국립 연구 연구소 선진 산업 과학 기술 연구소 [Nakabachi Ryoji 의장 (이하 AIST ") 환경 관리 연구 부서 [OGATA ATSUSHI 의장 OGATA ATSUSHI] 환경 미생물학 연구 그룹 SATO YUYA, HORI TOMOYUTION, HABE HILOCHIONT, HABE HIROCHI, HABE HIROSHI, HIROSHI, 최고 연구원 [Suzuki Kaoru 의장] Biodesign Research Group Koike Hideaki, Research Group 및 기타 물을 처리 한 미생물 그룹 및 폐수에서 중유의 분해 (바카라 슬러지) の中で存在量がわずか 025 %未満の硝化細菌が活性汚泥全体の重油分解性能を左右することを見いだした。
바카라 슬러지는 100 년 넘게 전 세계에서 사용 된 가장 친숙하고 중요한 생명 공학이지만 수천 종 이상의 종으로 구성된 복잡한 미생물 유기체 그룹이기 때문에 수처리 메커니즘은 신비로 가득 차 있으며 여전히 알려지지 않은 원인의 문제가 여전히 있습니다 이제 AIST는 유전자 다양성을 평가하는 새로운 방법을 발표하고Metatranscriptome 분석を組み合わせ、廃水処理を行う바카라 슬러지 원자로에 적용함으로써 많은 유형의 미생물이 관련된 복잡한 시스템입니다대사 경로에서 추출되었다 결과적으로, 전체 수처리 시스템에서 중유 분해의 성능에 영향을 미치는 것은 중유 분해 박테리아 자체가 아니라, 질화 박테리아가 소량의 에너지 원을 가지고 있음을 발견했습니다 향후 현재 분석 방법이 수처리 시스템 이외의 다양한 환경에서 미생물 반응을 명확하게하기 위해 적용될 것으로 기대됩니다
이 결과는 2019 년 5 월 13 일 (영국 시간)에 영국 학술 저널이었습니다Communications Biology (Nature Research)
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| 바카라화 된 슬러지와 폐수의 중유 분해 반응 |
바카라 슬러지는 100 년 이상 전 세계 폐수 처리에 사용 된 중요한 생명 공학입니다 예를 들어, 거의 모든 국내 폐수는 바카라 슬러지로 취급되며, 많은 산업 폐수도 동일한 기술을 사용하여 처리되어 현대 사회에 필수적인 인프라의 일부입니다 한편, 수천 개 이상의 미생물로 구성된 바카라 슬러지는 복잡하며 복잡성으로 인해 수처리 반응 메커니즘의 알려지지 않은 부분이 많이 있으며 예상치 못한 문제가 있습니다 예를 들어, 생분해 성 헤비 오일은 종종 폐수에서 오염되지만 저농도에서도 바카라화 된 슬러지의 미생물 바카라을 억제합니다 이러한 문제는 지금까지 프로세스 관리자의 경험에 의존함으로써 해결되었지만, 폐수 처리와 관련된 막대한 에너지 비용을 고려할 때 (예를 들어, 하수 처리는 연간 국내 에너지 소비의 약 07%를 소비 함) 운영 효율성을 향상시키는 데 시급하며 기본 문제를 이해해야합니다
産総研では、 2012 年に開始した水資源の安全確保と有効利用に関する研究プロジェクト (AIST ：https : //unitaistgojp/emri/water/)는 미생물 학적 결과에 기초한 수처리 재생 공정을위한 높은 활동 유지 및 관리 기술에 대한 연구를 수행했다 지금까지, 중유가 폐수로 들어갈 때 헤비 오일이 억제되는 현상에 대한 헤비 오일 분해 박테리아에 대한 지식이 있었지만, 자연 환경과 같은 복잡한 미생물 그룹에 의한 헤비 오일 분해 메커니즘뿐만 아니라 중유 오일이 수처리 바카라을 명확하게하지 않은 메커니즘이 이들에 대한 연구를 수행하지 못했습니다
바카라 슬러지에 대한 적절한 진단 방법, 특히 대사 수준에서 개별 미생물의 거동에 대한 진단 방법은 확립되지 않았다 AIST는 미생물 유전자의 다양성을 평가하기 위해 Metatranscriptome 분석 방법을 확립했으며, 이제 우리는이 방법을 중유를 함유 한 폐수를 처리하는 데 사용되는 실제 바카라화 된 슬러지에 적용했으며 메커니즘을 자세히 명확히하기 위해 노력했습니다
이 연구 중 일부는 과학 연구를위한 과학 보조금 홍보를위한 일본 협회의 지원을 제공했습니다
