集団としての微生物の機能と その利用

微生物が集団で機能している環境

腸内・口腔・皮膚 伝統的発酵食品製造 酒類醸造 有機物分解（腐敗、コンポスト、メタン生成など） 廃水処理

微生物が集団で機能している環境

腸内・口腔・皮膚 伝統的発酵食品製造 酒類醸造 有機物分解（腐敗、コンポスト、メタン生成など） 廃水処理

http://tani8020.jp/microbiome/OralMicrobiome.asp

腸内には約100兆個、重さにしておよそ1kgもの 細菌が少なくとも数百種類常在している

http://www.otsuka.co.jp/health_illness/fiber/for_body/main_fiber/

http://bb536.jp/basic/basic01.html

http://bb536.jp/basic/basic01.html

http://microbiochem.weebly.com/ferm.html

http://www.thefreshloaf.com/node/10375/lactic-acid-fermentation-sourdough

http://health.kirin.co.jp/about/

メタゲノム解析

http://www.ige.tohoku.ac.jp/joho/labhome/outline.html

メタゲノムとは，ある生物の遺伝子全体を意味する「ゲノム（genome）」に，さらに「超越」を意味するメタ（meta-）を融合した造語

であり，微生物群集のゲノムを培養に依存することなく網羅的に解析することをメタゲノム解析と呼ぶ．この解析技術の特徴は，試料中の微生物のDNAを混合物として抽出し，このDNA集合体の塩基配

列を解読することである．試料中に含まれる微生物（培養法の不明なものを含む）の種類やその存在比率を推定することを目的として実施される

（http://ci.nii.ac.jp/naid/10027869009）

微生物が集団で機能している環境

腸内・口腔・皮膚 伝統的発酵食品製造 酒類醸造 有機物分解（腐敗、コンポスト、メタン生成など） 廃水処理

http://www.kabu-yoneda.co.jp/products/78/

塩漬けにしたカブで、塩漬けにしたブリの薄切りを挟み込み、細く切った人参や昆布などとともに、米麹（糀）で漬け込んで発酵させたもの。（ウィキ）

かぶら寿司

http://www.jslab.jp/pdf/20140411a.pdf

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生ごみ分解システムの構築と運転

生ゴミ分解システムの概要 コンポスター内の処理物は撹拌羽 (1a) によって定期的に撹拌

される。リアルタイムで計測・記録できる温度計が常に処理物中心部に達するよう挿入してある。また通年で一定温度の空気を通気するため，外気を Cooling chamber（5）で冷やした後，コンポスター前段の温度コントロール部（4）で温度調整している。排出ガスはサンプリング管から一部吸引し，硫酸溶液（10）でアンモニアをトラップした後，赤外線式ガス濃度測定装置（11）で二酸化炭素濃度をモニタリングした。

生ゴミ分解過程の PCR-DGGE プロファイル

約一ヶ月の処理過程を解析した。黒丸で示したバンドは安定分解過程で再現的に検出される。矢印は泳動方向を示す。

BLx 株および生ゴミ処理物から部分精製したゼラチナーゼの比較 SDS-PAGE 後，CBB 染色したゲル（左図）および SDS 除去後ゼラチンゲルを重層して検出したゼラチナーゼ活性染色ゲル（右図）。M は分子量マーカー。マークで示したバンドについて N 末端アミノ酸配列を決定した。

外来微生物を添加した生ゴミ処理過程のPCR-DGGEプロファイル 外来微生物としてBaccilus subtilisを全菌数の約1％添加し，菌叢の変化をPCR-DGGE法で解析した．BSは添加微生物のDNAのみ，0日は添加前のサンプル．

ハザカシステム

http://sky.ap.teacup.com/shizentaiken/404.html

一回に投入された有機物の処理過程を発酵終了まで解析 各レーンには試料を採取した地点を廃棄物投入部からの距離 (m) で示すとともに，対応する処理日数 (day) を付記した。各バンドの遺伝子塩基配列に対応する近縁種は以下の通り。Bands A; Propionibacterium acnes, B; Clostridium sticklandii, C; Clostridium ultunense, D; Bacillus infernus, E; Bradyrhizobium elkanii, F; Methylobacterium radiotolerans, G; Bacillus thermocloacae, H; Caulobacter bacteroides, I, J; B. licheniformis, K; Pseudomonas stutzeri。矢印は泳動方向および変性剤濃度勾配の方向（数字は変性剤濃度）を示す。

