JP2008289424A - Method for producing microorganism carrier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細胞外ポリマーで基材表面を被覆する微生物担体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a microbial carrier for coating a substrate surface with an extracellular polymer.
近年、微生物の生物活性(代謝、同化、酵素反応等)を利用した各種のバイオリアクター(生物反応器)が開発されており、例えば食品分野では機能性を有する糖類、ペプチド、天然色素、ビタミン類、アルコール等の製造が、医薬品分野では抗腫瘍剤、抗生物質、モノクロナール抗体、農薬等の製造が、化学の分野ではファインケミカル、酵素、界面活性剤、油脂等の製造が、エネルギーの分野ではバイオ燃料の製造が、環境衛生の分野では、廃水、廃ガス、廃棄物の処理等への活用が進められている。 In recent years, various bioreactors (biological reactors) utilizing the biological activity (metabolism, assimilation, enzyme reaction, etc.) of microorganisms have been developed. For example, functional sugars, peptides, natural pigments, vitamins in the food field In the pharmaceutical field, anti-tumor agents, antibiotics, monoclonal antibodies, and agricultural chemicals are manufactured. In the chemical field, fine chemicals, enzymes, surfactants, fats and oils are manufactured, and in the energy field, In the field of environmental hygiene, the production of fuel is being used for wastewater, waste gas, waste treatment, and the like.
バイオリアクターの開発や運転操作においては、リアクター反応部に微生物菌体を短期間で高密度かつ安定に担持することが求められており、微生物の担持を容易にするための目的で、微生物が付着する固体担体の物理形状を粗にして表面積を増加させる処理や、固体担体の表面特性を化学的に改質する処理等を施すことも行われている。 In the development and operation of bioreactors, it is required to stably carry microbial cells in the reactor reaction section in a short period of time with high density and stability. For the purpose of facilitating the loading of microorganisms, microorganisms are attached. A process for increasing the surface area by roughening the physical shape of the solid support, a process for chemically modifying the surface characteristics of the solid support, and the like are also performed.
例えば、特開平10−150982号公報には、機械的強度が大きく、安価で、微生物の固定化量の多いバイオリアクター用担体として、ゼオライトを加熱処理して表面に開放した5〜400μmの細孔を有する多孔質粒子を製造する方法が開示されている。しかしながら、この担体上への微生物の担持は、微生物の自発的な付着現象を利用した固定化方法であり、一定の微生物数を担持するためには比較的長期間を要することとなり、また、水力学的な力が作用する環境では付着した微生物が脱離しやすいという課題があった。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-150982 discloses 5-400 μm pores that are open to the surface by heating with zeolite as a bioreactor carrier that has high mechanical strength, is inexpensive, and has a large amount of immobilized microorganisms. A method for producing porous particles having the following is disclosed. However, the loading of microorganisms on the carrier is an immobilization method that utilizes the spontaneous adhesion phenomenon of microorganisms, and it takes a relatively long time to carry a certain number of microorganisms. There is a problem that attached microorganisms are easily detached in an environment where a mechanical force acts.
また、特開平7−99960号公報には、セラミックス担体に微生物や酵素を長期かつ安定に固定化するために、ビーズ状、ペレット状、馬蹄状のセラミックス担体やハニカム構造を持つセラミックモノリスの表面に、長さ1〜100μm、太さ0.1〜10μmの針状又は柱状のムライト結晶を芝生状に高密度で成長させた後、グルタルアルデヒド法により結晶間にキトサン膜を埋め込んだ長期安定性バイオリアクター担体を得る方法が開示されている。この担体の表面改質方法に用いられているグルタルアルデヒド法などの架橋法では、担体表面にアミノ基を予め導入しておかなければならず、極めて煩雑な前処理なしに微生物や酵素を固定化することはできなかった。更に、架橋法による結合が、水溶液中での生体反応により加水分解されて切断される場合があり、時間とともに固定化量が減少することが避けられず、長期間にわたり微生物を安定に担持することができない場合も多く改善が望まれていた。 In addition, JP-A-7-99960 discloses that the surface of a ceramic monolith having a bead-like, pellet-like, or horseshoe-like ceramic carrier or a honeycomb structure is used to stably immobilize microorganisms and enzymes on the ceramic carrier for a long period of time. Long-term stable biotechnology in which needle-like or columnar mullite crystals having a length of 1 to 100 μm and a thickness of 0.1 to 10 μm are grown at a high density in a lawn shape and then a chitosan film is embedded between the crystals by the glutaraldehyde method A method for obtaining a reactor support is disclosed. In the crosslinking method such as the glutaraldehyde method used in this carrier surface modification method, amino groups must be introduced in advance on the carrier surface, and microorganisms and enzymes can be immobilized without extremely complicated pretreatment. I couldn't. Furthermore, the bond by the cross-linking method may be hydrolyzed and cleaved by a biological reaction in an aqueous solution, and it is inevitable that the amount of immobilization decreases with time. There were many cases where improvement was desired even when this was not possible.
