(57)【要約】【課題】  海底の水域環境下のメタンガスの漏洩箇所を検知する。【解決手段】  メタン酸化細菌の増殖挙動及び／又はメタン酸化細菌の代謝反応をモニターすることによって、海底の水域環境下のメタンガスの漏洩箇所を検知する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタン酸化細菌の増殖挙動及び／又はメタン酸化細菌の代謝反応をモニターすることによって、海底の水域環境下のメタンガスの漏洩箇所を検知する方法。
【請求項２】
前記メタン酸化細菌の増殖挙動及び／又はメタン酸化細菌の代謝反応のモニターが、メタン酸化細菌の増殖によって形成されるバクテリアマットの視覚的観察であることを特徴とする請求項１に記載のメタンガスの漏洩箇所を検知する方法。
【請求項３】
前記メタン酸化細菌の増殖挙動及び／又はメタン酸化細菌の代謝反応のモニターが、メタン酸化細菌を固定したバイオセンサによることを特徴とする請求項１又は２に記載のメタンガスの漏洩箇所を検知する方法。
【請求項４】
前記メタン酸化細菌のモニター対象が、該メタン酸化細菌の増殖量を指標とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のメタンガスの漏洩箇所を検知する方法。
【請求項５】
前記メタン酸化細菌のモニター対象が、該メタン酸化細菌が生じるメタン分解酵素（ＭＭＯ：Ｍｅｔｈａｎ  Ｍｏｎｏ  Ｏｘｙｇｅｎａｓｅ）量を指標とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のメタンガスの漏洩箇所を検知する方法。
【請求項６】
前記メタン酸化細菌のモニター対象が、該メタン酸化細菌のメタン消費量を指標とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のメタンガスの漏洩箇所を検知する方法。
【請求項７】
前記メタン酸化細菌のモニター対象が、該メタン酸化細菌の酸素消費量を指標とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のメタンガスの漏洩箇所を検知する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタンを唯一の炭素源として生育できるメタン酸化細菌の増殖挙動や代謝反応によってメタンガスの漏洩箇所を検知する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタンは無色無臭の気体であるため、人間の感覚では検知不可能である。一方、メタンは可燃性物質であるため漏洩が続くと火災や爆発を誘引する可能性があり危険である。また、メタンが大気中に放散し続けると温室効果をＣＯ２の数十倍で加速させる事が知られている。今迄は赤外方式のガスセンサーによって検出しているが、海底にガスセンサーを設置してモニタリングすることは不可能であった。また、ケーブルを用いる場合も深海底のような距離が長い場合には無理があった。
【０００３】
又、テレビモニターにより海底からのガス気泡の湧出域を特定する方法も考えられている。しかし、水中で低温になるほど、また静水圧がかかるほど気体は水に溶解し易くなる。従って、海底の低温・高静水圧条件ではガス気泡として存在し得ないため、視覚的なモニタリングは適用できない。
【０００４】
更に、陸起源のメタン酸化細菌は、海水の高塩濃度条件を始め、低温且つ高静水圧条件では、増殖できないため、モニタリングが不適であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記メタンガス検出技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする技術課題は以下のとおりである。
（１）海底の水域環境下でメタンを検出する技術の開発。
（２）海水中の低温・高静水圧条件下でガス気泡が溶解した状態において、溶存メタンを検出できる技術の開発。
（３）海底のメタン湧出箇所に、メタン酸化細菌をはじめとした微生物が増殖して形成したバクテリアマットによって、視覚的にも漏洩箇所の特定を可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、メタン酸化細菌をメタンガスのモニタリングに用いることによって、上記課題が解決されることを見出し、本発明に到達した。
【０００７】
即ち、本発明は、海底の水域環境下のメタンガスの漏洩箇所を検知する方法の発明であり、（１）メタン酸化細菌の増殖挙動、（２）メタン酸化細菌の代謝反応をモニターすることによって、海底の水域環境下のメタンガスの漏洩箇所を検知する。
【０００８】
