硫酸還元細菌のパラキシレン分解経路解明と石油汚染環境修復への応用

• 研究課題/領域番号: 20K19987
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分64020:環境負荷低減技術および保全修復技術関連
• 研究機関: 秋田県立大学
• 研究代表者: 渡邊 美穂 秋田県立大学, 生物資源科学部, 助教 (70867184)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 微生物 / 環境浄化 / 原油 / 硫酸還元 / 無酸素環境 / 新規微生物 / 細菌 / 分解 / 石油系炭化水素 / 嫌気性 / 石油 / 原油分解 / 新種 / 分類 / 嫌気培養 / 環境修復 / 嫌気環境

研究開始時の研究の概要

硫酸還元細菌は、無酸素環境下での石油系炭化水素分解のキープレイヤーであると考えられている。しかしながら、それらの生理生態については未解明の部分が多い。硫酸還元細菌を実際の原油汚染除去に応用するためには、炭化水素分解株コレクションの拡充と分解メカニズムの解明などの基礎的研究が不可欠である。本研究課題では、石油系炭化水素分解硫酸還元細菌の代表的グループであるDesulfosarcina属細菌群を研究対象とする。具体的には、硫酸還元-パラキシレン分解機構の解明、新規炭化水素分解株の獲得、汚染環境模擬系での細菌群の動態評価を行い、石油汚染環境の修復技術への応用をめざす。

研究成果の概要

石油系炭化水素を分解する硫酸還元細菌であるDesulfosarcina属細菌群の新たな石油成分分解機構の解明と新微生物資源の探索を目的として研究を行った。硫酸還元-パラキシレン分解経路の解明のため、微生物による代謝産物の解析とゲノム解析を行った。また、日本国内の計6つの油田・ガス田・温泉から様々な系統に属する新規細菌株を分離した。これら細菌株について原油分解性能等の検討を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

化学繊維の原料となるパラキシレンはアジアにおける需要が増大し、備蓄プラントの建設が急増している。その中で、プラント施設からのパラキシレンの漏洩による潜在的な環境汚染の懸念が高まっている状況にある。化学製品生産の過程で生じる副産物パラトルイル酸の除去についても工業排水処理における課題となっており、パラキシレン関連物質からの環境浄化法の確立が喫緊の課題である。パラキシレンの硫酸還元細菌による分解という、全く未知の代謝を明らかにするという点で本研究は学術的独自性を有している。本研究課題は環境修復法の開発のみならず、微生物生態的・進化学的にさらなる発展の可能性を秘めており学術的意義は高い。