更に、特開2003−202329号公報には、ポリエチレンイミン(PEI)などのアミノ基またはイミノ基を有する化合物を担体に固定化し、グラム陰性細菌のリポ多糖を吸着するためのリポ多糖吸着体、及び、これを用いてイムノアッセイによりリポ多糖を検出する検出方法が開示されている。しかしながら、リポ多糖吸着体を製造する際に、PEI等のポリカチオンを担体表面に化学的に固定化するための煩雑な前処理が必要であったり、吸着されたグラム陰性菌の増殖を抑制してしまい、特にバイオリアクターとして用いた場合には生物活性の維持が困難であった。 Furthermore, JP 2003-202329 A discloses a lipopolysaccharide adsorbent for immobilizing a compound having an amino group or imino group such as polyethyleneimine (PEI) on a carrier, and adsorbing lipopolysaccharide of gram-negative bacteria, and And a detection method for detecting lipopolysaccharide by immunoassay using the same. However, when producing a lipopolysaccharide adsorbent, complicated pretreatment is required to chemically immobilize polycations such as PEI on the surface of the carrier, or the growth of adsorbed gram-negative bacteria is suppressed. In particular, when used as a bioreactor, it was difficult to maintain biological activity.
ここで、自然界に存在する微生物は、何らかの固体表面に付着した状態で生息しており、これらはしばしばバイオフィルム(生物膜)と呼ばれる膜状に堆積した集合体を形成する。バイオフィルム内の微生物は、浮遊状態で存在している時の細胞と比較すると生理学的に大きく異なっていることが知られており、バイオフィルムを形成することで生物的に安定になり、また、薬剤に対して高い抵抗性を示すようになる等、より生物的な機能性を発揮すると考えられている。また、固体表面上に形成されたバイオフィルム中には、微生物菌体の他に、粘着性のポリマー様物質が蓄積されていることが特徴である。 Here, microorganisms existing in nature live in a state of adhering to a certain solid surface, and these often form a film-like aggregate called a biofilm (biofilm). Microorganisms in biofilms are known to be significantly different physiologically compared to cells when they exist in suspension, and become biostable by forming biofilms, It is considered to exhibit more biological functionality, such as high resistance to drugs. In addition, the biofilm formed on the solid surface is characterized by accumulation of adhesive polymer-like substances in addition to microbial cells.
細菌が細胞外にポリマー様物質を生成することは従来から知られており、例えば、特開2004−208563号公報には、国内外の土壌、地下水などからEnterobacter属に属する新規微生物をスクリーニングにより取得し、フコース、ガラクトース、グルコース及びグルクロン酸を主成分として構成される水溶性多糖類を製造する方法が開示されている。この方法により得られる水溶性多糖類は、生体適合材料、ドラッグデリバリーシステム(DDS)の媒体、機能性食品、医薬品、吸収保水剤等の用途に用いることができるとされている。しかしながら、多価の金属イオンの存在下で酸性条件に曝されると、多糖類分子鎖の遊離のカルボキシル基がマスクされる結果、ゲル化して不溶化し、あるいは固体表面に対する吸着親和性が著しく減少するなど、環境条件によっては表面改質剤としての性質が失われる場合があった。 It has been conventionally known that bacteria produce a polymer-like substance extracellularly. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-208563 acquires new microorganisms belonging to the genus Enterobacter from domestic and foreign soils and groundwater by screening. In addition, a method for producing a water-soluble polysaccharide composed mainly of fucose, galactose, glucose and glucuronic acid is disclosed. It is said that the water-soluble polysaccharide obtained by this method can be used for applications such as biocompatible materials, drug delivery system (DDS) media, functional foods, pharmaceuticals, and absorbent water retention agents. However, when exposed to acidic conditions in the presence of polyvalent metal ions, the free carboxyl groups of the polysaccharide molecular chains are masked, resulting in gelation and insolubility, or a significant decrease in adsorption affinity for solid surfaces. Depending on environmental conditions, the properties as a surface modifier may be lost.
