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レアメタル資源確保の観点において、都市鉱山や自然環境からレアメタルを回収する技術の開発は重要な課題の1つである。微生物が合成するバイオMn酸化物は、レアメタルを含む重金属イオンの吸着性に優れているため、それを利用したレアメタル回収バイオプロセスが近年注目されている。そこで本研究課題では、レアメタル回収バイオプロセスの低コスト化に必要不可欠なMn(II)酸化細菌群の集積培養法の開発を試みた。なお、開発を試みた集積培養法の原理は、微生物分解を受けることで水溶性低分子有機物を徐放する性質を持つ生分解性プラスチックを利用することで、貧栄養環境を好む従属栄養性Mn(II)酸化細菌群の集積培養を達成するものである。
研究においては、まずはバッチ式の培養実験により、生分解性プラスチックの1種であるポリカプロラクトンが、海洋性Mn(II)酸化細菌群の集積培養に有効であることを明らかにした。この結果に基づき、ポリカプロラクトンを個体基質としたバイオリアクターを構築し、これにMn(II)含有する人工海水培地を連続供給することで、そのMn(II)酸化性能を評価した。検討した2種類のバイオリアクターのうち、polycaprolactone-packed aerated biofilm (PAB) リアクターにおいて、Mn酸化反応に起因する溶存Mn除去ならびにMn酸化物の形成を確認することができた。一方、そのMn酸化速度は0.4-2.3 mg/L/dayと低く、その実用化においては、長期間にわたる集積培養やリアクター運転方法の最適化の必要性があることが明らかとなった。また、16S rRNA遺伝子を対象としたアンプリコンシーケンス解析やメタゲノム解析を適用することで、Pseudomonadota門に属する細菌群などがポリカプロラクトンの分解やMn(II)酸化反応に寄与している可能性を明らかにした。
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