| 研究課題/領域番号 |
22K04383
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22060:土木環境システム関連
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| 研究機関 | 新潟薬科大学 |
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研究代表者 |
井口 晃徳 新潟薬科大学, 応用生命科学部, 准教授 (60599786)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 生物学的排水処理プロセス / 分離培養 / 遺伝子解析 / 微生物機能 / 機能解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、生物学的排水処理プロセスにおける処理メカニズムや最適化を目標に、そのプロセスにおいて機能上重要と考えられる培養困難な未培養微生物を分離培養し、その特性や機能を培養に基づく表現形質とゲノム解析による遺伝的形質の双方から明らかにすることを目的する。微生物の表現型や遺伝的形質を明らかにし、実際の処理プロセスにフィードバックを可能とする微生物機能情報を得ることを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
生物処理プロセスにおいて機能上重要と考えられる培養困難な未培養微生物として、半導体製品等の工業プロセスで排出される有害化学物質を処理する嫌気性廃水処理プロセスに着目し、当該プロセスに存在する有害物質分解菌の分離培養と遺伝子発現解析を実施した。また、未培養微生物をはじめとする培養困難菌の機能解明を目標とし、特定遺伝子の微生物間における伝播を明らかにする新規手法の開発に取り組んだ。
電子産業排水を処理する低温メタン発酵汚泥から分離培養に成功した水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH) 分解菌NY-STAYD株ならびにTMAH分解能を持たない近縁株において、異なる培養条件における網羅的遺伝子発現解析 (RNA-Seq解析) を実施し、ゲノム情報と併せてTMAH分解の責任遺伝子の絞り込みを実施した。結果、NY-STAYD株のメチルアミン (TMA) 基質とTMAH基質による比較発現解析において、特徴的なメチルアミンコリノイドタンパク質や、メチルアミントランスフェラーゼ遺伝子の発現が観察され、これらの遺伝子がTMAH分解に寄与することが強く示唆された。
また、好感度FISH法と蛍光細胞分取装置 (FACS) を併用したプラスミドDNA由来遺伝子と細菌種を結びつける新たな手法の適用拡大として、大腸菌をモデル微生物とし、プラスミドにコードされた拡張型βラクタマーゼ遺伝子を標的とした高感度FISH法の最適化を実施した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
分離培養したTMAH分解メタン生成菌に関しては、昨年度に論文化を行い、特許申請も実施した。ゲノム解析の成果に関する学術論文については当該年度に実施できなかったが、ゲノム情報を活用したRNA-seq解析は実施することができ、TMAH分解に寄与する遺伝子の絞り込みまで進めることができた。またこれらの成果の一部は国際学会および国内での学会で発表を行った。TMAH分解菌以外にも、分離培養した新規モノエタノールアミン分解菌の実施しており、以前までは不明であった電子産業排水処理メタン発酵プロセスにおける機能上重要な微生物の機能解析は着実に進められていると考えている。
また、未培養微生物の機能と系統を結びつける新たな手法開発についても、現在学術論文として成果をまとめ、学術雑誌に受理された。当該年度は本手法の適用拡大を目指し、より注目度の高い薬剤耐性遺伝子を標的に本手法の最適化を実施できている。以上により、研究は概ね順調に進んでいると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
RNAseq解析および比較ゲノム解析を実施することで、標的としていたTMAH分解に直接関与するような責任遺伝子の絞り込みに成功した。今後は、推定されたTMAH分解遺伝子の機能を詳細にあきらかにするための解析方法について検討およびその実験系の構築を進めていく。また新規微生物の分離培養および機能解析について、現在のところは有害化学物質含有排水を処理するメタン発酵プロセスに着眼をして研究を実施しているが、これらのプロセスから分離培養した菌株の特性解析等を実施しつつ、並行してメタン発酵として広範囲に利活用されている嫌気性消化プロセス等の未培 養微生物の分離培養・機能解析にも着手していく。特に嫌気性消化においては、難分解性の未利用バイオマスの高効率なメタン化が求められており、これらのメタン化に寄与する微生物群の分離培養や機能解析を進めていく。
微生物の機能と系統を結びつける新規の微生物検出技術においても、その適用拡大を目指し、まずは機能上重要な遺伝子を標的とした遺伝子プローブの設計と、設計したプローブを用いた高感度FISH法の実験系の確立を行っていく。
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