また、特表2002−527072号公報には、少なくとも1種のアグロバクテリウム・ラジオバクターI−2001(又はDSM 12095)菌株、その組換え体又はその突然変異体と、前記菌株、その組換え体又はその突然変異体によって同化することができる炭素源とを含む培地中で発酵によって得ることのできるヘテロ多糖類について記載されている。このヘテロ多糖類は、例えば石油、農薬、食品、化粧品、工業用洗剤中の増粘剤又はゲル化剤として用いることができるとされている。しかしながら、このようなヘテロ多糖類を微生物担体に用いることについての記載はなかった。 JP 2002-527072 A discloses at least one Agrobacterium radiobacter I-2001 (or DSM 12095) strain, a recombinant thereof, or a mutant thereof, and the strain, a recombinant thereof. Or a heteropolysaccharide obtainable by fermentation in a medium containing a carbon source that can be assimilated by a mutant thereof. This heteropolysaccharide can be used as a thickener or gelling agent in, for example, petroleum, agricultural chemicals, foods, cosmetics, and industrial detergents. However, there was no description about using such a heteropolysaccharide as a microbial carrier.
更に、特表2004−500806号公報には、非毒性で非抗原性であり、中性糖、酸性糖、アミン糖から構成されるエキソ多糖を生成する微生物について記載されている。このエキソ多糖類は、例えば土壌改良剤、食品又は薬物の添加剤、血漿増量剤、生物生長防止剤として用いることができるとされている。しかしながら、このようなエキソ多糖を微生物担体に用いることについての記載はなかった。 Furthermore, Japanese translations of PCT publication No. 2004-500806 describes microorganisms that are non-toxic and non-antigenic and produce exopolysaccharides composed of neutral sugars, acidic sugars, and amine sugars. This exopolysaccharide is said to be usable as, for example, a soil conditioner, a food or drug additive, a plasma extender, or a biological growth inhibitor. However, there was no description about using such exopolysaccharide as a microbial carrier.
また、特開平6−239608号公報には、粘質物質を生産する能力を有する微生物および該微生物により生産された粘質物質を担持せしめてなる活性炭について記載されている。これによれば、粘質物質を生産する能力を有する微生物や、必要により他の微生物菌体を活性炭に固定化させると、微生物菌体を固定化した活性炭が安価に製造できるようになり、得られた活性炭は高い物質除去能力を有するとされている。しかしながら、活性炭以外の基材の表面に微生物を固定化させることが求められていた。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-239608 describes a microorganism having the ability to produce a viscous substance and activated carbon obtained by supporting the viscous substance produced by the microorganism. According to this, when microorganisms having the ability to produce viscous substances and other microorganism cells are immobilized on activated carbon as necessary, activated carbon with immobilized microorganism cells can be produced at low cost. The activated carbon obtained is said to have a high substance removal ability. However, it has been required to immobilize microorganisms on the surface of a substrate other than activated carbon.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、細胞外ポリマーで基材表面を被覆することにより、担持される微生物の生物活性を維持したまま、微生物の付着を促進させることができる微生物担体の製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and by coating the surface of a substrate with an extracellular polymer, the adhesion of microorganisms can be promoted while maintaining the biological activity of the supported microorganisms. An object of the present invention is to provide a method for producing a microbial carrier.
