X線μCTを用いたバイオフィルム中での特定微生物の分布の3次元可視化技術の開発

使用X射线μCT开发生物膜中特定微生物分布的3D可视化技术

基本信息

批准号：
22KJ0182
负责人：
浦崎幹八郎
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0182/
关键词：
環境微生物バイオフィルム廃水処理汚泥 X線検出 SEM X線μCT

项目摘要

2022年度の研究実施計画の1点目は、2021年度と同じく、対象とするバイオフィルムの微生物群集の調査であった。廃水処理において使用される微生物群集である汚泥について、さまざまな廃水処理汚泥を対象に調査を行った。また、2021年度の研究進捗をもとに策定した2022年度の研究実施計画は、フッ素元素や臭素元素の標手法の改良であった。フッ素元素の染色に関しては、16S rRNAを標的としたDNAプローブおよび酵素反応であるTSA反応を用いる基本的なプロトコルはそのままに、反応に用いる試薬の組成や反応条件等の条件検討を実施した。本手法によりフッ素を標識した微生物サンプルをSEM-EDX、およびSEM-WDXによる観察および元素測定に供したところ、十分なS/N比を得ることができなかった。臭素元素の特異的な標識手法の開発に関しては、これまでのプロトコルに加えて、DNAプローブおよび、核酸伸長反応であるHCRを用いたプロトコルを考案した。蛍光顕微鏡を用いた予備観察の結果、想定したプロトコル通りに反応が進行していることが確認された。本手法により臭素を標識した微生物サンプルをSEM-EDX、およびSEM-WDXによる観察および元素測定に供したところ、十分なS/N比を得ることができなかった。これらの試行および文献調査の結果等を踏まえ、金属元素を標識するプロトコルであれば検出しやすいと考えらえたため、今後は金属元素による微生物細胞の特異的標識手法の開発を行う。また、2021年度に引き続き、特異的な標識手法の開発に対するコントロールとして、heminおよびTSA反応を用いた全菌染色手法を開発している。本手法の適用範囲を拡大し、土壌サンプル中に棲息する微生物を検出した。加えて、2021年度に実施した高分解能X線CTにより金標識微生物サンプルを撮影した結果について、画像処理および立体構築を行なった。

与2021年一样，2022年研究实施计划的第一点是调查目标生物膜的微生物群落。我们研究了关于污泥的各种类型的废水处理污泥，污泥是用于废水处理的微生物群落。此外，根据2021财年的研究进展，制定了2022财年的研究实施计划，旨在完善氟和溴元素的标准化方法。关于氟元素染色，我们保留了使用靶向16S rRNA的DNA探针和酶促TSA反应的基本方案，并检查了反应所用试剂的组成和反应条件等条件。当使用该方法用氟标记的微生物样品使用SEM-EDX和SEM-WDX进行观察和元素测量时，无法获得足够的S/N比。关于溴的特定标记方法的开发，除了现有的方案之外，我们还设计了使用DNA探针和HCR（核酸延伸反应）的方案。使用荧光显微镜的初步观察证实反应按照预期方案进行。当使用该方法用溴标记的微生物样品使用SEM-EDX和SEM-WDX进行观察和元素测量时，无法获得足够的S/N比。根据这些试验和文献检索的结果，我们相信标记金属元素的方案会更容易检测，我们现在将开发一种用金属元素特异性标记微生物细胞的方法。此外，从 2021 年开始，我们正在开发一种全细菌染色方法，使用氯化血红素和 TSA 反应作为特定标记方法开发的对照。该方法的应用范围扩大到检测土壤样品中的微生物。此外，还对2021年使用高分辨率X射线CT采集的金标微生物样本的结果进行了图像处理和三维构建。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A novel non-specific staining method for the detection of environmental microorganisms

一种检测环境微生物的新型非特异性染色方法

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kampachiro Urasaki; Yu
通讯作者：
Yu

Achieving superior nitrogen removal performance in low-strength ammonium wastewater treatment by cultivating concentrated, highly dispersive, and easily settleable granule sludge in a one-stage partial nitritation/anammox-HAP reactor.

通过在一级部分亚硝化/厌氧氨氧化-HAP反应器中培养浓缩、高度分散且易沉降的颗粒污泥，在低浓度氨氮废水处理中实现优异的脱氮性能。

DOI：
10.1016/j.watres.2021.117217
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
12.8
作者：
Yan Guo; Chenglei Xie; Yujie Chen; Kampachiro Urasaki; Yu Qin; Kengo Kubota; Yu
通讯作者：
Yu

Long term operation performance and membrane fouling mechanisms of anaerobic membrane bioreactor treating waste activated sludge at high solid concentration and high flux

高固浓度、高通量厌氧膜生物反应器处理废活性污泥的长期运行性能及膜污染机理

DOI：
10.1016/j.scitotenv.2022.157435
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
9.8
作者：
Guo Guangze;Li Yemei;Zhou Shitong;Chen Yujie;Urasaki Kampachiro;Qin Yu;Kubota Kengo;Li Yu
通讯作者：
Li Yu

Heminを用いた微生物の新規全菌染色手法の開発

使用氯化血红素开发一种新的微生物全细菌染色方法