稲わら分解系

安定なセルロース分解集積培養系の構築戦略

いくつかの堆肥化処理物を植種源としてフラスコで培養し，ろ紙の分解を観察。それらの継代培養を繰り返すとともに，いくつか由来の異なる集積系を混合した。

構築した微生物集団による稲わらの分解 培養0日目および8日目の稲わら分解の様子。写真の左のフラスコは微生物非添加のコントロール，右は微生物集団添加。用いた培地組成は，0.5％ peptone, 0.1％ yeast extract, 0.5％ NaCl, 0.5％ CaCO3, 2％ rice straw

稲わら分解過程の PCR-DGGE プロファイル

矢印は変性剤濃度勾配と泳動方向を示す（数字は変性剤濃度）。各バンドの遺伝子塩基配列に対応する近縁種は以下の通り。Bands A; Clostridium thermosuccinogenes, B; Bordetella avium, C; Brevibacillus sp., D; Brevibacillus sp., E; Brevibacillus sp., F; Pseudoxanthomonas taiwanensis.

稲わら分解群集におけるセルロース分解の代謝フローと 各菌株の役割のネットワークモデル

微生物が集団で機能している環境

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What is electron bifurcation?

Separation of the two electrons from

ubiquinol at the quinol oxidation site of the

bc1 complex (complex III) of the respiratory

chain, which leads to a bifurcation of the two

electrons to a high and a low potential

pathway.

Nature Reviews Microbiology 6, 579-591

(August 2008) | doi:10.1038/nrmicro1931

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e2/Complex_III.png

Proton motive Q-cycle

嫌気環境における有機物分解

http://www.alic.go.jp/starch/japan/report/200910-01.html

メタン生成菌

Methanosarcina Methanosaeta

Methanobacterium Methanospirillum

http://nature.cc.hirosaki-u.ac.jp/lab/2/microbio/microphoto.html

メタン生成経路

R = tricarboxyheptanoyl (methanofuran), glutamyl-glutamyl (methanofuran b), tricarboxy-2-hydroxyheptanoyl (methanofuran c).

メタノフラン

テトラヒドロメタノプテリン

補酵素Ｍ 補酵素Ｂ

Nature Reviews Microbiology 6, 579-591 (August 2008)

Nature Reviews Microbiology 6, 579-591 (August 2008)

Nature Reviews Microbiology 6, 579-591 (August 2008)

Nature Reviews Microbiology 6, 579-591 (August 2008)

具体例（汚泥処理）

メタン発酵ガス化システム

•高含水率の有機性廃棄物からエネルギーを取り出せる。 •駆動部分が少ないため、低騒音運転が可能。 •バイオガスは都市ガスと混合してガスエンジン等の燃料とすることで、安定した 運転と高い発電効率を得られる。 •発酵残さは肥料や飼料として利用可能。

日本ガス協会ＨＰより

活性炭 乾式脱硫と生物脱硫

ガス精製・貯蔵フロー

日本ガス協会ＨＰより

乾式脱硫と生物脱硫

ＴＯＳＨＩＢＡ ＨＰより

ＴＯＳＨＩＢＡ ＨＰより

生物脱硫と乾式脱硫の組み合わせ

株式会社産業分析センターニュース http://www.sangyobunseki.co.jp/down/90_2010001-newstopics.pdf#search='%E3%82%B7%E3%83%AD%E3%82%AD%E3%82%B5%E3%83%B3'

＜シロキサン？＞

通常、低分子量環状シロキサンのことを意味する。 シロキサンが{Si(CH3)-O-}が3 個以上結合してリング状に結合したもの

を環状シロキサンと言う。一般に低分子量環状シロキサンとは、{Si(CH3)-O-}が3 個～10 個（D3～D10）もしくは20 個未満(～D20)の物

を示す。沸点は高いが、ガス化しやすいという特徴を持っている。 （水のように沸点以下でも蒸発する）

バイオガス利用設備への障害：下水道汚泥から嫌気性消化によってメタンガスを製造する際、汚泥中に含まれていた シロキサンが混入する。これが燃焼時に分解し、生成した シリカがガスタービンエンジンの内部や、ボイラのバーナーや熱交換器・煙道へ析出・堆積して効率低下や不調・故障を 引き起こす。吸着や洗浄による除去技術が実用化されて いるが、バイオガス利用上のコストアップ要因となっている。そのほか、燃料電池の隔膜を傷めるおそれもある。（ウィキ）