Regulation of biofilm formation in nitrifying and denitrifying bacteria and its application

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K12229
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
• Research Institution: Aichi Institute of Technology
• Principal Investigator: NISHIMURA AKIKO 愛知工業大学, 工学部, 准教授 (90609322)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 飯島 信司 愛知工業大学, 工学部, 教授 (00168056)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 生物学的窒素処理 / アンモニア酸化細菌 / 脱窒菌 / バイオフィルム / 環状ジヌクレオチド

Outline of Final Research Achievements

Biological nitrification and denitrification using microorganisms is widely used as a method to remove nitrogen compounds in domestic and industrial wastewater which cause environmental problems. In this study, we aimed to improve the nitrogen removal efficiency by regulating the biofilm formation in ammonia oxidizing bacteria and denitrifying bacteria.
One of the cyclic dinucleotide, c-di-GMP, is known to be involved in the regulation of biofilm formation in various bacteria. Here, we identified c-di-GMP synthesis and degradation enzymes in ammonia oxidizing bacteria and denitrifying bacteria, and showed the involvement of these enzymes in c-di-GMP regulation and biofilm formation in these bacteria. These results suggest the regulation of biofilm formation via c-di-GMP may contribute in the improvement of the efficiency of nitrogen removal.

Free Research Field

微生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

廃水中に含まれる窒素化合物は様々な環境問題を引き起こすため、生物学的窒素処理法の高効率化が望まれている。そのために、この過程に関わる細菌の増殖や反応効率を高めることが重要である。この第一段階に関わるアンモニア酸化細菌は極めて増殖速度が遅く、処理全体の律速となっている。本研究では、これまで不明であったアンモニア酸化細菌のバイオフィルム形成とその制御に関わると考えられる環状ジグアニル酸の存在を明らかにした点で重要な意義がある。またアンモニア酸化細菌と脱窒菌のゲノム解析より、これらの細菌における環状ジグアニル酸の制御機構を明らかにした。これらの知見は、生物学的窒素処理の効率向上に役立つと考えられる。