生物膜付着力の評価方法の提案と付着強度に影響するキーファクターの解明

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生物膜(biofilm)は、微生物群が固体表面に付着(adhesion)して増殖しながらアグリゲート(aggregate)増殖体を形成したものである。廃水処理分野では。古くからbiofilm利用したリアクター形式が積極的に用いられてきた。では、一体何故、如何なる機構で微生物はadhesionし、aggregationするのであろうか?また、aggregationすることによって、如何なる微生物生態学的な構造と機能を獲得しているのであろうか?これらの鍵を握る基礎的な知見として生物膜の付着性の情報は不可欠である。そこで本研究では、直接的に生物膜引張強度を測定・評価する手法を新規に考案し、高度水処理を目的とした3種類の生物膜(好気性生物膜:Run1、糖系廃水脱窒生物膜:Run2メタノール系廃水脱窒生物膜:Run3)の付着強度を測定した。さらに、生物膜の発達に伴って変遷する生物膜密度、細胞外ポリマー含有量、生菌/死滅菌割合などの付着強度影響因子や走査型電子顕微鏡観察による生物膜の構造との関係について検討した。Run1、Run2、Run3の引張強度は、それぞれ73〜980、350〜1100、140〜1540Paの範囲であった。生物膜の発達に伴って生物膜は増加し、Run1〜3の膜厚はそれぞれ約0.8、2.4、2.3mmに達したが、膜厚が大きくなったからと言って一概に生物膜引張強度が大きくない。引張強度を細胞外ポリマー量だけで説明することは難しいく、膜密度と引張強度に弱い正の相関があった。電子顕微鏡観察によるRun2の生物膜の構造は、Run1、3と違って細菌の密度が小さくても長い繊毛のようなものが繊維状に存在しており、細菌同士を絡めた繊維状が引張強度に強く影響することが明らかになった。