2021 Fiscal Year Annual Research Report
Long-range transport and deposition of bioaerosols over East Asia
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21H04930
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
牧 輝弥 近畿大学, 理工学部, 教授 (70345601)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐野 到 近畿大学, 理工学部, 教授 (10247950)
黒崎 泰典 鳥取大学, 乾燥地研究センター, 教授 (40420202)
市瀬 孝道 大分県立看護科学大学, 看護学部, 教授 (50124334)
石塚 正秀 香川大学, 創造工学部, 教授 (50324992)
大西 一成 聖路加国際大学, 専門職大学院公衆衛生学研究科(公衆衛生大学院), 准教授 (50596278)
能田 淳 酪農学園大学, 獣医学群, 准教授 (70551670)
松木 篤 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 准教授 (90505728)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | バイオエアロゾル / 黄砂と煙霧 / 環境汚染 / 微生物群集構造 / 長距離輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
黄砂や煙霧とともに微生物群(バイオエアロゾル)が，アジア大陸から日本へ越境輸送され，日本各地へと拡散沈着するため，その環境・健康影響に学術的関心が集まる。申請者らは，東アジア(日中韓蒙)において，黄砂を捕集する高高度調査(気球, ヘリコプター, 山岳積雪を使用)を実施し，日本へと越境輸送された微生物の種組成とその健康影響が，日本海沿岸と太平洋沿岸で大別できる可能性を突き止めた。しかし，観測地点は日本海側に偏り，太平洋側への国内移送や沈着程度を講じる観測が不十分であった。本申請では，日本本土(日本海ー太平洋)の観測地を拡充し，「越境微生物の国内での拡散・沈着過程」を理解すると伴に，そ影響を評価する。
黄砂飛来時に日本海側（能登）と太平洋側（関西，関東）の上空500ー2500ｍにおいてヘリコプター観測を行い，高高度の大気粒子を捕集した。また，黄砂・煙霧発生が頻発する春から初夏(4月-6月)にかけて，金沢，鳥取，香川，東京，長野，大阪の観測地において，建物屋上(高さ10m)で長期的に観測した。大気試料のゲノムDNA（環境ゲノム）に含まれる細菌・カビの分類指標遺伝子（16SとITS）核酸塩基配列を解読した。遺伝子解析ソフト(Qiime2)で微生物群集構造を解析したところ，黄砂と煙霧によって細菌は越境しやすく，本国内において真菌と混合する傾向が見られた。感染症（非結核抗酸症）の原因微生物も検出され，潜在的に長距離拡散される可能性も見出した。また分離した真菌株からもカビ毒が検出された。これより，黄砂煙霧とともに国内を拡散する有害種(キーストーン種)の候補に目処が立ちつつある。
こうした研究成果は，環境系の有名学術誌に多数掲載され，書籍「大気微生物の世界」にまとめられた。また，一般からの注目も熱く，大気観測全般を纏めたガリレオXやNHKスペシャルなどの取材を受けた。
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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
黄砂飛来時にヘリコプターを飛行させ，日本海側（能登半島）と太平洋側（大阪，京都，茨城）の上空500―2500ｍにおいて，高高度の大気粒子をフィルター上に捕集した。また，黄砂・煙霧発生が頻発する春から初夏(4月-6月)にかけて，金沢，鳥取，香川，東京，長野，大阪の観測サイトにおいて，建物屋上(高さ10m)の大気試料を長期的に採取した。大気試料から直接抽出したゲノムDNA（環境ゲノム）から16S rRNA遺伝子とrDNAのITS領域（細菌・カビに普遍的に存在する種分類指標）をPCR増幅させ，その遺伝子情報を解読した。アジア大陸側の試料は，２年前に採取し保存していた蘭州およびチベット，長家口で採取した粒子（全150試料以上）を使用した。遺伝子解析ソフト(Qiime2)で微生物群集構造を解析したところ，黄砂と煙霧によって細菌は越境しやすく，本国内において真菌と混合する傾向が見られた。感染症（非結核抗酸症）の原因微生物も検出され，潜在的に長距離拡散される可能性も見出した。大気粒子試料から分離した真菌からもカビ毒生成能力がタンパクレベルで検出された。これら結果を総括すると，黄砂煙霧とともに国内に拡散・沈着する有害種(キーストーン種)の候補として，MycobacteriumやAspergillusの種にも当たりがついた。
従って，越境輸送された微生物群集が国内で変化するプロセスを理解する手がかりが得られ，有害種の検出も順調に進みつつある。また，一部の研究成果は論文化されつつあり，順調に成果が蓄積されていると判断できる。大陸側の試料を新たに入手できなかったのには不安が残るが，これまで未解析の大量の大陸側の試料を解析する有効な年度となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度に続き，黄砂・煙霧時に大気試料を一斉に捕える観測(4月-6月)を継続する。試料に含まれる微生物群のゲノム情報を増やし，拡散沈着と潜在的な病原性を検証する。分離株も増やし，培養実験と疫学的調査による【生態・健康への影響評価】を本格化する。
バイオエアロゾルの環境分布調査に着手する。まず，キーストーン種（MycobacteriumやAspergillusに絞る）の遺伝子配列に特異的に結合するDNA断片（プローブとプライマー）を合成する。DNAプローブを環境試料に含まれるキーストーン種の細胞に結合させ，蛍光顕微鏡下で一細胞を識別できることを確認しつつ，検出系(FISH法)を構築する。DNAプライマーでは，キーストーン種の遺伝子が遺伝子定量法(定量PCR法)で検出できることを検討する。主要観測サイト(能登, 鳥取, 大阪, 東京)で採取した試料を使って，FISH法と定量PCR法を試行し，越境微生物（まず真菌と細菌を分別）の日本国内での拡散と沈着を定量的に検証する。
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Research Products
(57 results)
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[Journal Article] Characteristics of PM2.5 Pollution in Osorno, Chile: Ion Chromatography and Meteorological Data Analyses2022
Author(s)
Nakamura, A., Nakatani, N., Maruyama, F., Fujiyoshi, S., Marquez-Reyes, R., Fernandez, R., & Noda, J.
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Journal Title
Atmosphere
Volume: 13
Pages: 168～168
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] SNP Association in the Leptin Gene and Beef Quality Traits in Indigenous Sudanese Baggara Cattle2021
Author(s)
Omer, R. M., Masri, M. A., Musa, L. M., Nour, I. A., Tsubo, M., El-Hag, F. M., Kurosaki, Y., ... & Ahmed, M. K. A.
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Journal Title
Annals of Advanced Agricultural Sciences
Volume: 5
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Investigation of adhesivity of organic enriched sea spray aerosols by atomic force microscopy.2021
Author(s)
Ono, K., Iwata, A., Iwamoto, Y., Fukuma, T., Hamasaki, K., & Matsuki, A.
Organizer
In AGU Fall Meeting 2021.
Int'l Joint Research
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[Presentation] Improved estimations of dry vegetation cover and mass using MODIS data at a dust hotspot in the Gobi Desert.2021
Author(s)
Wu, J., Kurosaki, Y., Gantsetseg, B., Ishizuka, M., Sekiyama, T. T., Buyantogtokh, B., & Liu, J.
Organizer
In AGU Fall Meeting 2021.
Int'l Joint Research
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