鉱山廃棄物の持続的な安定化に向けた有害金属の微生物ー鉱物相互作用の解明

阐明有毒金属的微生物-矿物相互作用以实现矿山废物的可持续稳定

基本信息

批准号：
19H04302
负责人：
濱村奈津子
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、有害金属動態プロセスのモデル化と安定化技術への応用を目指し、鉱山廃棄物の安定性及び有害金属挙動に影響する微生物-鉱物相互作用の解明を目的とする。当該年度は、鉱山廃棄物の安定性および有害元素挙動における微生物-鉱物相互作用の影響を明らかにするために、以下の３項目を実施した：１）鉱山汚染地域調査、２）有害金属の固体化を触媒する微生物代謝機構のゲノミクス解析、３）固体・不溶性の有害金属を代謝利用する微生物を電気化学培養。上記（１）では、鉄、銅、ヒ素、アンチモンなど異なる重金属による高濃度汚染が確認された鉱山跡地における調査を実施した。採取した汚染環境試料について、16S rRNA遺伝子配列をターゲットとするアンプリコンシーケンシングにより微生物群集解析を進めている。（２）では、有害金属の固体化を触媒する微生物に関して、分離培養に成功した好気的ヒ素酸化細菌、嫌気的ヒ素酸化細菌、およびアンチモン酸化還元細菌について、ゲノム配列同定のためのDNA調整を実施した。これら分離培養株のうち代表的な株については、ロングリードによるシーケンシングを実施するため、大量培養法およびDNA抽出方法を検討し、質・量ともに十分なDNAを得る事が可能となった。また、これまでの毒性元素の生物変換では、主に溶解性の基質を利用する微生物が研究対象とされており、汚染環境に多く存在する固体毒性元素の生物利用機構については未解明な部分が多い。そこで（３）では、採取した汚染環境試料を用いて、電気化学培養を実施し、電気化学的に集積された微生物群の同定を実施した。その結果、高濃度の毒性元素存在下で電気活性の上昇が検出され、電極には金属代謝細菌が集積している事が確認できた。この結果より、毒性元素汚染環境中に電気活性微生物が存在している事が示唆された。

这项研究旨在对危险金属动态过程进行建模并将其应用于稳定技术，并阐明影响采矿废物稳定性和危险金属行为的微生物矿物质相互作用。 In this fiscal year, the following three items were carried out to clarify the effects of microbial-mineral interactions on the stability of mining waste and the behavior of harmful elements: 1) survey of mining contaminated areas, 2) genomic analysis of the microbial metabolism mechanism that catalyzes the solidification of harmful metals, and 3) electrochemical culture of microorganisms that use solid and insoluble harmful metals.在上面的（1）中，对以前的矿山进行了一项调查，在该矿山中，通过不同的重金属（例如铁，铜，砷和锑）证实了高浓度的污染。通过将靶向16S rRNA基因序列的扩增子测序对收集的受污染环境样品进行微生物群落分析。在（2）中，对微生物进行了基因组序列鉴定的DNA调节，以催化有害金属的凝固，有氧砷氧化物细菌，厌氧砷氧化物细菌和）对于这些孤立培养物的代表性菌株，进行了长期读取测序，并研究了大规模的培养方法和DNA提取方法，从而可以获得质量和数量的足够DNA。此外，在到目前为止的有毒元素的生物转化中，使用可溶性底物的微生物主要是在有毒元素的生物转化中研究的，并且许多未知因素尚不清楚关于在污染环境中丰富的固体有毒元素的生物利用机制。因此，在（3）中，使用收集的受污染的环境样品进行电化学培养，并鉴定了从电化学上积累的微生物群。结果，在存在高浓度的有毒元素的情况下检测到电活动的增加，并确认在电极上积累了金属代谢细菌。这些结果表明，电活性微生物存在于有毒元件污染的环境中。