上記課題は、金属、セラミックス及びガラスからなる群から選択される少なくとも1種から形成された基材表面を、細胞外ポリマーを生成する微生物により生成された細胞外ポリマーで被覆することを特徴とする微生物担体の製造方法を提供することによって解決される。 The object is characterized in that a substrate surface formed from at least one selected from the group consisting of metals, ceramics and glass is coated with an extracellular polymer produced by a microorganism that produces an extracellular polymer. It is solved by providing a method for producing a microbial carrier.
このとき、基材表面が金属から形成されてなることが好適であり、細胞外ポリマーの被覆量が全有機炭素量として0.1〜10mg/m2であることが好適である。また、細胞外ポリマーが、多糖類又はタンパク質、及びこれらの混合物であることが好適であり、細胞外ポリマーが、水溶液中で静電的に両性であることが好適である。また、細胞外ポリマーの見掛けの実効電荷が、pHが3のときに1C/g以上であり、かつpHが12のときに−1C/g以下であることが好適であり、細胞外ポリマーを生成する微生物がAgrobacterium属に属する微生物であることが好適である。 At this time, it is preferable that the surface of the base material is formed of a metal, and it is preferable that the coating amount of the extracellular polymer is 0.1 to 10 mg / m 2 as the total organic carbon amount. The extracellular polymer is preferably a polysaccharide or protein, and a mixture thereof, and the extracellular polymer is preferably electrostatically amphoteric in an aqueous solution. In addition, it is preferable that the apparent effective charge of the extracellular polymer is 1 C / g or more when the pH is 3, and -1 C / g or less when the pH is 12, and the extracellular polymer is produced. It is preferable that the microorganism to be used is a microorganism belonging to the genus Agrobacterium.
また、このとき、細胞外ポリマーを生成する微生物が以下の菌学的性質を有するものであることが好適である。特に好適な菌株は、Agrobacterium属11−4株(受領番号FERM AP−21298)である。また、細胞外ポリマーを生成する微生物がフォスホマイシン及びアンピシリンに対する抵抗性を有するものであることも好適である。
(細胞形態)
桿菌 大きさ:0.5-1.0×0.8-2.0μm
運動性 +(周毛性)
グラム染色 −
内生胞子 −
(生理的性質)
ゼラチン液化 −
リトマスミルク 変化なし
インドールの生成 −
エスクリンの分解 −
硝酸塩からの亜硝酸塩の生成還元 +
カタラーゼ +
でんぷんの加水分解 −
OFテスト −/+
糖の分解
グルコース +
ガラクトース +
アラビノース +
スクロース +
ラクトース −
マルトース +
マンニトール +
N−アセチル−グルコサミン同化 +
グルコン酸カリウム同化 +
n−カプリン酸同化 −
アジピン酸同化 −
dl−リンゴ酸同化 +
クエン酸ナトリウム同化 −
酢酸フェニル(PAC)同化 −
チトクロームオキシダーゼ +
酸素に対する態度 好気性
生育温度 20-37℃
至適pH 7.2
At this time, it is preferable that the microorganism producing the extracellular polymer has the following mycological properties. A particularly suitable strain is the Agrobacterium genus strain 11-4 (accession number FERM AP-21298). It is also preferable that the microorganism that produces the extracellular polymer has resistance to fosfomycin and ampicillin.
(Cell morphology)
Neisseria gonorrhoeae Size: 0.5-1.0 × 0.8-2.0μm
Motility + (peripheral)
Gram staining −
Endospores −
(Physiological properties)
Gelatin liquefaction −
Litmus milk No change Indole production −
Degradation of esculin −
Nitrite production reduction from nitrate +
Catalase +
Starch hydrolysis −
OF test-/ +
Sugar breakdown Glucose +
Galactose +
Arabinose +
Sucrose +
Lactose −
Maltose +
Mannitol +
N-acetyl-glucosamine assimilation +
Potassium gluconate assimilation +
n-Capric acid assimilation −
Adipic acid assimilation −
dl-malic acid assimilation +
Sodium citrate assimilation −
Assimilation of phenyl acetate (PAC) −
Cytochrome oxidase +
Attitude toward oxygen Aerobic Growth temperature 20-37 ℃
Optimal pH 7.2
本発明の好適な実施態様は、上記微生物担体の製造方法により得られた微生物担体に微生物を担持させることを特徴とする微生物固定化方法であり、また、本発明の他の好適な実施態様は、上記微生物担体の製造方法により得られた微生物担体を用いて排水処理を行うことを特徴とする排水処理方法である。また、上記微生物担体の製造方法により得られたバイオリアクター用微生物担体も本発明の好適な実施態様である。 A preferred embodiment of the present invention is a method for immobilizing microorganisms, characterized in that a microorganism is supported on a microorganism carrier obtained by the above-described method for producing a microorganism carrier, and another preferred embodiment of the present invention is The wastewater treatment method is characterized in that wastewater treatment is performed using the microorganism carrier obtained by the above-described method for producing a microorganism carrier. Moreover, a microbial carrier for a bioreactor obtained by the above method for producing a microbial carrier is also a preferred embodiment of the present invention.
