Ｉｎ－ｓｉｔｕバイオフィルムモニタリングによる膜ファウリング形成機構の解明

本研究は、膜分離活性汚泥法（MBR）における新規膜ファウリング制御方法を開発するために、バイオフィルムを形成すると推定される未培養門細菌およびファウラント（膜ファウリング原因物質）によるバイオフィルム形成過程を明らかにし、未培養門細菌の集積培養および代謝解明を目的とする。低有機物負荷でMBRを運転することで膜ファウリングを誘発し、膜面バイオフィルムの16S rRNA遺伝子解析および分子量分画を用いたファウラントの特徴解析を実施し、比較的高分子の多糖・タンパク質が膜面に蓄積しており、低分子の多糖・タンパク質およびフミン質は膜面を通過していることが明らかとなり、未培養門細菌はそれらの高分子物質に付着し、活性を持った状態で膜面で生育している可能性が明らかとなった。さらに、In-situ HCR法と共焦点レーザー顕微鏡観察を膜面バイオフィルムに適用した結果、膜面に付着している高分子は死細胞由来の物質であり、それらの細胞由来物質をコンディショングフィルムとして特定の細菌が微小コロニーを複数形成していることがわかった。この微小コロニーを形成する細菌を明らかにすることは出来なかったが、16S rRNA遺伝子解析結果を踏まえるとParcubacteria門細菌のような難培養性および未培養の細菌である可能性が高い。そこで、膜面に発生したバイオフィルムを植種源として、低栄養の培養を実施したところ、未培養の細菌群がいくつか検出されていた。以上の結果は、比較的高分子物質で未培養門細菌が集積されるという可能性を示唆しており、バイオフィルムの原因である可能性の高いこれらの細菌の生活環を明らかにし、新規の膜ファウリング制御戦略を打ち立てる上で重要な知見であると考える。

本研究は、膜分離活性汚泥法（MBR）における新規膜ファウリング制御方法を開発するために、バイオフィルムを形成すると推定される未培養門細菌およびファウラント（膜ファウリング原因物質）によるバイオフィルム形成過程を明らかにし、未培養門細菌の集積培養および代謝解明を目的とする。低有機物負荷でMBRを運転することで膜ファウリングを誘発し、膜面バイオフィルムの16S rRNA遺伝子解析および分子量分画を用いたファウラントの特徴解析を実施し、比較的高分子の多糖・タンパク質が膜面に蓄積しており、低分子の多糖・タンパク質およびフミン質は膜面を通過していることが明らかとなり、未培養門細菌はそれらの高分子物質に付着し、活性を持った状態で膜面で生育している可能性が明らかとなった。さらに、In-situ HCR法と共焦点レーザー顕微鏡観察を膜面バイオフィルムに適用した結果、膜面に付着している高分子は死細胞由来の物質であり、それらの細胞由来物質をコンディショングフィルムとして特定の細菌が微小コロニーを複数形成していることがわかった。この微小コロニーを形成する細菌を明らかにすることは出来なかったが、16S rRNA遺伝子解析結果を踏まえるとParcubacteria門細菌のような難培養性および未培養の細菌である可能性が高い。そこで、膜面に発生したバイオフィルムを植種源として、低栄養の培養を実施したところ、未培養の細菌群がいくつか検出されていた。以上の結果は、比較的高分子物質で未培養門細菌が集積されるという可能性を示唆しており、バイオフィルムの原因である可能性の高いこれらの細菌の生活環を明らかにし、新規の膜ファウリング制御戦略を打ち立てる上で重要な知見であると考える。