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鉱山廃棄物の持続的な安定化に向けた有害金属の微生物ー鉱物相互作用の解明

阐明有毒金属的微生物-矿物相互作用以实现矿山废物的可持续稳定

基本信息

批准号：
19H04302
负责人：
濱村奈津子
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、有害金属動態プロセスのモデル化と安定化技術への応用を目指し、鉱山廃棄物の安定性及び有害金属挙動に影響する微生物-鉱物相互作用の解明を目的とする。当該年度は、鉱山廃棄物の安定性および有害元素挙動における微生物-鉱物相互作用の影響を明らかにするために、以下の３項目を実施した：１）鉱山汚染地域調査、２）有害金属の固体化を触媒する微生物代謝機構のゲノミクス解析、３）固体・不溶性の有害金属を代謝利用する微生物を電気化学培養。上記（１）では、鉄、銅、ヒ素、アンチモンなど異なる重金属による高濃度汚染が確認された鉱山跡地における調査を実施した。採取した汚染環境試料について、16S rRNA遺伝子配列をターゲットとするアンプリコンシーケンシングにより微生物群集解析を進めている。（２）では、有害金属の固体化を触媒する微生物に関して、分離培養に成功した好気的ヒ素酸化細菌、嫌気的ヒ素酸化細菌、およびアンチモン酸化還元細菌について、ゲノム配列同定のためのDNA調整を実施した。これら分離培養株のうち代表的な株については、ロングリードによるシーケンシングを実施するため、大量培養法およびDNA抽出方法を検討し、質・量ともに十分なDNAを得る事が可能となった。また、これまでの毒性元素の生物変換では、主に溶解性の基質を利用する微生物が研究対象とされており、汚染環境に多く存在する固体毒性元素の生物利用機構については未解明な部分が多い。そこで（３）では、採取した汚染環境試料を用いて、電気化学培養を実施し、電気化学的に集積された微生物群の同定を実施した。その結果、高濃度の毒性元素存在下で電気活性の上昇が検出され、電極には金属代謝細菌が集積している事が確認できた。この結果より、毒性元素汚染環境中に電気活性微生物が存在している事が示唆された。

The purpose of this study is to provide guidance on the application of hazardous metal dynamics to degradation and stabilization techniques, and to elucidate the effects of hazardous metal dynamics on the stability of waste materials and microbial-organic interactions. During the year, the following three items were implemented: 1) investigation of contaminated areas in the mountains, 2) analysis of microbial metabolic mechanisms for the solidization of hazardous metals, and 3) electrochemical culture of microorganisms for the metabolic utilization of solid and insoluble hazardous metals. Note (1) Investigation of high concentration of heavy metals such as iron, copper, phosphorus and other impurities was carried out to confirm the presence of trace metals in the mountains. 16S rRNA gene sequence analysis of contaminated environmental samples (2) DNA regulation of microorganisms related to the solidification of harmful metals, successful isolation and culture of good and poor chlorine-acidifying bacteria, anaerobic chlorine-acidifying bacteria, and acid-reducing bacteria. The isolation of cultured strains represents the development of a variety of methods, including mass culture and DNA extraction. The biological transformation of toxic elements in the environment is mainly due to the utilization of soluble substrates by microorganisms. The biological utilization mechanism of solid toxic elements in the polluted environment is mainly due to the unsolved problems. (3) The use of contaminated environmental samples, electrochemical culture, electrochemical aggregation and identification of microbial populations are discussed. As a result, an increase in electrical activity in the presence of high concentrations of toxic elements was detected, and an accumulation of metal-metabolizing bacteria in the electrode was confirmed. As a result, the existence of electrically active microorganisms in an environment contaminated by toxic elements has been demonstrated.