真核・原核微生物の包括的マイクロバイオーム解析による水処理生態系設計への挑戦

通过真核和原核微生物的全面微生物组分析对水处理生态系统设计提出挑战

基本信息

批准号：
22K18827
负责人：
幡本将史
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

生物学的廃水処理においては原核生物（細菌・アーキア）のみならず原生動物や後生動物、カビなども重要な役割を担っていることはよく知られている。その一方で、細菌に適用する汚泥の前処理方法では原生動物等は形態を維持できず、顕微鏡観察で見過ごされる事や、汚泥中の原生動物群を効率良く簡便に解析できるアンプリコンシーケンス解析手法が無い事など問題点がある。そこで本研究では、サイズ分画による前処理法を開発し、活性汚泥中の微生物の解析を行う手法の開発を行った。まず、各種論文等の調査を行い、廃水処理関連ではサイズ分画による前処理と微生物解析は実施されていない事を確認した。また、湖や海洋サンプルの場合picoplankton、nanoplankton、microplankton、それ以上の多細胞生物と言う分類で解析を行う事があるのを参考に、廃水処理関連でのサイズ分画のフィルター候補を決めた。これまでにバクテリアの微生物群集解析の実績があるラボスケール下水処理試験装置の汚泥を対象に、各種フィルターによりサイズ分画を行い細胞を回収した。このとき、通常の手法では用いないような大口径のフィルターを用いて分画を実施した。その結果、活性汚泥はフロックを形成しているため、かなり大口径のフィルターでもトラップされてしまうことや、希釈および、フロックの分解処理後にフィルター処理をすると細かい分画まで可能となった。また、分画したサンプル中の真核微生物群集の解析を実施したところ、フィルターサイズにより検出される微生物群集に差があることを確認した。特に、細かい分画では、群集構造が他と異なっており、これが分画による影響である事をさらに複数のサンプルの実験で明らかにしていく。

众所周知，不仅原核生物（细菌和古细菌），原生动物、后生动物和真菌在废水生物处理中也发挥着重要作用。另一方面，应用于细菌的污泥预处理方法不允许原生动物保持其形态，在显微观察时被忽视，而扩增子序列分析方法则存在无法高效、轻松地分析污泥中原生动物类群等问题。。因此，在本研究中，我们开发了一种利用尺寸分级的预处理方法，并开发了一种分析活性污泥中微生物的方法。首先，我们调查了各种论文，并确认废水处理中没有进行尺寸分级和微生物分析的预处理。此外，我们根据有时通过超微型浮游生物、纳米浮游生物、微型浮游生物和其他多细胞生物的分类来分析湖泊和海洋样品的事实，决定了与废水处理相关的尺寸分级的候选过滤器。使用实验室规模污水处理测试装置中的污泥（该装置在细菌微生物群落分析方面拥有良好的记录），使用各种过滤器进行尺寸分级，并收集细胞。此时，使用常规方法中未使用的大直径过滤器进行分级。结果，活性污泥形成絮凝物，因此即使使用相当大直径的过滤器也可以将其捕获，并且可以通过在分解后稀释和过滤絮凝物来获得细级分。此外，当我们分析分级样品中的真核微生物群落时，我们证实，根据过滤器尺寸，检测到的微生物群落存在差异。特别是，精细分级中的群落结构是不同的，我们将通过多个样本的实验进一步阐明这是分级的影响。