前記メタン酸化細菌が海洋性メタン酸化細菌である場合には、メタン酸化細菌の増殖によって形成されるバクテリアマットの視覚的観察を行うことによって、直接的にモニターできる。これに対して、前記メタン酸化細菌が好気性メタン酸化細菌である場合には、海底より採取したサンプル中で該好気性メタン酸化細菌を増殖及び／又は代謝反応させることによって、間接的にモニターすることができる。
【０００９】
又、前記メタン酸化細菌の増殖挙動及び／又はメタン酸化細菌の代謝反応のモニターを、メタン酸化細菌を固定したバイオセンサによって行うこともできる。
【００１０】
前記メタン酸化細菌のモニター対象としては、（１）該メタン酸化細菌の増殖量、（２）該メタン酸化細菌が生じるメタン分解酵素（ＭＭＯ：Ｍｅｔｈａｎ  Ｍｏｎｏ  Ｏｘｙｇｅｎａｓｅ）量、（３）該メタン酸化細菌のメタン消費量、（５）該メタン酸化細菌の酸素消費量等が好ましく例示される。
【００１１】
本発明のメタンガスの漏洩箇所を検知する方法は各種調査方法に用いられ、（１）海底のヘドロ堆積状況の調査方法、（２）海底のメタンハイドレート堆積状況の調査方法、（３）海底の天然ガス田ボーリング時の調査方法等が好ましく例示される。
【発明の効果】
【００１２】
メタン酸化細菌をメタンガスのモニタリングに用いることによって、（１）海底の水域環境下でメタンを検出する技術の開発、（２）海水中の低温・高静水圧条件下でガス気泡が溶解した状態において、溶存メタンを検出できる技術の開発、（３）海底のメタン湧出箇所に、メタン酸化細菌をはじめとした微生物が増殖して形成したバクテリアマットによって、視覚的にも漏洩箇所の特定を可能とする等の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
メタン酸化細菌は、
ＣＨ４  ＋  ２Ｏ２  →  ＣＯ２  ＋  ２Ｈ２Ｏ
の反応によってエネルギーを得る。そこで、本発明は、メタンガスが漏洩し、かつ好気条件で酸素が存在すればメタン酸化細菌は増殖するという原理を用いるメタンの漏洩箇所を検知する方法である。
【００１４】
ここで、本発明の適用を海底泥ヘドロの堆積状態の診断やメタンハイドレート賦存域からのメタンの湧出域、及び冷湧水性メタン湧出域の特定のように海底からメタンが湧出している地点のガス漏洩箇所の検知技術に応用する。そのために、海水の特性に応じた高塩濃度、低温、高静水圧に耐性のあるメタン酸化細菌をモニタリングに用いるところに特徴を有する。
【００１５】
本発明に用いられるメタン酸化細菌としては特に限定されない。具体的には、メタン酸化細菌として、炭素資化にリブロース１リン酸経路（ＲｕＭＰ ｐａｔｈｗａｙ）を利用するもの、セリン経路（Ｓｅｒｉｎｅ ｐａｔｈｗａｙ）を利用するもの等を挙げることができる。
【００１６】
上記ＲｕＭＰ経路メタン酸化細菌としては、例えば、単離株７６１、メチロバクター・ボビス（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒ ｂｏｖｉｓ）、メチロバクター・カプスラタス（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒ ｃａｐｓｕｌａｔｕｓ）メチロバクター・ウィテンブリイ（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒ ｗｈｉｔｔｅｎｂｕｒｙｉ）、メチロバクター・ビネランディー（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒ ｖｉｎｅｌａｎｄｉｉ）、メチロコッカス・カプスラタスＢａｔｈ（Ｍｅｔｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ｃａｐｓｕｌａｔｕｓ Ｂａｔｈ）、メチロモナス・アジル（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ ａｇｉｌｅ）メチロバクター・アジリス（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒ ａｇｉｌｉｓ）、メチロモナス・アルブスＢＧ８（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ ａｌｂｕｓ ＢＧ８）、メチロモナス・グラシリス（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ ｇｒａｃｉｌｉｓ）、メチロモナス・ルテウス（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ ｌｕｔｅｕｓ）、メチロモナス・メタニカ（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ ｍｅｔｈａｎｉｃａ）、メチロモナス・ルブラ（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ ｒｕｂｒａ）等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１７】
