資源戦略学講座

Resources Strategies

環境修復生態学分野

Geoenvironmental Remediation

Development of Environmental Friendly Biotechnologies
for Pollution Remediation and Resource Recovery

黄田 毅

技術補佐員

山本 麻理
青木 靜
福井 由佳梨岡本 悦世

教授 井上 千弘

准教授 簡 梅芳Professor

Associate Professor

Chihiro Inoue

する有効な手法として、生物機能を活かした低コスト・低環境負荷の環境修復技術や資源回収技術により解決することを目指し、これらの技術開発に関する研究を行っている。以下 2023 年の主な研究活動を紹介する：（1）植物を用いた有害重金属化合物による土壌・水環境汚染の修復に関する研究、（2）複合生物系を利用した環境技術の開発に関する研究、（3）生物工学的資源循環プロセスの構築に関する研究。
The contamination of soil and groundwater by heavy metals and persistent organic pollutants has been a serious environmental issue of global concern.
Moreover, the depletion of certain mineral and energy resources is approaching. However, effective pollution removal and resource recovery methods
with low environmental burdens have not been successfully developed, and thus, remain a challenge. Our target is to develop remediation and resource
recovery technologies that reduce costs, energy demands, and environmental loads. Here, we introduce our major scientific activities in 2023: (1) thephytoremediation of heavy metals from polluted soil and water, (2) research on the development of environmental technology using complex biologicalsystems, and (3) research on the construction of bioengineering-resource recycling processes.

事務補佐員

工藤 悦子
2023 year end party

Mei-Fang Chien

生物工学的資源循環プロセスの構築に関する研究
生物による金属資源の濃縮回収を目的とし、レアメタルのニッケル（Ni）とコバルト（Co）を低濃度・高感度で吸着する機能を持つ酵母の作製に成功している。また、このような金属吸着酵母を利用した金属回収プロセスの構築に向け、酵母を多孔質材料に固定した金属吸着について検討している。微生物の他、Ni、Co を蓄積する植物の探索も開始している。
（Fig. 3）また、生物利用による製錬過程に伴う環境負荷とコストの低減に関する研究も開始し、プロセス中における鉄酸化細菌の調査に力を入れている。

受賞・登用

ヒ素（As）やカドミウム（Cd）による土壌・水環境汚染の修復について、それぞれの高蓄積植物（As：オオバノイノモトソウ、Cd：ハクサンハタザオ）を用いた基礎研究及び実証試験を継続し、今年は（1）旧廃止鉱山から流出したヒ素含有浸出水をオオバノイノモトソウにより処理するパイロットスケールの実証試験を開始した（Fig. 1）。
（2）ハクサンハタザオの根分泌物が土壌中の Cd と Zn の溶出性を高めることを確認した。

複合生物系による環境技術の開発に関する研究
複合生物系による環境・生物間相互作用の解明および機能予測をネットワーク解析や網羅的解析手法により行っている。具体的には、
モエジマシダの根圏環境より取得した元素、微生物叢と代謝産物のデータに対し分析し、環境におけるモエジマシダのヒ素蓄積に寄与する因子を可視化することに成功した（Fig. 2）。また、植物のヒ素吸収または成長を促進する微生物をヒ素超蓄積植物と共栽培することで、植物の生存率を上げ、加えて根圏中亜ヒ酸酸化微生物が増え、

Phytoremediation of heavy metals
from polluted soil and water
Regarding the phytoremediation of arsenic (As) and cadmium (Cd) fromcontaminated soil or water, we have continued the basic research on anddemonstration of hyperaccumulators Pteris cretica (As) and Arabidopsis
halleri ssp. gemmifera (Cd). In 2023, we started a pilot-scale study thatapplies P. cretica to treat As-contained drainage from a closed miningsite (Fig. 1). Second, we confirmed the components of the root exudateof A. helleri ssp. gemmifera increased the leachability of Cd and Zn fromthe soil.

