JP2008245585A - Primer for detecting fatty acid-degrading bacteria, and method for monitoring the same - Google Patents

Primer for detecting fatty acid-degrading bacteria, and method for monitoring the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a primer set for conducting specifically quantitative detection of fatty acid-degrading bacteria in a genus or family level. <P>SOLUTION: This primer set contains any one of the set of oligonucleotides: (a) an oligonucleotide, having a specific base sequence by targeting the bacteria belonging to the genus Syntrophobactor and another oligonucleotide having a specific base sequence; (b) an oligonucleotide having a specific base sequence by targeting the bacteria belonging to the genus Pelotomaculum and another oligonucleotide having a specific base sequence; (c) an oligonucleotide having a specific base sequence by targeting the bacteria belonging to the genus Desulfotomaculum and another oligonucleotide, having a specific base sequence; and (d) an oligonucleotide having a specific base sequence, by targeting the bacteria belonging to Syntrophomonadaceae family and another oligonucleotide having a specific base sequence. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機性廃棄物や廃水等のメタン発酵処理汚泥中に存在する脂質及び脂肪酸分解に関連する細菌を検出する方法及びそれに用いるプライマー等に関し、より詳しくは、嫌気性処理系における脂質、プロピオン酸分解に関連する酸生成細菌群集の挙動を把握及び制御するのに有用な微生物検出方法等に関する。   The present invention relates to a method for detecting lipids present in methane fermentation-treated sludge such as organic waste and wastewater and bacteria related to fatty acid degradation and a primer used therefor, more specifically, lipids in an anaerobic treatment system, The present invention relates to a microorganism detection method useful for grasping and controlling the behavior of an acid-producing bacterial community related to propionic acid degradation.

高濃度の有機性廃棄物や廃水等を含有する排水や有機性汚泥の処理には、従来から嫌気性処理方式(メタン発酵)が多用されている。この方式は曝気動力が不要なのでエネルギー消費量が節約できること、余剰汚泥の発生量が少ないので処理費用が廉価であること、かつエネルギーとして有用なメタンガスを回収できること等の利点がある。   Conventionally, anaerobic treatment (methane fermentation) has been frequently used for treatment of wastewater and organic sludge containing high-concentration organic waste and wastewater. This method has advantages such as saving energy consumption because aeration power is unnecessary, reducing the amount of surplus sludge, reducing the processing cost, and recovering methane gas useful as energy.

メタン発酵は、(1)高分子の有機物を可溶化する過程、(2)可溶化された有機物を酸発酵する過程、(3)メタン生成過程と大きく分けて3つのステップに様々な微生物が関与する複雑な生物反応系である。なお本明細書では、この生物反応系を「メタン発酵微生物系」と称するが、「メタン発酵系」、「嫌気性処理系」または単に「処理系」や「反応系」とも記す。   Methane fermentation involves (1) the process of solubilizing high-molecular organic substances, (2) the process of acid-fermenting solubilized organic substances, and (3) the methane production process. It is a complex biological reaction system. In this specification, this biological reaction system is referred to as “methane fermentation microorganism system”, but is also referred to as “methane fermentation system”, “anaerobic treatment system”, or simply “treatment system” or “reaction system”.

有機性汚濁物質として代表的な油脂は、好気性処理、嫌気性処理のいずれにおいても難分解性物質である。その理由は、油脂の分散性が悪く、処理槽内で浮上してスカムを形成してしまうからである。油脂を含有する排水・廃棄物としては、例えば、厨房排水、惣菜製造排水、豆腐製造排水、食肉加工排水、水産加工排水、洋菓子製造排水、牛乳排水、米糠廃棄物、豆加工廃棄物等多数の事例が挙げられる。   Oils and fats typical as organic pollutants are hardly decomposable substances in both aerobic treatment and anaerobic treatment. The reason is that the dispersibility of fats and oils is poor, and the scum is formed by floating in the treatment tank. Wastewater and waste containing fats and oils include, for example, kitchen drainage, vegetable production wastewater, tofu production wastewater, meat processing wastewater, fishery processing wastewater, pastry manufacturing wastewater, milk wastewater, rice bran waste, bean processing waste, etc. Examples are given.

油脂の大部分は炭素と水素から構成されているため、嫌気的分解に際して大量のメタンガスを生成することから、油脂の嫌気性処理法はエネルギー回収の観点から期待される技術である。しかし、高濃度油脂含有排水あるいは汚泥の嫌気性処理においては、高級脂肪酸による反応阻害、すなわち、中性脂肪の加水分解によって生成する高級脂肪酸が分解律速や阻害を生じることが技術課題である。高級脂肪酸はメタン生成菌、とりわけ酢酸利用メタン生成菌を阻害し、高級脂肪酸自身を分解する菌も阻害を受ける。高級脂肪酸が一旦蓄積し始めると阻害作用によってさらに蓄積が進み、メタン生成が停止するといった悪循環におちいる。中性脂肪の分解によって生成する高級脂肪酸が処理排水中に存在すると、嫌気性処理でのメタン発酵に作用するメタン生成菌、特に酢酸資化性メタン生成菌や水素資化性メタン生成菌の働きを阻害し、さらにかかる微生物自体の生育をも阻害するのである(非特許文献1)。従って、油脂系廃棄物の高温メタン発酵において有機物分解率は高く取れると言えるものの、有機物分解量に相当分のメタンガス回収が得られず、メタン発酵槽において高級脂肪酸等の中間代謝産物が蓄積し、油分が発酵槽内で浮上分離していることが推察される。この問題を回避するために、特開2001-321792(特許文献1)の発明で記述したような、嫌気反応系内の高級脂肪酸濃度をモニターしてその濃度を制御することによる、安定的且つ効率的な油脂含有排水あるいは油脂含有廃棄物の嫌気性処理方法がある。しかし、高級脂肪酸及び脂質の濃度のモニタリング方法は、エタノール性苛性カリを用いた化学的な酸価及びケン化価測定法法により、メタン発酵槽内の中性脂肪と脂肪酸濃度を測定する方法や、試料に高級脂肪酸ラベル試薬、例えばアダム試薬(9-anthryldiazomethane, ADAM)等を添加して、高級脂肪酸をラベルし、紫外吸光光度(UV)検出器あるいは蛍光光度(FL)検出器を備えた高速液体クロマトグラフ(HPLC)を用いて高級脂肪酸を分離・定量する方法、脂質を抽出可能な有機溶媒ノルマルヘキサン/イソプロパノール、クロロホルム/メタノール、アセトン、エーテル類等で抽出し、TLC/FID分析計またはガスクロマトグラフ分析計によって脂肪酸を分析する方法が挙げられ、いずれにしても、操作が煩雑で、時間がかかり、廃液排出やガス供給が必要な高度な分析装置による分析を行うために、処理現場でのプロセスモニタリング手段として利用できない。   Since most of fats and oils are composed of carbon and hydrogen, a large amount of methane gas is generated during anaerobic decomposition, so the anaerobic treatment method of fats and oils is a technology expected from the viewpoint of energy recovery. However, in the anaerobic treatment of wastewater containing high-concentration fat or sludge or sludge, it is a technical problem that higher fatty acids generated by higher fatty acid inhibition of reaction, that is, hydrolysis of neutral fat, cause degradation rate control and inhibition. Higher fatty acids inhibit methanogens, especially those that use acetic acid, and bacteria that degrade higher fatty acids themselves are also inhibited. Once higher fatty acids begin to accumulate, the accumulation proceeds further due to the inhibitory action, leading to a vicious cycle in which methane production stops. If higher fatty acids produced by the decomposition of neutral fat are present in the treated wastewater, the functions of methanogens that act on methane fermentation in anaerobic treatment, especially acetic acid-utilizing methanogens and hydrogen-utilizing methanogens In addition, the growth of the microorganism itself is also inhibited (Non-patent Document 1). Therefore, although it can be said that the organic matter decomposition rate can be taken high in high-temperature methane fermentation of fat and oil waste, methane gas recovery corresponding to the amount of organic matter decomposition cannot be obtained, and intermediate metabolites such as higher fatty acids accumulate in the methane fermentation tank, It is inferred that the oil component floats and separates in the fermenter. In order to avoid this problem, stable and efficient by monitoring the concentration of higher fatty acids in the anaerobic reaction system and controlling the concentration as described in the invention of JP-A-2001-321792 (Patent Document 1). There is an anaerobic treatment method for oil-containing wastewater or oil-containing waste. However, the method of monitoring the concentration of higher fatty acids and lipids is a method of measuring the neutral fat and fatty acid concentrations in the methane fermenter by a chemical acid value and saponification value measuring method using ethanolic caustic potash, A high-speed liquid with a higher fatty acid labeling reagent such as Adam reagent (9-anthryldiazomethane, ADAM) added to the sample, labeled with higher fatty acid, and equipped with an ultraviolet absorption (UV) detector or a fluorescence (FL) detector Method for separating and quantifying higher fatty acids using chromatograph (HPLC), extraction with organic solvent normal hexane / isopropanol, chloroform / methanol, acetone, ethers etc. that can extract lipids, TLC / FID analyzer or gas chromatograph There is a method of analyzing fatty acids with an analyzer. In any case, the operation is complicated and time-consuming. For analysis waste liquid discharge or gas supply by sophisticated analytical equipment needed, can not be used as process monitoring means in the processing site.

また、有機物の酸発酵過程で生じる中間代謝脂肪酸(酪酸、プロピオン酸)は、水素生成酢酸生成細菌(Acetogenic bacteria)により、メタン生成細菌の基質となる酢酸と水素にまで分解されるが、一般的なメタン発酵汚泥のプロピオン酸分解活性は、酢酸からのメタン生成活性の数分の一から数十分の一程度であるため、プロピオン酸が蓄積しやすい(非特許文献4、非特許文献5、非特許文献6)。さらに、メタン発酵は、有機物分解の最終反応を担うメタン生成細菌群の至適温度に応じて中温メタン発酵(35℃)、高温メタン発酵(55〜65℃)に大別される。中温メタン発酵と比べると、高温メタン発酵のほうが短い滞留時間で、高効率的に固形性有機物の消化ができ、病原性細菌の低減ができ、消化汚泥の脱水性も向上できる特徴が挙げられる。しかし、高温メタン発酵では、VFA(Volatile Fatty Acid:揮発性脂肪酸)、特に中間代謝有機酸としてのプロピオン酸の蓄積が生じやすく反応系が不安定になり易い。その原因としては、高温メタン発酵汚泥では、中温メタン発酵汚泥に対して微生物の多様性に乏しいことによって、中間代謝脂肪酸が蓄積しやすいこと(非特許文献2)、また、酸発酵が進行しやすいことによって、反応系内の水素分圧が比較的に高くなる傾向があり、中間代謝脂肪酸の分解を妨げている可能性もあることが報告されている(非特許文献3)。プロピオン酸のような難分解性の中間代謝脂肪酸の生産抑制あるいは高効率分解技術により、メタン発酵全体プロセスの性能の高効率化、安定化を図ることが期待されるが、特に高温メタン発酵系では、微生物についての知見が乏しく、有効な手段は見出されていない。   In addition, intermediate metabolic fatty acids (butyric acid and propionic acid) generated during the acid fermentation of organic matter are decomposed by hydrogen-producing acetic acid-producing bacteria (Acetogenic bacteria) into acetic acid and hydrogen, which are substrates for methanogenic bacteria. Propionic acid decomposing activity of fermented methane sludge is a fraction to a fraction of a fraction of that of methane production from acetic acid, so propionic acid is likely to accumulate (Non-Patent Document 4, Non-Patent Document 5, Non-patent document 6). Furthermore, methane fermentation is roughly classified into medium temperature methane fermentation (35 ° C.) and high temperature methane fermentation (55 to 65 ° C.) according to the optimum temperature of the methane-producing bacteria group responsible for the final reaction of organic matter decomposition. Compared to medium temperature methane fermentation, high temperature methane fermentation has a shorter residence time and can efficiently digest solid organic matter, reduce pathogenic bacteria, and improve the dewaterability of digested sludge. However, in high temperature methane fermentation, accumulation of VFA (Volatile Fatty Acid: volatile fatty acid), particularly propionic acid as an intermediate metabolizing organic acid is likely to occur, and the reaction system tends to become unstable. The reason is that in high-temperature methane fermentation sludge, intermediate metabolic fatty acids are likely to accumulate due to poor microbial diversity compared to medium-temperature methane fermentation sludge (Non-patent Document 2), and acid fermentation is likely to proceed. Therefore, it has been reported that the hydrogen partial pressure in the reaction system tends to be relatively high, and there is a possibility that the decomposition of intermediate metabolic fatty acids may be hindered (Non-patent Document 3). It is expected to improve the efficiency and stability of the overall methane fermentation process by suppressing production of highly degradable intermediate metabolic fatty acids such as propionic acid or by high-efficiency decomposition technology. There is little knowledge about microorganisms, and no effective means has been found.

高級脂肪酸やプロピオン酸の蓄積を回避することにより、メタン発酵全体プロセスの性能の高効率化、安定化を図ることが期待されるが、複雑な微生物系であるメタン発酵の運転管理は、熟練したオペレーターの経験に頼っており、一旦、メタン生成が悪化すると原因の特定が難しく、回復するまでに長期間要するというのが現状である。   By avoiding the accumulation of higher fatty acids and propionic acid, it is expected to improve the efficiency and stability of the overall process of methane fermentation, but the operation management of methane fermentation, which is a complex microbial system, is skilled. Relying on the experience of the operator, once methane production deteriorates, it is difficult to identify the cause and it takes a long time to recover.

従って、有機性汚濁物質のメタン発酵処理において、脂質及び脂肪酸に関わる微生物菌濃度及び代謝活性に関する情報を把握し、その情報に基づいて的確な汚泥の脂質またはプロピオン酸分解能を評価し、フィードバック制御をしながら嫌気性処理を行う方法の開発が望まれている。   Therefore, in the methane fermentation treatment of organic pollutants, the information on the microorganism concentration and metabolic activity related to lipids and fatty acids is grasped, the accurate sludge lipid or propionic acid resolution is evaluated based on the information, and feedback control is performed. However, development of a method for anaerobic treatment is desired.

微生物の定量検出方法として従来の長期間の培養が必要なMPN法から、分子生物学的な手法を利用した標的の細菌を培養せずに環境試料から定量検出できる方法へと、より効率的な方法が発達してきた。例えば、目的の細菌遺伝子配列の特異的な部分に相補的な配列を持つオリゴヌクレオチドを作製し、これに蛍光色素をつけたDNAプローブを細胞内でハイブリダイゼーションするFISH(fluorescent in situ hybridization)法や、RNaseHとDNAプローブを利用したSSU(small subunit)rRNA酵素切断法、細菌遺伝子に特異的なプライマーを使用したリアルタイムPCR(polymerase chain reaction:ポリメラーゼ連鎖反応)法が挙げられる。   From the conventional MPN method, which requires long-term culture as a method for quantitative detection of microorganisms, to a method that enables quantitative detection from environmental samples without culturing target bacteria using molecular biological techniques. The method has developed. For example, the FISH (fluorescent in situ hybridization) method, in which an oligonucleotide having a sequence complementary to a specific portion of a target bacterial gene sequence is prepared and a DNA probe to which a fluorescent dye is attached, is hybridized in the cell. SSU (small subunit) rRNA enzyme cleavage method using RNaseH and DNA probe, and real-time PCR (polymerase chain reaction) method using primers specific to bacterial genes.

