複合微生物系シミュレーションモデルの構築に基づくシステム微生物生態学の創生

基于复杂微生物系统模拟模型构建的系统微生物生态学创建

基本信息

批准号：
18656246
负责人：
常田聡
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

環境中では多種多様な微生物が雑多に存在する複合微生物系を形成している。本研究では個々の微生物の現象に着目するのではなく,生態系全体を一つのシステムとしてとらえるシステムバイオロジーの概念を微生物生態学に導入し,実験的手法および知識工学的手法を併用してコンピュータ上に微生物のコミュニティーを再構築し,微生物生態形成メカニズムの真の理解につなげる新規方法論を確立・提案することを目的とした。本研究では,特に,複合微生物系の一例として,多孔質膜を介して通気を行い,膜上にバイオフィルムを形成させる方法(いわゆるメンブレンエアレーション法)によって得られたバイオフィルムを取り上げた。本年度は,シミュレーション結果の精度に多大な影響を与える微生物パラメータを精査し,シミュレーション結果と実験結果を比較した。まず,バイオフィルムからサンプリングした従属栄養細菌(HB),アンモニア酸化細菌(AOB),亜硝酸酸化細菌(Nitrobacter,Nitrospira)を対象に,水質回分実験・呼吸活性実験・蛍光遺伝子プローブ法(FISH法)・レクチン染色・画像解析を行い,それぞれの徴生物の活性パラメータを評価した。一方,形成されたバイオフィルムを壊さずに,微小電極測定およびFlSHを行い,バイオフィルム内の基質濃度分布と微生物分布を得た。つぎに,この結果を,すでに得られた微生物パラメータを用いてシミュレートした結果と比較した。完全には実験結果をシミュレーションでは再現することはできなかったが,文献値のパラメータを用いてシミュレーションをした結果と比較して,多くの部分の傾向を再現することができるようになった。またMABの内部に存在する亜硝酸酸化細菌はNitrobacterであることが明らかになった。

在环境中，多种微生物形成了复合微生物系统。在这项研究中，与其关注单个微生物的现象，而是将整个生态系统作为单个系统捕获的系统生物学的概念被引入微生物生态学，并且是使用实验和知识工程方法的计算机。重建上面的微生物群落，并建立并提出一种新方法，从而导致对微生物生态机制的真正理解。在这项研究中，作为复合微生物的一个例子，通过通过多孔膜排气并在膜上形成生物膜的方法获得的生物膜（如此称为膜区域）。今年，我们仔细检查了微生物参数，该参数对模拟结果的准确性产生了很大影响，并比较了仿真结果和实验结果。首先，对于从生物膜中采样的下属营养细菌（HB），氨氧化细菌（AOB）和硝化细菌（硝化细菌）（硝化细菌）（硝化细菌），从生物膜中采样，水质实验，呼吸活性实验和荧光基因探测器（FISH方法）。进行了图像分析，并评估每个天然的活动参数。另一方面，在不破坏形成的生物膜的情况下进行了微观测量和FLSH，并获得了生物膜中的底物浓度分布和微生物分布。接下来，将此结果与使用已经获得的微生物参数进行模拟的结果进行了比较。尽管实验结果不能通过模拟完全复制，但是与使用文献值的参数相比，与模拟的结果相比，许多部分的趋势可以复制。还揭示了硝化细菌是mab内部的硝化细菌。