本発明の微生物担体の製造方法によれば、細胞外ポリマーで基材表面を被覆することにより、担持される微生物の生物活性を維持したまま、微生物の付着を促進させることができる。 According to the method for producing a microbial carrier of the present invention, the adhesion of microorganisms can be promoted while the biological activity of the supported microorganisms is maintained by coating the substrate surface with an extracellular polymer.
本発明は、細胞外ポリマーを生成する微生物により生成された細胞外ポリマーで基材表面を被覆することを特徴とする微生物担体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a microbial carrier characterized in that a substrate surface is coated with an extracellular polymer produced by a microorganism that produces an extracellular polymer.
本発明の微生物担体の製造方法は、細胞外ポリマーで基材表面を被覆することを特徴とする。このことにより、得られる微生物担体への菌体の付着を促進させることができる。ここで、細胞外ポリマーとは、細胞外ポリマーを生成する微生物により生成されるものであり、微生物を担持する能力を有するものであれば特に限定されず、例えば、多糖類、ポリアミノ酸(ペプチド)、タンパク質、リポ多糖等が挙げられ、吸着親和性の観点から好ましくは、多糖類又はタンパク質、及びこれらの混合物である。多糖類を構成する単糖としては、例えば、グルコース、ガラクトース、キシロース、マンノース、ラムノース、フコース、アラビノース、リボース等の中性糖;ガラクツロン酸、アルギン酸、グルコン酸、イズロン酸、マンヌロン酸、グルクロン酸等のウロン酸;グルコサミン、ガラクトサミン、マンノサミン等のアミノ糖などが挙げられる。 The method for producing a microbial carrier of the present invention is characterized in that the substrate surface is coated with an extracellular polymer. By this, adhesion of the microbial cell to the microorganism carrier obtained can be promoted. Here, the extracellular polymer is produced by a microorganism that produces an extracellular polymer, and is not particularly limited as long as it has an ability to support the microorganism. For example, polysaccharides, polyamino acids (peptides) From the viewpoint of adsorption affinity, polysaccharides or proteins, and mixtures thereof are preferable. Examples of monosaccharides constituting the polysaccharide include neutral sugars such as glucose, galactose, xylose, mannose, rhamnose, fucose, arabinose, and ribose; galacturonic acid, alginic acid, gluconic acid, iduronic acid, mannuronic acid, glucuronic acid, and the like Uronic acid; amino sugars such as glucosamine, galactosamine, mannosamine and the like.
中でも、細胞外ポリマーを構成する多糖類が、カルボキシル基を有するウロン酸を含むことが好ましく、このことにより、親水性である金属、セラミックス及びガラス等から形成された基材表面に対して細胞外ポリマーが不可逆的に吸着する。特に、正の表面電荷が大きい金属からなる基材表面に対して、きわめて強い相互作用で良好に吸着するため好ましい。本発明では、上記ウロン酸がガラクツロン酸換算で20重量%以上含まれていることが好ましく、30重量%以上含まれていることがより好ましい。一方、通常、ウロン酸の含有量は、90重量%以下である。 Among them, it is preferable that the polysaccharide constituting the extracellular polymer contains uronic acid having a carboxyl group, and this enables the extracellular surface of the base material formed from a metal, ceramics, glass, etc. that are hydrophilic. The polymer adsorbs irreversibly. In particular, it is preferable because it adsorbs well to a substrate surface made of a metal having a large positive surface charge with an extremely strong interaction. In the present invention, the uronic acid is preferably contained in an amount of 20% by weight or more, more preferably 30% by weight or more in terms of galacturonic acid. On the other hand, the content of uronic acid is usually 90% by weight or less.
