濃縮海水中の金属回収に有用な海洋性マンガン酸化細菌
濃縮海水中の金属回収に有用な海洋性マンガン酸化細菌
バシラス族 NINI-1 株の分離
仲山英樹*1，池上康之*2

Isolation of a Manganese Oxidizing Bacterium, Bacillus sp. NI-1,
as a Tool for Metal Recovery from Concentrated Seawater
Hideki NAKAYAMA*3 and Yasuyuki IKEGAMI*3 Graduate School of Biological Sciences, Nara Institute of Science and Technology
8916-5 Takayama-cho, Ikoma, Nara 630-0192, Japan
Metal pollution and metal shortage are a growing threat to the global environment and world
high-tech industry. As inorganic metals and mineral salts are concentrated simultaneously indesalination process, metals dissolved in concentrated seawater produced by the process have both ofbad and good potentials as metal-pollution and as metal-mine. Therefore, we reason that the key to a
successful marine metal-biotechnology is to develop a novel biotechnology that can be applied forconcentrated seawater. Halophilic bacteria are typical inhabitants of high-salinity sites such asseawater. Therefore, in order to develop marine metal-biotechnology coupling with desalination
process, we isolated Mn(II)-oxidizing marine bacteria from Imari Bay, Imari, Saga, Japan. One of theisolates, Bacillus sp. NI-1 strain showed Mn(II)-oxidizing activity on cell-surface under high-salinity
conditions. At present, we are aiming to develop superior marine metal-biotechnology formetal-recovery from concentrated seawater using Bacillus sp. NI-1.
Key Words : metal-biotechnology, desalination, concentrated seawater, manganese oxidizing bacteria

1. 緒言
近代化とともに発展してきたハイテク産業の副産

ギー研究センター全国共同利用研究 (07004A および08005A)として行った．
2. 実験材料と方法

物として環境中に廃棄された金属類は，現在に至るまで土壌や海洋等の環境中で残存して累積された結果，

2・・1 環境微生物
環境微生物試料の採取
微生物試料の採取

本研究におけ深刻な環境問題を引き起こしている．特に，水産資源る環境微生物試料は，佐賀県伊万里市の佐賀大学への被害が懸念される海洋の金属汚染に対しては，飲海洋エネルギー研究センターに設置された伊万里料水などの淡水を対象とした既存の環境技術は高濃度湾海水の取水口付近の底泥および取水口から採取の塩分が阻害的に作用するため適用できない．
そこで，した海水を用いた．

本研究では海水並びに海水淡水化プロセスの副産物として生成する濃縮海水中で汚染源または有用資源としマンガ
2・・2 マンガン酸化微生物選抜培地
マンガン酸化微生物選抜培地
ン（Mn）酸化微生物の選抜用の平板培地には，人て溶存する金属の浄化・回収に有用な新規金属バイオ

工海水，LEPT 培地，K 培地を使用した(1) ．ここで，技術の開発を目指す. 特に本研究では，高塩環境に適選択培地に添加する Mn(II)として MgCl2 を使用し，応した好塩性微生物の生物機能を活用し，海洋温度差微生物の培養温度は 30℃とした．

発電・淡水化に伴い生成する濃縮海水からの金属回

2・・2 金属元素の定量分析

本研究における収・浄化へ応用可能な新規金属バイオ技術の創出を目

金属元素の定量は，佐賀大学海洋エネルギーセン的とした．

ター共同利用設備である ICP 発光分析装置を使用

なお，本研究は平成 19 -20 年度佐賀大学海洋エネル*1

奈良先端科学技術大学院大学 バイオサイエンス研究科（〒630-0192 奈良県生駒市高山町 8916-5）*2
佐賀大学 海洋エネルギー研究センター
E-mail: nakayama.hideki01@bs.naist.jp

した．
2・・2 微生物の生物学的実験
微生物の培養微生物の生物学的実験
試験，遺伝子同定など分子生物学的実験は奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科の設備を使用した．

3. 結3・・3 海水からの Mn 回収試験
NI-1 株のMn(II)酸化活性により、海水からのMn 回収が可能であ果

3・・1 Mn(II)酸化微生物の分離
ICP 発光分析
Mn(II)酸化微生物の分離により、佐賀大学海洋エネルギーセンターで採取したるか調査するため、伊万里湾海水で作製した液体培地

伊万里湾海水中には比較 Mn 溶存量が高いことが示さ細胞ともに海水培地から回収された Mn を定量化した．

れた(data not shown)．そこで本研究では，佐賀大学海洋

その結果、海水中の Mn(II)濃度によらず、20 またはエネルギーセンターの取水口付近の底泥および取水した海水を環境試料として用い，Mn 回収・浄化に有用に異なる濃度の MnCl2 を添加して NI-1 株を培養し、200 µM Mn(II)を少なくとも 90％の割合で回収でききることが示された(Fig. 4)．

なMn（II）微生物を探索することにした．
これまでに，2 株のMn(II)酸化細菌NI-1 (Fig.1) およびNI-2 (Fig. 2)を取得した(2)．

Fig. 4 Mn could be recovered from seawater by NI-1 cells.
Fig. 1 Isolation of NI-1 strain on ASWYP media.

