高塩分条件下における好気性グラニュラー汚泥中の細胞外高分子物質

科学分野:

• 環境微生物学
• 生化学
• 微生物生態学

背景:

• 細胞外高分子物質（EPS）は、微生物群集の構造と機能にとって重要である。
• 海水の塩分は、微生物の適応とEPS産生に影響を与える主要な環境要因である。
• 塩分ストレス下でのEPSの変化を理解することは、廃水処理と微生物生態学にとって不可欠である。

研究 の 目的:

• 増加する海水塩分が微生物EPSの組成と構造に及ぼす長期的な影響を調査すること。
• 微生物群集、特に「Candidatus Accumulibacter」の塩分ストレスへの適応メカニズムを解明すること。
• 様々な塩分条件下でのEPS成分、グリカンや荷電基の変化を分析すること。

主な方法:

• バイオマス更新を伴う段階的な塩分濃度の上昇（0-4%）。
• EPS分析のためのフーリエ変換赤外分光法（FT-IR）。
• EPS糖タンパク質中のグリカン多様性を評価するためのレクチンマイクロアレイ。
• 微生物の適応経路を特定するためのメタプロテオミクス分析。
• 16S rRNAシーケンシングを用いた微生物群集組成分析。

主要な成果:

• 安定した造粒と栄養除去は、塩分濃度全体で維持された。
• 塩分濃度の上昇により、EPS糖タンパク質中のグリカン多様性が減少し、負電荷が増加した。
• 微生物群集は、高塩分濃度で「Candidatus Accumulibacter」クレードI種が優占するようにシフトした。
• メタプロテオミクスにより、「Ca. Accumulibacter」は塩分ストレス下で細胞外被生合成の遺伝子を上方制御したことが明らかになった。
• 「Ca. Accumulibacter」によって産生される推定糖タンパク質は、塩分濃度の上昇とともに下方制御された。

結論:

• 「Candidatus Accumulibacter」は、増加する海水塩分に対して、特に糖タンパク質のグリカンを動的に適応させる。
• EPSの修飾は、環境ストレスへの微生物の適応のための重要な戦略である。
• 本研究結果は、塩分環境における微生物の回復力と適応メカニズムに関する洞察を提供する。