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

基于复杂微生物系统模拟模型构建的系统微生物生态学创建

基本信息

批准号：
18656246
负责人：
常田聡
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

在环境中，多种微生物形成了复杂的微生物系统，其中各种微生物以其他方式存在。这项研究旨在不关注单个微生物的现象，而是介绍系统生物学的概念，该概念将整个生态系统视为单个系统，将微生物生态学重建在计算机上，使用实验方法和知识工程方法在计算机上重建微生物群落，并建立和提出一种新方法，从而有助于一种新的方法。在这项研究中，我们特别采用了通过通过多孔膜（所谓的膜曝气方法）在膜上形成生物膜获得的方法，作为复合微生物系统的一个例子。今年，我们检查了对模拟结果准确性有重大影响的微生物参数，并将仿真结果与实验结果进行了比较。 First, we conducted water quality batch experiments, respiratory activity experiments, fluorescent gene probe method (FISH method), lectin staining, and image analysis on heterotrophic bacteria (HB), ammonia oxidizing bacteria (AOB), and nitrite oxidizing bacteria (Nitrobacter, Nitrospira) sampled from biofilms, and evaluated the activity parameters of each of特质。另一方面，进行微电极测量和FLSH，而不破坏形成的生物膜以获得生物膜内的底物浓度分布和微生物分布。然后将结果与使用已经获得的微生物参数模拟的结果进行了比较。尽管在模拟中不能完全复制实验结果，但与使用文献值的参数相比，与模拟结果相比，现在可以再现许多趋势的部分。也已经揭示了MAB内部存在的亚硝酸盐氧化细菌是硝酸盐。