太陽地球システム・エネルギー学講座
水資源システム学分野

Solar and Terrestrial Systems and Energy Sciences

Urban and Regional Environmental Systems

水資源と水環境に関する研究
Researches on Water Resources and Environments

准教授 久保田 健吾

教授 李 玉友

教授 佐野 大輔准教授 小森 大輔

Associate Professor

Professor （協力教員）

Professor

Associate Professor

Kengo Kubota

水資源システム学分野では、世界の水問題を解決することを目指し、以下の研究に取り組んでいる。
1）脱炭素型下水処理システムの開発

4 ）地球温暖化と林業の衰退など森林の荒廃による流木発生メカニズムの解明
5）環境バイオテクノロジーを用いた排水・廃棄物処理と微生物群集の解明
Our research topics in 2022 were as follow:
1) Development of a self-sustainable sewage treatment system
2) Development of an early warning system for COVID-19 centered on wastewater-based epidemiology3) Development of evaluation approaches for the effect of climate change and land utilization change on natural environments
4) Mechanisms of flood wood generation caused by global warming and forest industry declination
5) Waste and wastewater treatment using environmental biotechnologies and microbial community analysisである。微生物によって駆動される処理プロセスにおいて、微生物群の理解は限定的である。原核生物の解析は古くは分離・培養を泥についても 1–15% 程度しか培養できないと言われている。そこで培養に依らない微生物の解析方法として分子生物学的手法が導入された。これにより、従来ブラックボックスであった生物学的処理プロセスの解明が進んでいる。本研究室では、日本の下水処理活性汚泥の微生物群集構造およびコア微生物群を明らかにするために、原核生物の 16S rRNA 遺伝子を標的として解析をおこなった。の種が存在していると推察された。門レベルの微生物群集構造ではProteobacteria (Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Deltaproteobacteria が 主 ) と Bacteroidetes が 優 占して い ることを明らかにした。この他に、Acidobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Firmicutes、Nitrospirae、Patescibacteria が 平均して 1% 以上存在していた。またコア微生物群として全サンプルに共通して見られる属レベルの OTU は 32 であり、相対存在率の約25% を占めた。コア微生物群を世界各地の活性汚泥と比較したところ、共通性が一部見られるものの、多くは日本の下水処理活性汚泥に独自なものであることがわかった。
また 活 性 汚 泥内に存 在する Patescibacteria についてより詳細な研究を行った。Patescibacteria の細胞サイズが小さいという特 徴を活かし、活性汚泥サンプルを孔径 0.22 µm で濾 過してから解 析 することで、Patescibacteria に 属 する 微 生 物 の 相 対存在率を 10 倍以上にすることができた。活性汚泥中に見られる性を明らかにすることができた。またメタゲノム解析を行うことで、Patescibacteria に属する微生物の bins を回収することができ、

sludge, which had been overlooked so far. The metagenomic analysis
also revealed the diversity of Patescibacteria in activated sludge. We
were able to recover bins of Patescibacteria, and obtained basic
knowledge that may contribute to the elucidation of the physiology andecology of Patescibacteria in an activated sludge ecosystem.

Patescibacteria のゲノムアプローチによる生理生態解明に寄与しうる基礎的な知見が得られた。

Understanding activated sludge
microbiome
Biological wastewater treatment is one of the core technologies in sewer
systems. Treatment processes are driven by microorganisms, but ourunderstanding of the sewage-treating microbiome is limited. Analysis ofprokaryotes has traditionally involved isolation and cultivation, but themajority of microorganisms are in fact difficult to cultivate, and it is said
that only 1-15% of microorganisms in activated sludge can be cultured.
Molecular biological techniques have been introduced as a cultureindependent approach for analyzing environmental microorganisms.
Our laboratory investigated the microbial community and coremicroorganisms in activated sludge in Japanese sewage treatment plants.
We estimated that there are 400-1,100 genera and 600-1,500 species inactivated sludge. The community structure at the phylum level revealed
that Proteobacteria (Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria, andDeltaproteobacteria) and Bacteroidetes were dominant. In addition,Acidobacteria, Actinobacteria, Chloroflexi, Firmicutes, Nitrospirae,
and Patescibacteria were present at an average rate of more than 1%.
There were 32 genus-level operational taxonomic units common to all
samples as core microbiota, accounting for approximately 25% of therelative abundance. Some members of the core microorganisms inJapanese activated sludge were identical to those found from activatedsludge in other countries, but most of the core microorganisms wereunique to Japanese activated sludge.

Fig.1 Activated sludge bioprocess in a sewage treatment plant.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

その結果、下水処理活性汚泥には 400–1,100 の属、600–1,500

Patescibacteria の Operational Taxonomic Unit ( 97% 相同

先端環境創成学専攻

伴っていたが、微生物の大部分は人為的な培養が難しく、活性汚

Daisuke Komori

過ごされていた活性汚泥中における Patescibacteria の多種多様

3）気候変動と土地利用変化が自然環境に与える影響評価手法の開発

生物学的廃水処理は、下水道システムにおける中核技術の 1 つ

Daisuke Sano性 ) の数はサイズ分画処理を行うことで約 6 倍になり、これまで見2 ) 下水疫学的アプローチによる COVID-19 早期検知システムの構築

下水処理活性汚泥の微生物群集の解明にむけて

Yu-You Li

We also conducted detailed investigation of Patescibacteria present inactivated sludge. By taking an advantage of the small cell size ofPatescibacteria, we filtered activated sludge samples through a 0.45-µm
pore size filter before analysis. It was found that the relative abundanceof Patescibacteria increased more than 10-fold. The number ofoperational taxonomic units (97% sequence identity) of Patescibacteria
found in activated sludge increased about six-fold after size-fractionation
treatment, revealing the greater diversity of Patescibacteria in activatedFig.2 Microorganisms in activated sludge.

42 Coexistence Activity Report 2022

Coexistence Activity Report 2022

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