また、本発明の微生物担体の製造方法により得られる細胞外ポリマーが、牛血清アルブミン換算で0.5重量%以上のタンパク質を含むことが好ましく、1重量%以上のタンパク質を含むことがより好ましい。このことにより、細胞外ポリマーが静電的に両性となり、正又は負の静電的特性を有する種々の基材表面に対して細胞外ポリマーが良好に被覆される。一方、通常、タンパク質の含有量は、60重量%以下である。 The extracellular polymer obtained by the method for producing a microbial carrier of the present invention preferably contains 0.5% by weight or more protein in terms of bovine serum albumin, and more preferably contains 1% by weight or more protein. As a result, the extracellular polymer becomes electrostatically amphoteric, and the extracellular polymer is well coated on various substrate surfaces having positive or negative electrostatic characteristics. On the other hand, the protein content is usually 60% by weight or less.
上記細胞外ポリマーを生成する微生物としては、細胞外ポリマーを生成できる微生物であれば特に限定されず、シュードモナス(Pseudomonas)属、バチルス(Bacillus)属、アルカリゲネス(Alcaligenes)属、アグロバクテリウム(Agrobacterium)属、ユーグレナ(Euglena)属、キサントモナス(Xanthomonas)属、アセトバクター(Acetobacter)属、グルコノバクター(Gluconobacter)属等に属する微生物を用いることができる。中でも、安全性の観点から、アグロバクテリウム(Agrobacterium)属であることが好ましい。 The microorganism that produces the extracellular polymer is not particularly limited as long as it is a microorganism capable of producing an extracellular polymer, and includes the genus Pseudomonas, the genus Bacillus, the genus Alcaligenes, and the Agrobacterium. Microorganisms belonging to the genus, Euglena genus, Xanthomonas genus, Acetobacter genus, Gluconobacter genus and the like can be used. Among these, from the viewpoint of safety, the genus Agrobacterium is preferable.
本発明者が見出した具体的な菌株は、Agrobacterium属11−4株(受領番号FERM AP−21298、以下「11−4株」と略記することがある)であり、下記の菌学的性質を有するものである。以下の記載において、+は陽性を、−は陰性を意味する。
(細胞形態)
桿菌 大きさ:0.5-1.0×0.8-2.0μm
運動性 +(周毛性)
グラム染色 −
内生胞子 −
(生理的性質)
ゼラチン液化 −
リトマスミルク 変化なし
インドールの生成 −
エスクリンの分解 −
硝酸塩からの亜硝酸塩の生成還元 +
カタラーゼ +
でんぷんの加水分解 −
OFテスト −/+
糖の分解
グルコース +
ガラクトース +
アラビノース +
スクロース +
ラクトース −
マルトース +
マンニトール +
N−アセチル−グルコサミン同化 +
グルコン酸カリウム同化 +
n−カプリン酸同化 −
アジピン酸同化 −
dl−リンゴ酸同化 +
クエン酸ナトリウム同化 −
酢酸フェニル(PAC)同化 −
チトクロームオキシダーゼ +
酸素に対する態度 好気性
生育温度 20-37℃
至適pH 7.2
A specific strain found by the present inventor is Agrobacterium genus 11-4 (reception number FERM AP-21298, hereinafter may be abbreviated as “11-4 strain”), and has the following mycological properties: I have it. In the following description, + means positive and-means negative.
(Cell morphology)
Neisseria gonorrhoeae Size: 0.5-1.0 × 0.8-2.0μm
Motility + (peripheral)
Gram staining −
Endospores −
(Physiological properties)
Gelatin liquefaction −
Litmus milk No change Indole production −
Degradation of esculin −
Nitrite production reduction from nitrate +
Catalase +
Starch hydrolysis −
OF test-/ +
Sugar breakdown Glucose +
Galactose +
Arabinose +
Sucrose +
Lactose −
Maltose +
Mannitol +
N-acetyl-glucosamine assimilation +
Potassium gluconate assimilation +
n-Capric acid assimilation −
Adipic acid assimilation −
dl-malic acid assimilation +
Sodium citrate assimilation −
Assimilation of phenyl acetate (PAC) −
Cytochrome oxidase +
Attitude toward oxygen Aerobic Growth temperature 20-37 ℃
Optimal pH 7.2
上記Agrobacterium属11−4株は、平成19年5月16日に独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに寄託され、受領番号FERM AP−21298が付与された。 The above Agrobacterium genus 11-4 strain was deposited at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biological Deposit Center on May 16, 2007, and assigned the receipt number FERM AP-21298.
