消毒された処理水中にもARBおよびARGsが残存していることから、水環境における薬剤耐性（AMR）の主要な排出源の一つだといわれている。我々は、PEF印加消毒を応用してARBおよびARGsの不活化も可能とする消毒技術の確立を目指し、本研究では、PEF印加消毒によるARBおよびARGsの不活化効果、およびそれらの削減率と電気的パラメータを含めた処理条件との関連性を明らかにすることを目的とした。PEF印加消毒は、VREだけでなくvanA遺伝子（バンコマイシン耐性遺伝子）も不活化できることが明らかとなった。培養可能なVREは効果的に消毒することができ、200 Hz、10 kV、8分、および400 Hz、10kV、4分の印加条件では、検出下限値以下まで削減された（LRVVRE>5.0）。一方で、vanA遺伝子も4log以上の削減率を示したけれども、依然として処理水中には105 copies/mLオーダーで残存したことから、PEF印加消毒においてARGsはARBよりも不活化されにくいことが示唆された。本研究で検証した各処理条件（初期電圧値、周波数、印加時間）の中で初期電圧値が最も重要なパラメータであることが明らかとなった。また、周波数は、処理時間の増減に影響を与えるパラメータであり、不活化が認められる電圧条件であれば、周波数を大きくすることで処理を短時間化できる可能性がある。ARGsの不活化効果については、印加条件の検討の余地があるけれども、PEF印加消毒は、水環境におけるAMRによる汚染の抑制に資する、下水処理場の新たな消毒技術のオプションとなる可能性が強く示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Summary and Perspectives on Current Disinfection Technologies in Reducing Antibiotic Resistant Bacteria and Their Resistance Genes (2022)
  • Author(s): FURUKAWA TAKASHI、AMARASIRI MOHAN、UENO TAKAHISA、SEI KAZUNARI
  • Journal Title: Japanese Journal of Water Treatment Biology Volume: 58 Pages: 9～24
  • DOI: 10.2521/jswtb.58.9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inactivation of antibiotic resistant bacteria and their resistance genes in sewage by applying pulsed electric fields (2022)
  • Author(s): Furukawa Takashi、Ueno Takahisa、Matsumura Mina、Amarasiri Mohan、Sei Kazunari
  • Journal Title: Journal of Hazardous Materials Volume: 424 Pages: 127382～127382
  • DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.127382
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Prevalence of antibiotic resistance genes in drinking water of the Kathmandu Valley, Nepal (2022)
  • Author(s): Thakali Ocean、Malla Bikash、Raya Sunayana、Sthapit Niva、Sherchan Samendra P.、Furukawa Takashi、Sei Kazunari、Sherchand Jeevan B.、Haramoto Eiji
  • Journal Title: Environmental Challenges Volume: - Pages: 100527～100527
  • DOI: 10.1016/j.envc.2022.100527
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 高電界による空間殺菌技術の構築 (2022)
  • Author(s): 上野崇寿, 古川隼士
  • Journal Title: 地域ケアリング Volume: 24 Pages: 81-85
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Release of Antibiotic-Resistance Genes from Hospitals and a Wastewater Treatment Plant in the Kathmandu Valley, Nepal (2021)
  • Author(s): Thakali Ocean、Malla Bikash、Tandukar Sarmila、Sthapit Niva、Raya Sunayana、Furukawa Takashi、Sei Kazunari、Sherchand Jeevan B.、Haramoto Eiji
  • Journal Title: Water Volume: 13 Pages: 2733～2733
  • DOI: 10.3390/w13192733
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 高電界による空間殺菌技術の構築 (2021)
  • Author(s): 上野崇寿, 古川隼士
  • Journal Title: アレルギーの臨床 Volume: 41 Pages: 1108-1112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高電界によるエアロゾル中病原性細菌の空間殺菌技術 (2021)
  • Author(s): 上野崇寿, 古川隼士
  • Journal Title: Precision Medicine Volume: 4 Pages: 675-679
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Development of a High Repetition Impulse Power Supply for Sterilization by High Electric Fields (2021)
  • Author(s): Ueno, T., Asami, K., Furukawa, T., and Sakugawa, T.
  • Organizer: International Symposium on Advances in Technology Education
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Abundanc e of Antimicrobial Resistant Bacteria and Their Resistance Profiles in Sagami River Basin (2021)
  • Author(s): Ogino, M., Kobayashi, Y., Kamei, T., Amarasiri, M., Furukawa, T., and Sei, K.
  • Organizer: Water and Environment Technology Conference 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Inactivation efficiency assessment of antimicrobial resistance genes (ARGs) existing as extracellular DNA using simple disinfection methods (2021)
  • Author(s): Kobayashi, H., Amarasiri, M., Furukawa, T., Sei, K., and Sano, D.
  • Organizer: Water and Environment Technology Conference 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Abundanc e of Antimicrobial Resistant Bacteria and Their Resistance Profiles in Sagami River Basin (2021)
  • Author(s): Ogino, M., Kobayashi, Y., Kamei, T., Amarasiri, M., Furukawa, T., and Sei, K.
  • Organizer: The 13th International Joint Workshop on Advanced Engineering Technology for Environment and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Abundance of Antimicrobial Resistant Bacteria and Their Antimicrobial Resistant Profiles in Hospital Sewage (2021)
  • Author(s): Yonemoto, J., Ogino, M., Niida, N., Eda, R., Maehana, S., Amarasiri, M., Furukawa, T., Kitasato, H., and Sei, K.
  • Organizer: The 13th International Joint Workshop on Advanced Engineering Technology for Environment and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Inactivation efficiency of extracellular antimicrobial resistance genes (ARGs) using simple d isinfection methods (2021)
  • Author(s): Kobayashi, H., Amarasiri, M., Furukawa, T., Sano, D., and Sei, K.
  • Organizer: The 13th International Joint Workshop on Advanced Engineering Technology for Environment and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 病院排水と薬剤耐性 (2021)
  • Author(s): 古川隼士
  • Organizer: 日本水処理生物学会第57回大会（神奈川大会）
  • Invited