独立栄養的炭酸固定代謝から紐解く古(いにしえ)

Transcription

1 集団としての微生物の機能とその利用

2 微生物が集団で機能している環境 腸内 口腔 皮膚伝統的発酵食品製造酒類醸造有機物分解 ( 腐敗 コンポスト メタン生成など ) 廃水処理

3 微生物が集団で機能している環境 腸内 口腔 皮膚伝統的発酵食品製造酒類醸造有機物分解 ( 腐敗 コンポスト メタン生成など ) 廃水処理

4 腸内には約 100 兆個 重さにしておよそ 1kg もの細菌が少なくとも数百種類常在している

5

6

7

8

9

10

11 メタゲノム解析 メタゲノムとは, ある生物の遺伝子全体を意味する ゲノム (genome) に, さらに 超越 を意味するメタ (meta-) を融合した造語であり, 微生物群集のゲノムを培養に依存することなく網羅的に解析することをメタゲノム解析と呼ぶ. この解析技術の特徴は, 試料中の微生物の DNA を混合物として抽出し, この DNA 集合体の塩基配列を解読することである. 試料中に含まれる微生物 ( 培養法の不明なものを含む ) の種類やその存在比率を推定することを目的として実施される (

12 微生物が集団で機能している環境 腸内 口腔 皮膚伝統的発酵食品製造酒類醸造有機物分解 ( 腐敗 コンポスト メタン生成など ) 廃水処理

13 かぶら寿司 塩漬けにしたカブで 塩漬けにしたブリの薄切りを挟み込み 細く切った人参や昆布などとともに 米麹 ( 糀 ) で漬け込んで発酵させたもの ( ウィキ )

14

15 微生物が集団で機能している環境 腸内 口腔 皮膚伝統的発酵食品製造酒類醸造有機物分解 ( 腐敗 コンポスト メタン生成など ) 廃水処理

16 生ごみ分解システムの構築と運転 生ゴミ分解システムの概要コンポスター内の処理物は撹拌羽 (1a) によって定期的に撹拌される リアルタイムで計測 記録できる温度計が常に処理物中心部に達するよう挿入してある また通年で一定温度の空気を通気するため, 外気を Cooling chamber(5) で冷やした後, コンポスター前段の温度コントロール部 (4) で温度調整している 排出ガスはサンプリング管から一部吸引し, 硫酸溶液 (10) でアンモニアをトラップした後, 赤外線式ガス濃度測定装置 (11) で二酸化炭素濃度をモニタリングした

17 生ゴミ分解過程の PCR- DGGE プロファイル約一ヶ月の処理過程を解析した 黒丸で示したバンドは安定分解過程で再現的に検出される 矢印は泳動方向を示す

18 BLx 株および生ゴミ処理物から部分精製したゼラチナーゼの比較 SDS-PAGE 後,CBB 染色したゲル ( 左図 ) および SDS 除去後ゼラチンゲルを重層して検出したゼラチナーゼ活性染色ゲル ( 右図 ) M は分子量マーカー マークで示したバンドについて N 末端アミノ酸配列を決定した

19 外来微生物を添加した生ゴミ処理過程の PCR-DGGE プロファイル外来微生物として Baccilus subtilis を全菌数の約 1% 添加し, 菌叢の変化を PCR- DGGE 法で解析した.BS は添加微生物の DNA のみ,0 日は添加前のサンプル.

20 ハザカシステム

21

22 一回に投入された有機物の処理過程を発酵終了まで解析各レーンには試料を採取した地点を廃棄物投入部からの距離 (m) で示すとともに, 対応する処理日数 (day) を付記した 各バンドの遺伝子塩基配列に対応する近縁種は以下の通り Bands A; Propionibacterium acnes, B; Clostridium sticklandii, C; Clostridium ultunense, D; Bacillus infernus, E; Bradyrhizobium elkanii, F; Methylobacterium radiotolerans, G; Bacillus thermocloacae, H; Caulobacter bacteroides, I, J; B. licheniformis, K; Pseudomonas stutzeri 矢印は泳動方向および変性剤濃度勾配の方向 ( 数字は変性剤濃度 ) を示す