3・・3

Mn 酸化物の細胞内局在Mn 酸化物を蓄積した NI-1 株の細胞を走査型電子顕微鏡で観察したところ，胞子を形成した細胞の表層にフィラメント状のMn 酸化物の蓄積が確認された．

Fig. 2 Isolation of NI-2 strain on LEPT media.
3・・2 高塩環境下での Mn(II)酸化活性
Mn(II)酸化活性

濃縮

海水環境においても Mn(II)酸化活性を有する株を選抜するため，3-6% NaCl 環境下における各株の Mn(II)酸化能を比較した．
その結果，
NI-1 株のみが高いMn(II)酸化能を維持していたことから，濃縮海水中で利用可能な株としてNI-1 株を選択した (Fig. 3)．

Fig. 5 Accumulation of Mn oxides on the cell-surface ofNI-1 spore were confirmed by TEM.
3・4NINI-1 株の分子系統解析

ゲノムPCR 法によりクローニングした NI-1 株の 16S rRNA 遺伝子の配列情報を基に、NI-1 株の分子系統解析を行った．その結果、NI-I 株は Bacillus 族のMn(II)酸化細菌であることが示された(Fig. 6)．また、本研究で取得したBacillus sp. NI-1 株は，既知の海洋性 Mn(II)酸化Bacillus sp.に広く存在する Mn(II)酸化酵素 MnxG(3)の相同遺伝子を有することも明らかとなった(datanot shown).
Fig. 3 NI-1 cells exhibit Mn(II)-oxidizing activity underhigh-salinity conditions.

り，回収リチウムの高純度度化が可能になることが期待される．さらに、本研究の進展により，海水淡水化プロセスに付随した金属回収システムが実現化されれば，持続可能な省エネルギー型の環境メタルバイオ技術の創出が可能となる点が意義深い．

5. 謝 辞Fig. 6 The NI-1 strain is classified in Bacillus sp. based by
DNA sequencing of the 16S rRNA gene.

本共同研究を遂行するにあたり，佐賀大学海洋エネ
ルギー研究センターにおいて海水サンプルの採取など技術的なサポートをして頂いた 浦田和也氏に，またICP 分析装置の使用についてご助言いただいた志水倫

4. 考察恵氏に感謝いたします．そして，NI-1 株の透過型電子

本研究では、ハイブリッド型の海洋温度差発電シス顕微鏡写真を撮影して頂いた奈良先端科学技術大学院

テムなどの海水淡水化により生成する濃縮海水中に溶大学バイオサイエンス研究科の岩野恵氏および永井里存する金属類の回収・除去に有用なメタルバイオ技術奈氏に感謝いたします．

(Fig. 7)の開発を目指し，Mn(II)酸化細菌の探索を行った．
その結果，Mn(II)酸化活性を有する Bacillus sp.
NI-1 株を用いたバイオミネラリゼーション（biomineralization）により，海水中に溶解したMn(II)を酸化してMn(IV)として回収・除去することが可能であることが示された(Figs. 3-5)．

Fig. 7

Metal-biotechnology for metal-recovery and-removal from environmental water systems.
今後は，Mn 系吸着剤を用いた海洋からのリチウム回収システムにおいて，リチウムとともに不純物として回収される Mn の除去に本研究成果を応用することよ文

献(1) Dick, G.J., Lee, Y.E., and Tebo, B.M. (2006).
Manganese(II)-oxidizing Bacillus spores inGuaymas Basin hydrothermal sediments andplumes. Appl Environ Microbiol 72, 3184-3190.
(2) Nakauama, H., Ikegami, Y. (2008). Screenimg
Abstract of the 60th Annual Meeting of Japan
Society of Biological Engineering.
(3) Dick, G. J., J. W. Torpey, T. J. Beveridge, and B.
M. Tebo, B. M. (2008). Direct identification of abacterial manganese(II) oxidase, the multicopperoxidase MnxG, from spores of several different
marine Bacillus species. Appl Environ Microbiol
74, 1527-1534.

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