바카라 슬러지를 사용한 수처리 과정은 종종 동일한 조건에서도 매우 다른 결과를 생성합니다 이번에는 파일럿 규모 바카라화 슬러지 반응기를 사용하여 중유 함유 폐수의 처리 실험을 수행했습니다 동일한 바카라 슬러지가 2 개의 반응기에 첨가되고 중유의 농도가 단계적으로 증가했을 때, 동일한 조건 하에서 작동에도 불구하고 원자로의 처리 용량에 큰 차이가 있었다 (도 1)
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| 그림 1 : 바카라화 된 두 개의 슬러지 원자로의 처리 용량 변화 |
유전자 정보로부터 효소와 같은 단백질을 생산하는 것을 유전자 발현이라고하지만, 환경 변화에 반응하기 위해 미생물은 효소의 필요한 양만 표현하고 원하는 화학 반응을 수행한다 전 사체 분석은 발현 된 유전자의 유형과 양을 결정하고 미생물이 그 환경에서 수행하는 반응을 찾는 데 사용됩니다 처리 용량의 차이의 원인을 명확히하기 위해, 전 사체 분석은 바카라화 된 슬러지의 다양한 미생물에 대해 수행되었다
기존의 전 사체 분석에서, 유전자는도 2 (왼쪽)에 도시 된 바와 같이 우선 순위로 평가되었다 그러나이 방법은 미생물 성장과 관련된 유전자와 같은 많은 미생물에 공통적 인 유전자를 쉽게 감지 할 수 있으며, 개별 미생물의 환경과 상황을 반영하는 유전자가 검출되는 것은 드 rare니다 따라서, 본 발명자들은 해당 환경에서 사용 된 미생물 종의 수에 기초하여 특정 유전자를 평가하는 방법을 고안했다 (도 2 (오른쪽)) 이것은 막대한 양의 유전자 데이터에서 그 환경에서 특히 중요한 유전자의 추출을 허용합니다 이번에는이 기술을 사용하여 바카라화 된 슬러지 반응기의 중유 분해 경로를 분석했습니다
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| 図 2 遺伝子の多様性に着目した新しい評価手法 |
일반적으로, 공기와 같은 산소의 존재하에 산화되는 동안 중유는 분해됩니다 그러나, 전류 바카라화 된 슬러지 반응기의 분석에서, 처리량의 차이를 갖는 두 반응기는 지속적으로 산소를 공급했지만 산소를 사용하지는 않는다anaerobic12271_12365
12373_12740방향족 화합물를 포함하지만, 중유 분해 박테리아는 또한 방향족 화합물을 분해하기 때문에, 중유 분해 박테리아와 질화 박테리아 사이에 간접적 인 협력이 있다고 생각되며, 이는 질화 박테리아의 바카라이 억제되는 것을 방지한다 한편, 질화 박테리아의 낮은 바카라을 갖는 반응기는 질산을 공급하기에 불충분했기 때문에, 중유 분해 반응은 진행하기가 어렵다고 생각된다
이번에 사용 된 반응기의 바카라화 된 슬러지에서 박테리아의 풍부함을 조사했을 때, 중유 분해 박해 박테리아의 풍부도는 전체의 40%만큼 높았으며, 에너지 공급원만큼 질산화 된 박테리아의 풍부는 025% 미만입니다 과거에는 풍부가 큰 미생물이 종종 중요한 것으로 간주되었지만,이 방법은 매우 작은 풍부한 미생물이 중요한 역할을한다는 것을 입증 할 수있었습니다 과거에는 특정 환경에서 어떤 종류의 미생물이 존재하는지 알고 있었지만 실제로 무엇을하는지 전혀 모릅니다 그러나,이 방법을 사용하면 산소가 존재하는 환경에서도 미생물은 실제로 중유를 혐기성으로 분해하는 것으로 나타났습니다 최근 몇 년 동안, 전통적으로 산소를 사용하여 분해의 주류라고 생각 된 어려운 분해성 화합물의 미생물 분해가 자연 환경에서 혐기성으로 분해 될 수있는 사례가보고되었다 이 기사의 결과는 이러한 요소들도 뒷받침하며, 자연 환경에서 발생하는 더 자세한 분해 반응이 향후 명확해질 것으로 기대됩니다
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| 그림 3 질화 박테리아의 바카라 비교 및 질산을 공급함으로써 중유의 분해를 촉진 |
현재, 우리는 현재 실제 수처리 시스템에 문제가있는 다양한 현상 에서이 시간을 사용하여 Metatranscriptome 분석을 수행하고 있으며, 미생물 학적 관점에서 수처리 과정의 효율을 향상시키는 것을 목표로하고 있습니다 또한이 방법은 많은 환경 샘플에 적용될 수 있기 때문에 미생물에 의해 개입되었지만 인과 관계가 알려지지 않은 다양한 환경 문제를 해결하기 위해 미래의 분석 범위를 확장 할 계획입니다