本発明では、細胞外ポリマーを生成する微生物が抗生物質や抗菌剤等に対する抵抗性を有するものであることが好ましく、具体的にはフォスホマイシン及びアンピシリンに対する抵抗性を有するものであることが好ましい。このように細胞外ポリマーを生成する微生物が抗生物質や抗菌剤等に対する抵抗性を有するものである場合、生成された細胞外ポリマー自体が、抗生物質や抗菌剤等に対する保護機能を有しており、本発明で得られる微生物担体に付着する微生物の生物活性を維持することができるため好ましい。この点は、後述する実施例における細胞外ポリマーを生成しない変異株との対比試験においても示されている。 In the present invention, the microorganism that produces the extracellular polymer is preferably one that has resistance to antibiotics and antibacterial agents, and specifically, one that has resistance to fosfomycin and ampicillin. . In this way, when the microorganism that produces extracellular polymer has resistance to antibiotics, antibacterial agents, etc., the produced extracellular polymer itself has a protective function against antibiotics, antibacterial agents, etc. It is preferable because the biological activity of the microorganism attached to the microorganism carrier obtained in the present invention can be maintained. This point is also shown in a comparison test with a mutant strain that does not produce an extracellular polymer in Examples described later.
本発明は、細胞外ポリマーで基材表面を被覆することを特徴とするが、前記基材表面は金属、セラミックス及びガラスからなる群から選択される少なくとも1種から形成されてなるものである。静電的相互作用又は配位結合によって細胞外ポリマーを不可逆的に吸着させる観点から、基材表面は、正又は負の表面電荷を持っていることが好ましい。 The present invention is characterized in that the substrate surface is coated with an extracellular polymer, and the substrate surface is formed from at least one selected from the group consisting of metals, ceramics and glass. From the viewpoint of irreversibly adsorbing the extracellular polymer by electrostatic interaction or coordination bond, the substrate surface preferably has a positive or negative surface charge.
基材に用いられる金属としては特に限定されず、耐食性、耐薬品性及び耐久性の観点から、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、アルミニウム合金等が例示される。また、基材に用いられるセラミックスやガラスとしては特に限定されず、耐食性、耐薬品性及び耐久性の観点から、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の金属酸化物であることが好ましく、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラス、石英ガラス等であることが好ましい。 The metal used for the substrate is not particularly limited, and examples thereof include stainless steel, titanium, aluminum, and an aluminum alloy from the viewpoint of corrosion resistance, chemical resistance, and durability. Further, the ceramic or glass used for the substrate is not particularly limited, and is preferably a metal oxide such as alumina, zirconia, and titania from the viewpoints of corrosion resistance, chemical resistance, and durability. Borosilicate glass, soda Glass, quartz glass and the like are preferable.
中でも、基材表面が金属から形成されてなることが好ましい。基材表面が金属から形成されてなる場合、通常、微生物が吸着しにくいとともに、金属が有する抗菌作用のため吸着する微生物の生物活性が低下してしまうおそれがある。本発明により得られる微生物担体は、基材表面が金属から形成されてなる場合であっても生物活性が低下することがなく、微生物の付着を促進させることができ、更に付着した微生物は水洗浄等で容易に離脱することがないため好ましい。 Especially, it is preferable that the base-material surface is formed from a metal. When the surface of the substrate is formed of a metal, it is usually difficult for microorganisms to be adsorbed, and the biological activity of the adsorbing microorganisms may be reduced due to the antibacterial action of the metal. The microorganism carrier obtained by the present invention can promote the adhesion of microorganisms without reducing the biological activity even when the substrate surface is formed of metal, and the adhered microorganisms can be washed with water. It is preferable because it is not easily detached.
