2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel control technology for wastewater treatment process based on multi-omics data and machine learning
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18H01576
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
成廣 隆 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (20421844)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
延 優 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (40805644)
黒田 恭平 都城工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (50783213)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 廃水処理 / 微生物 / メタゲノム / 微生物群集構造 / 活性汚泥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、未培養微生物が90%以上を占める廃水処理汚泥微生物群の代謝機能をオミクス解析により明らかにし、汚泥微生物群の多様性、機能遺伝子、各種オペレーションデータ等からなる「廃水処理データベース」を構築する。さらにこれらのデータを活用することで、「微生物関連廃水処理制御因子」を発見することを目指している。初年度においては、実規模都市下水処理施設の活性汚泥反応槽8基と消化タンク６基から汚泥試料を月１回程度の頻度で定期的に採取し、活性汚泥約100個、消化汚泥約70個を凍結保管するとともにオペレーションデータを蓄積した。また、それらの試料の一部において16S rRNA遺伝子に基づく微生物群集構造解析を実施した。解析の対象とした都市下水処理施設では、一部の最終沈殿池の運転停止に伴い、前段の活性汚泥反応タンクへの流入下水量を一時的に上昇し、その後、通常負荷に戻すという変則的な運転が実施された。その間、処理水質は概ね良好な状態を保ったが、通常負荷に戻した後にアンモニアの一時的な蓄積が観測された。流入下水負荷上昇からの２ヶ月に渡り活性汚泥の微生物群集構造を解析した結果、負荷上昇直後はアンモニア酸化細菌として知られるニトロソモナス属細菌の存在量が極めて低く、時間経過とともに存在量が回復する傾向にあった。存在量比に基づくネットワーク解析を実施したところ、ニトロソモナス属細菌は多くの微生物と有為な相関関係を築いており、活性汚泥微生物ネットワークの中核微生物の一つであることが明らかとなった。さらに、「逐次モニタリングリアクターによる実証実験」の前準備として、石化産業の重要な原料であるポリエチレンテレフタラートの製造工程から生じる廃水をモデルとしたラボスケールリアクターを構築し、200日程度の連続処理実験を実施し、COD除去率90%以上を達成した。
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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
研究開始の初年度となる今年度の研究計画においては、「活性汚泥・消化汚泥試料の採取」および「メタゲノム用サンプルの選定に向けた微生物群集構造解析」を主な実施項目として予定していた。「活性汚泥・消化汚泥試料の採取」においては、活性汚泥反応槽8基と消化タンク６基から、合計で活性汚泥約100個、消化汚泥約70個を採取することができた。また、「メタゲノム用サンプルの選定に向けた微生物群集構造解析」においては、採取した試料の一部を対象とした試験的な微生物群集構造解析の成果から、活性汚泥微生物群集におけるアンモニア酸化細菌の動体を明らかにすることができた。さらに、全体計画の後半に予定している「逐次モニタリングリアクターによる実証実験」の円滑な開始に向け、リアクターの構築と連続運転実験を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度以降は、本課題の重要研究課題である「機械学習による機能未知メタゲノム情報データベースの構築」と「械学習による「微生物関連制御因子」の特定」の実施に向け、引き続き各種汚泥試料を採取するとともに、微生物群集構造プロファイルの解析を実施して、それらの中からショットガンメタゲノムシークエンス等の解析に用いる試料を決定する。また、「逐次モニタリングリアクターによる実証実験」において連続処理実験を継続するとともに、リアクター内部に生じた汚泥の微生物群集構造を解析する。
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