PCR法は複製連作反応ともいい、DNA鎖の特定部位のみを繰返し複製する反応で、微量のDNAを106倍程度まで増幅できる。リアルタイムPCR法は定量PCR法のひとつであり、PCR増幅産物の増加をリアルタイムでモニタリングし、解析する技術である。反応が終了してから電気泳動を行って増幅産物を確認する従来のPCR法に比べて、核酸の正確な定量ができ、迅速且つ簡便に解析可能であり、コンタミネーションの危険性も小さい等、多くの利点があるため、遺伝子発現定量解析(アレイデータやジーンノックダウンの評価等)、核酸の定性的解析(微生物、ウィルス核酸の検出等)、ジェノタイピング(変異解析、SNPs解析)等に活用されている。リアルタイムPCR法を適用することにより、汚泥等の環境試料中の少量菌群の定量検出も可能である。さらに、PCRの第一回目の反応に逆転写酵素を用いることにより、RNA(16SrRNA, mRNA etc.)からのcDNA増幅も行える(リアルタイムRT-PCR)。従って、同じプライマーセットで、特定微生物の菌数(DNA量)及び活性(RNA量)の定量が可能であり、試料の準備から測定、データ解析まで操作が簡単で、しかも短時間で多量検体の測定が可能であるため、応用範囲が広いと思われる。 PCR methods are known as replication replant reaction, a reaction that replicates repeatedly only a specific site of a DNA strand, a small amount of DNA can be amplified up to about 10 6 times. The real-time PCR method is one of quantitative PCR methods, and is a technique for monitoring and analyzing the increase of PCR amplification products in real time. Compared with the conventional PCR method in which the amplification product is confirmed by performing electrophoresis after the reaction is completed, the nucleic acid can be accurately quantified, can be analyzed quickly and easily, and the risk of contamination is small. Because it has many advantages, it is used for quantitative analysis of gene expression (evaluation of array data and gene knockdown, etc.), qualitative analysis of nucleic acids (detection of microorganisms, viral nucleic acids, etc.), genotyping (mutation analysis, SNPs analysis), etc. Has been. By applying the real-time PCR method, it is possible to quantitatively detect a small amount of bacteria in environmental samples such as sludge. Furthermore, by using reverse transcriptase in the first reaction of PCR, cDNA amplification from RNA (16SrRNA, mRNA etc.) can also be performed (real-time RT-PCR). Therefore, with the same primer set, the number of specific microorganisms (DNA amount) and activity (RNA amount) can be quantified, and the procedure from sample preparation to measurement and data analysis is simple, and a large number of samples can be prepared in a short time. Since the measurement is possible, the application range seems to be wide.

現在報告されている脂肪酸分解菌群を図1に示す。プロピオン酸分解菌群として、系統図上で離れたSyntrophobacter属菌群(a)や、Pelotomaculum属菌群(b)及びDesulfotomaculum属菌群(c)が挙げられる。また、プロピオン酸より炭素数を多く含む脂肪酸(C4〜C18)の分解能を持つ脂肪酸分解菌としてはSyntrophomonadaceae科菌群(d)があり、これらの菌群はメタン生成菌と共生した環境で、脂肪酸をβ酸化代謝経路によって分解し、水素と酢酸生成する酸生成菌である。この菌群は単離培養が困難であるため、高温メタン発酵系における生理特性に関する知見はほとんどない。高温条件下で単離された唯一の脂質及び高級脂肪酸分解菌株ThermosyntrophalipolyticaはこのSyntrophomonadaceae科菌群と近縁であることがわかった(非特許文献7)。また、高温の高級脂肪酸分解菌の集積培養体での微生物16S rRNA遺伝子情報を解析した結果からも、Syntrophomonadaceaeグループと近縁であることが分かった(非特許文献8)。
16S rRNA遺伝子を特異的に検出するDNAプローブを用いた高級脂肪酸分解菌の検出法が報告されている(非特許文献8、9)。しかし、試料の準備から測定完成までの操作が煩雑、定量には蛍光顕微鏡を用いて複数視野を計数して平均値を算出することが必要であるため、標的細菌の種類が増えると、労力と時間が非常にかかることが問題である。加えて、細胞内RNAをターゲットとしているため、プローブの細胞への進入効率により検出感度が影響され易い。
The fatty acid degrading bacteria group currently reported is shown in FIG. Examples of propionic acid degrading bacteria group include Syntrophobacter group (a), Pelotomaculum group (b) and Desulfotomaculum group (c) which are separated from each other on the systematic diagram. In addition, there are Syntrophomonadaceae family (d) as fatty acid-degrading bacteria with resolution of fatty acids (C4 to C18) that contain more carbon atoms than propionic acid, and these fungi are in an environment that coexists with methanogens. It is an acid-producing bacterium that decomposes by β-oxidation metabolic pathway to produce hydrogen and acetic acid. Since this bacterial group is difficult to isolate and culture, there is little knowledge about physiological characteristics in the high-temperature methane fermentation system. The only lipid and higher fatty acid-degrading strain Thermosyntrophalipolytica isolated under high temperature conditions was found to be closely related to this Syntrophomonadaceae family (Non-patent Document 7). Moreover, from the result of analyzing the microbial 16S rRNA gene information in the high-temperature higher fatty acid-degrading bacteria enriched culture, it was found to be closely related to the Syntrophomonadaceae group (Non-patent Document 8).
A method for detecting higher fatty acid degrading bacteria using a DNA probe that specifically detects the 16S rRNA gene has been reported (Non-patent Documents 8 and 9). However, the procedure from sample preparation to measurement completion is complicated, and for quantification, it is necessary to calculate the average value by counting multiple fields using a fluorescence microscope. The problem is that it takes a lot of time. In addition, since intracellular RNA is targeted, detection sensitivity is easily affected by the efficiency of probe entry into cells.

また、16S rRNA遺伝子を特異的に検出するプライマーを用いたプロピオン酸分解菌のPelotomaculum属とDesulfotomaculum属菌のクロニング解析用PCRプライマーが報告されている(非特許文献10)。しかし、これらのPCR増幅産物サイズは700bp以上であり、リアルタイムPCR機器(適用範囲100〜700bp)に適用できない。また、プライマーの特異性を検討した結果(図6)、メタン発酵汚泥中に良く存在している高級脂肪酸分解菌Syntrophomonadaceae科菌群や、セルロース分解菌JC3(非特許文献11)と炭水化物分解菌S2株(特許文献2)も検出されるため、プロピオン酸分解菌の特異的な検出法としては精度が不十分であり、利用できない。
特開2001-321792 片岡 直明、ハオ リンユン、宮 晶子、油脂含有汚濁物質の嫌気性処理方法及び処理システム 特願2006-099990 宮 晶子、下村 達夫、立澤 知子、ハオ リンユン、嫌気性微生物による有機性廃棄物の処理方法及び装置 チュウ・シュンホウ、李玉友、宮原高志、野池達也ら、土木学会論文集、No. 559/VII-2、第31〜38頁、1997年。 Sekiguchiら、Microbiology,144,pp.2655-2665、1998。 原田ら、環境工学研究論文集、第34巻、p327-336、1997。 Syutsuboら、Wat.Sci. Tech., 36, 391-398, 1997。 Uemura et al, Appl. Microbiol. Biotechnol., 39, 654-660, 1993。 Wiegant et al, Biotech. Bioeng., 27, 1603-1607,1985。 Vitalii Svetlitshnyi et al., Thermosyntropha lipolytica gen. Nov.,sp. nov., a Lipolytic, Anaerobic, Alkalitolerant, Thermophilic Bacterium Utilizing Short- and Long-Chain Fatty Acid in Syntrophic Coculture with a Methanogenic Archaeum, International Journal of systematic Bacteriology, 1996, Vol.46, No.10, p.1131-1137. 幡本将史、井町寛之、大橋晶良、原田秀樹、分子遺伝子学的手法を併用した嫌気高級脂肪酸分解共生細菌の分離の試み、2004、第38回日本水環境学会年会講演集、 p.241。 Kaare H. HANSEN et al., Quantification of Syntrophic Fatty Acid-beta-Oxidizing Bacteria in a Mesophilic Biogas by Oligonucleotide Probe Hybridization, Applied and Environmental Microbiology, 1999, Vol.65, p.4767-4774. Hiroyuki Imachi et al, No-sulfate-reducing, Syntrophic Bacteria Affiliated with DesulfotomaculumCluster I Are Widely Distributed in Methanogenic Environments, Applied and Environmental Microbiology, 2006,Vol.72, No.3, p.1〜12. 長屋由亀、珠坪一晃、宮 晶子、高温メタン発酵系における優占セルロース分解細菌の同定と検出、第37回水環境学会年会講演集p.282。
In addition, PCR primers for analyzing the cloning of propionic acid-degrading bacteria of the genus Pelotomaculum and Desulfotomaculum using a primer that specifically detects the 16S rRNA gene have been reported (Non-patent Document 10). However, these PCR amplification products have a size of 700 bp or more, and cannot be applied to real-time PCR equipment (application range: 100 to 700 bp). Moreover, as a result of examining the specificity of the primer (FIG. 6), the higher fatty acid-degrading bacterium Syntrophomonadaceae family group well present in methane fermentation sludge, the cellulose-degrading bacterium JC3 (Non-patent Document 11) and the carbohydrate-degrading bacterium S2 Since a strain (Patent Document 2) is also detected, the accuracy is insufficient as a specific detection method for propionic acid degrading bacteria, and it cannot be used.
JP 2001-321792 Naoaki Kataoka, Hao Lin Yun, Akiko Miya, Anaerobic treatment method and treatment system for oil-containing contaminants Japanese Patent Application 2006-099990 Akiko Miya, Tatsuo Shimomura, Tomoko Tachizawa, Hao Lin Yun, Method and apparatus for treating organic waste by anaerobic microorganisms Chu Shun-ho, Lee Yu-yu, Takashi Miyahara, Tatsuya Noike, et al., Japan Society of Civil Engineers, No. 559 / VII-2, 31-38, 1997. Sekiguchi et al., Microbiology, 144, pp.2655-2665, 1998. Harada et al., Environmental Engineering Research Journal, Vol. 34, p327-336, 1997. Syutsubo et al., Wat. Sci. Tech., 36, 391-398, 1997. Uemura et al, Appl. Microbiol. Biotechnol., 39, 654-660, 1993. Wiegant et al, Biotech. Bioeng., 27, 1603-1607, 1985. Vitalii Svetlitshnyi et al., Thermosyntropha lipolytica gen. Nov., sp. Nov., A Lipolytic, Anaerobic, Alkalitolerant, Thermophilic Bacterium Utilizing Short- and Long-Chain Fatty Acid in Syntrophic Coculture with a Methanogenic Archaeum, International Journal of systematic Bacteriology, 1996, Vol.46, No.10, p.1131-1137. Masafumi Enomoto, Hiroyuki Imachi, Akiyoshi Ohashi, Hideki Harada, Attempt to Isolate Anaerobic Higher Fatty Acid Degrading Symbiotic Bacteria Combined with Molecular Genetic Methods, 2004, Proceedings of the 38th Annual Meeting of Japan Society on Water Environment, p.241 . Kaare H. HANSEN et al., Quantification of Syntrophic Fatty Acid-beta-Oxidizing Bacteria in a Mesophilic Biogas by Oligonucleotide Probe Hybridization, Applied and Environmental Microbiology, 1999, Vol.65, p.4767-4774. Hiroyuki Imachi et al, No-sulfate-reducing, Syntrophic Bacteria Affiliated with DesulfotomaculumCluster I Are Widely Distributed in Methanogenic Environments, Applied and Environmental Microbiology, 2006, Vol.72, No.3, p.1-12. Yoshiya Nagaya, Kazuaki Suzutsubo, Akiko Miya, Identification and detection of dominant cellulose-degrading bacteria in high-temperature methane fermentation system, 37th Annual Conference of Japan Society on Water Environment p.282.

脂質の嫌気性分解(メタン発酵)におけるメタン生成悪化の原因として、上述した高級脂肪酸による酸発酵及びメタン生成過程の阻害並びに難分解性のプロピオン酸の蓄積が挙げられる。本発明では、脂肪酸の蓄積に関与する微生物群集の挙動に着目し、そのような微生物の菌濃度及び代謝活性のモニタリングによって、反応系内の脂肪酸分解能または脂肪酸蓄積状況を簡便且つ迅速に把握し、フィードバック制御することによる高効率な嫌気性処理方法の開発を目指す。   The cause of the deterioration of methane production in the anaerobic decomposition of lipids (methane fermentation) includes the above-described inhibition of acid fermentation and methane production by higher fatty acids and the accumulation of hardly decomposable propionic acid. In the present invention, paying attention to the behavior of microbial communities involved in fatty acid accumulation, by monitoring the concentration and metabolic activity of such microorganisms, easily and quickly grasp the fatty acid resolution or fatty acid accumulation status in the reaction system, We aim to develop a highly efficient anaerobic treatment method using feedback control.

従って、本発明の課題は、脂質の嫌気性分解における脂肪酸分解に関連する細菌の濃度及び代謝活性をモニタリングするための新規な手段を提供し、さらに、得られた結果をメタン発酵装置の適切な運転管理指標とするための方策を見出すことである。   Therefore, the object of the present invention is to provide a novel means for monitoring bacterial concentration and metabolic activity related to fatty acid degradation in anaerobic degradation of lipids, It is to find a measure to make it an operation management index.

上記課題を解決するため、本発明では、有機性廃棄物や廃水等のメタン発酵処理汚泥中に存在する酢酸以外の脂肪酸分解に関連する酸生成細菌を、分子生物学的手法を用いて定量的に検出する手段を提供する。   In order to solve the above problems, in the present invention, acid-producing bacteria related to fatty acid decomposition other than acetic acid present in methane fermentation-treated sludge such as organic waste and wastewater are quantitatively analyzed using molecular biological techniques. Provide a means to detect.

具体的には、酸生成細菌の16S rRNA遺伝子の特定の部分を標的とする定量PCRに適用するための新規なプライマー、及び、該プライマーを用いて、メタン発酵処理汚泥中に存在する特定の属または科の酸生成細菌を特異的に定量検出する方法を提供する。さらに、該プライマーを用いて、有機性廃棄物・廃水のメタン発酵処理汚泥中に存在する脂肪酸分解に関連する細菌のDNA及びRNAを経時的に定量検出することにより、菌濃度及び代謝活性をモニタリングし、その結果からメタン発酵微生物系全体における脂質及び脂肪酸の分解能を推定する方法を提供する。さらに、得られた結果をフィードバックして嫌気性処理装置の運転制御に利用する方法も提供する。

すなわち、本発明は以下の内容に関するものである。
(1)脂肪酸分解細菌を属または科レベルで分別的に定量検出するための下記(a)〜(d)に記載のいずれか一組のオリゴヌクレオチドを含むプライマーセット:
(a)Syntrophobacter属菌群をターゲットとした配列番号1の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号2の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド;
(b)Pelotomaculum属菌群をターゲットとした配列番号3の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号4の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド;
(c)Desulfotomaculum属菌群をターゲットとした配列番号5の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号6の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド;
(d)Syntrophomonadaceae科菌群をターゲットとした配列番号7の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号8の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド。

(2)上記(1)に記載のプライマーセットを用いたPCRにより、試料中の所定の属または科の脂肪酸分解細菌を検出する方法。
(3)試料がメタン発酵微生物系から採取された試料であることを特徴とする、(2)に記載の方法。
(4)メタン発酵微生物系を診断する方法であって、メタン発酵微生物系から採取された試料を対象にして、上記(a)〜(d)のプライマーセットのいずれか1つ以上を用いた定量PCRを行って、該メタン発酵微生物系における所定の脂肪酸分解細菌群を検出することを含む、前記診断方法。
(5)定量PCRとしてリアルタイムPCRを行って、メタン発酵微生物系における所定の脂肪酸分解菌群の菌数及び/または活性を経時的にモニタリングし、そのモニタリング結果から該メタン発酵微生物系のメタン生成能を予測することを含む、(4)に記載の方法。
(6)上記(a)〜(c)のプライマーセットのいずれか1つ以上を用いた定量PCRを行って、メタン発酵微生物系におけるプロピオン酸分解に係わる所定の酸生成細菌の菌数及び/または活性を定量し、その定量結果から該メタン発酵微生物系のプロピオン酸分解能を推定することを含む、(4)に記載の方法。
(7)上記(a)及び(d)のプライマーセットのいずれか1つ以上を用いたリアルタイムPCRを行って、メタン発酵微生物系における脂質分解に係わる所定の酸生成細菌の菌数及び/または活性を経時的にモニタリングし、そのモニタリング結果から該メタン発酵微生物系の脂質分解能を予測することを含む、(4)に記載の方法。
(8)メタン発酵微生物系から採取された試料を対象にして、上記(a)〜(d)のプライマーセットのいずれか1つ以上を用いた定量PCRを行って、該メタン発酵微生物系における所定の脂肪酸分解細菌群の優占状況を調べ、該メタン発酵微生物系にとって有用と思われる菌を推定し、該有用と思われる菌の菌数と活性を制御することを特徴とする、嫌気性処理方法。
(9)メタン発酵微生物系から採取された試料を対象にして、上記(a)〜(d)のプライマーセットのいずれか1つ以上を用いたリアルタイムPCRを行って、該メタン発酵微生物系における所定の脂肪酸分解菌群の菌体当たりの活性を経時的にモニタリングし、そのモニタリング結果から該メタン発酵微生物系にとって適切な運転制御条件を予測し、該適切な制御条件を実施することを特徴とする、嫌気性処理方法。
Specifically, a novel primer for application to quantitative PCR targeting a specific part of the 16S rRNA gene of acid-producing bacteria, and a specific genus present in methane fermentation-treated sludge using the primer. Alternatively, a method for quantitatively detecting acid-producing bacteria of a family is provided. Furthermore, by using this primer, the bacterial concentration and metabolic activity are monitored by quantitatively detecting bacterial DNA and RNA related to fatty acid degradation over time in the methane fermentation sludge of organic waste and wastewater. The results provide a method for estimating the resolution of lipids and fatty acids in the entire methane-fermenting microbial system. Furthermore, the method of feeding back the obtained result and using it for operation control of an anaerobic processing apparatus is also provided.

