Evaluation of whole wastewater effluent impacts on HepG2 using DNA microarray-based transcriptome analysis
Hara-Yamamura, H., Nakashima, K., Hoque, A., Miyoshi, T., Kimura, K., Watanabe, Y. and Okabe, S.
Environmental Science and Technology, in press.
膜分離活性汚泥法(MBR)及び従来の活性汚泥法(AS)の実下水処理水をヒト肝癌由来細胞(HepG2)に曝露し、DNAマイクロアレイを用いた遺伝子発現解析をおこなうことで、下水処理水のヒト培養細胞への影響評価を行った。並行して、全排水毒性の評価手法として確立されている従来のバイオアッセイ法(細胞毒性試験及びバクテリア発光阻害試験)を実施した。遺伝子発現解析結果より、処理水及び下水原水に曝露されたHepG2において2~926遺伝子が有意に変動し、これらの遺伝子が0~225の生物学的プロセスに関与することが明らかとなった。MBR処理水のうち、比較的長い汚泥滞留時間(40日)及び比較的小さな膜の公称孔径(0.03 μm)を有するMBRがHepG2に対する影響が最も小さく、水道水のものと同程度であった。確認された遺伝子発現変動は、細胞毒性試験の結果と一致していた。また、致死的ではないものの有害となりうる影響について、その分子学的メカニズムに関する知見を得ることができた。さらに、「脂質代謝」、「内因性の刺激に対する応答」、及び「無機物質への応答」に関する遺伝子が、遺伝子マーカーとなる可能性が示唆された。現段階では、有害・無害な影響を完全に区別することはできないが、DNAマイクロアレイを用いたHepG2の遺伝子発現解析は下水処理水全体の影響を迅速かつ包括的に評価するために有効な手法であることを示した。

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本研究は、JST CREST「持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム」研究領域により遂行されました。ここに深甚なる謝意を表します。
Acetate oxidation by syntrophic association between Geobacter sulfurreducens and a hydrogen-utilizing exoelectrogen
Kimura, Z. and Okabe, S.
The ISME Journal, in press.
酢酸をエネルギー源とする微生物燃料電池(MFC)の陰極バイオフィルムの微生物群集構造を安定同位体標識法(DNA-SIP法)及び変性剤濃度勾配ゲル電気泳動法により解析した結果、Geobacter属細菌とHydrogenophaga属細菌の優占を確認した。これらのうちGeobacter属細菌については酢酸をエネルギー源とするMFCの主たる電気生産細菌であることが既に報告されていたが、一方でHydrogenophaga属細菌の生態学的役割については未解明であった。我々はMFCの陰極バイオフィルムからHydrogenophaga属細菌を分離することに成功し、その生態学的役割の解明に取り組んだ。分離したHydrogenophaga属細菌(Hydrogenophaga sp. AR20株と命名)は陰電極存在下で水素を酸化することができたが、一方で酢酸の分解能力を持たなかった。このことはAR20株が、水素資化性電気生産細菌であることを意味した。またこの成果は、嫌気的酢酸酸化能力を有するGeobacter属細菌と水素酸化能力を持つHydrogenophaga属細菌との間に異種間水素伝達による共生関係が成立することを示唆した。この仮説を証明するために、我々はG. sulfurreducens PCA株とHydrogenophaga sp. AR20株を酢酸をエネルギー源とするMFCで共培養した。結果、共培養MFCはそれぞれの菌株の純粋培養MFCよりも高い電流値及び酢酸消費量を示した。また、共培養MFCにおいてのみAR20株は増加した。これらの成果はGeobacter属細菌とHydrogenophaga属細菌が共生的電気生産により電極への電子伝達を行うことを示した最初の報告である。

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本研究の遂行に不可欠であったGeobacter sulfurreducens PCA株は、宮崎大学・井上謙吾助教によりご提供頂きました。また本研究は、JST CREST「持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム」研究領域、JSPS科学研究費補助金・挑戦的萌芽研究(23246094)、およびJSPS特別研究員奨励費(11J04417)により遂行されました。ここに深甚なる謝意を表します。
Simultaneous quantification of multiple food and waterborne pathogens by use of microfluidic quantitative PCR
Ishii, S., Segawa, T. and Okabe, S.
Applied and Environmental Microbiology, 2013, 79(9), 2891-2898.
従来の糞便指標菌による間接的な環境リスク評価では、病原微生物の存在を正確に把握することができなかった。より正確なリスク評価を目指して、本研究ではマイクロ流体工学に基づく定量的PCR(下図)を応用することにより、複数の病原微生物を同時一斉に検出・定量する手法を世界に先駆けて開発した。本手法は、感度が高く、低濃度で存在する病原体を検出・定量することができる。また、糞便や環境水などの環境試料にも適用可能であるため、今後のリスクモニタリング手法としても有望である。

