各種微生物学的アプローチによるエネルギー回収型廃水処理制御技術の開発

利用各种微生物方法开发能量回收废水处理控制技术

• 批准号: 03J52481
• 负责人: 山田 剛史
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J52481/
• 关键词: UASB; 嫌気性バルキング; 糸状性細菌; FISH; Chloroflexi; KSB3; 門レベル; 嫌気性廃水処理プロセス; 16S rRNA遺伝子クローニング; FISH法; UASBプロセス; 糸状性微生物; Chloroflexi門細菌

本研究では、中温UASB汚泥のバルキング原因菌に焦点を当て、その微生物を分子遺伝学的に同定し、その生態と機能を明らかにすることを試みた。フルサイクルrRNAアプローチをバルキング汚泥内の糸状性細菌に適用したところ、その細菌は、真正細菌の門レベルで新規なクローンクラスター(KSB3門)に属していた。これまで、中温UASB汚泥の糸状性バルキングは観察されているものの、その現象に関与する微生物の同定例は皆無であった。KSB3門細菌の発見は、UASB汚泥にとって第二のバルキング原因菌の発見でもあった。バルキング前の健全なUASB汚泥にKSB3門細菌に特異的なプローブを用いたFISH解析を行ったところ、KSB3門細菌は、グラニュール汚泥表面に主要な微生物群の一つとして存在していることが観察された。次に、KSB3門細菌の生育環境とその遺伝学的多様性を調査するため、KSB3門細菌に特異的なプライマーセットを用いたクローン解析により10種の中温・高温嫌気汚泥を調査した。10種の嫌気汚泥の内、2種の中温UASB汚泥のみKSB3門細菌由来の16SrRNA遺伝子クローンを回収した。そのクローンの塩基配列の相同性は、98%以上であった。このような生育環境の狭さと遺伝学的多様性の低さは、KSB3門細菌が、ある特別な生育環境を要求することを示唆しているのかもしれない。あらゆる培養技術を駆使してKSB3門細菌の培養分離を行ったが、培養分離することは困難であった。培養困難であったKSB3門細菌の基質資化能を推定するために、配列特異的SSU rRNA切断法に基づいた新規基質推定法を考案、適用した。また、上述した基質推定法で推定された基質に対して、既存の基質推定法であるMAR-FISH法を適用した。その結果、KSB3門細菌は、グルコースやマルトースのような廃水中の糖を利用している細菌群であることが判明した。

在这项研究中，我们专注于中嗜量UASB污泥的肿块细菌，并试图通过遗传学上鉴定微生物并阐明其生态学和功能。当将全循环rRNA方法应用于散装污泥中的丝状细菌时，该细菌属于Eubacteria门水平的新型克隆簇（KSB3 Phyla）。尽管到目前为止已经观察到了中温度UASB污泥的丝状散装，但尚未鉴定出与这种现象有关的微生物。发现KSB3球杆细菌的发现也发现了第二种引起膨胀细菌的UASB污泥。当散装前在健康的UASB污泥上使用针对健康的UASB污泥的KSB3特异性细菌进行鱼类分析时，可以观察到KSB3的门细菌是颗粒污泥表面上的主要微生物基团之一。接下来，为了研究KSB3多核细菌的生长环境及其遗传多样性，使用克隆分析研究了10个中和高温度的厌氧污泥，使用KSB3特定于KSB3门杆菌。在10个厌氧污泥中，仅从源自KSB3球杆杆菌的16sRRNA基因克隆中收集了两个室温UASB污泥。克隆的核苷酸序列同源性超过98％。在不断增长的环境和低遗传多样性的情况下，这种狭窄可能表明KSB3球杆菌需要某些特殊的生长环境。尽管使用各种培养技术培养了KSB3的类细菌，但很难分离培养。为了估计培养困难的KSB3球杆细菌的底物使用能力，设计和应用了基于序列特异性SSU rRNA裂解方法的新型底物估计方法。此外，现有的MAR-FISH方法是一种现有的底物估计方法，应用于上述底物估计方法估计的底物。结果表明，KSB3谱系细菌是在废水中利用糖的一组细菌，例如葡萄糖和麦芽糖。

项目成果

Quantitative monitoring and function analysis of uncultured filamentous anaerobes which cause an anaerobic filamentous bulking in methanogenic UASB processes.

未培养的丝状厌氧菌的定量监测和功能分析，这些厌氧菌在产甲烷 UASB 过程中引起厌氧丝状膨胀。

• 发表时间: 2005
• 期刊: The 4st International Symposium Green Energy Revolution
• 作者: Takeshi Yamada;Yuji Sekiguchi;Yoichi Kamagata;Koji Shiraishi;Hiroyuki Imachi;Akiyoshi Ohashi;Hideki Harada
• 通讯作者: Hideki Harada

山田剛史, 関口勇地, 井町寛之, 鎌形洋一, Philip Hugenholtz, 白石皓二, 大橋晶良, 原田秀樹: "嫌気性バルキング現象に関与する糸状性細菌の解析"第58回日本土木学会年会(2003.9.24-2003.9.26). 605-606 (2003)

Takeshi Yamada、Yuji Sekiguchi、Hiroyuki Imachi、Yoichi Kamagata、Philip Hugenholtz、Koji Shiraishi、Akira Ohashi、Hideki Harada：“参与厌氧膨胀现象的丝状细菌的分析”第58届日本土木工程师学会年会（2003.9）.24 -2003年9月26日）605-606（2003年）。

嫌気性排水処理グラニュール汚泥のバルキングを引き起こす糸状性細菌群の解析

导致厌氧废水处理颗粒污泥膨胀的丝状菌群分析

• 发表时间: 2004
• 期刊: 用水と廃水 Vol.46 No.12
• 作者: 関口勇地;山田剛史;鎌形洋一;白石皓二;大橋晶良;原田秀樹
• 通讯作者: 原田秀樹

嫌気性汚泥のバルキング化に関与する未培養糸状性細菌の機能推定-機能推定に基づいたバルキング原因菌の分離の試み-

估计参与厌氧污泥膨胀的未培养丝状细菌的功能 - 尝试根据功能估计分离引起膨胀的细菌 -

• 发表时间: 2005
• 期刊: 第21回日本微生物生態学会
• 作者: 山田剛史;関口勇地;鎌形洋一;白石皓二;大橋晶良;原田秀樹
• 通讯作者: 原田秀樹

Diversity and physiology of filamentous anaerobes affiliated with the phylum Chloroflexi, subdivision I in thermophilic and mesophilic upflow anaerobic sludge blanket (UASB) process.

高温和中温上流厌氧污泥床 (UASB) 过程中绿柔菌门 I 类丝状厌氧菌的多样性和生理学。

• 发表时间: 2004
• 期刊: The 3rd International Symposium Green Energy Revolution
• 作者: Takeshi Yamada;Yuji Sekiguchi;Hiroyuki Imachi;Yoichi Kamagata;Akiyoshi Ohashi;Hideki Harada
• 通讯作者: Hideki Harada