微生物による藍藻産生毒素分解機構の解明とその水環境修復への利用

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21310049
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境技術・環境材料
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 杉浦 則夫 筑波大学, 生命環境系, 教授 (10302374)
• 研究分担者: 内海 真生 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (60323250) ; 間世田 英明 徳島大学, 大学院・ソシオテクノサイエンス研究部, 准教授 (10372343) ; 岡野 邦宏 秋田県立大学, 生物資源学部, 助教 (30455927) ; 清水 和哉 東洋大学, 生命科学部, 助教 (10581613)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 環境修復技術 / 生物膜法

研究概要

ミクロシスチン分解菌が水環境中における主な分解者であることを強く推察するデータを得た。その分解菌のMlrAとMlrB, MlrCが担う分解機構を明らかにするとともにその遺伝子の発現は, Adda(mlrAとmlrB遺伝子に対して)およびミクロシスチン環状構造(mlrC遺伝子に対して)により誘導されることを世界で初めて明らかにした。さらに浄水処理過程での生物膜処理法がミクロシスチンを効果的に分解し上水への混入を防いでいることを明らかにした。また, これまでの知見を利用し, 新規水環境修復技術となる藍藻類の増殖抑制技術を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Rapid and high efficiency transformation of Sphingomonas and Sphingopyxis by electroporation using frozen cell suspensions (2012)
  • 著者名/発表者名: Maseda H., Doi Y., Okano K., Sugiura N., Kobayashi M.
  • 雑誌名: Journal of Bioindustrial Science 巻: 1 ページ: 1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigations into the biodegradation of microcystin-LR mediated by the biofilm in wintertime from a biological treatment facility in a drinking-water treatment plant (2012)
  • 著者名/発表者名: Li J., Shimizu K., Maseda H., Lu Z., Utsumi M., Zhang Z., and Sugiura N
  • 雑誌名: Bioresource Technology 巻: 106 ページ: 27-35
  • 査読あり
• [雑誌論文] How microcystin-degrading bacteria express microcystin degradation activity, Lake & Reservoirs (2011)
  • 著者名/発表者名: Shimizu K., Maseda H., Okano K., Itayama T., Kawauchi Y., Chen R., Utsumi M., Zhang Z., and Sugiura N.
  • 雑誌名: Research and Management 巻: 16 ページ: 169-178
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biodegradation of microcystin by bacterial communities co-existent with flagellate Monas guttula and concurrent succession of the community structures (2011)
  • 著者名/発表者名: Li J., Shimizu K., Zhou Y., Utsumi M., Sakharkar K. M., Zhang Z., Sun H., and Sugiura N.
  • 雑誌名: Journal of Water Supply 巻: 60 ページ: 352-363
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative study for the effects of variable nutrient conditions on the biodegradation of microcystin-LR and concurrent dynamics in microcystin-degrading gene abundance (2011)
  • 著者名/発表者名: Li J., Shimizu K., Sakharkar K. M., Utsumi M., Zhang Z., and Sugiura N.
  • 雑誌名: Bioresource Technology 巻: 102 ページ: 9509-9517
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics of the functional gene copy number and overall bacterial community during microcystin-LR degradation by a biological treatment facility in a drinking water treatment plant (2011)
  • 著者名/発表者名: Li J., Shimizu K., Utsumi M., Nakamoto T., Sakharkar M.K., Zhang Z., and Sugiura N.
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 111 ページ: 695-701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantification of microcystin-degrading Bacteria in a Biofilm from a Practical Biological Treatment Facility by Real-time PCR (2010)
  • 著者名/発表者名: Jimbo Y., Okano K., Shimizu K., Maseda H., Fujimoto N., Utsumi M., and Sugiura N.
  • 雑誌名: Journal of Water and Environment Technology 巻: 8 ページ: 193-201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics of a microcystin-degrading bacterium under alkaline environmental conditions (2009)
  • 著者名/発表者名: Okano K., Shimizu K., Kawauchi Y., Maseda H., Utsumi M., Zhang Z, Neilan B., and Sugiura N.