Research on the development ofenvironmental technology using complex
biological systems
For the practical application of complex biological systems toenvironmental technologies, we applied network analysis andcomprehensive analyses to elucidate and predict the functions andinteractions among organisms in the system. Particularly, we conductedionomic, microbiomic, and metabolomic analyses on the rhizosphere ofP. vittata and visualized the factors that contribute to As accumulation in
the environment (Fig. 2). We also found that the co-cultivation ofThiti Jittayasotorn
・9 月にサスティナブル環境マスター (PMSE) 受賞（Fig. 4）
・10 月に東北大学 JST 次世代研究者挑戦的研究プログラム 採用
韓凝（D3）、Agni Lili Ariyanti（D3）Research on the construction ofbioengineering-resource recycling processes
Aiming at the recovery of metal resources through a biological process,we succeeded in producing yeast capable of adsorbing the rare metals
Nickel (Ni) and Cobalt (Co) at low concentrations with high sensitivity.
In addition, we are investigating metal adsorption using yeast
immobilized on porous material to construct a metal recovery
biomaterial. Other than microbes, we have also begun searching forplants that accumulate Ni and Co (Fig. 3). In addition, research onreducing the environmental impact and cost during the smelting process
by using microbes has also been initiated, and the efforts focused oninvestigating the performance of iron-oxidizing bacteria are in process.

Awards and appointments

・4 月に文部科学省補助事業「東北大学高等大学院博士学生フェローシップ」 継続

Mr. Jittayasotorn
・Professional Master for Sustainable Environmental (PMSE) award(Fig. 4)・Tohoku University Advanced Graduate School Pioneering Research
Support Project for PhD Students

簡梅芳・4 月に東北大学大学院環境科学研究科准教授 昇任

学会発表、その他活動
国内学会では 6 月に M1 犬伏、塚田が環境バイオテクノロジー
学 会にポスター 発 表（Fig. 5）、11 月に簡 准 教 授 がヒ素シンポジウムに口 頭 発 表 を行った。 国 際 学 会 で は 6 月に D3 の Agni がInternational Phytotechnology Symposium に、8 月に簡准教授が WRI-17 にそれぞれ口頭発表を行った。その他簡准教授は国内
では日本生物工学会、資源素材学会、国際会議では International
Symposium on Advanced and Sustainable Science andTechnology にて招待講演を行った。

P. vittata with microorganisms that promote plant growth and/or Asabsorption increases plant survival rates and increases arsenite-oxidizing
microbes in the rhizosphere, leading to an increase in As concentration in
the plant as the mechanism of efficient As phytoextraction.

Department of Environmental Studies for Advanced Society当研究室は、深刻化している重金属や難分解性有機化合物による土壌・地下水の環境汚染、および鉱物やエネルギー資源枯渇問題を解決

植物を用いた有害重金属の化合物による土壌・水環境汚染の修復に関する研究

先進社会環境学専攻

環境調和型バイオテクノロジーによる汚染浄化と資源回収技術の開発

博士研究員

Ms. Han (D3), Ms. Ariyanti (D3)・MEXT "Tohoku University Doctoral Fellowship"
Dr. Chien
・Promotion to associate professor at Graduate School of Environmental
Science, Tohoku University

Presentations in conferences
Mr. Inubushi and Mr. Tsukada (M1) gave presentations at domestic
conferences. Ms. Ariyanti (D3) and Dr. Chien gave presentations atinternational conferences (Fig. 5). Dr. Chien also gave invited lecturesin two domestic conferences and one international symposium.

植物体内ヒ素濃度の上昇につながることが、生物学的ヒ素除去を効率化するメカニズムになることを把握した。

Fig. 1 Photo of the pilot scale biosystem which applying Pteriscretica to treat As contained drainage from a closed mining site

10 Coexistence Activity Report 2023

Fig. 2 Image of a network which visualizes factors
contribute to As phytoextraction

Fig. 3 Candidate plants whichaccumulating Ni or Co.

Fig. 4 Photo of Mr. Jittayasotorn withthe certification of Professional Masterfor Sustainable Environmental during his
master course.

Fig. 5 Photo of Mr. Inubushi inannual meeting of Japan Society for
Environmental Biotechnology
Coexistence Activity Report 202311