活性汚泥の固体物性が微生物種間相互作用に与える影響の解明とその人為的な改質の試み

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H02291
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 佐藤 由也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80711291)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 深山 覚 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (90712191) ; 稲葉 知大 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (90760439)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 種間相互作用 / 捕食-被食関係 / 微生物生態系 / 活性汚泥 / 微生物群集形成

Outline of Annual Research Achievements

本研究は数千種以上の微生物で構成される活性汚泥を対象に、微生物凝集体(フロック)の「固体物性」および微生物種間の「捕食・被食相互作用」に着目し、 その物性の変化が、微生物間の捕食相互作用へ与える影響を理解することを目指す。さらには、その活性汚泥物性を人為的に改質し、微生物捕食作用を制御することに挑む。
本年度は、遺伝子発現解析法の高度化に関して、初年度にネットワークとして可視化することに取り組んだ膨大な遺伝子発現データから、重要な機能を果たす遺伝子群の情報抽出手法の開発を進めた。具体的には、非負値行列因子分解(Non-negative Matrix Factorization)を応用し、全遺伝子データのクラスタリングを行い、類似した発現量と反応経路のパターンを持つ遺伝子群を抽出した。結果として、代謝的に重要である遺伝子群を抽出することができた。今後、本手法のさらなる高度化を進める。
また、活性汚泥を用いた微生物捕食実験も進めることができた。今年度は、活性汚泥の物性を変化させうる物質の探索を網羅的に行った。数十種類の物質を活性汚泥に添加して培養し、微生物組成がどのように変化するかを次世代シークエンサーを用いて解析した結果、多くの化合物は短期間では顕著な変化を示さなかった一方、複数の化合物については特徴的な効果を示した。また、活性汚泥微生物のシングルセルゲノム解析も実施しており、活性汚泥における微生物種間相互作用の包括的な理解に挑んでいる。これらの結果を統合して、引き続き、効率的に研究計画を遂行したい。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

上述の通り、基本的には計画通り研究を遂行することができた。コロナウィルス感染症拡大の影響で出勤率制限などもあったが、実験を伴わないデータ解析等を組み合わせて柔軟に対応することができた。このような理由で、進捗状況は「おおむね順調に進展している」と判断した。

Strategy for Future Research Activity

当初の研究計画から大きな変更はない。上述の通り、活性汚泥における捕食作用の解析を続け、並行して活性汚泥の物性を変えうる物質等の探索を進めていく。