That is, the present invention relates to the following contents.
(1) Primer set containing any one set of oligonucleotides described in the following (a) to (d) for differentially and quantitatively detecting fatty acid degrading bacteria at the genus or family level:
(A) an oligonucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 targeting the Syntrophobacter genus group or a nucleotide sequence substantially homologous thereto, and an oligonucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or a nucleotide sequence substantially homologous thereto nucleotide;
(B) an oligonucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 targeting the Pelotomaculum genus or a nucleotide sequence substantially homologous thereto, and an oligonucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 or a nucleotide sequence substantially homologous thereto nucleotide;
(C) an oligonucleotide having the base sequence of SEQ ID NO: 5 or a base sequence substantially homologous thereto, and an oligonucleotide having the base sequence of SEQ ID NO: 6 or a base sequence substantially homologous thereto, targeting the genus Desulfotomaculum nucleotide;
(D) an oligonucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7 targeting the Syntrophomonadaceae family, or a nucleotide sequence substantially homologous thereto, and an oligonucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 8 or a nucleotide sequence substantially homologous thereto nucleotide.

(2) A method for detecting a fatty acid-degrading bacterium of a predetermined genus or family in a sample by PCR using the primer set described in (1) above.
(3) The method according to (2), wherein the sample is a sample collected from a methane fermentation microbial system.
(4) A method for diagnosing a methane-fermenting microbial system, wherein a sample collected from the methane-fermenting microbial system is used as a target, and quantification using any one or more of the primer sets (a) to (d) above. The diagnostic method comprising performing PCR and detecting a predetermined group of fatty acid-degrading bacteria in the methane-fermenting microbial system.
(5) Real-time PCR is performed as quantitative PCR, and the number and / or activity of a predetermined fatty acid-degrading bacterium group in the methane-fermenting microbial system is monitored over time. The method according to (4), including predicting.
(6) Quantitative PCR using any one or more of the primer sets (a) to (c) above, and the number of predetermined acid-producing bacteria involved in propionic acid degradation in the methane fermentation microorganism system and / or The method according to (4), comprising quantifying activity and estimating the propionic acid resolution of the methane-fermenting microbial system from the quantification result.
(7) Performing real-time PCR using any one or more of the primer sets of (a) and (d) above, and the number and / or activity of predetermined acid-producing bacteria involved in lipid degradation in the methane fermentation microorganism system The method according to (4), comprising monitoring the aging over time and predicting the lipid resolution of the methane-fermenting microbial system from the monitoring results.
(8) Quantitative PCR using any one or more of the primer sets (a) to (d) above is performed on a sample collected from the methane fermentation microorganism system, and a predetermined in the methane fermentation microorganism system is obtained. An anaerobic treatment characterized in that the predominance of fatty acid-degrading bacteria group is investigated, bacteria that are considered useful for the methane fermentation microorganism system are estimated, and the number and activity of the bacteria that are considered useful are controlled. Method.
(9) Real-time PCR using any one or more of the primer sets (a) to (d) above is performed on a sample collected from the methane fermentation microorganism system, and the predetermined in the methane fermentation microorganism system is performed. Monitoring the activity per cell of the fatty acid-degrading bacteria group over time, predicting appropriate operation control conditions for the methane fermentation microbial system from the monitoring results, and implementing the appropriate control conditions Anaerobic treatment method.

本発明により、有機性廃棄物や廃水等のメタン発酵処理汚泥中に存在する脂肪酸分解に関連する嫌気性細菌について、長期間培養することなく、属または科レベルでの特異的な検出と定量が可能となった。特に、これまで知見の乏しかった高温メタン発酵系の微生物、中でも、油脂含有廃棄物や廃水等からのメタン生成効率に影響を及ぼすと考えられる、高級脂肪酸やプロピオン酸の分解を担う細菌について、本発明により初めて、十分な精度で検出することができるようになった。さらに、リアルタイムPCRを用いて検出及び定量を実施することで、脂肪酸分解に関連する細菌の挙動を処理現場で経時的にモニタリングすることができる。   According to the present invention, anaerobic bacteria related to fatty acid degradation present in methane fermentation-treated sludge such as organic waste and wastewater can be specifically detected and quantified at the genus or family level without culturing for a long time. It has become possible. This is especially true for microorganisms of high-temperature methane fermentation systems that have been lacking in knowledge, especially bacteria responsible for the degradation of higher fatty acids and propionic acid, which are thought to affect methane production efficiency from oil-containing waste and wastewater. For the first time, the invention allows detection with sufficient accuracy. Furthermore, by performing detection and quantification using real-time PCR, the behavior of bacteria related to fatty acid degradation can be monitored over time at the processing site.

このようなメタン発酵処理汚泥中に存在する脂肪酸分解に関連する細菌をモニタリングすることにより、メタン生成阻害要因となる中間代謝産物の蓄積を予測することができる。そして、予測結果に基き、阻害要因となる中間代謝産物の蓄積を抑制することにより、メタン発酵プロセス全体の高効率化及び安定化を図ることができる。   By monitoring bacteria related to fatty acid degradation present in such methane fermentation-treated sludge, accumulation of intermediate metabolites that are factors that inhibit methane production can be predicted. And based on a prediction result, the efficiency and stabilization of the whole methane fermentation process can be aimed at by suppressing the accumulation | storage of the intermediate metabolite used as an obstruction factor.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

1. 脂肪酸分解細菌
本明細書において、脂肪酸分解細菌(脂肪酸分解菌)とは酢酸以外の脂肪酸分解に関連する細菌を指す。現在報告されている脂肪酸分解菌群を図1に示す(上述の背景技術の説明も参照されたい)。
1. Fatty acid-degrading bacterium In the present specification, a fatty acid-degrading bacterium (fatty acid-degrading bacterium) refers to a bacterium that is involved in fatty acid decomposition other than acetic acid. The currently reported group of fatty acid-degrading bacteria is shown in FIG. 1 (see also the above description of the background art).

本発明が対象とする脂肪酸分解細菌は、主として、有機性廃棄物や廃水等のメタン発酵処理系において存在が知られている酸生成菌の一部である。メタン発酵処理系に存在する脂肪酸として、本発明ではメタン生成阻害要因となる中間代謝産物と考えられるものに着目しているため、具体的には、高級脂肪酸、及び特に高温メタン発酵において蓄積しやすいプロピオン酸が重要である。従って、本発明の一部の態様では、脂肪酸分解細菌としては、プロピオン酸分解菌及び高級脂肪酸分解菌を対象とする。   The fatty acid-degrading bacteria targeted by the present invention are mainly some acid-producing bacteria known to exist in methane fermentation treatment systems such as organic waste and wastewater. In the present invention, since fatty acids present in the methane fermentation treatment system focus on what is considered to be an intermediate metabolite that becomes a methane production inhibiting factor, specifically, higher fatty acids, and in particular, high-temperature methane fermentation tends to accumulate. Propionic acid is important. Therefore, in some aspects of the present invention, the fatty acid-degrading bacteria are targeted to propionic acid-degrading bacteria and higher fatty acid-degrading bacteria.

本発明のさらに具体的な態様では、高温メタン発酵におけるプロピオン酸分解菌及び高級脂肪酸分解菌の代表的なものとして、次の菌群を対象とする。すなわち、プロピオン酸分解細菌としては、(a)Syntrophobacter属菌群;(b)Pelotomaculum属菌群;(c)Desulfotomaculum属菌群であり、高級脂肪酸分解菌としては、(d)Syntrophomonadaceae科菌群である。 In a more specific aspect of the present invention, the following fungal groups are targeted as representatives of propionic acid degrading bacteria and higher fatty acid degrading bacteria in high-temperature methane fermentation. That is, as propionic acid degrading bacteria, (a) Syntrophobacter genus group; (b) Pelotomaculum genus group; (c) Desulfotomaculum genus group, and higher fatty acid degrading bacteria as (d) Syntrophomonadaceae family is there.

上述の「プロピオン酸分解菌」及び「高級脂肪酸分解菌」という呼称は便宜的なものであり、これらの細菌が専らプロピオン酸あるいは高級脂肪酸のみを分解するという意味ではない。   The names “propionic acid-degrading bacterium” and “higher fatty acid-degrading bacterium” described above are convenient, and do not mean that these bacteria exclusively decompose only propionic acid or higher fatty acid.

通常の脂肪酸には、炭素数の少ない、典型的には炭素数11未満の「低級(短鎖)脂肪酸」(例えば、酪酸、吉草酸、カプロン酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸等)と、炭素数の多い、典型的には炭素数11以上の「高級脂肪酸」がある。高級脂肪酸としては、例えば、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸等の飽和脂肪酸、オレイン酸、エライジン酸、セトレイン酸、エルカ酸、ブラシジン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、ステアロール酸などの不飽和脂肪酸、及びこれらの混合物が挙げられる。Syntrophomonadaceae科菌群は、炭素数18の高級脂肪酸から炭素数4までの低級脂肪酸を分解する基質資化性を持っている。一方、Syntrophobacter属菌群が炭素数11以下の低級脂肪酸を分解する基質資化性も持っているので、プロピオン酸分解菌として限定しない。

2. 本発明のプライマー
本発明においては、脂肪酸分解細菌の16SrRNAに由来する核酸の存在に対してPCR法(ポリメラーゼ連鎖反応)を介して特異的に定量検出することを特徴とする。ここで、「16SrRNAに由来する」核酸とは16SrRNA遺伝子である16SrDNA、及び蛋白質の合成工場であるリボソーム(ribosome)小サブユニットを構成するRNAである16SrRNAの両方またはいずれか一方に由来するものを意味する。PCR法を介して特異的に定量検出するとは、具体的には、特定のプライマーを用いて、定量PCRを行い、脂肪酸分解細菌の16SrRNA遺伝子中の特定の塩基配列を増幅し、その増幅産物を定量的に検出することにより、もとの試料中の16SrDNAあるいは16SrRNAを定量的に検出することである。
Ordinary fatty acids include “lower (short chain) fatty acids” (eg, butyric acid, valeric acid, caproic acid, pelargonic acid, capric acid, undecylic acid, etc.) that have fewer carbon atoms, typically less than 11 carbon atoms. There are “higher fatty acids” with high carbon numbers, typically 11 or more carbon atoms. Examples of the higher fatty acid include lauric acid, tridecylic acid, myristic acid, pentadecylic acid, palmitic acid, heptadecylic acid, stearic acid, nonadecanoic acid, arachidic acid, behenic acid, lignoceric acid, serotic acid, heptacosanoic acid, montanic acid, melicin Examples thereof include saturated fatty acids such as acids and laccelic acids, unsaturated fatty acids such as oleic acid, elaidic acid, celetic acid, erucic acid, brassic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, stearic acid, and mixtures thereof. The Syntrophomonadaceae family of bacteria has substrate assimilability that degrades higher fatty acids having 18 carbon atoms to lower fatty acids having 4 carbon atoms. On the other hand, since the Syntrophobacter genus group also has substrate-assimilating ability to degrade lower fatty acids having 11 or less carbon atoms, it is not limited to propionic acid-degrading bacteria.

2. Primer of the present invention The present invention is characterized in that the presence of a nucleic acid derived from 16S rRNA of a fatty acid-degrading bacterium is specifically quantitatively detected through a PCR method (polymerase chain reaction). Here, the nucleic acid “derived from 16S rRNA” is derived from 16S rRNA, which is a 16S rRNA gene, and 16S rRNA, which is RNA constituting a ribosome small subunit that is a protein synthesis factory. means. Specifically, quantitative detection via PCR is performed by performing quantitative PCR using specific primers, amplifying a specific base sequence in the 16S rRNA gene of fatty acid degrading bacteria, and By quantitatively detecting, 16S rDNA or 16S rRNA in the original sample is quantitatively detected.

本発明において使用されるプライマーは、所定のPCR条件下で、脂肪酸分解細菌のうち、プロピオン酸分解細菌(a)Syntrophobacter属菌群;(b)Pelotomaculum属菌群;(c)Desulfotomaculum属菌群と高級脂肪酸分解菌(d)Syntrophomonadaceae科菌群由来の16SrDNAにはアニールできるが、それと同一の条件下では、真正細菌及びその他のメタン生成細菌由来の16S rDNAにはアニールしないような塩基配列を有するように設計された。また、これらのプライマーは、嫌気性処理現場での脂肪酸分解細菌群の迅速なモニタリング手段として使用できるように、リアルタイムPCR法に適用可能な定量検出用プライマーとして設計された。 Primers used in the present invention are, under predetermined PCR conditions, among fatty acid degrading bacteria, propionic acid degrading bacteria (a) Syntrophobacter group; (b) Pelotomaculum group; (c) Desulfotomaculum group Higher fatty acid-degrading bacteria (d) It can anneal to 16S rDNA from Syntrophomonadaceae family, but under the same conditions, it has a base sequence that does not anneal to 16S rDNA from eubacteria and other methanogens Designed. In addition, these primers were designed as quantitative detection primers applicable to the real-time PCR method so that they can be used as a means for rapid monitoring of fatty acid-degrading bacteria in anaerobic treatment sites.