  • 雑誌名: Journal of Toxicology
  • DOI: DOI:10.1155/2009/954291
  • 査読あり
• [学会発表] Inhibition on Microcystis aeruginosa growth and microcystins production in oxygen production system using a new electrolysis cell (2012)
  • 著者名/発表者名: Gao Y., Shimizu K., Utsumi M., Sugiura N
  • 学会等名: 第46回日本水環境学会年会
  • 発表場所: 東洋大学白山第二キャンパス
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] 生物膜法におけるmicrocystin分解および分解酵素遺伝子の動態解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 赤迫春菜, 清水和哉, 李潔明, 内海真生, 杉浦則夫
  • 学会等名: 第46回日本水環境学会年会
  • 発表場所: 東洋大学白山第二キャンパス
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] 電解酸素曝気が藻類の増殖に及ぼす影響評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 崔海龍, 高宇, 清水和哉, 内海真生, 杉浦則夫
  • 学会等名: 第46回日本水環境学会年会
  • 発表場所: 東洋大学白山第二キャンパス
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] 日本とタイ水域のおけるmicrocystinの合成および分解に関与する遺伝子(mcy, mlr)の比較解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古澤文章, 板山朋聡, 内海真生, 杉浦則夫
  • 学会等名: 第46回日本水環境学会年会
  • 発表場所: 東洋大学白山第二キャンパス
  • 年月日: 2012-03-14
• [学会発表] Problems of water supply relevant to Global Warming (2011)
  • 著者名/発表者名: Sugiura N., Itayama T., Iwami N., Maseda H., and Shimizu K.
  • 学会等名: The Fourth International Fisheries Conference
  • 発表場所: Maejo University in Thailand
  • 年月日: 2011-12-01
• [学会発表] Determination of the microcystin-LR degrading genes, mlrAs on biofilm in water purification plant (2011)
  • 著者名/発表者名: Shimizu K., Maseda H., Okano K., Hiratsuka T., Jimbo Y., Xue Q., Itayama T., Utsumi M., Zhang Z., and Sugiura N.
  • 学会等名: The Fourth International Fisheries Conference 2011
  • 発表場所: Maejo University in Thailand
  • 年月日: 2011-12-01
• [学会発表] Dynamics of microcystin production mcy gene and microcystin degradation mlr gene (2011)
  • 著者名/発表者名: Furusawa F., Shimizu K., Whangchai N., Itayama T., Utsumi M. and Sugiura N.
  • 学会等名: The Fourth International Fisheries Conference 2011
  • 発表場所: Maejo University in Thailand
  • 年月日: 2011-12-01
• [学会発表] 生物学的処理法におけるmicrocystin分解活性および分解酵素遺伝子の挙動解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 赤迫春菜, 清水和哉, 李潔明, 内海真生, 杉浦則夫
  • 学会等名: 日本水処理生物学会第48回大会
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2011-11-17
• [学会発表] 国内水域とタイ北部水域のmicrocystin産生能の比較解析, 日本水処理生物学会 (2011)
  • 著者名/発表者名: 古澤文章, 板山朋聡, 岩見徳雄, 清水和哉, Niwooti Whangchai, Chayarat Pleumsumran, Sirapran Fakrajang, Ruenkeaw Praphrute, Redel Gutierrez, Khomsan Ruangdet, Korntip Kannika, 内海真生, 杉浦則夫
  • 学会等名: 第48回大会
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2011-11-17
• [学会発表] 電解酸素曝気環境下での藻類の増殖特性に関する影響評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 崔海龍, 高宇, 清水和哉, 内海真生, 杉浦則夫
  • 学会等名: 日本水処理生物学会第48回大会
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2011-11-17
• [学会発表] ミクロシスチン分解関連タンパク質MlrBの局在と機能解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小林宏聡, 清水和哉, 白井昭博, 大政健史, 杉浦則夫, 間世田英明
  • 学会等名: 日本水処理生物学会第48回大会
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2011-11-17
• [学会発表] 有毒藍藻産生物質ミクロシスチン分解細菌の分解機構の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 清水和哉, 間世田英明, 岡野邦宏, 内海真生, 張振亜, 杉浦則夫
  • 学会等名: 日本農芸化学会関東支部2011年度大会
  • 発表場所: 東洋大学板倉キャンパス
  • 年月日: 2011-10-15
• [学会発表] Characterization of MlrB involved in degradation of cyanobacterial toxin microcystin LR (2011)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi H., Shimizu K., Zhang Z., Sugiura N., Omasa T., and Maseda H.