上記セリン経路メタン酸化細菌としては、例えば、メチロシスティス・エキノイデス（Ｍｅｔｈｙｌｏｃｙｓｔｉｓ ｅｃｈｉｎｏｉｄｅｓ）、メチロシスティス・ミニムス（Ｍｅｔｈｙｌｏｃｙｓｔｉｓ ｍｉｎｉｍｕｓ）、メチロシスティス・パルブスＯＢＢＰ（Ｍｅｔｈｙｌｏｃｙｓｔｉｓ ｐａｒｖｕｓ ＯＢＢＰ）、メチロシスティス・ピリホルミス（Ｍｅｔｈｙｌｏｃｙｓｔｉｓ ｐｙｒｉｆｏｒｍｉｓ）、ＩＭＶ Ｂ−３０６０株、メチロシヌス・メタニカ８１Ｚ（Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ ｍｅｔｈａｎｉｃａ ８１Ｚ）、メチロシヌス・スポリウム（Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ ｓｐｏｒｉｕｍ）、メチロシヌス・トリコスポリウムＯＢ３ｂ（Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｉｕｍ ＯＢ３ｂ）、メチロシヌスｓｐ．ＬＡＣ株（Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎ ＬＡＣ）、メチロシヌスｓｐ．Ｂ株（Ｍｅｔｈｙｌｏｓｉｎｕｓ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎＢ）等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１８】
炭化水素資化能を有する他の微生物としては、例えば、上記メタン酸化細菌以外のメチロトローフ（含まれる炭素原子が１つの化合物を資化する細菌）が挙げられ、これにもＲｕＭＰ経路メチロトローフ、セリン経路メチロトローフ等がある。
【００１９】
上記ＲｕＭＰ経路メチロトローフとしては、例えば、上記ＲｕＭＰ経路メタン酸化細菌の他に、メチロバチルス・フラゲラツムＫＴ１（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｆｌａｇｅｌｌａｔｕｍ ＫＴ１）、メチロバチルス・グリコゲネス（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｉｌｌｕｓ ｇｌｙｃｏｇｅｎｅｓ）、メチロモナス・メタノリカ（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ ｍｅｔｈａｎｏｌｉｃａ）、メチロモナス・メチロボラ（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ ｍｅｔｈｙｌｏｖｏｒａ）、メチロフィルス・メチロトローフスＡＳ１（Ｍｅｔｈｙｌｏｐｈｉｌｕｓ ｍｅｔｈｙｌｏｔｒｏｐｈｕｓ ＡＳ１）等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２０】
上記セリン経路メチロトローフとしては、例えば、上記セリン経路メタン酸化細菌の他に、メチロバクテリウム・エクストルクエンス（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｅｘｔｏｒｑｕｅｎｓ）、メチロバクテリウム・オルガノフィルムＸＸ（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｏｒｇａｎｏｐｈｉｌｕｍ ＸＸ）、メチロバクテリウム・ロデシアナム（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｒｈｏｄｅｓｉａｎｕｍ）、メチロバクテリウム・ロジナム（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｒｈｏｄｉｎｕｍ）、メチロバクテリウム・ザトマニイ（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｚａｔｍａｎｉｉ）、メチロバクテリウム・エクストルクエンスＡＭ１（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｅｘｔｏｒｑｕｅｎｓ ＡＭ１）、メチロバクテリウムｓｐ．Ｍ２７株（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎ Ｍ２７）、メチロバクテリウムｓｐ．ＤＭ４株（Ｍｅｔｈｙｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｓｐ． ｓｔｒａｉｎ ＤＭ４）、ＰＫ−１株、ＰＲ−６株等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２１】