プライマーの設計は概ね次のような手法に従って行った。まず、GenBank等のデータベースや文献等に公開されている配列情報から、(a)Syntrophobacter属菌群;(b)Pelotomaculum属菌群;(c)Desulfotomaculum属菌群;(d)Syntrophomonadaceae科菌群のそれぞれの菌群の16S rDNAの塩基配列を取得し、これらの塩基配列を他の真正細菌及びメタン生成細菌由来の16S rDNAと比較して、対象とする各菌群に特異的な領域を特定した。領域の特定は、リアルタイムPCR機器に適用できるように、100bp〜700bpとなるように行なった。そして特定された領域の塩基配列を基にプライマーの対(Forwardプライマー: F と Reverse プライマー: Rからなるプライマーセット)を設計し、代表的な純菌株のDNA抽出液またはその16S rDNA全長増幅産物、次いで実際の汚泥試料のDNA抽出液をテンプレートとして用い、リアルタイムPCRを行い、検出の特異性及び反応効率を検討した。対象とする脂肪酸分解細菌群に対する特異性が確認されたものを、次の(a)〜(d)の検出用プライマーセットとして得た。
(a)配列番号1(SYN330F 5' TTCGGGTTGTAAAGCTCGTC 3')及び配列番号2(SYN575R 5' CTCCAGCACTCAAGACGAACA 3')の各塩基配列からなる一組のオリゴヌクレオチドからなるプライマーセット。このプライマーセットによると、プロピオン酸分解細菌Syntrophobacter属細菌16S rDNAのうち、代表的なSyntrophobacter wolinii(Accession No.X70905, 16SrDNA全長塩基数約1427個)においては、5’末端側から数えた塩基位置で330番目〜575番目の領域に相当する246塩基数の断片が増幅される。
(b)配列番号3(Pelot255F 5' GGGAACCCGCTGACA 3')及び配列番号4(Pelot525R 5' CGGGGCTTCCTCCTCA 3')の各塩基配列からなる一組のオリゴヌクレオチドからなるプライマーセット。このプライマーセットによると、プロピオン酸分解細菌Pelotomaculum属細菌16S rDNAのうち、代表的なPelotomaculum thermopropionicumstrain SI(Accession No.AB035723, 16SrDNA全長塩基数約1532個)においては、5’末端側から数えた塩基位置で255番目〜525番目の領域に相当する271塩基数の断片が増幅される。
(c)配列番号5 (DFM 628F 5' CAAGAAGTCAGGGGTGAAATACC 3')及び配列番号6 (DFM 1176R 5' CGCTGGCAACTAACCGTAG 3')の各塩基配列からなる一組のオリゴヌクレオチドからなるプライマーセット。このプライマーセットによると、プロピオン酸分解細菌Desulfotomaculum属細菌16S rDNAのうち、代表的なDesulfotomaculumthermobenzoicum(Accession No.AY007190, 16SrDNA全長塩基数約1551個)においては、5’末端側から数えた塩基位置で628番目〜1176番目の領域に相当する549塩基数の断片が増幅される。
(d)配列番号7(SYM373F 5' GAAGGCGGCTTTCTGGACTGACC 3')及び配列番号8(SYM788R 5' CCCGTTAGCAACTAACAGC 3')の各塩基配列からなる一組のオリゴヌクレオチドからなるプライマーセット。このプライマーセットによると、脂肪酸分解細菌Syntrophomonadaceae科菌16S rDNAのうち、代表的な高温パルミチン酸分解菌Uncultured clone TPA(Accession No.AB232551, 16SrDNA全長塩基数約1246個)においては、5’末端側から数えた塩基位置で373番目〜788番目の領域に相当する416塩基数の断片が増幅される。
Primers were designed according to the following method. First, from sequence information published in databases such as GenBank and literature, (a) Syntrophobacter genus group; (b) Pelotomaculum genus group; (c) Desulfotomaculum genus group; (d) Syntrophomonadaceae family group The base sequences of 16S rDNA of each fungal group were obtained, and these base sequences were compared with 16S rDNA derived from other eubacteria and methanogens to identify regions specific to each target fungus group. . The region was specified to be 100 bp to 700 bp so that it could be applied to a real-time PCR instrument. A primer pair (a primer set consisting of a forward primer: F and a reverse primer: R) is designed based on the base sequence of the specified region, and a DNA extract of a representative pure strain or its 16S rDNA full-length amplification product, Next, real-time PCR was performed using a DNA extract of an actual sludge sample as a template, and the detection specificity and reaction efficiency were examined. What the specificity with respect to the fatty-acid-decomposing bacteria group made into the object was confirmed was obtained as a detection primer set of the following (a)-(d).
(A) A primer set consisting of a set of oligonucleotides each consisting of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 1 (SYN330F 5 ′ TTCGGGTTGTAAAGCTCGTC 3 ′) and SEQ ID NO: 2 (SYN575R 5 ′ CTCCAGCACTCAAGACGAACA 3 ′). According to this primer set, among the propionic acid degrading bacteria Syntrophobacter genus bacteria 16S rDNA, in the representative Syntrophobacter wolinii (Accession No. X70905, 16SrDNA full-length base number about 1427), at the base position counted from the 5 ′ end side A fragment of 246 bases corresponding to the 330th to 575th region is amplified.
(B) A primer set consisting of a pair of oligonucleotides consisting of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 3 (Pelot255F 5 ′ GGGAACCCGCTGACA 3 ′) and SEQ ID NO: 4 (Pelot525R 5 ′ CGGGGCTTCCTCCTCA 3 ′). According to this primer set, among the propionic acid-degrading bacteria Pelotomacum genus bacteria 16S rDNA, the bases counted from the 5 ′ end in the representative Pelotomaculum thermopropionicum strain SI (Accession No. AB035723, 16SrDNA full-length base number about 1532) A fragment of 271 bases corresponding to the 255th to 525th region at the position is amplified.
(C) A primer set consisting of a pair of oligonucleotides consisting of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 5 (DFM 628F 5 ′ CAAGAAGTCAGGGGTGAAATACC 3 ′) and SEQ ID NO: 6 (DFM 1176R 5 ′ CGCTGGCAACTAACCGTAG 3 ′). According to the primer set, among the propionic acid degrading bacteria Desulfotomaculum bacteria 16S rDNA, in a typical Desulfotomaculumthermobenzoicum (Accession No.AY007190, about 1551 pieces 16SrDNA full length bases), a base position counted from the 5 'end 628 A fragment of 549 bases corresponding to the 1st to 1176th region is amplified.
(D) A primer set consisting of a set of oligonucleotides consisting of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 7 (SYM373F 5 ′ GAAGGCGGCTTTCTGGACTGACC 3 ′) and SEQ ID NO: 8 (SYM788R 5 ′ CCCGTTAGCAACTAACAGC 3 ′). According to this primer set, among the fatty acid-degrading bacteria Syntrophomonadaceae family 16S rDNA, in the typical high-temperature palmitic acid-degrading bacterium Uncultured clone TPA (Accession No. AB232551, 16SrDNA full-length base number about 1246) from the 5 ′ end side A fragment of 416 bases corresponding to the 373rd to 788th regions is amplified at the counted base positions.

ただし、実際に利用する場合、上記に記載した塩基配列と100%の相同性を持つものである必要はない。これらの配列と1〜6塩基の違いがあり、実質的にターゲット菌種遺伝子との反応効率や特異性の変化がない塩基配列を有するオリゴヌクレオチドも、検出用プライマーとして同様に利用できる。本明細書では、このような塩基配列を「実質的に相同な塩基配列」という。従って、上述の配列番号で示された塩基配列中の1〜6個の塩基(場合により、より好ましくは1〜3個の塩基、さらに好ましくは1〜2個の塩基)が欠失あるいは他の塩基で置換または付加されていても、所定のPCR条件下で各菌群の16S rDNAにアニールでき、それと同一の条件下ではその他の真正細菌及びメタン生成古細菌由来の16S rDNAにはアニールせず、その結果、上述の16S rDNAの特定領域を特異的に増幅可能であるようなオリゴヌクレオチドも、「実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド」として本発明のプライマーに包含される。   However, when actually used, it is not necessary to have 100% homology with the base sequence described above. Oligonucleotides having a base sequence that differs from these sequences by 1 to 6 bases and has substantially no change in reaction efficiency and specificity with the target bacterial species gene can also be used as detection primers. In the present specification, such a base sequence is referred to as a “substantially homologous base sequence”. Accordingly, 1 to 6 bases (in some cases, more preferably 1 to 3 bases, and further preferably 1 to 2 bases) in the base sequence represented by the above SEQ ID NO are deleted or other Even if it is substituted or added with a base, it can anneal to 16S rDNA of each fungus group under the predetermined PCR conditions, but it does not anneal to 16S rDNA derived from other eubacteria and methanogenic archaea under the same conditions. As a result, such an oligonucleotide that can specifically amplify the specific region of the 16S rDNA is also included in the primer of the present invention as an “oligonucleotide having a substantially homologous base sequence”.

本発明のプライマーで検出される脂肪酸分解細菌の種類を図2〜5に示す。(菌の系統図とプライマーの名称については、図1も参照されたい。)Syntrophobacter属、Pelotomaculum属、Desulfotomaculum属、Syntrophomonadaceae科のそれぞれの脂肪酸分解細菌のDNAまたはRNAを属または科レベルで分別的に定量検出することができていることがわかる。本明細書において「属または科レベルで分別的に定量検出する」とは、所定の属または科に分類される細菌を特異的に検出できることを意味する。ここで「特異的」という用語は、検出対象の範囲が、所定の属または科に分類される菌群のターゲットDNAまたはRNAに対して包括性を有し、他の属または科の対応DNAまたはRNAに対して充分な排他性を有することを意味する。ただし、それら包括性及び排他性は、完全な包括性及び排他性を意味するものではなく、本法の有用性を損なわない程度の実質的な包括性及び排他性を意味する。従って、「特異的」な検出には、脂肪酸分解能を持つ所定の属または科の細菌の代表的な菌群と表現形質が非常に類似し、系統分類学的位置が非常に近い属または科の細菌を検出できる場合も含まれる場合がある。例えば、Syntrophobacter属菌群をターゲットにするプライマーセット(a)では、属名が異なるが、脂肪酸分解能を持つ二種類のSyntrophobacter属菌群(図2、レーン9、11)及びSmithella propionica(図2、レーン8)を検出できる。従って、汚泥の脂肪酸分解能の変化がなく、このプライマーセットの検出範囲内での優占菌種が変化しても、汚泥の脂肪酸分解能と相関する分解菌としての検出が可能である。Pelotomaculum属菌群をターゲットにするプライマーセット(b)では、Desulfotomaculumクラスターに属する硫酸還元能を持っていないプロピオン酸分解菌群を特異的に検出でき、硫酸還元菌との分別ができる。このプライマーセットを用いた検出により、硫酸還元能を持っていないプロピオン酸分解菌群が優占化していることが判明した場合、反応系におけるプロピオン酸分解能を高めるためには、硫酸塩を添加する手段ではなく、フマル酸等の添加が有効であると考えられる。Desulfotomaculum属菌群をターゲットにするプライマーセット(c)では、Pelotomaculum属菌群と区別して硫酸還元能を持つプロピオン酸分解菌群の検出ができる。この菌群が優占化した反応系では、適当な硫酸塩の添加によって、プロピオン酸分解能を高める制御方法が有効であることが予測できる。Syntrophomonadaceae科菌群をターゲットにするプライマーセット(d)では、従来から報告されている中温の脂肪酸分解細菌Syntrophomonas wolfeiiSyntrophomonassapovoransSyntrothermorus lipocalidus、及び高温の脂肪酸分解細菌 Thermosyntropha lypolyticaが検出可能であり、さらに、単離できない中温及び高温の高級脂肪酸分解菌群Clone MPA、 MOL、 MLI及びTPA、TST、TOLも網羅している。この検出法によって、既知の高級脂肪酸分解菌のほぼ全体をモニタリングすることが実現できる。


3. 定量PCR
本発明のプライマーは通常のPCRにも適用可能であるが、定量PCR(Quantitative polymerase chain reaction:Q-PCR)に適用するのが好適である。本発明のプライマーを用いて、脂肪酸分解細菌を、様々な微生物を含有する試料から培養操作を行うことなく、特異的に検出することができる。本発明のプライマーを適用して脂肪酸分解細菌の検出を行う試料としては、脂肪酸分解細菌が存在する可能性があれば特に限定されない。脂肪酸分解細菌が存在する可能性がある試料の例として、本発明の好適な実施態様に関連が深いものは、有機物の嫌気性分解が生じていると思われる系に由来する試料であり、例えば、各種廃棄物の嫌気性処理汚泥または排水(メタン発酵微生物系)を採取したもの、そのような汚泥または排水からの集積培養等が挙げられる。
Types of fatty acid degrading bacteria detected with the primer of the present invention are shown in FIGS. (For the names of the system diagram and primers bacteria, FIG see also.) Syntrophobacter genus Pelotomaculum genus Desulfotomaculum genus fractionally in each fatty acid degradation bacterial DNA or RNA to genus or family level Syntrophomonadaceae family It can be seen that quantitative detection is possible. In the present specification, “quantitative and quantitative detection at the genus or family level” means that bacteria classified into a predetermined genus or family can be specifically detected. Here, the term “specific” means that the range of the detection target is comprehensive to the target DNA or RNA of a fungus group classified into a predetermined genus or family, and the corresponding DNA or RNA of another genus or family It means having sufficient exclusivity to RNA. However, such comprehensiveness and exclusivity do not mean complete inclusiveness or exclusivity, but substantial inclusiveness and exclusivity that does not impair the usefulness of the Act. Thus, for “specific” detection, phenotypes or families of a given genus or family with a fatty acid resolution are very similar in phenotypic trait to a representative group of bacteria of a given genus or family and have a close phylogenetic location. In some cases, bacteria can be detected. For example, in the primer set (a) targeting the Syntrophobacter genus group, two types of Syntrophobacter genus groups (Fig. 2, lanes 9 and 11) having different genus names but having a fatty acid resolving power and Smithella propionica (Fig. 2, Lane 8) can be detected. Therefore, even if the dominant bacterial species within the detection range of this primer set is changed without changing the fatty acid resolution of sludge, it can be detected as a degrading bacterium that correlates with the fatty acid resolution of sludge. With the primer set (b) targeting the Pelotomaculum genus group, the propionate-degrading bacterium group having no sulfate reducing ability belonging to the Desulfotomaculum cluster can be specifically detected, and can be separated from the sulfate-reducing bacteria. When detection using this primer set reveals that propionic acid-degrading bacteria that do not have sulfate-reducing ability are dominant, sulfate is added to increase the propionic acid resolution in the reaction system. It is considered that addition of fumaric acid or the like is effective, not a means. With the primer set (c) targeting the Desulfotomaculum genus group, it is possible to detect the propionic acid-degrading bacterium group having the ability to reduce sulfate as distinguished from the Pelotomaculum genus group. In a reaction system in which this fungal group is dominant, it can be predicted that a control method for increasing the propionic acid resolution by adding an appropriate sulfate is effective. The primer set (d) targeting the Syntrophomonadaceae family can detect the medium-temperature fatty acid-degrading bacteria Syntrophomonas wolfeii , Syntrophomonassapovorans , Syntrothermorus lipocalidus , and the high-temperature fatty acid-degrading bacterium Thermosyntropha lypolytica , It also covers the medium and high temperature higher fatty acid-degrading bacteria Clone MPA, MOL, MLI and TPA, TST, TOL that cannot be isolated. By this detection method, it is possible to monitor almost all of the known higher fatty acid degrading bacteria.


3. Quantitative PCR
Although the primer of this invention is applicable also to normal PCR, it is suitable to apply to quantitative PCR (Quantitative polymerase chain reaction: Q-PCR). Using the primer of the present invention, fatty acid-degrading bacteria can be specifically detected from a sample containing various microorganisms without performing a culture operation. The sample for detecting fatty acid degrading bacteria by applying the primer of the present invention is not particularly limited as long as there is a possibility that fatty acid degrading bacteria exist. As an example of a sample in which fatty acid degrading bacteria may be present, those closely related to the preferred embodiment of the present invention are samples derived from a system in which anaerobic degradation of organic substances is suspected, for example, Examples include anaerobic treated sludge or wastewater (methane fermentation microorganism system) collected from various wastes, and accumulation culture from such sludge or wastewater.