  • 学会等名: Doctoral Forum of China and the 4th China. Japan Graduate Student Forum
  • 発表場所: Chinese geoscience University, Beijing in China
  • 年月日: 2011-09-25
• [学会発表] Study of biologicalミクロシスチンdegradation at biological treatment facility in a water purification plant, Japan (2011)
  • 著者名/発表者名: Akasako H., Shimizu K., Li J., Utsumi M., and Sugiura N.
  • 学会等名: Doctoral Forum of China and the 4th China. Japan Graduate Student Forum
  • 発表場所: Chinese geoscience University, Beijing in China
  • 年月日: 2011-09-25
• [学会発表] Expression of microcystin degradative activity in microcystin-degrading bacterium (2011)
  • 著者名/発表者名: Shimizu K., Maseda H., Okano K., Itayama T., Utsumi M., Zhang Z., and Sugiura N.
  • 学会等名: International Union of Microbiological Societies 2011 Congress
  • 発表場所: Sapporo Convention Center
  • 年月日: 2011-09-09
• [学会発表] Application of Oxygen Productive Electrode (OPE) to the Toxic Cyanobacteria Inhibition in water treatment (2011)
  • 著者名/発表者名: Gao Y., Xue Q., Omori K., Shimizu K., Utsumi M., Sugiura N.
  • 学会等名: 日本水環境学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2011-03-20
• [学会発表] 水環境生態系に及ぼす電解酸素の影響評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大森啓, 高宇, 崔海龍, 清水和哉, 内海真生, 杉浦則夫
  • 学会等名: 日本水環境学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2011-03-20
• [学会発表] 生物処理槽におけるミクロシスチン分解能および分解酵素遺伝子の挙動解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 赤迫春菜, 清水和哉, 李潔明, 内海真生, 杉浦則夫
  • 学会等名: 日本水環境学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2011-03-20
• [学会発表] microcystin分解産物の特性解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 清水和哉, 星麻里恵, 伊藤聡史, 間世田英明, 岡野邦宏, 陳栄志, 内海真生, 張振亜, 杉浦則夫
  • 学会等名: 日本水環境学会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2011-03-20
• [学会発表] ミクロシスチン分解産物の特性解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 清水和哉, 星麻里恵, 伊藤聡史, 間世田英明, 岡野邦宏, 陳栄志, 内海真生, 張振亜, 杉浦則夫
  • 学会等名: 日本水処理生物学会
  • 発表場所: 筑波大学大学院
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] 電解酸素発生装置を用いた純酸素曝気による水質改善手法の検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大森啓, 清水和哉, 高宇, 内海真生, 杉浦則夫
  • 学会等名: 日本水処理生物学会
  • 発表場所: 筑波大学大学院
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] Biodegradation of ミクロシスチンs by the bacterial communities symbiotic with microflagellate Monas guttula (2010)
  • 著者名/発表者名: Li J., Shimizu K., Utsumi M., Sugiura N
  • 学会等名: 日本水処理生物学会
  • 発表場所: 筑波大学大学院
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] Application of Oxygen Productive Electrode (OPE) in water treatment (2010)
  • 著者名/発表者名: Gao Y., Shimizu K., Omori K., Xue Q., Utsumi M., Sugiura N.
  • 学会等名: 日本水処理生物学会
  • 発表場所: 筑波大学大学院
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] 藍藻由来毒性物質microcystin分解酵素遺伝子の機能解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 清水和哉, 間世田英明, 岡野邦宏, 内海真生, 杉浦則夫
  • 学会等名: 日本水処理生物学会
  • 発表場所: 高知県高知市・高知市文化プラザかるぽーと
  • 年月日: 2009-11-12
• [学会発表] Finding of microcystin-degrading Bacterium and Elucidation of Its Degradation Mechanism, 13th World Lake Conference (2009)
  • 著者名/発表者名: Shimizu K., Okano K., Maseda H., Kawauchi Y., Utsumi M., Zhang Z. and Sugiura N.
  • 学会等名: Key note presentation
  • 発表場所: 中華人民共和国, 武漢
  • 年月日: 2009-11-03