Exploring new functions of N2O-reducing bacteria by a novel culturing method and stable isotope probing: N2O mitigation and production of valuables
| Project/Area Number |
20H04362
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
寺田 昭彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30434327)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀 知行 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 (20509533)
末永 俊和 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (80828377)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
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| Keywords | 亜酸化窒素 / N2O還元細菌 / 安定同位体プローブ法 / 集積培養装置 / 有価物産生 / 15Nトレーサー / 呼吸活性 / メタゲノム解析 / 物質産生 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、温室効果ガスである亜酸化窒素（N2O）の削減技術の確立に向け、N2Oを高効率に消費する細菌や、N2Oを消費しながら有価物を作ることが可能な細菌の獲得を目指す。高効率にN2Oを消費する細菌を集積するため、N2Oの精密な供給と制御が可能な装置の開発を行う。雑多な細菌群から有用種を集積する工程を通し、高効率にN2Oを消費できる細菌や、N2Oの消費と有価物の合成を達成する細菌の生き様に迫る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、亜酸化窒素（N2O）の削減技術の鍵となる、N2Oを窒素ガスに高効率に変換可能な細菌、およびN2O消費と有価物産生が可能な細菌の探索を目指す。2020年度の研究実績を以下に示す。
①集積培養装置の開発によるN2O還元細菌の集積培養：電子供与体とN2Oを精密に供給可能なガス透過膜を用いた装置を開発し、N2O還元細菌の集積培養を行った。その結果、ChloroflexiをはじめとするN2O還元細菌の集積化が行えた。また、存在量は多くないものの、N2O還元酵素をコードする機能遺伝子の転写活性が高い細菌の同定が行えた。
②集積されたバイオマスの生理学的特性評価：集積培養装置にて獲得したバイオフィルムのN2O還元特性を評価した。微小呼吸活性装置を用いてN2O還元速度を評価したところ、集積培養装置内のN2O濃度が高い箇所に形成されたバイオフィルムで高いN2O消費速度が得られた。また、フローサイトメーターを用いた単離培養を試み、細胞の分取が行えた。一方、その後の培養が十分に行えず、今後の課題となった。
③メタゲノム解析によるN2O還元細菌の潜在的機能評価：埋立地浸出水を処理している活性汚泥をメタゲノム解析に適用し、優占している細菌群のドラフトゲノムを作製した。ドラフトゲノムから、N2Oを有し、ポリヒドロキシアルカノエイトなどの有価物を産生可能な細菌種を同定した。また、遺伝子の有無に基づく代謝経路の評価により、活性汚泥中の微生物叢が潜在的に産生可能な有機物を選出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
事前に立案した計画に基づき、研究を滞りなく行えた。新型コロナウイルス感染症非常事態宣言・緊急事態宣言による研究活動制限の際は、集積培養装置のメンテナンス等の最小限の作業内容に留め、活動制限解除期間中に研究室での実験を重点的に進めた。一方、活動制限時はゲノム解析などのコンピュータを用いた解析に重点を置き、研究活動が滞らないように心がけた。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に取り組みを始めたフローサイトメーターを用いたN2O還元細菌の分離培養を引き続き行う。ノウハウを確立できたため、分離のスループットを上げて新奇なN2O還元細菌の獲得に挑戦する。また今年度は、活性の高いN2O還元細菌の同定および、メタゲノム・メタトランスクリプトーム解析と集積培養を駆使した、有価物を産生可能なN2O還元細菌の生理生態の解明と集積培養を行う。分担研究者とのビデオ会議を通した会議を頻繁に開催することにより、論文化に向けた研究方針の議論や、研究の進展が思わしくない場合の対応策の議論を深める。
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