以下、本発明を具体的に説明する。
海洋性メタン酸化細菌は、ヘドロ堆積物表層に棲息している。図１及び図２に、東京湾（試料ＡＲＡ）及び函館港（試料ＨＯＫ）の試料で培養された海洋性メタン酸化細菌の系統解析結果（１６ＳｒＤＮＡクローニング解析）を示す。このことから、本発明の有効性が間接的に証明される。
【００２２】
同上の海底泥表層（試料ＡＲＡ及び試料ＨＯＫ）を２０℃海水で培養して、メタン消費量（図３、図５）を調べた所、約４０μＭ／ｓｅｃの速度でメタンが消費された。又、その時のメタンの消費に伴うメタン酸化細菌の増殖との関係について速度論解析（図４、図６）を行った所、メタン酸化細菌の増殖量は
ｌｏｇ１０(全菌数)  ＝  ０．３  ×  （メタン消費量）  ＋  ７．３４３
の関係式で表せることが証明された。このことより、海底等にごく微量に溶解したメタンが湧出し続けると、メタン酸化細菌によって速やかに消費され、菌体増殖されることが分かる。
【００２３】
メタンを唯一の炭素源とした海水を用いて試験管で上記試料を培養した所、図７に示すように、東京湾（試料ＡＲＡ）及び函館港（試料ＨＯＫ）の試料ともに、明らかにメタン酸化細菌群と思われる微生物の増殖に依って試験管内に白濁した凝集細胞が確認された。すなわち、海底等のメタン湧出域では、メタン酸化細菌群の増殖によってバクテリアマットが形成されるため、視覚的なモニタリングが可能であることが分る。
【００２４】
メタン酸化細菌が、温室効果を加速する海底からの湧出メタンを速やかに消費することで、地球環境の保全に貢献する。
【００２５】
又、バイオセンサへの適用は、図３、図４に示したように、約４０μＭ／ｓｅｃの速度でメタンが消費されることから、感度の高い反応が期待される。
【００２６】
メタン酸化細菌はメタンを唯一の炭素源として増殖している微生物であり、酸素を用いて、
メタン  →  メタノール  →  ホルムアルデヒド
に変換し、最終的に二酸化炭素と水に変換する生化学反応を成立させている。この生化学反応式より、理論上メタン酸化細菌がメタンをエネルギー源として利用するために消費される酸素の割合は、メタン１ｍｏｌに対して、酸素２ｍｏｌである。従って、この酸素消費速度を測定することでモニタリングが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
東京湾内などの海底泥や湖沼・河川などに堆積するヘドロは還元状態にあるためメタン生成古細菌によってメタンガスを生成する。メタンガスが湧出する海底表層の好気条件下では、前述のメタン酸化細菌が増殖する。そこで、メタン酸化細菌の消長や代謝反応をモニタリングすることで海底のヘドロの堆積状況やその分布状況を診断することが可能となる。
【００２８】
同様に、深海底に賦存するメタンハイドレートの採取が商業段階に入った際には、地盤変形等によって海底からメタンが漏洩する可能性がある。ここでも、メタン酸化細菌をモニタリングすることによってその漏洩箇所を特定できる。
【００２９】
更に、陸上の大深度地下に賦存する天然ガス田のボーリング時において、上記手法によりメタンの漏洩状況を診断することが出来る。
【００３０】
以上のケース以外においても、メタンが漏洩し、かつ空気中の酸素が存在する場所において本発明が適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】東京湾の底泥表層試料（試料ＡＲＡ）で培養された微生物の系統解析結果を示す。
【図２】函館港の底泥表層試料（試料ＨＯＫ）で培養された微生物の系統解析結果を示す。
【図３】東京湾の海底泥表層（試料ＡＲＡ）を２０℃海水で培養して、メタン消費量を調べた図。
【図４】東京湾の海底泥表層（試料ＡＲＡ）のメタンの消費に伴うメタン酸化細菌の増殖との関係について速度論解析を行った図。
【図５】函館港の海底泥表層（試料ＨＯＫ）を２０℃海水で培養して、メタン消費量を調べた図。
【図６】函館港の海底泥表層（試料ＨＯＫ）のメタンの消費に伴うメタン酸化細菌の増殖との関係について速度論解析を行った図。
【図７】メタンを唯一の炭素源とした海水を用いて試験管で上記試料を培養した場合の写真。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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