23

24 稲わら分解系 安定なセルロース分解集積培養系の構築戦略いくつかの堆肥化処理物を植種源としてフラスコで培養し, ろ紙の分解を観察 それらの継代培養を繰り返すとともに, いくつか由来の異なる集積系を混合した

25 構築した微生物集団による稲わらの分解培養 0 日目および 8 日目の稲わら分解の様子 写真の左のフラスコは微生物非添加のコントロール, 右は微生物集団添加 用いた培地組成は,0.5% peptone, 0.1% yeast extract, 0.5% NaCl, 0.5% CaCO3, 2% rice straw

26 稲わら分解過程の PCR-DGGE プロファイル矢印は変性剤濃度勾配と泳動方向を示す ( 数字は変性剤濃度 ) 各バンドの遺伝子塩基配列に対応する近縁種は以下の通り Bands A; Clostridium thermosuccinogenes, B; Bordetella avium, C; Brevibacillus sp., D; Brevibacillus sp., E; Brevibacillus sp., F; Pseudoxanthomonas taiwanensis.

27 稲わら分解群集におけるセルロース分解の代謝フローと各菌株の役割のネットワークモデル

28 微生物が集団で機能している環境 腸内 口腔 皮膚伝統的発酵食品製造酒類醸造有機物分解 ( 腐敗 コンポスト メタン生成など ) 廃水処理

29 What is electron bifurcation? Separation of the two electrons from ubiquinol at the quinol oxidation site of the bc 1 complex (complex III) of the respiratory chain, which leads to a bifurcation of the two electrons to a high and a low potential pathway. Nature Reviews Microbiology 6, (August 2008) doi: /nrmicro1931

30 Proton motive Q-cycle

31 嫌気環境における有機物分解

32

33 メタン生成菌 Methanosarcina Methanosaeta Methanobacterium Methanospirillum

34 メタン生成経路

35 メタノフラン R = tricarboxyheptanoyl (methanofuran), glutamylglutamyl (methanofuran b), tricarboxy-2-hydroxyheptanoyl (methanofuran c).

36 テトラヒドロメタノプテリン 補酵素 M 補酵素 B

37 Nature Reviews Microbiology 6, (August 2008)

38 Nature Reviews Microbiology 6, (August 2008)

39 Nature Reviews Microbiology 6, (August 2008)

40 Nature Reviews Microbiology 6, (August 2008)

41 具体例 ( 汚泥処理 )

42 メタン発酵ガス化システム 高含水率の有機性廃棄物からエネルギーを取り出せる 駆動部分が少ないため 低騒音運転が可能 バイオガスは都市ガスと混合してガスエンジン等の燃料とすることで 安定した運転と高い発電効率を得られる 発酵残さは肥料や飼料として利用可能 日本ガス協会 HP より

43 ガス精製 貯蔵フロー 乾式脱硫と生物脱硫 活性炭 日本ガス協会 HP より

44 乾式脱硫と生物脱硫 TOSHIBA HP より

45 生物脱硫と乾式脱硫の組み合わせ TOSHIBA HP より

46 < シロキサン?> 通常 低分子量環状シロキサンのことを意味する シロキサンが {Si(CH 3 )-O-} が3 個以上結合してリング状に結合したものを環状シロキサンと言う 一般に低分子量環状シロキサンとは {Si(CH 3 )-O-} が3 個 ~10 個 (D3~D10) もしくは20 個未満 (~D20) の物を示す 沸点は高いが ガス化しやすいという特徴を持っている ( 水のように沸点以下でも蒸発する ) 株式会社産業分析センターニュース バイオガス利用設備への障害 : 下水道汚泥から嫌気性消化によってメタンガスを製造する際 汚泥中に含まれていたシロキサンが混入する これが燃焼時に分解し 生成したシリカがガスタービンエンジンの内部や ボイラのバーナーや熱交換器 煙道へ析出 堆積して効率低下や不調 故障を引き起こす 吸着や洗浄による除去技術が実用化されているが バイオガス利用上のコストアップ要因となっている そのほか 燃料電池の隔膜を傷めるおそれもある ( ウィキ )

47

48