PCR増幅の鋳型としては、試料中に含有される微生物の核酸(DNA、またはRT-PCRの場合はRNA)を抽出したものを用いる。核酸の抽出は当業者であれば種々の公知の方法に従って、あるいは市販のキット等を用いて、容易に行うことができる(例えば、Miller,t.L.,Evaluation and Optimization of DNA Extraction and Purification Proceduresfor Soil and Sediment Samples, Appl. Environ. Microbiol., 65: 4715-4724, 1999;またはQIAGEN 社のRNA protect Bacteria ReagentとRNeasy(登録商標) Mini Kit の操作マニュアル)。微生物DNAの安定性は高く、取り扱い易いため、ルーチン的に採取し、冷凍保存した試料からの抽出が簡単にできる。DNAの抽出方法としては、一般的なフェノール/クロロホルムーエタノール沈殿法も利用できるし、市販のDNA抽出用キットやDNA抽出装置でも迅速且つ簡単に使える。一方、微生物RNAは分解され易いため、新鮮試料(24時間)からの抽出が望ましいが、市販のRNA安定剤を添加して、冷凍保存した試料からの抽出も可能である。また、RT-PCR法によりRNAを増幅でき、RNAの検出感度が高くなることによって、少々分解されたRNA液からターゲット菌の検出も可能になる。従って、試料は採取後、保存及び利用の便宜のために、試料中に含まれる核酸が極度に破損、変性、分解、または消失されない条件下で任意の処理(粉砕、分離、濾過等)をしたものであってもよい。   As a template for PCR amplification, a nucleic acid extracted from a microorganism (DNA or RNA in the case of RT-PCR) contained in a sample is used. Nucleic acid extraction can be easily performed by those skilled in the art according to various known methods or using commercially available kits (for example, Miller, tL, Evaluation and Optimization of DNA Extraction and Purification Procedures for Soil and Sediment Samples, Appl. Environ. Microbiol., 65: 4715-4724, 1999; or QIAGEN RNA protect Bacteria Reagent and RNeasy® Mini Kit operating manual). Because microbial DNA is highly stable and easy to handle, it can be easily extracted from samples collected and stored frozen. As a DNA extraction method, a general phenol / chloroform-ethanol precipitation method can be used, and a commercially available DNA extraction kit or DNA extraction apparatus can be used quickly and easily. On the other hand, since microbial RNA is easily degraded, extraction from a fresh sample (24 hours) is desirable, but extraction from a sample stored frozen by adding a commercially available RNA stabilizer is also possible. In addition, RNA can be amplified by the RT-PCR method, and the detection sensitivity of RNA becomes high, so that target bacteria can be detected from a slightly degraded RNA solution. Therefore, after collection, for the convenience of storage and use, the sample was subjected to any treatment (pulverization, separation, filtration, etc.) under the conditions that the nucleic acid contained in the sample is not severely damaged, denatured, degraded, or lost. It may be a thing.

定量PCRはその産物を迅速に定量できる、PCRの改良型である。これは DNA、cDNA または RNA の増幅が行われる前の総量を間接的に測る方法である。そして通常は目的の遺伝子配列が存在するかどうか、何コピー存在するのかを確かめる目的で利用される。定量PCRの方法として、アガロースゲル電気泳動、SYBRグリーン(二重鎖DNA染色)、蛍光プローブのうちのどれかがよく利用される。後者2つはリアルタイムPCRを使いリアルタイムに分析が可能である。本発明のプライマーはこの3つの方法のいずれにも利用できる。   Quantitative PCR is an improved version of PCR that can rapidly quantify its products. This is an indirect measure of the total amount of DNA, cDNA or RNA before amplification. Usually, it is used for the purpose of checking whether the target gene sequence exists and how many copies exist. As a method for quantitative PCR, agarose gel electrophoresis, SYBR green (double-stranded DNA staining), or a fluorescent probe is often used. The latter two can be analyzed in real time using real-time PCR. The primer of the present invention can be used in any of these three methods.

定量PCRは次のような一般的手順に従って実施することができる。環境試料に由来する核酸試料を鋳型としてプライマーを接触させ、一連のポリメラーゼ連鎖反応条件下で断続的な増幅反応を繰り返す。このときの増幅反応条件は、当該技術分野において技術常識ないし経験則に従って適宜設定するとよい。その結果、使用した3’側プライマーと5’側プライマーとの間の、特定の断片長の核酸領域が特異的に増幅される。増幅された核酸は、例えば、その断片長を電気泳動法によって確認したり、その断片に特異的なプローブ等を用いる等して、それが目的核酸であることを確認できる。リアルタイムPCRはサーマルサイクラーと分光蛍光光度計を一体化した専用装置で実施され、PCR増幅産物を蛍光により検出する。
増幅される核酸の量は、細菌の遺伝子DNAを増幅する場合、被検試料中の菌数とほぼ相関しているので、その増幅核酸の定量値に基づいて菌数を求めることができる。
Quantitative PCR can be performed according to the following general procedure. A primer is brought into contact with a nucleic acid sample derived from an environmental sample as a template, and an intermittent amplification reaction is repeated under a series of polymerase chain reaction conditions. The amplification reaction conditions at this time may be appropriately set according to common general knowledge or empirical rules in the technical field. As a result, the nucleic acid region having a specific fragment length between the 3 ′ primer and the 5 ′ primer used is specifically amplified. The amplified nucleic acid can be confirmed to be the target nucleic acid, for example, by confirming the fragment length thereof by electrophoresis or using a probe specific to the fragment. Real-time PCR is performed with a dedicated device that integrates a thermal cycler and a spectrofluorometer, and detects PCR amplification products by fluorescence.
Since the amount of nucleic acid to be amplified is substantially correlated with the number of bacteria in the test sample when a bacterial gene DNA is amplified, the number of bacteria can be determined based on the quantitative value of the amplified nucleic acid.

定量PCR法のうち、アガロースゲル電気泳動法は、一般的にプローブまたはプライマーの標的配列が存在するか否かを単純にみるために使われる半定量法である。未知の試料と既知の試料を濃度の判明している近いサイズの DNA断片と共に用意する。それぞれの試料の反応を同じ条件で同じ時間だけ(できれば同じプライマーを用い、または少なくとも同じ位のアニーリング温度で)行う。 アガロースゲル電気泳動で PCR産物を分離する。 既知と未知の試料の相対的な量を測る事で未知の試料を定量する。   Among quantitative PCR methods, agarose gel electrophoresis is a semi-quantitative method that is generally used to simply determine whether a probe or primer target sequence is present. Prepare an unknown sample and a known sample with a near-sized DNA fragment of known concentration. Each sample is reacted under the same conditions for the same time (preferably using the same primers or at least at the same annealing temperature). Separate PCR products by agarose gel electrophoresis. Quantify unknown samples by measuring the relative amount of known and unknown samples.

SYBRグリーン法はSYBRグリーンの利用によりゲル電気泳動法よりも正確で、リアルタイムに結果が出る。DNA結合色素は新たに合成された二重鎖DNA へ結合し、緑の蛍光を増加させる。これを測ることで最初の濃度を計測する。しかしながらSYBRグリーンは目的の配列以外にも結合するため結果が混乱する可能性がある。この方法の手順としては、二重鎖DNA結合蛍光色素を加えてPCRを行い、PCRを行うと同時に蛍光の強さを計測する。このとき、色素は二重鎖DNA と結合した際にのみ蛍光を発する。標準の(蛍光色素を加えない)試料と比較することで二重鎖DNA の濃度が定量される。   The SYBR Green method is more accurate than gel electrophoresis by using SYBR Green, and results are obtained in real time. DNA-binding dyes bind to newly synthesized double-stranded DNA and increase green fluorescence. The first concentration is measured by measuring this. However, SYBR Green binds other than the target sequence, so the results may be confused. As a procedure of this method, PCR is performed by adding a double-stranded DNA-binding fluorescent dye, and the fluorescence intensity is measured simultaneously with the PCR. At this time, the dye fluoresces only when bound to double-stranded DNA. The concentration of double-stranded DNA is quantified by comparison with a standard sample (no fluorescent dye added).

蛍光プローブ法は増幅領域両端の2種類のプライマーに加えて、増幅領域内に相補的に結合する蛍光プローブを用いる。 増幅される DNA に特異的なプローブを用いるので、目的の配列のみを定量できる。すなわち前述の方法の様にすべての二重鎖DNA に反応することはない。 通常はプローブはRNA を基にし、蛍光レポーターとその隣りにクエンチャー(励起エネルギー吸収剤)を入れる。クエンチャーの近くのレポーターは蛍光が抑制される。従って蛍光がみられるのはプローブが分解した時のみである。この過程は使用する DNAポリメラーゼの 5' → 3' エキソヌクレアーゼ活性による。この方法の基本操作としては、プローブを加えて PCR を行う。 反応を開始して DNA が一本鎖化するとプローブがその相補配列(すなわちその鋳型DNA)へ結合する。 ポリメラーゼが働く温度になると、それはプライマーの結合した一本鎖DNAに相補鎖を作る。DNA の合成がプローブの位置に達すると、プローブはエキソヌクレアーゼ活性によって「上書き」される。結果、元あったプローブはバラバラになり個々のヌクレオチドとなる。すると蛍光レポーターはクエンチャーと分離するので、蛍光を発する。 PCR が進むごとに蛍光レポーターはクエンチャーから分離するので、蛍光ははっきりと幾何級数的に増加していく。これにより DNA の最初の量を正確に計測することが可能である。   In the fluorescent probe method, in addition to two types of primers at both ends of the amplification region, a fluorescent probe that binds complementarily within the amplification region is used. Since a probe specific to the DNA to be amplified is used, only the target sequence can be quantified. That is, it does not react to all double-stranded DNAs as in the method described above. Usually, the probe is based on RNA, with a fluorescent reporter and a quencher (excitation energy absorber) next to it. The reporter near the quencher is suppressed in fluorescence. Thus, fluorescence is only seen when the probe is degraded. This process depends on the 5 '→ 3' exonuclease activity of the DNA polymerase used. The basic procedure for this method is to add a probe and perform PCR. When the reaction is initiated and the DNA becomes single-stranded, the probe binds to its complementary sequence (ie, its template DNA). When the polymerase reaches the working temperature, it makes a complementary strand to the primer-bound single-stranded DNA. When DNA synthesis reaches the probe location, the probe is “overwritten” by exonuclease activity. As a result, the original probe breaks down into individual nucleotides. Then, the fluorescent reporter separates from the quencher and emits fluorescence. As the PCR progresses, the fluorescent reporter separates from the quencher, so the fluorescence clearly increases geometrically. This makes it possible to accurately measure the initial amount of DNA.

本発明で使用される検出用プライマーセットの塩基配列及び典型的な定量PCR条件を表1と表2で示す。   Tables 1 and 2 show the base sequences of detection primer sets used in the present invention and typical quantitative PCR conditions.

4. 脂肪酸分解細菌の検出及び挙動解析、並びに嫌気性処理への応用
本発明のプライマーを用いて、各種の脂肪酸分解細菌(プロピオン酸分解菌群及び高級脂肪酸分解菌群)の16SrDNAを定量検出し、各菌群の菌数の変動がモニタリングできる。「菌数」は、PCR法の検出結果を考察する場合には「菌濃度」としても言及される。これらは一般に「菌数」と正の相関関係にあり、特にターゲット16Sr RNAのコピー数/菌体を考慮に入れることで同義に用いられる。さらに、16SrRNAを逆転写PCR法(RT-PCR)法により定量検出し、各菌群の活性も測定できる。
4). Detection and behavior analysis of fatty acid degrading bacteria and application to anaerobic treatment Using the primer of the present invention, 16S rDNA of various fatty acid degrading bacteria (propionic acid degrading bacteria group and higher fatty acid degrading bacteria group) is quantitatively detected, Changes in the number of bacteria in the group can be monitored. “Bacterial count” is also referred to as “bacterial concentration” when considering the detection result of the PCR method. These are generally positively correlated with the “bacterial count” and are used interchangeably, especially taking into account the copy number / bacteria of the target 16S rRNA. Furthermore, 16S rRNA can be quantitatively detected by reverse transcription PCR (RT-PCR), and the activity of each bacterial group can also be measured.

これらの脂肪酸分解細菌の定量検出法を用いて、先ず有機物の嫌気性処理系における脂肪酸分解細菌群の診断を行い、処理系の性能と相関関係があると思われる菌種の生理学的な特徴に対応した制御方法を行い、安定な嫌気性処理が可能になる。本明細書において、脂肪酸分解細菌群の「診断」とは、メタン発酵微生物系における酸生成菌群集の挙動を把握するために必要なデータ収集、解析及び得られたデータに基く判断(推定、予測)までを含む概念であり、具体的には、定量PCRにより所定の脂肪酸分解細菌の16SrRNAに由来する核酸を定量検出し、その菌数(DNA)及び活性(RNA)を定量し、メタン発酵微生物系の脂質及び/または脂肪酸の分解能及び/またはメタン生成能を判断する各ステップの一部または全てを意味する。   Using these quantitative detection methods for fatty acid-degrading bacteria, we first diagnose fatty acid-degrading bacteria in an anaerobic treatment system for organic matter, and examine the physiological characteristics of the bacterial species that seem to correlate with the performance of the treatment system. A corresponding control method is performed, and a stable anaerobic treatment becomes possible. In this specification, “diagnosis” of fatty acid-degrading bacteria refers to data collection, analysis and judgment based on the obtained data (estimate, Quantitative PCR detects quantitatively the nucleic acid derived from 16SrRNA of a predetermined fatty acid-degrading bacterium, quantitatively determines its bacterial count (DNA) and activity (RNA), methane fermentation It means a part or all of each step for judging the resolution and / or methanogenic ability of microbial lipids and / or fatty acids.

また、各種の脂肪酸分解細菌の菌数あるいは活性の変動のモニタリングにより、連続処理系の限界負荷や、原水由来の阻害因子の存在を予測し、適当な対策を取ることにより、バイオガス生成量やpH等の従来の管理パラメターに基くモニタリングの場合より早くメタン発酵系が安定性を失うことを回避できる。   In addition, by monitoring the variation in the number or activity of various fatty acid-degrading bacteria, it is possible to predict the limit load of the continuous treatment system and the presence of inhibitors from raw water, and take appropriate measures to The methane fermentation system can be prevented from losing stability earlier than in the case of monitoring based on conventional control parameters such as pH.

以下、具体的な実施態様を例示して説明する。   Hereinafter, specific embodiments will be exemplified and described.

第1の実施態様
第1の実施態様は、本発明のプライマーを使用したリアルタイムPCRにより、各種廃棄物の嫌気性処理微生物系における脂肪酸分解細菌群の優占状況を把握することである。
1st embodiment The 1st embodiment grasps the predominance situation of the fatty acid decomposing bacteria group in the anaerobic processing microbe system of various wastes by real-time PCR using the primer of the present invention. is there.

実際に、本発明のプライマーでPCRを行って検出した結果、プロピオン酸分解菌である、Syntrophobacter属菌群が多くのメタン発酵処理系で存在していること;Pelotomaculum属菌群が豆乳の高温メタン発酵処理系及びプロピオン酸分解菌の集積培養系に存在していること;Desulfotomaculum属菌群が硫酸イオンを添加していないメタン発酵処理系内に存在していないことがわかった。また、高級脂肪酸及び脂質分解菌Syntrophomonadacea科菌群が多くのメタン発酵処理系に存在することが確認された。 In fact, as a result of PCR detection using the primer of the present invention, the propionate-degrading bacterium, Syntrophobacter genus group, is present in many methane fermentation treatment systems; the Pelotomaculum genus group is high-temperature methane in soy milk It was found that it was present in the fermentation treatment system and the accumulation culture system of propionic acid degrading bacteria; the Desulfotomaculum genus group was not present in the methane fermentation treatment system to which sulfate ions were not added. Moreover, it was confirmed that higher fatty acids and lipolytic bacteria Syntrophomonadacea family are present in many methane fermentation treatment systems.

これらの菌群の挙動と活性をモニタリングすることによって、処理系の脂肪酸分解能を評価することが可能になる。   By monitoring the behavior and activity of these fungal groups, it becomes possible to evaluate the fatty acid resolution of the treatment system.