研究成果

• [国際共同研究] Bremen Institute for Materials Testing(ドイツ)
• [国際共同研究] Russian Academy of Agricultural Sciences(ロシア連邦)
• [雑誌論文] Desulfofustis limnaeus sp. nov., a freshwater sulfate-reducing bacterium isolated from marsh soil (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Miho、Takahashi Ayaka、Kojima Hisaya、Miyata Naoyuki、Fukui Manabu
  • 雑誌名: Archives of Microbiology 巻: 204 号: 10 ページ: 647-647
  • DOI: 10.1007/s00203-022-03261-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Desulfoluna limicola sp. nov., a sulfate-reducing bacterium isolated from sediment of a brackish lake (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Miho、Takahashi Ayaka、Kojima Hisaya、Fukui Manabu
  • 雑誌名: Archives of Microbiology 巻: 204 号: 10 ページ: 640-640
  • DOI: 10.1007/s00203-022-03259-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pseudodesulfovibrio sediminis sp. nov., a mesophilic and neutrophilic sulfate-reducing bacterium isolated from sediment of a brackish lake (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Ayaka、Kojima Hisaya、Watanabe Miho、Fukui Manabu
  • 雑誌名: Archives of Microbiology 巻: 204 号: 6 ページ: 307-307
  • DOI: 10.1007/s00203-022-02870-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mariniplasma anaerobium gen. nov., sp. nov., a novel anaerobic marine mollicute, and proposal of three novel genera to reclassify members of Acholeplasma clusters II?IV (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Miho、Kojima Hisaya、Okano Kunihiro、Fukui Manabu
  • 雑誌名: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 巻: 71 号: 12 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1099/ijsem.0.005138
  • 査読あり
• [雑誌論文] <i>Desulfoplanaceae</i> (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Miho、Fukui Manabu、Kuever Jan
  • 雑誌名: Bergey’s Manual of Systematics of Archaea and Bacteria 巻: 1 ページ: 1-2
  • DOI: 10.1002/9781118960608.fbm00338
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] <i>Desulfococcaceae</i> (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Miho、Fukui Manabu、Kuever Jan
  • 雑誌名: Bergey’s Manual of Systematics of Archaea and Bacteria 巻: 1 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1002/9781118960608.fbm00328
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] <i>Desulfosarcinaceae</i> (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Miho、Galushko Alexander、Fukui Manabu、Kuever Jan
  • 雑誌名: Bergey’s Manual of Systematics of Archaea and Bacteria 巻: 1 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1002/9781118960608.fbm00329
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Labilibaculum antarcticum sp. nov., a novel facultative anaerobic, psychrotorelant bacterium isolated from marine sediment of Antarctica (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Miho、Kojima Hisaya、Fukui Manabu
  • 雑誌名: Antonie van Leeuwenhoek 巻: 113 号: 3 ページ: 349-355
  • DOI: 10.1007/s10482-019-01345-w
• [雑誌論文] Aerosticca soli gen. nov., sp. nov., an aerobic gammaproteobacterium isolated from crude oil-contaminated soil (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Miho、Kojima Hisaya、Fukui Manabu
  • 雑誌名: Archives of Microbiology 巻: 202 号: 5 ページ: 1069-1076
  • DOI: 10.1007/s00203-020-01819-w
• [雑誌論文] Proposal of Desulfosarcina ovata subsp. sediminis subsp. nov., a novel toluene-degrading sulfate-reducing bacterium isolated from tidal flat sediment of Tokyo Bay (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Miho、Higashioka Yuriko、Kojima Hisaya、Fukui Manabu
  • 雑誌名: Systematic and Applied Microbiology 巻: 43 号: 5 ページ: 126109-126109
  • DOI: 10.1016/j.syapm.2020.126109
• [雑誌論文] Aquipluma nitroreducens gen. nov. sp. nov., a novel facultatively anaerobic bacterium isolated from a freshwater lake (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Miho、Kojima Hisaya、Fukui Manabu
  • 雑誌名: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 巻: 70 号: 12 ページ: 6408-6413
  • DOI: 10.1099/ijsem.0.004551
• [学会発表] 油田地下の原油成分分解微生物の探索と電子受容体利用性の検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 最上華帆、渡邊美穂、岡野邦宏、宮田直幸
  • 学会等名: 第57回日本水環境学会年会
• [学会発表] 秋田県内の油田からの嫌気性原油成分分解微生物の探索と培養系の構築 (2022)
  • 著者名/発表者名: 最上華帆，渡邊美穂，岡野邦宏，宮田直幸
  • 学会等名: 第56回日本水環境学会年会
• [学会発表] ゲノム構造からみた坑廃水中のマンガン酸化細菌のエネルギー代謝特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 渡邊美穂、岡野邦宏、宮田直幸
  • 学会等名: 一般社団法人環境資源工学会 Webシンポジウム『休廃止鉱山と土壌環境に関わる研究の新たなる展開』
• [学会発表] 無酸素環境の原油分解微生物群を用いた環境修復・新資源創成のための基礎研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 渡邊美穂
  • 学会等名: 秋田応用生命科学研究会第33回講演会
  • 招待講演
• [図書] Bergey’s Manual of Systematics of Archaea and Bacteria；Desulfosarcina ほか (2020)
  • 著者名/発表者名: DeVos, P., Dedysh, S., Hedlund, B., Kampfer, P., Rainey, F., Trujillo, M.E., Bowman, J.., Brown, D.R., Gl&#246;ckner, F.O., Oren, A., Paster, B.J., Wade, W., Ward, N., Busse H.J., Reysenbach A.L., Whitman, W.B.(編集）
  • 出版者: John Wiley & Sons, Inc.
  • ISBN: 9780387216096
• [備考] 秋田県立大学 生物資源科学部 生物環境科学科 環境管理修復グループ 生態工学研究室
  • URL: http://www.akita-pu.ac.jp/bioresource/dbe/eco/
• [備考] 秋田県立大学 生態工学研究室HP
  • URL: http://www.akita-pu.ac.jp/bioresource/dbe/eco/