Effects of environmental factors on specific growth rates of individual microorganisms in bioprocess using microbial consortia

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05225
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: Suzuki Ichiro 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 特別研究教員 (90303081)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: マイクロバイオーム / 時系列データ解析 / 比増殖速度 / 硝化細菌 / 16Sアンプリコン

Outline of Final Research Achievements

Recently, researches on microbial consortia consisted of diverse microorganisms (microbiomes) has advanced. The aim of this study is to establish a novel microbiome analysis method to assess the temporal population changes of microbial consortia in a kinetic manner, distinct from conventional method based on epidemiology and statistics by comparing microbiome compositions between normal and abnormal samples. The study was carried out by focusing on the impact of cultivation temperature on the growth of each bacterium involved in ammonia removal process, and a novel method was constructed to easily obtain three growth parameters, the start and end periods of the exponential growth phase and specific growth rate, of each bacterium involved in the nitrifying process. This method enables us to evaluate the effects of the environmental factors on the growth of each bacterium within the bacterial consortia in a kinetic manner.

Free Research Field

バイオプロセス工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

活性汚泥を使った廃水処理や伝統的発酵食品生産など、微生物複合系が関与するバイオプロセスの効率化に、マイクロバイオーム研究の利用が期待されている。しかし従来のマイクロバイオーム研究法は、健常者と疾病患者との微生物叢の比較など多量の検体を必要とする疫学・統計学手法であり、上記のバイオプロセスにおける時々刻々と変化する微生物叢の解析には必ずしも適していない。本研究成果は産業利用されている微生物複合系を用いたバイオプロセスにおいて、純粋培養でのバイオプロセスの解析と同様に各細菌の比増殖速度と物質生産などとの関係を速度論的に解析する新しい手法を提供し、効率化、高機能化に寄与することが可能である。