第2の実施態様
本発明のプライマーを使用したリアルタイムPCRにより、有機性廃棄物の高温メタン発酵連続処理系や回分実験系における脂肪酸分解細菌の挙動解析を行い、菌体のDNAあるいはRNA濃度変化と脂肪酸分解酸生成活性との相関性に関する知見が得られる。先ず、処理系において優占化している脂肪酸分解細菌群の診断を行い、優占化している菌種あるいは不足していると思われる有用な菌種の生理学的な特徴に対応した制御を実施することにより、安定な嫌気性処理が可能になる。菌体DNAまたはRNA濃度の変化と脂肪酸分解や系内の蓄積状況やメタン生成効率とがリンクしている菌群が制御すべき菌群として挙げられ、その生理学的な情報を参考にして安定運転の制御方法を見出すことが考えられる。
Second embodiment Real-time PCR using the primer of the present invention is used to analyze the behavior of fatty acid-degrading bacteria in a high-temperature methane fermentation continuous treatment system or batch experiment system of organic waste, Knowledge about the correlation between changes in RNA concentration and fatty acid-degrading acid production activity can be obtained. First, diagnose fatty acid-degrading bacteria that predominate in the treatment system, and carry out control corresponding to the physiological characteristics of the dominant or presumably useful bacterial species This makes it possible to perform a stable anaerobic treatment. Bacterial groups that are linked to changes in bacterial DNA or RNA concentration, fatty acid degradation, accumulation status in the system, and methane production efficiency are listed as bacterial groups that should be controlled, and stable operation with reference to their physiological information It is conceivable to find a control method.

例えば、豆乳のような蛋白質が豊富に存在する処理系ではメタン発酵効率が高いが、コーヒー粕やセルロース系廃棄物の系はメタン発酵しにくい。これらの処理系における優占化した脂肪酸分解細菌群の種類、量及び活性の違いを比較することで、メタン発酵効率の向上に有用な脂肪酸分解細菌を見出すことができると思われる。そして、例えば、難分解のコーヒー粕処理系に豆乳処理系と同様の種類と量の脂肪酸分解細菌を補充する、さらにその菌に対する増殖因子を補充する、またはその菌種の阻害因子(高い水素分圧等)を除去する、等の手段によりメタン発酵効率の向上が期待できる。   For example, a processing system with abundant proteins such as soy milk has high methane fermentation efficiency, but a coffee koji or cellulosic waste system is difficult to perform methane fermentation. By comparing the type, amount, and activity of the dominant fatty acid-degrading bacteria group in these treatment systems, it seems that the fatty acid-degrading bacteria useful for improving the efficiency of methane fermentation can be found. For example, a hard-to-decompose coffee lees treatment system is supplemented with the same type and amount of fatty acid-degrading bacteria as in the soymilk treatment system, further supplemented with growth factors for the fungus, or an inhibitor of the fungus (high hydrogen content Improvement of methane fermentation efficiency can be expected by means such as removing pressure.

また、有用な細菌の公知の生理学的な情報と、本発明を適用して新たに得られる知見とを組合わせて、適切な制御方法を考案することができる。例えば、硫酸塩が存在する条件下では、有機物の酸発酵や水素生成酢酸化反応に硫酸塩還元細菌が寄与することが知られている(嫌気性微生物学、第3章 硫酸還元細菌の種類と生態、上木勝司、長井史郎編、養賢堂、p.51-67、1993)。現在報告されている脂肪酸分解細菌群(図1)のうち、プロピオン酸分解菌群として、系統図上で離れたSyntrophobacter属菌群(a)や、Pelotomaculum属菌群(b)及びDesulfotomaculum属菌群(c)が挙げられ、硫酸塩に依存しないプロピオン酸分解能を持つ菌群は菌群(a)と(b)であり、Pelotomaculum属菌群(b)はプロピオン酸だけを資化する生理特性を持ち、それに対してSyntrophobacter属菌群のSmithella propionicaは、プロピオン酸以外に酪酸とクロトン酸も資化でき、メタン生成菌との共生培養系では酪酸によってプロピオン酸からのメタン生成活性も少し促進される特徴を持つことが知られている(Yitai Liu et al., Characterization of the anaerobic propionate-degrading syntrophs Smithellapropionica, gen.nov., sp. nov. and Syntrophobacter wolinii, International Journal of Systematic Bacteriology,1999, vol.49,p.545-556.)。本発明のプライマーを使用した検出により、これらの(a)、(b)、(c)の菌群の分別的な検出が初めて可能となった。これらの菌群の生理特性に基き、そのプロピオン酸分解活性を向上するような制御方法が有効であると思われる。例えば、本発明のプライマーを用いた定量検出により、硫酸塩含量が少ない廃棄物処理系では、硫酸還元代謝経路を利用したプロピオン酸分解細菌群Desulfotomaculum属菌群が存在していないことがわかった。これらの硫酸塩還元細菌を補充したり、系内に一定濃度まで増殖させるまたは維持することにより、難分解性のプロピオン酸の分解と水素分圧の低減を促進することによって、メタン発酵全体プロセスの性能の高効率化が可能になる。さらに、例えば、本発明のプライマーを用いたリアルタイムPCRで硫酸還元菌の濃度及び/又は硫酸還元活性をモニターし、その濃度及び/又は活性に応じて、フマル酸を添加することによって、硫酸還元菌濃度が所定の範囲内に保持されるように運転条件を制御することによって、プロピオン酸の分解反応を促進できる。さらに、反応槽内気相の水素濃度及び/又は汚泥中の酢酸濃度をモニターし、その値に応じて硫酸塩を所定濃度になるように添加して、硫酸還元菌の水素資化性反応を促進させることにより、反応槽内の水素分圧を低減させることができ、その結果メタン生成細菌の増殖及び/またはメタン生成活性を促進し、安定な嫌気性処理を維持することができる。 In addition, an appropriate control method can be devised by combining known physiological information of useful bacteria and knowledge newly obtained by applying the present invention. For example, it is known that sulfate-reducing bacteria contribute to organic acid fermentation and hydrogen-producing acetic acid under conditions where sulfate is present (anaerobic microbiology, Chapter 3 Types of sulfate-reducing bacteria and Ecology, Katsuji Kamiki, Shiro Nagai, Yokendo, p.51-67, 1993). Among the currently reported fatty acid-degrading bacteria group (Fig. 1), the propionic acid-degrading bacteria group includes Syntrophobacter group (a), Pelotomaculum group (b) and Desulfotomaculum group which are separated from each other on the phylogenetic diagram. (c) can be mentioned, Kingun with propionic acid resolution that does not depend on the sulfate is tuberculosis and (a) (b), Pelotomaculum Shokukingun (b) is a physiological characteristic to assimilate only propionic acid On the other hand, the Syntrophobacter genus Smithella propionica can assimilate butyric acid and crotonic acid in addition to propionic acid, and in the co-culture system with methanogens, butyric acid also slightly promotes methanogenic activity from propionic acid It is known to have features (Yitai Liu et al., Characterization of the anaerobic propionate-degrading syntrophs Smithellapropionica, gen.nov., Sp. Nov. And Syntrophobacter wolinii, International Journal of Systematic Bacteriology, 1999, vol. 49 , p.545-556 .). The detection using the primer of the present invention enables for the first time the differential detection of these bacterial groups (a), (b) and (c). Based on the physiological characteristics of these fungal groups, a control method that improves the propionic acid degrading activity seems to be effective. For example, by quantitative detection using the primer of the present invention, it was found that in a waste treatment system with a low sulfate content, the propionic acid degrading bacterium group Desulfotomaculum genus group utilizing the sulfate reduction metabolic pathway does not exist. By supplementing these sulfate-reducing bacteria and growing or maintaining them in the system to a certain concentration, it promotes the degradation of refractory propionic acid and the reduction of hydrogen partial pressure, thereby reducing the overall process of methane fermentation. High efficiency can be achieved. Furthermore, for example, by monitoring the concentration and / or sulfate reduction activity of sulfate-reducing bacteria by real-time PCR using the primer of the present invention, and adding fumaric acid according to the concentration and / or activity, sulfate-reducing bacteria By controlling the operating conditions such that the concentration is maintained within a predetermined range, the decomposition reaction of propionic acid can be promoted. Furthermore, the hydrogen concentration in the gas phase in the reaction tank and / or the acetic acid concentration in the sludge is monitored, and sulfate is added to a predetermined concentration according to the value, and the hydrogen-assimilating reaction of sulfate-reducing bacteria is performed. By promoting, the hydrogen partial pressure in the reaction tank can be reduced, and as a result, the growth and / or methanogenic activity of the methanogenic bacteria can be promoted, and a stable anaerobic treatment can be maintained.

また、メタン発酵の最終ステップである水素と酢酸からのメタン生成の効率に対する影響を、連続処理や回分実験の条件変動に伴う脂肪酸分解酸生成細菌の菌数または活性変動から推定することができ、得られた情報に基き、適切な対策を取ることにより、メタン発酵系内の酸生成活性とメタン生成活性のバランスを安定維持することが可能となる。   In addition, the effect on the efficiency of methane production from hydrogen and acetic acid, which is the final step of methane fermentation, can be estimated from the number or activity variation of fatty acid-decomposing acid-producing bacteria that accompanies changes in the conditions of continuous treatment and batch experiments. By taking appropriate measures based on the obtained information, it is possible to stably maintain the balance between the acid production activity and the methane production activity in the methane fermentation system.

例えば、高級脂肪酸分解菌群の濃度または活性が急減した場合、系内の高級脂肪酸、特にオレイン酸やリノール酸のような不飽和高級脂肪酸の蓄積によって、メタン生成菌にダメージを与える恐れがある。このような場合、本発明者らは、メタン生成菌を含む培養液や汚泥の添加によってメタン生成菌の量を増加させる手段によって、系内の水素生産性酢酸生成細菌群と酢酸資化性メタン生成古細菌、水素資化性メタン生成古細菌の割合を一定にする方法、また、カルシウムのような薬剤を添加して、高級脂肪酸の阻害を防ぐ対策をすることによって、メタン発酵処理プロセスの安定性を保持する方法を、特開2002‐68454で記載した。しかし、これまでは水素生産性酢酸生成細菌群の菌種を特定できなかったため、真正細菌全体の網羅的な検出法でしか酸生成細菌群を反映できなかった。本発明により、脂肪酸分解細菌である水素生産性酢酸生成細菌の種類を特異的にモニタリングし、その菌の生理特性に応じたより適切な処理が可能となる。   For example, when the concentration or activity of higher fatty acid-degrading bacteria group suddenly decreases, there is a risk of damaging methanogenic bacteria due to the accumulation of higher fatty acids in the system, particularly unsaturated higher fatty acids such as oleic acid and linoleic acid. In such a case, the present inventors, by means of increasing the amount of methanogen by adding a culture solution or sludge containing methanogen, the group of hydrogen-producing acetic acid producing bacteria and acetic acid assimilating methane in the system. Stabilize the methane fermentation treatment process by making the ratio of produced archaea and hydrogen-utilizing methanogenic archaea constant, and by adding measures such as calcium to prevent the inhibition of higher fatty acids A method for maintaining the property was described in JP-A-2002-68454. However, until now, the species of hydrogen-producing acetic acid-producing bacteria group could not be identified, so that the acid-producing bacteria group could only be reflected by a comprehensive detection method for all eubacteria. According to the present invention, the type of a hydrogen-producing acetic acid-producing bacterium that is a fatty acid-decomposing bacterium can be specifically monitored, and more appropriate treatment can be performed according to the physiological characteristics of the bacterium.

例えば、高級脂肪酸分解菌であるSyntrophomonadaceae科菌群(d)は、メタン生成菌との共生環境で水素と酢酸を生成する酸生成菌であるといわれているが、この菌群は単離培養が困難であるため、高温メタン発酵系における生理特性に関する知見はほとんどない。中温の共生系でSyntrophomonas属菌群の生理特性を調べた報告(Williamh. Lorowitz et al., Syntrophomonas wolfei subsp. saponavidasubsp.nov., a Long-Chain Fatty-Acid-Degrading, Anaerobic, Syntrophic Bacterium; Syntrophomonas wolfei subsp. Wolfei subsp. Nov.; and Emended Descriptions of the Genus and Species, International Journal of Systematic Bacteriology, 1989, Vol 39, No.2,p. 122-126. 及び Yuji Sekiguchi et al., Syntrophothermus lipocalidus gen. Nov., sp. nov., a novel Thermophilic, syntrophic, fatty-acid-oxidizing anaerobic which utilizes isobutyrate, International Journal of Systematic Bacteriology, 2000, Vol 50, p.771-779.)があり、資化する脂肪酸の種類によってプロピオン酸の生成があるが、プロピオン酸分解能を持っていない。本発明により、高温メタン発酵系におけるSyntrophomonadaceae科菌群(d)について、メタンガス生成活性が減少する前に菌濃度の減少またはpHの上昇によって菌濃度が増加するという新たな知見が得られた。この知見に基き、メタン発酵の安定制御につながる方策を見出すことができると思われる。 For example, the Syntrophomonada cea e family (d), which is a higher fatty acid degrading bacterium, is said to be an acid producing bacterium that produces hydrogen and acetic acid in a symbiotic environment with a methanogenic bacterium. Due to the difficulty of culturing, there is little knowledge about physiological characteristics in the high-temperature methane fermentation system. Physiological characteristics of the genus Syntrophomonas in a moderate temperature symbiotic system (Williamh. Lorowitz et al., Syntrophomonas wolfei subsp. Saponavidasubsp.nov., A Long-Chain Fatty-Acid-Degrading, Anaerobic, Syntrophic Bacterium; Syntrophomonas wolfei subsp. Wolfei subsp. Nov .; and Emended Descriptions of the Genus and Species, International Journal of Systematic Bacteriology, 1989, Vol 39, No.2, p. 122-126. and Yuji Sekiguchi et al., Syntrophothermus lipocalidus gen. Nov , sp. nov., a novel Thermophilic, syntrophic, fatty-acid-oxidizing anaerobic which utilizing isobutyrate, International Journal of Systematic Bacteriology, 2000, Vol 50, p.771-779.) May produce propionic acid, but does not have propionic acid resolution. According to the present invention, for the Syntrophomonada cea e family (d) in the high-temperature methane fermentation system, a new finding was obtained that the bacterial concentration increased by decreasing the bacterial concentration or increasing the pH before the methane gas production activity decreased. . Based on this knowledge, it seems possible to find a policy that leads to stable control of methane fermentation.

また、高分子有機物(セルロース、糖質、蛋白質、脂質等)の分解代謝経路では、窒素以外の全ての炭素組成が炭素数10以下の低級脂肪酸を経由して酢酸を生産することがわかっている。従って、有機物の中間代謝物を分解する第二分解者としての脂肪酸分解菌群(水素生産性酢酸生成細菌群)の濃度と活性を制御することが、メタン生成反応の基質(酢酸、水素)濃度を制御することにつながり、メタン発酵系内の酸生成活性とメタン生成活性のバランスを安定維持するために重要であると考えられる。これまで、本発明者らは、高分子有機物の第一分解者としてのセルロースや糖質分解水素生産性酢酸生成細菌群(特開2004-261125)、蛋白質分解水素生産性酢酸生成細菌群(特開2005-253429)の定量検出方法を開発してきた。さらに、本発明によって、水素生産性酢酸生成細菌群としての高級脂肪酸分解菌とプロピオン酸分解菌群の分別的なモニタリングを実現できるようになった。さらに特開2006‐325581で記載した酢酸資化性メタン生成古細菌、水素資化性メタン生成古細菌の定量検出方法と併用して、より正確にこれらの菌群の比率が把握でき、その制御方法の開発に大きく寄与すると思われる。   In addition, in the degradation metabolic pathways of macromolecular organic substances (cellulose, carbohydrates, proteins, lipids, etc.), it is known that all carbon components except nitrogen produce acetic acid via lower fatty acids having 10 or less carbon atoms. . Therefore, controlling the concentration and activity of the fatty acid-degrading bacteria group (hydrogen-producing acetic acid-producing bacteria group) as a second decomposer that decomposes intermediate metabolites of organic matter is the substrate (acetic acid, hydrogen) concentration of the methanogenic reaction It is thought to be important to maintain a stable balance between acid production activity and methane production activity in the methane fermentation system. So far, the present inventors have proposed cellulose as a first decomposer of macromolecular organic matter, saccharide-decomposing hydrogen-producing acetic acid-producing bacteria group (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-261125), proteolytic hydrogen-producing acetic acid-producing bacteria group (special (2005-253429) has been developed. Furthermore, according to the present invention, it has become possible to realize differential monitoring of higher fatty acid-degrading bacteria and propionic acid-degrading bacteria as hydrogen-producing acetic acid-producing bacteria. Furthermore, in combination with the quantitative detection method for acetic acid-utilizing methanogenic archaea and hydrogen-utilizing methanogenic archaea described in JP-A-2006-325581, the ratio of these fungal groups can be grasped more accurately and controlled. It seems to contribute greatly to the development of the method.

