【研究分野】環境リスク制御・評価

【研究領域課題番号】26550081 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ウイルス / PCR / 不活化 / 誤陽性 / 消毒 / 細菌 / RNA分解

【研究成果の概要】

PCR法ではウイルスの感染性の有無について判定できない。本研究では、PCR法の前処理として、感染性のあるウイルスを選択的に残す手法の開発を行った。様々な菌株を用い、RNAの分解を試みたが、短時間で99%以上のRNA分解（RT-PCRによる定量ベース）を達成することが困難であることが分かった。そこで、細菌処理に代わり、がん治療等で遺伝子に働く治療薬としても用いられているプラチナに着目し、研究を行った。cis-DDPを用いた方法はウイルスの不活化を評価するために効果的な方法であることが分かった。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】土木環境システム

【研究領域課題番号】18206056 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水の安全 / 病原微生物 / ウイルス / 遺伝子 / 指標微生物 / 紫外線 / 銀 / 消毒 / 上水道 / ミクロキスティン / レジオネラ / 大腸菌 / PCR / 安全性 / 光回復 / RNA

【研究成果の概要】

総合的な病原微生物対策のために必要ではあるが未解決の課題群に取り組み、以下の成果を上げた。
紫外線照射により不活化した大腸菌の海水中での挙動を解明するため、NaCl 溶液、MgCl2溶液、CaCl2 溶液中における光回復の程度を調べた。その結果、全ての溶液中で、高い塩濃度では光回復が抑制された。光回復抑制の機構は、細胞膜内外における陽イオンの電位差が浸透圧を生み出し、光回復酵素の生成が阻害されたからだと考えられる。
紫外線消毒の効率を上げるための試みとして、銀の併用によるウイルスの不活化効果の測定を行った。銀イオン0.05ppm 存在下における低圧紫外線による不活化では、大腸菌およびファージQβは銀存在下で不活化速度が大きくなり紫外線と銀の相乗効果が見られるが、ポリオウイルスおよびマウスノロウイルスに対しては銀の影響は見られなかった。
湖沼等において発生する藍藻類の異常増殖を抑制する新たな手法としての中圧及び低圧の紫外線照射処理において、藍藻類が生産する毒素ミクロキスティンの放出に関する研究を行った。その結果、紫外線照射によって藻類が破壊される影響よりも藻類が減少する影響が卓越し、水中のミクロキスティン濃度の上昇が抑制されることを見出した。
水道の給配水管路等において形成される生物膜などで増殖するレジオネラ属菌およびシュードモナス属菌に対して、銀を用いた消毒を試みた。その結果、菌体あたりに吸着する銀の量をパラメータとすることで消毒効果を定式化することが可能であることを見出した。
ウイルス粒子の選択的な濃縮を行う手法としてMgを用いる方法が適していることが分かった。また、ノロウイルスの塩素消毒耐性は他の腸管系ウイルスと同等以下であり、十分な塩素消毒が施された配水システムにおいてはノロウイルスが感染力を保ったまま末端給水栓まで到達する可能性は低いことが示唆された。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】49,790千円 (直接経費: 38,300千円、間接経費: 11,490千円)

【研究分野】土木環境システム

【研究領域課題番号】16360262 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

合流式下水道越流水 / 堆積物 / 病原微生物 / ウイルス / 分布型モデル / 抗生物質 / キノンプロファイル / 雨天時汚濁流出解析 / 医薬品 / リアルタイムコントロール / 模擬降雨 / PCR

【研究成果の概要】

合流式下水道雨天時越流水に起因する未規制リスク因子として、微量化学物質や病原微生物に着目し、晴天時における負荷変動を調査するとともに、それらが合流管路内の堆積物中にどの程度存在し、雨天時にどのような流出挙動を示すのかを定量的に評価した。
まず、晴天時下水中の一般水質項目、懸濁物の粒度分布、キノンプロファイル、ウイルスを含めた病原微生物、抗生物質の24時間採水調査を実施した。生活パターンに応じた水質指標ごとの特徴的な負荷流出パターンが観測され、抗生物質の日間濃度変動には、医薬品ごとの服用パターンと体内での代謝特性が反映されていることが示唆された。
次に、給水車を利用して上流のマンホールに大量の水を投入することで雨水流入を模擬し、管路内堆積物中の流出挙動を調査した。その結果、細菌指標とウイルス指標の流出パターンに差異があることが明らかとなった。分布型モデルを用いて堆積物由来の汚濁物質の逆推定を行い、堆積物が多く存在している管渠を特定し、管渠清掃を模擬した計算モデルを示した。そして、特異的にSSが堆積している管渠の清掃により越流汚濁負荷を大幅に削減できることを示した。
また、これらの現場調査データに基づき雨天時汚濁流出解析も試み、リスクの低減・制御方法についても検討した。特に、汚濁負荷のリアルタイムコントロールを目指した下水道施設の運用・運転アルゴリズムに関する研究を進めた。自己回帰モデルによるオンライン負荷量予測モデルに、上流側観測データを追加する改良を加えた。さらに、中小降雨によるCSO発生を精緻に解析するためにオンライン流量予測モデルの改良も行った。管路内堆積物の存在を考慮して、雨天時合流式下水道由来の懸濁物質とそれに付随する未規制リスク因子の流出挙動について総合的な評価を行い、病原微生物や医薬品類を含めた汚濁負荷削減を目指した下水道施設のリアルタイム制御の可能性を検討した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】14,900千円 (直接経費: 14,900千円)

