2022 Fiscal Year Annual Research Report
廃水処理システムの新奇指標微生物「DPANNアーキア」の診断技術開発と実態解明
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21H01471
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
黒田 恭平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (50783213)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成廣 隆 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (20421844)
延 優 (NOBUMASARU・KONISHI) 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (40805644)
佐藤 久 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80326636)
山田 真義 鹿児島工業高等専門学校, 都市環境デザイン工学科, 教授 (80469593)
野口 太郎 都城工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (90615866)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | DPANN / アーキア / 廃水処理 / ショットガンメタゲノム解析 / メタトランスクリプトーム解析 / CPR/Patescibacteria / 超微小微生物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，高有機物負荷，高窒素負荷，高カチオン濃度の廃水処理汚泥中で優占化する「DPANNアーキア」を廃水処理の新奇ストレス指標微生物として診断 する技術を開発し，その“真”の機能を培養法とトランスクリプトム解析等により明らかにすることである。「DPANNアーキアは廃水処理のストレスを評価する新 奇指標微生物になり得るのではないか?」という問い(仮説)について，培養と情報科学・微生物代謝能の観点から学術的に解明することである。
2022年度は，(1)DPANNアーキア優占化反応槽の運転管理と診断技術の開発，(2) DPANNアーキアの二者培養系の確立，(3) 廃水処理システム内でのDPANNアーキアの“真”の機能解明について、研究を実施した。(1)では，DPANNアーキアを優占化させることに成功したUASB反応器についてマイクロバイオーム解析と運転管理データの解析を行った結果、DPANN アーキアの優占化にはフェノール基質以外に温度管理が重要であることが示唆された。(2)では，DPANNアーキアと同様な生態を持つと想定されるCandidate Phyla Radiation(CPR)/Patescibacteriaに属する2種の系統の集積培養と機能推定に成功し、DPANNアーキアの二者培養系確立に向けた宿主と共生細菌の動態に関する重要な情報を得た。加えて、DPANNアーキアが優占するUASB反応器のマイクロバイオーム解析によりDPANNアーキアがメタン生成アーキアと共生することを示唆する結果を得た。(3)では、集積培養物およびDPANNアーキア優占化UASB反応器保持汚泥のメタトランスクリプトーム解析を行い、遺伝子発現データを得ることに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2022年度は，DPANNアーキア優占化の鍵となる要素としてフェノール以外に温度管理が重要である可能性を見出した。加えて，DPANNアーキアを含むUASB反応器保持汚泥の微生物群集構造解析により，DPANNアーキアがメタン生成アーキアと共生する可能性を示唆する結果を得た。さらに，DPANNアーキアと同様の生態を持つと予測されるCandidate Phyla Radiation(CPR)/Patescibacteriaに属する2種の系統の集積培養に成功し、メタン生成アーキアへ寄生すること，その寄生において重要となり得る細胞外分泌酵素を推定することに成功した。このようにDPANNアーキアに加え，同じ超微小微生物として知られるPatescibacteriaの生態解明にも成功しており，本研究は当初の計画以上に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策として，(1)DPANNアーキア優占化反応槽の運転管理と診断技術の開発については，DPANNアーキア優占化に向けて温度管理を行い，宿主にDPANNアーキアが共生しやすい環境を構築する。加えて，(2)DPANNアーキアの二者培養系の確立と廃水処理システム内でのDPANNアーキアの“真”の機能解明について，DPANNアーキアとPatescibacteriaとそれらの共生微生物に関して，集積培養物およびUASB反応器保持汚泥のショットガンメタゲノム解析とメタトランスクリプトーム解析，電子顕微鏡観察等を組み合わせ，その実態を明らかにする。加えて，集積培養物からの二者培養系の確立に向けて，安定的に培養できている培養物に対してロールチューブ法などを用いることで，二者培養系の構築を行う。
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