第3の実施態様
本発明のプライマーを用いてリアルタイムPCRを実施することにより、環境の変動によって、菌体濃度変動が速いまたは激しい菌群の動きをモニタリングして、メタン発酵効率が低減する前に予測することができる。一方、菌体濃度変動が小さいまたは少ない菌群に対しては、そのRNAの定量検出及び監視をすることによって、菌体当りの活性から脂肪酸分解能または蓄積可能性を評価することが望ましい。また、同じ機能を持つ2種類の菌群が共存している微生物系において、それぞれの菌濃度変動と酸生成活性の変動との相関性からその菌の酸生成活性に対する寄与度を推定できる。
Third Embodiment By carrying out real-time PCR using the primer of the present invention, before the methane fermentation efficiency is reduced by monitoring the movement of bacterial groups with rapid or intense bacterial cell concentration fluctuations due to environmental fluctuations. Can be predicted. On the other hand, it is desirable to evaluate the fatty acid resolution or accumulation potential from the activity per microbial cell by quantitatively detecting and monitoring the RNA of the bacterial group with small or small microbial cell concentration fluctuations. In addition, in a microbial system in which two types of fungal groups having the same function coexist, the degree of contribution to the acid generating activity of the bacterium can be estimated from the correlation between the variation in the concentration of each bacterium and the variation in acid generating activity.

微生物の菌体内には一定量のDNAを含むため、DNA濃度は菌体濃度と比例関係があり、DNA濃度が菌体濃度を反映でき、汚泥の微生物濃度を評価する指標として利用できる。メタン発酵汚泥のメタン生成能を評価するための最も直接的な指標は単位時間当たりのメタンガスの生成量であり、汚泥中のメタン生成菌体濃度を把握することによって、単位菌体あたりのメタン生成活性の評価が可能になる。または、汚泥の単位時間当たりの酸生成量や有機物分解量のデータを採って、菌体の酸生成活性や有機物加水分解活性の評価も可能になる。   Since a microbial cell contains a certain amount of DNA, the DNA concentration is proportional to the microbial cell concentration, and the DNA concentration can reflect the microbial cell concentration and can be used as an index for evaluating the microbial concentration of sludge. The most direct index for evaluating the methane production capacity of methane fermentation sludge is the amount of methane gas produced per unit time. By grasping the concentration of methane producing cells in the sludge, methane production per unit cell The activity can be evaluated. Alternatively, it is possible to evaluate acid generation activity and organic substance hydrolysis activity of bacterial cells by collecting data of acid generation amount and organic substance decomposition amount per unit time of sludge.

一方、RNAの定量検出の目的は次の通りである。現在、メタンガスの生成量と酢酸を含む揮発性有機酸量を簡単、かつ迅速にオンラインモニタリングすることが可能である。しかし、高分子有機物(セルロース、脂質、糖質、蛋白質等)の分析測定方法は煩雑で、時間が掛かるため、嫌気性処理プロセスの現地でオンラインモニタリングすることが困難である。そこで、有機物の分解反応に関わる各種代謝酵素の蛋白質を合成する際に遺伝子情報を伝えるためのメッセンジャーRNA(mRNA)を定量検出し、有機物の分解能を評価することが考えられるが、mRNAは寿命が短く、普通は合成後数分以内にヌクレアーゼで分解されてしまう。この特徴があるため、mRNAの取り扱いは困難である。これに対して、蛋白質の合成工場であるリボソーム粒子に含まれるRNA(rRNA)は代謝的に安定なRNAである。その発現量の増減は菌体の蛋白質合成活性を反映するものと考えられる。   On the other hand, the purpose of quantitative detection of RNA is as follows. At present, it is possible to easily and quickly monitor the amount of methane gas produced and the amount of volatile organic acids including acetic acid. However, analysis and measurement methods for high molecular organic substances (cellulose, lipids, sugars, proteins, etc.) are complicated and time consuming, making it difficult to perform on-line monitoring at an anaerobic treatment process. Therefore, it is conceivable to quantitatively detect messenger RNA (mRNA) to convey genetic information when synthesizing proteins of various metabolic enzymes involved in the degradation reaction of organic matter, and to evaluate the resolution of organic matter. It is short and is usually degraded by nucleases within minutes after synthesis. Due to this feature, handling of mRNA is difficult. In contrast, RNA (rRNA) contained in ribosome particles, which are protein synthesis factories, is metabolically stable RNA. The increase or decrease in the expression level is considered to reflect the protein synthesis activity of the bacterial cells.

そこで、本発明では、菌のRNA対DNA濃度比から、菌体の蛋白質合成活性を評価することによって、間接的に菌体の有機物分解活性または酸生成活性を評価する方法を提供する。ここで、蛋白質合成活性は、リボソーム小サブユニットを構成するRNA、つまり16S rRNAの発現量を指標として測定する。有機物分解量や酸生成量、各種ガス生成量及び速度との相関性を検討した上で、微生物菌群の活性及び環境因子に対する適応性を評価することが可能である。   Therefore, the present invention provides a method for indirectly evaluating the organic matter decomposing activity or acid generating activity of the bacterial cell by evaluating the protein synthesis activity of the bacterial cell from the RNA to DNA concentration ratio of the bacterial cell. Here, the protein synthesis activity is measured using the expression level of RNA constituting the small subunit of ribosome, that is, 16S rRNA as an index. After examining the correlation between the amount of organic matter decomposition, the amount of acid produced, the amount of various gases produced and the rate, it is possible to evaluate the activity of the microbial community and the adaptability to environmental factors.

本発明のプライマーを用いたリアルタイムPCRにより、高級脂肪酸分解菌とプロピオン酸分解菌のDNA及びRNAを経時的にモニタリングすることによって、嫌気性微生物菌体当たりの代謝活性(酸生成、メタン生成)をそれぞれ特定の属または種ごとに分別的に評価することができるので、酸生成活性とメタン生成活性の比率の経時的な変動を菌の挙動を指標にしてモニタリングすることが可能になった。これにより、ガス生成が安定した系においても、微生物菌体の濃度及び活性変動から処理負荷、環境阻害因子の存在等運転条件の予測が実現できる。さらに、このような予測に基き、発酵系の酸生成速度とメタン生成速度の相対比率を一定範囲に制御することによって、メタン発酵反応のバランスを崩すことなく、効率良く処理することが期待できる。また、各種菌群のDNA及びRNA濃度と真正細菌とメタン生成菌全体の相対比率の比較によって、酸生成菌群やメタン生成菌群の菌相構成や各種菌群の活性度の評価が実現できる。これらの情報と発酵系の酸生成及びメタン生成能の相関関係を把握することによって、発酵系の制御条件を見出すことが期待できる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例により限定されるものではない。
By monitoring the DNA and RNA of higher fatty acid degrading bacteria and propionic acid degrading bacteria over time by real-time PCR using the primer of the present invention, the metabolic activity (acid production, methane production) per anaerobic microbial cell Since each specific genus or species can be evaluated separately, it has become possible to monitor the change over time in the ratio of acid-producing activity and methanogenic activity using the behavior of the fungus as an index. Thereby, even in a system in which gas generation is stable, it is possible to realize prediction of operation conditions such as processing load and presence of environmental inhibitory factors from fluctuations in microbial cell concentration and activity. Furthermore, based on such prediction, by controlling the relative ratio between the acid production rate and the methane production rate of the fermentation system within a certain range, it can be expected that the methane fermentation reaction is efficiently processed without breaking the balance. Moreover, by comparing the DNA and RNA concentrations of various fungal groups and the relative ratios of eubacteria and the entire methanogen, it is possible to evaluate the flora composition of the acid-producing fungi and methanogens and the activity of the various fungi. . It is expected that the control conditions of the fermentation system can be found by grasping the correlation between the information and the acid production and methane production ability of the fermentation system.

EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, the scope of the present invention is not limited by these Examples.

豆乳の高温メタン発酵処理系における脂肪酸分解菌群の定量検出(図7〜10)
各菌群のリアルタイムPCR法による定量検出には、LightCycler(登録商標)FastStart DNA Master SYBR Green I(Roche社製 No.2239264)DNA増幅キットとLightCycler(登録商標)システム(Roche Diagnostics社製)を用い、それぞれ最適化されたアニーリング温度、伸長反応時間とマグネシウム濃度条件下で行った(表2、上述)。
Quantitative detection of fatty acid-degrading bacteria in high-temperature methane fermentation treatment system of soy milk (Figures 7-10)
For quantitative detection of each bacterial group by real-time PCR, use LightCycler (registered trademark) FastStart DNA Master SYBR Green I (Roche No.2239264) DNA amplification kit and LightCycler (registered trademark) system (Roche Diagnostics) , Respectively, under optimized annealing temperature, extension reaction time and magnesium concentration conditions (Table 2, above).

図7では、豆乳高温メタン発酵連続処理系の運転結果を示した。連続実験に用いた油脂含有排水は、市販の豆乳を希釈し用いた(豆乳:水=1:3.8で希釈)。連続実験装置は、前段リパーゼ前処理槽(有効容積2.0L)、後段に完全混合型メタン発酵槽(有効容積24L)からなる高温(55℃)連続処理装置を用いた。   FIG. 7 shows the operation results of the soymilk high-temperature methane fermentation continuous treatment system. The fat and oil-containing wastewater used in the continuous experiment was diluted with commercially available soymilk (diluted with soymilk: water = 1: 3.8). As the continuous experimental apparatus, a high-temperature (55 ° C.) continuous processing apparatus including a pre-stage lipase pretreatment tank (effective volume 2.0 L) and a fully mixed methane fermentation tank (effective volume 24 L) in the subsequent stage was used.

高温メタン発酵槽では、最初の5ヶ月間はHRT18日で運転し、その後、プロピオン酸が蓄積したため、HRT25日で負荷を下げて2ヶ月運転してから、HRT103日〜41日の低負荷条件で半年の運転を維持していた。系内の揮発有機酸は500〜5000mgCOD/Lの範囲での蓄積が見られた。汚泥の総脂質濃度と高級脂肪酸濃度は最初6ヶ月間に測定した結果ほぼ安定して存在していた。   In the high-temperature methane fermenter, it was operated for 18 days at HRT for the first 5 months, and then, since propionic acid accumulated, it was operated for 2 months with the load reduced at 25 days for HRT, and then under low load conditions of 103 days to 41 days for HRT. He maintained driving for half a year. Accumulation of volatile organic acids in the system was observed in the range of 500 to 5000 mg COD / L. The total lipid concentration and higher fatty acid concentration in the sludge were almost stable as a result of measurement during the first 6 months.

図8では処理系内のプロピオン酸と総脂質及び各検出できた脂肪酸分解細菌の挙動を経時的にモニタリングした結果を示す。系内プロピオン酸の増減と2種類の分解菌Pelot(b)とSYN(a)の挙動変化の相関が認められた。   FIG. 8 shows the results of monitoring over time the behavior of propionic acid and total lipids in the treatment system and the fatty acid-degrading bacteria detected. There was a correlation between the increase and decrease of propionic acid in the system and the behavioral changes of the two degrading bacteria, Pilot (b) and SYN (a).

図9では、各種菌濃度と系内プロピオン酸蓄積濃度の相関関係を解析した結果、Pelot(b)とSYN(a)との負の相関関係が認められ、相関関係が高いのはPelot(b)であったことが示唆された。   In FIG. 9, as a result of analyzing the correlation between the concentrations of various bacteria and the propionic acid accumulation concentration in the system, a negative correlation was found between Pelot (b) and SYN (a), and the correlation was high as for Pilot (b ) Was suggested.

図10では、各種菌濃度と系内総脂質蓄積濃度の相関関係を解析した結果、Pelot(b)とSYN(a)との正の相関関係が認められ、相関関係が高いのはSYN(a)であることも認められた。総脂質の存在はプロピオン酸分解菌濃度に影響があることが示唆された。
In FIG. 10, as a result of analyzing the correlation between the concentration of various bacteria and the total lipid accumulation concentration in the system, a positive correlation was found between Pelot (b) and SYN (a), and the correlation was high with SYN (a ) Was also recognized. It was suggested that the presence of total lipid had an effect on propionic acid degrading bacteria concentration.

コーヒー粕高温メタン発酵処理系における脂肪酸分解細菌の定量検出(図11〜17)
コーヒー粕を原水として、pHを7.0に制御した5Lの酸発酵槽の後段に、55℃に保たれ有効容積10Lのメタン発酵槽からなる2相式の高温メタン発酵連続処理実験を行った。
Quantitative detection of fatty acid-degrading bacteria in high-temperature coffee methane fermentation treatment system (Figures 11-17)
A two-phase high-temperature methane fermentation continuous treatment experiment consisting of a methane fermenter with an effective volume of 10 L maintained at 55 ° C. was performed after the 5 L acid fermenter with pH 7.0 controlled using coffee mash as raw water.

メタン発酵槽のHRTを67日から33日に短縮してメタン発酵連続処理をさせ、毎日pHやガス量等を記録、また汚泥の分析用サンプルを採取し、揮発性有機酸、高級脂肪酸、総脂質等の水質分析と菌相解析に用いた。各種有機物はすべてCOD換算後、水質分析データとしてまとめた。菌相解析では酸発酵槽、メタン発酵槽の汚泥を毎日採取し、抽出処理を経て、定量PCRにかけた。   The HRT of the methane fermenter is shortened from 67 days to 33 days, methane fermentation is continuously processed, pH and gas volume are recorded daily, and samples for sludge analysis are collected, and volatile organic acids, higher fatty acids, total It was used for water quality analysis such as lipids and microbiota analysis. All organic substances were collected as water quality analysis data after COD conversion. In the microbiota analysis, sludge from acid fermenter and methane fermenter was collected every day, extracted, and subjected to quantitative PCR.

図11は、メタン発酵槽のガス、総脂質、プロピオン酸及び高級脂肪酸濃度、脂肪酸分解細菌DNA及びRNA濃度の経時的変化をまとめた結果である。   FIG. 11 shows the results of summarizing changes over time in gas, total lipid, propionic acid and higher fatty acid concentrations, and fatty acid-degrading bacterial DNA and RNA concentrations in the methane fermenter.

メタン発酵槽では有機酸消費によるpHの上昇が観察され、これが菌相のバランスを著しく乱していると予想されたため、336日目より、18%塩酸によるpH調節を開始した。そのため336日目以降は酸発酵槽とメタン発酵槽の両方のpHを人為的に制御して運転した。しかしこの後も発酵槽内の環境が回復していないと考えられたことから、原水の投入停止や汚泥の入れ替えを行った。434日目にはメタン発酵槽の汚泥を5L引き抜き、他系列のメタン発酵槽である余剰汚泥を同量投入、通常運転を再開した。   In the methane fermenter, an increase in pH due to the consumption of organic acid was observed, and this was expected to significantly disturb the balance of the microflora. Therefore, on the 336th day, pH adjustment with 18% hydrochloric acid was started. Therefore, after the 336th day, the pH of both the acid fermenter and the methane fermenter was controlled artificially. However, since it was thought that the environment in the fermenter had not recovered after this, the raw water was stopped and sludge was replaced. On the 434th day, 5L of the sludge from the methane fermentation tank was withdrawn, and the same amount of excess sludge from the other series of methane fermentation tanks was added, and normal operation was resumed.

