【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】23580110 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バイオフィルム / 流れ場 / 毒性物質分解 / シミュレーション / 芳香族化合物 / 水酸化代謝物 / 形成促進 / ゲノム配列

【研究成果の概要】

本研究は、芳香族化合物分解菌が分解過程でバイオフィルムを形成することに着目し、バイオフィルム内での特異的な発現解析を目指したゲノム解析を行うと共に、流路デバイスを用いたシミュレーションを行い、形成メカニズムの解明を目的とした。その結果、ビフェニルの水酸化代謝物を添加すると、バイオフィルム形成の促進と生細胞率の増加が観察された。また、ビフェニル分解菌TK102株の完全長ゲノム配列（約6.06 Mb）の決定に成功し、PCB分解遺伝子群が可動性遺伝子上にコードされていることを見出した。バイオフィルム形成のモデル化は、フェーズフィールド法の改良を行い、バイオフィルム形成のシミュレーションに成功した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)

【研究分野】生物機能・バイオプロセス

【研究領域課題番号】18656246 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

複合微生物系 / 微生物生態 / シミュレーション / バイオフィルム / 微生物パラメータ / システムバイオロジー

【研究成果の概要】

環境中では多種多様な微生物が雑多に存在する複合微生物系を形成している。本研究では個々の微生物の現象に着目するのではなく,生態系全体を一つのシステムとしてとらえるシステムバイオロジーの概念を微生物生態学に導入し,実験的手法および知識工学的手法を併用してコンピュータ上に微生物のコミュニティーを再構築し,微生物生態形成メカニズムの真の理解につなげる新規方法論を確立・提案することを目的とした。本研究では,特に,複合微生物系の一例として,多孔質膜を介して通気を行い,膜上にバイオフィルムを形成させる方法(いわゆるメンブレンエアレーション法)によって得られたバイオフィルムを取り上げた。本年度は,シミュレーション結果の精度に多大な影響を与える微生物パラメータを精査し,シミュレーション結果と実験結果を比較した。
まず,バイオフィルムからサンプリングした従属栄養細菌(HB),アンモニア酸化細菌(AOB),亜硝酸酸化細菌(Nitrobacter,Nitrospira)を対象に,水質回分実験・呼吸活性実験・蛍光遺伝子プローブ法(FISH法)・レクチン染色・画像解析を行い,それぞれの徴生物の活性パラメータを評価した。一方,形成されたバイオフィルムを壊さずに,微小電極測定およびFlSHを行い,バイオフィルム内の基質濃度分布と微生物分布を得た。つぎに,この結果を,すでに得られた微生物パラメータを用いてシミュレートした結果と比較した。完全には実験結果をシミュレーションでは再現することはできなかったが,文献値のパラメータを用いてシミュレーションをした結果と比較して,多くの部分の傾向を再現することができるようになった。またMABの内部に存在する亜硝酸酸化細菌はNitrobacterであることが明らかになった。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)