本論文はApplied and Environmental Microbiology誌で注目すべき論文として紹介されています。
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本研究は、JST CREST「持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム」研究領域、JSPS科学研究費補助金・基盤A(23246094)、および上原記念生命科学財団により遂行されました。ここに深甚なる謝意を表します。



会場:北海道大学工学部A101
時間:10:00-11:00
講師:Dr. Bongkuen Song (University of North Carolina at Wilmington, NC, USA)
“美しいかけがえのない水環境をいつまでも”をキーワードに,私達はバイオテクノロジーを駆使して環境汚染物質の分解・除去、DNAマイクロアレイを用いた水の安全性評価手法の開発、廃水(廃棄物)からクリーンな電気エネルギーの直接回収(バイオ燃料電池の開発)、などの研究を行っています。我々の環境、健康を守るという、今、最も重要なテーマに、君の若い力とエネルギーをぶつけてみませんか?環境バイオテクノロジーに興味を持ち、かつ、環境を良くしたいと思い、修士ならびに博士課程進学を希望する熱い学生を募集しています。興味を持った方は遠慮なく岡部まで!!
博士課程後期学生
研究内容:
トキシコゲノミクス的アプローチによる水の安全性評価手法の開発
バイオフィルム形成メカニズムの解析
Microbial Source Tracking
水環境を汚染する病原ウイルスの動態解明
その他:在籍中の経済的支援については個別に相談に応じます。
より詳細な情報は、「博士課程学生募集について」と題したメールにより問い合わせて下さい。
岡部聡 sokabe[at]eng.hokudai.ac.jp
2013年3月13日
第47回日本水環境学会年会
(講演者:石井聡助教)
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2013年3月25日
平成24年度追いコン用動画
(作成者:小澤就志)
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平成25年3月25日
水戸が平成24年度(財)北海道大学クラーク記念財団「クラーク賞」を受賞しました。
平成24年12月27日
平成24年度水系研究室修士論文中間発表会において、中島が優秀発表賞(2位)を、小澤が優秀発表賞(3位)を受賞しました。
平成24年11月30日
第49回環境工学研究フォーラムにて、田澤が優秀ポスター発表賞を受賞しました。
平成24年9月25日
第18回バイオアッセイ研究会・日本環境毒性学会・合同研究発表会にて、原が奨励賞を受賞しました。
平成24年8月19日
ISME14にて、平泉がTravel Awardを受賞しました。
平成24年3月21日
大谷が平成23年度(財)北海道大学クラーク記念財団「クラーク賞」を受賞しました。
平成24年3月15日
第46回日本水環境学会年会にて、平泉が優秀発表賞(クリタ賞)を、石黒、中島が学生ポスター発表賞(ライオン賞)をそれぞれ受賞しました。
平成23年12月27日
平成23年度水系研究室修士論文中間発表会において、田澤が最優秀発表賞を、榮田が優秀発表賞(2位)を受賞しました。
平成23年11月7日
第3回北海道大学サステナビリティ学生研究ポスターコンテストにて、田澤が北海道大学総長賞(最優秀賞)を受賞しました。
平成23年10月10日
第27回日本微生物生態学会にて、田代JSPS特別研究員が論文賞を受賞しました。
平成23年10月10日
第27回日本微生物生態学会にて、押木JSPS特別研究員が優秀ポスター賞を受賞しました。
平成23年10月5日
第4回IWAアジア太平洋地域会議にて、東條がBest Student Awardを受賞しました。
平成23年9月10日
第14回水環境学会シンポジウムにて、佐野准教授がメタウォーター賞(年間優秀論文賞)を受賞しました。
平成23年7月13日
第2回国際硝化学会・第16回ヨーロッパ窒素循環会議にて、押木特別研究員が発表賞を受賞しました。
平成23年6月14日
第45回日本水環境学会年会にて、柿沼、新家子、藤木が優秀発表特別賞(クリタ賞)を、榮田、山田が学生ポスター発表賞(ライオン賞)をそれぞれ受賞しました。
平成23年5月19日
第1回国際アナモックスシンポジウムにて、押木特別研究員(JSPS)が最優秀講演賞を受賞しました。
平成22年12月27日
平成22年度水系研究室修士論文中間発表会において、鶴田が優秀発表賞(2位)を受賞しました。
平成22年11月25日
第26回日本微生物生態学会にて、新家子が最優秀ポスター賞を、榮田が日韓ポスター賞をそれぞれ受賞しました。
平成21年 3月18日
第43回日本水環境学会年会にて、羽鳥が年会優秀発表賞(クリタ賞)を受賞しました。
平成20年 3月22日
第42回日本水環境学会年会にて、大澤および下川が年会優秀発表賞(クリタ賞)を受賞しました。
平成19年 12月25日
岡部教授が日本学術振興会賞を受賞しました。
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