SYM(d)ではDNA量、RNA量がほぼ一致して動き、脂質の蓄積量は菌の減少によって増加していることから、SYM(d)菌群が脂質をある程度の濃度まで分解していると考えられ、脂質は菌数の減少前と比べて約1.8倍のレベルまで蓄積した。このことから、SYM(d)のモニタリングは脂質の分解活性の推定に有効であることが示された。   In SYM (d), the amounts of DNA and RNA move almost identically, and the amount of accumulated lipid increases as the number of bacteria decreases, so the SYM (d) group decomposes lipids to a certain level. The lipid accumulated to about 1.8 times the level before the decrease in the number of bacteria. This indicates that SYM (d) monitoring is effective in estimating lipid degradation activity.

SYN(a)では、DNA量とRNA量で一部リンクがしない部分があるが、発酵基質であるプロピオン酸の蓄積量と菌数に相関が見られ、プロピオン酸の分解にSYN(a)が関わっていることが分かる。   In SYN (a), there is a portion that does not link in part with the amount of DNA and RNA, but there is a correlation between the amount of propionic acid that is the fermentation substrate and the number of bacteria, and SYN (a) You can see that they are involved.

図12は、SYN(a)のRNA/DNA濃度比と系内の総脂質と脂肪酸蓄積量を比較した結果を示す。系内の蓄積したプロピオン酸を分解する反応が進むときに高級脂肪酸の蓄積濃度が高くなる現象が見られた。また、SYN(a)のRNA/DNA濃度比が高くなる時にプロピオン酸分解反応が進む時間と一致することが認められた。SYN(a)の菌濃度の増加とプロピオン酸分解活性の高まる時期が異なることが示唆された。SYN(a)のこの生理特徴を把握して、そのプロピオン酸分解活性を高く保持する運転条件を見出すことが考えられる。   FIG. 12 shows the result of comparing the RNA / DNA concentration ratio of SYN (a) with the total lipid and fatty acid accumulation in the system. A phenomenon was observed in which the accumulated concentration of higher fatty acids increased as the reaction to decompose the accumulated propionic acid in the system progressed. In addition, it was confirmed that when the RNA / DNA concentration ratio of SYN (a) was increased, the time required for the propionic acid degradation reaction to proceed was confirmed. It was suggested that the increase in the bacterial concentration of SYN (a) and the time when the propionic acid degradation activity increased. It is conceivable to understand the physiological characteristics of SYN (a) and find out the operating conditions that keep its propionic acid decomposing activity high.

図13では、SYN(a)の菌濃度と活性と汚泥中の総脂質の相関関係を調べた結果を示す。SYN(a)のDNAとRNA濃度は総脂質濃度と正の相関関係が認められた。この結果は、豆乳処理系で得られた結果と一致した。この結果から、検出されたSYN(a)が総脂質または高級脂肪酸の分解にも係わる可能性が示唆された。   FIG. 13 shows the results of examining the correlation between the bacterial concentration and activity of SYN (a) and the total lipid in the sludge. SYN (a) DNA and RNA concentrations were positively correlated with total lipid concentration. This result was consistent with the result obtained with the soymilk treatment system. From these results, it was suggested that the detected SYN (a) may be involved in the degradation of total lipids or higher fatty acids.

図14では、SYN(a)の菌濃度と活性と汚泥中の高級脂肪酸の相関関係を調べた結果を示す。SYN(a)のDNA濃度が汚泥中の高級脂肪酸濃度が高くなると減少する傾向が認められた。   FIG. 14 shows the results of examining the correlation between the bacterial concentration and activity of SYN (a) and the higher fatty acids in the sludge. There was a tendency for SYN (a) DNA concentration to decrease as higher fatty acid concentration in sludge increased.

図15と16では、SYM(d)の菌濃度と活性と汚泥中の総脂質及び脂肪酸(プロピオン酸、高級脂肪酸)の相関関係を調べた結果を示す。どちらも、一定濃度以上蓄積するときにSYM(d)菌の濃度と活性の低減が認められた。これらの知見から、SYM(d)とSYN(a)の総脂質及び脂肪酸分解に係わる寄与度と寄与の特徴に関する情報が得られる。   FIGS. 15 and 16 show the results of examining the correlation between the microbial concentration and activity of SYM (d) and the total lipids and fatty acids (propionic acid and higher fatty acids) in the sludge. In both cases, a decrease in the concentration and activity of the SYM (d) bacterium was observed when it accumulated more than a certain concentration. From these findings, information on the contribution and characteristics of the contribution of total lipid and fatty acid degradation of SYM (d) and SYN (a) can be obtained.

図17では、検出されたSYN(a)とSYM(d)の菌濃度と活性と汚泥中pHの相関関係を調べた結果を示す。この2種類の菌群濃度ともpH増加との正の相関関係が認められた。脂肪酸分解細菌が高いpH範囲で活性化し、その条件下でメタン生成菌の活性が充分発揮できない場合、系内の脂肪酸が蓄積する原因になると考えられるので、pHを二つの菌群の共通範囲に維持しながら運転を制御する必要があることがわかった。   FIG. 17 shows the results of examining the correlation between the detected bacterial concentration and activity of SYN (a) and SYM (d) and the pH in the sludge. A positive correlation was observed between these two fungal group concentrations and an increase in pH. If fatty acid-degrading bacteria are activated in a high pH range and the methanogenic activity cannot be fully exerted under these conditions, it is thought that fatty acids in the system accumulate, so the pH should be within the common range of the two bacterial groups. It was found that it was necessary to control the operation while maintaining it.

現在知られている、脂肪酸分解に関わる菌種の系統図と本発明の検出プライマーを示す。A systematic diagram of bacterial species involved in fatty acid degradation and the detection primer of the present invention are shown. 本発明のプロピオン酸分解菌検出用プライマー(a)で検出される脂肪酸分解細菌の種類を示す。The kind of fatty acid decomposing bacteria detected with the primer (a) for propionic acid degrading bacteria detection of this invention is shown. 本発明のプロピオン酸分解菌検出用プライマー(b)で検出される脂肪酸分解細菌の種類を示す。The kind of fatty acid decomposing bacteria detected by the primer (b) for detecting propionic acid degrading bacteria of the present invention is shown. 本発明のプロピオン酸分解菌検出用プライマー(c)で検出される脂肪酸分解細菌の種類を示す。The kind of fatty acid-decomposing bacterium detected with the primer (c) for detecting propionic acid-degrading bacteria of the present invention is shown. 本発明の脂肪酸分解菌検出用プライマー(d)で検出される脂肪酸分解細菌の種類を示す。The kind of fatty acid decomposing bacteria detected with the primer (d) for fatty acid decomposing bacteria detection of this invention is shown. 文献報告プライマーの特異性を検討した結果を示す。The result of having examined the specificity of the literature report primer is shown. 豆乳高温メタン発酵連続処理系の運転結果を示す。The operation result of the soymilk high-temperature methane fermentation continuous treatment system is shown. 豆乳高温メタン発酵連続処理系内のプロピオン酸と総脂質の濃度及び検出できたそれぞれの脂肪酸分解細菌の挙動を経時的にモニタリングした結果を示す。The results of monitoring over time the concentration of propionic acid and total lipid in the continuous treatment system of high-temperature methane fermentation of soymilk and the behavior of each fatty acid-degrading bacterium detected. 各種菌濃度と系内プロピオン酸濃度の相関関係を解析した結果を示す。The result of having analyzed the correlation of various microbe density | concentrations and the propionic acid density | concentration in a system is shown. 各種菌濃度と系内総脂質濃度の相関関係を解析した結果を示す。The result of analyzing the correlation between the concentration of various bacteria and the total lipid concentration in the system is shown. メタン発酵槽のガス、総脂質、プロピオン酸及び高級脂肪酸濃度、脂肪酸分解細菌DNA及びRNA濃度の経時的変化をまとめた結果を示す。The result which put together the time-dependent change of gas of a methane fermenter, total lipid, propionic acid and higher fatty acid concentration, fatty-acid-decomposing bacteria DNA, and RNA concentration is shown. SYN(a)のRNA/DNA濃度比と系内の総脂質と脂肪酸蓄積量を比較した結果を示す。The result of comparing the RNA / DNA concentration ratio of SYN (a) with the total lipid and fatty acid accumulation in the system is shown. SYN(a)の菌濃度と活性と汚泥中の総脂質の相関関係を調べた結果を示す。The results of investigating the correlation between the bacterial concentration and activity of SYN (a) and the total lipid in the sludge are shown. SYN(a)の菌濃度と活性と汚泥中の高級脂肪酸の相関関係を調べた結果を示す。The result of investigating the correlation between fungal concentration and activity of SYN (a) and higher fatty acids in sludge is shown. SYM(d)の菌濃度と活性と汚泥中の総脂質濃度の相関関係を調べた結果を示す。The result of investigating the correlation between the bacterial concentration and activity of SYM (d) and the total lipid concentration in sludge is shown. SYM(d)の菌濃度と活性と汚泥中の脂肪酸濃度の相関関係を調べた結果を示す。The result of investigating the correlation between the fungus concentration and activity of SYM (d) and the fatty acid concentration in sludge is shown. SYN(a)とSYM(d)の菌濃度と活性と汚泥中pHの相関関係を調べた結果を示す。The results of investigating the correlation between bacterial concentration and activity of SYN (a) and SYM (d) and sludge pH are shown.

Claims (9)

脂肪酸分解細菌を属または科レベルで分別的に定量検出するための下記(a)〜(d)のいずれか一組のオリゴヌクレオチドを含むプライマーセット:
(a)Syntrophobacter属菌群をターゲットとした、配列番号1の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号2の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド;
(b)Pelotomaculum属菌群をターゲットとした、配列番号3の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号4の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド;
(c)Desulfotomaculum属菌群をターゲットとした、配列番号5の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号6の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド;
(d)Syntrophomonadaceae科菌群をターゲットとした、配列番号7の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチドと、配列番号8の塩基配列又はそれと実質的に相同な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド。
Primer set comprising any one of the following oligonucleotides (a) to (d) for differential quantitative detection of fatty acid degrading bacteria at the genus or family level:
(A) having the base sequence of SEQ ID NO: 1 or a base sequence substantially homologous thereto, and the base sequence of SEQ ID NO: 2 or a base sequence substantially homologous thereto, targeting the Syntrophobacter genus group Oligonucleotides;
(B) An oligonucleotide having the base sequence of SEQ ID NO: 3 or a base sequence substantially homologous thereto, and the base sequence of SEQ ID NO: 4 or a base sequence substantially homologous thereto, targeting the Pelotomaculum group Oligonucleotides;
(C) An oligonucleotide having the base sequence of SEQ ID NO: 5 or a base sequence substantially homologous thereto, and the base sequence of SEQ ID NO: 6 or a base sequence substantially homologous thereto, targeting the genus Desulfotomaculum Oligonucleotides;
(D) having the base sequence of SEQ ID NO: 7 or a base sequence substantially homologous thereto, targeting the Syntrophomonadaceae family, and the base sequence of SEQ ID NO: 8 or a base sequence substantially homologous thereto Oligonucleotide.
請求項1に記載のプライマーセットを用いたPCRにより、試料中の所定の属または科の脂肪酸分解細菌を検出する方法。   A method for detecting a fatty acid-degrading bacterium of a predetermined genus or family in a sample by PCR using the primer set according to claim 1. 試料がメタン発酵微生物系から採取された試料であることを特徴とする、請求項2に記載の方法。   The method according to claim 2, characterized in that the sample is a sample taken from a methane fermentation microbial system. メタン発酵微生物系を診断する方法であって、メタン発酵微生物系から採取された試料を対象にして、請求項1に記載の(a)〜(d)のオリゴヌクレオチドを含むプライマーセットのいずれか1つ以上を用いた定量PCRを行って、該メタン発酵微生物系における所定の脂肪酸分解細菌群を検出することを含む、前記診断方法。   A method for diagnosing a methane-fermenting microbial system, which is directed to a sample collected from the methane-fermenting microbial system, and any one of primer sets comprising the oligonucleotides (a) to (d) according to claim 1 The diagnostic method comprising performing quantitative PCR using two or more and detecting a predetermined group of fatty acid-degrading bacteria in the methane-fermenting microorganism system. 定量PCRとしてリアルタイムPCRを行って、メタン発酵微生物系における所定の脂肪酸分解細菌群の菌数及び/または活性を経時的にモニタリングし、該メタン発酵微生物系のメタン生成能を予測することを含む、請求項4に記載の方法。   Performing real-time PCR as quantitative PCR, monitoring the number and / or activity of a predetermined fatty acid-degrading bacterial group in the methane-fermenting microbial system over time, and predicting the methane-producing ability of the methane-fermenting microbial system, The method of claim 4. 請求項1に記載の(a)〜(c)のオリゴヌクレオチドを含むプライマーセットのいずれか1つ以上を用いた定量PCRを行って、メタン発酵微生物系におけるプロピオン酸分解に係わる所定の酸生成細菌の菌数及び/または活性を定量し、該メタン発酵微生物系のプロピオン酸分解能を推定することを含む、請求項4に記載の方法。   A predetermined acid-producing bacterium involved in propionic acid degradation in a methane fermentation microorganism system by performing quantitative PCR using any one or more of the primer sets comprising the oligonucleotides of (a) to (c) according to claim 1 The method according to claim 4, wherein the method comprises quantifying the number and / or activity of the methane fermentation microorganism and estimating the propionic acid resolution of the methane-fermenting microbial system. 請求項1に記載の(a)及び(d)のオリゴヌクレオチドを含むプライマーセットのいずれか1つ以上を用いたリアルタイムPCRを行って、メタン発酵微生物系における脂質分解に係わる所定の酸生成細菌の菌数及び/または活性を経時的にモニタリングし、該メタン発酵微生物系の脂質分解能を予測することを含む、請求項4に記載の方法。   Real-time PCR using any one or more of the primer sets containing the oligonucleotides (a) and (d) according to claim 1 is carried out to obtain a predetermined acid-producing bacterium related to lipid degradation in a methane fermentation microorganism system. 5. The method of claim 4, comprising monitoring bacterial counts and / or activity over time to predict lipid resolution of the methane fermentation microbial system. メタン発酵微生物系から採取された試料を対象にして、請求項1に記載の(a)〜(d)のオリゴヌクレオチドを含むプライマーセットのいずれか1つ以上を用いた定量PCRを行って、該メタン発酵微生物系における所定の脂肪酸分解細菌群の優占状況を調べ、該メタン発酵微生物系にとって有用と思われる菌を推定し、該有用と思われる菌の菌数と活性を制御することを特徴とする、嫌気性処理方法。   Targeting a sample collected from a methane fermentation microbial system, quantitative PCR using any one or more of the primer sets containing the oligonucleotides (a) to (d) according to claim 1 is performed, Investigating the prevailing status of certain fatty acid-degrading bacteria in the methane-fermenting microbial system, estimating the bacteria that may be useful for the methane-fermenting microbial system, and controlling the number and activity of the bacteria that are considered useful An anaerobic treatment method. メタン発酵微生物系から採取された試料を対象にして、請求項1に記載の(a)〜(d)のオリゴヌクレオチドを含むプライマーセットのいずれか1つ以上を用いたリアルタイムPCRを行って、該メタン発酵微生物系における所定の脂肪酸分解菌群の菌体当たりの活性を経時的にモニタリングし、該メタン発酵微生物系にとって適切な運転制御条件を予測し、該適切な制御条件を実施することを特徴とする、嫌気性処理方法。   Targeting a sample collected from a methane fermentation microbial system, performing real-time PCR using any one or more of the primer sets containing the oligonucleotides (a) to (d) according to claim 1, The activity per cell of a predetermined fatty acid-degrading microbial group in the methane fermentation microbial system is monitored over time, the operation control conditions appropriate for the methane fermentation microbial system are predicted, and the appropriate control conditions are implemented. An anaerobic treatment method.
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