複合微生物系シミュレーションモデルの構築に基づくシステム微生物生態学の創生

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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。