【研究分野】土木環境システム

【研究領域課題番号】12750494 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ウイルス濃縮 / 陽イオン / 水道水 / 河川水 / ポリオウイルス / 静電的な相互作用 / アルミニウムイオン / 陰電荷膜 / ウイルス / 濃縮 / 酸洗浄 / PCR / 海水

【研究成果の概要】

静電的な相互作用を利用してウイルスを濃縮する方法として、陽イオンコート・酸洗浄・アルカリ誘出法を開発し、その有用性の検証を行った。
陽イオンを含む液をろ過して陰電荷膜を陽イオンでコートし、擬似的な陽電荷膜として水中ウイルスの吸着に使用することを試みた。さらに、酸性溶液を通すことにより陽イオンのコートをはがし、その後アルカリ性溶液でウイルスを誘出することを試み、ウイルスの回収率をプラック法により測定した。
対象としたウイルスは、ポリオウイルスのワクチン株とした。陽イオンの種類として、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、ポリ塩化アルミニウム(PAC)を用い、ウイルス濃縮の最適化を行った。また、精製水、水道水、河川水を対象とし、その中にポリオウイルスを投入してウイルス回収率を測定した。
陽イオンとしては、アルミニウムイオンを用いた場合にウイルスの回収率がもっとも高かった。また、精製水と水道水に対しては、ウイルスの回収率は安定して60%以上であり、優れたウイルス濃縮法であることが示された。一方、河川水の濃縮においては、ウイルス回収率が10%以下から100%程度まで大きく変動した。また、アルミニウムイオンコーティングした膜は河川水で目詰まりしやすく、透過水量をあまり大きくできないわかった。
陽イオンを除いた後に膜をアルカリ条件にすれば、ウイルスと膜はともにマイナスに帯電することから、ウイルスが膜から離れやすくなると考えられる。この特性を利用し、有機物を含まない誘出液を用いたウイルスの回収を試みる。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】2,400千円 (直接経費: 2,400千円)

【研究分野】土木環境システム

【研究領域課題番号】10555189 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

PCR / ウイルス / 水中微生物 / オゾン / 濃縮 / 陰電荷膜 / 消毒 / 検出 / ゲノム / 酸洗浄

【研究成果の概要】

水の微生物学的安全性を確保するための重要課題として、水系感染性の腸管系ウイルスが挙げられる。ウイルスを検出する方法としてはPCR法が簡便性および検出感度に優れている。一方、既存のウイルス濃縮法は、PCR法による検出に適していない。本研究では、RT-PCR法による検出を前提としたウイルス濃縮法(陰電荷膜吸着・酸洗浄・アルカリ誘出法]を開発し、その手法を腸管系ウイルスの一種であるポリオウイルス1型に対して試みた。また、その際、モデルウイルスとして用いたF特異大腸菌ファージQβおよびポリオウイルスのゲノムRNAを、TaqMan PCR法を用いて定量する方法を開発して用いている。また、Qβおよびポリオウイルス濃度をプラック法によっても測定している。Qβ、ポリオウイルスおよびそれらのゲノムRNAの様々なpH条件下での生残性を調べ、ウイルス濃縮に用いることのできるpH域を決定している。Qβの濃縮法としては、MgC1250mMを加えたろ過原水を約100ml/minでろ過したのち、pH4.8程度の希硫酸溶液を洗浄液として膜にとおし、pH10.5程度のNaOH溶液5mlで誘出し、ろ液を回収して中和した。ポリオウイルスの濃縮法としては、MgC1225mMを加えたろ過原水を約100ml/minでろ過したのち、pH3程度の希硫酸溶液を洗浄液として膜にとおした。誘出工程では、pH10.5〜12程度のNaOH溶液5mlを同じ膜でろ過し、ろ液を回収して中和した。これらの方法により、従来法に比べ遜色のない範囲の回収率が選られ、また回収された濃縮液はPCR法に対する阻害作用が少ない点で画期的な濃縮法といえる。なお、プラック法によっても、酸洗浄によるウイルス回収率の向上を確認している。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】7,100千円 (直接経費: 7,100千円)