また、基材本体は別の材料とし、表面をめっきすることも可能であり、電気ニッケルめっき、無電解ニッケルめっき、無電解ニッケル複合めっき等のめっき皮膜等が形成された基材を用いることもできる。 In addition, the substrate body can be made of a different material and the surface can be plated, and a substrate on which a plating film such as electro nickel plating, electroless nickel plating, electroless nickel composite plating, etc. is formed can be used. it can.
上記基材の形状については特に限定されず、例えば、平滑面や凹凸面を有する板材等の平板型;配管、ノズル、カラム等の管状型;マイクロチャネル等の溝状型;不織布、繊維等の繊維状型;微粒子、破砕片、球等の粒子状型;焼結体、圧密体等の多孔質状型等が挙げられ、中でも反応効率の観点から、管状型や溝状型のような形状が好ましい。このような基材表面を有する具体的な製品としては、バイオリアクター、バイオセンサー、マイクロリアクター、分析器具等が例示される。 The shape of the substrate is not particularly limited. For example, a flat plate type such as a plate having a smooth surface or an uneven surface; a tubular type such as a pipe, a nozzle, or a column; a groove type such as a microchannel; a non-woven fabric, a fiber, or the like Fibrous molds: particulate molds such as fine particles, crushed pieces, spheres, etc .; porous molds such as sintered bodies and compacted bodies, etc. Among them, from the viewpoint of reaction efficiency, a shape such as a tubular mold or a groove mold Is preferred. Specific products having such a substrate surface include bioreactors, biosensors, microreactors, analytical instruments and the like.
本発明の微生物担体の製造方法は、細胞外ポリマーで基材表面を被覆することを特徴とするが、基材表面を被覆する際の細胞外ポリマーの被覆量が全有機炭素量として0.1〜10mg/m2であることが好ましい。ここで、細胞外ポリマーの被覆量は、強アルカリ洗浄により基材表面から細胞外ポリマーを強制的に離脱させ、その回収液を燃焼させた際のCO2量から算出される。細胞外ポリマーの被覆量が0.1mg/m2未満の場合、微生物の付着量が不十分となるおそれがあり、より好適には0.2mg/m2以上であり、更に好適には0.5mg/m2以上である。一方、基材表面と細胞外ポリマー間の吸着力は大きいが、細胞外ポリマー間の相互作用は弱いことから、細胞外ポリマーの被覆量が10mg/m2を超える場合、多分子層皮膜となり最上部に吸着した細胞外ポリマーの離脱の原因となるおそれがあり、より好適には8mg/m2以下であり、更に好適には5mg/m2以下である。 The method for producing a microbial carrier according to the present invention is characterized in that the surface of a substrate is coated with an extracellular polymer, and the amount of the extracellular polymer coated on the surface of the substrate is 0.1 as the total amount of organic carbon. It is preferable that it is -10 mg / m < 2 >. Here, the coating amount of the extracellular polymer is calculated from the amount of CO 2 when the extracellular polymer is forcibly detached from the substrate surface by strong alkali washing and the recovered liquid is burned. When the coating amount of the extracellular polymer is less than 0.1 mg / m 2 , there is a possibility that the adhesion amount of microorganisms may be insufficient, more preferably 0.2 mg / m 2 or more, and even more preferably 0.8. 5 mg / m 2 or more. On the other hand, the adsorption force between the substrate surface and the extracellular polymer is large, but the interaction between the extracellular polymers is weak. Therefore, when the coating amount of the extracellular polymer exceeds 10 mg / m 2 , the multi-layer coating is obtained. There is a possibility that the extracellular polymer adsorbed on the upper part may be detached, more preferably 8 mg / m 2 or less, and further preferably 5 mg / m 2 or less.
本発明の微生物担体の製造方法において、細胞外ポリマーを含む水溶液を基材表面に塗布することが好ましい。このとき、細胞外ポリマーを含む水溶液の濃度は、0.1〜5g/Lであることが好ましい。細胞外ポリマーを含む水溶液の濃度が0.1g/L未満の場合、基材表面を十分に被覆することができなくなるおそれがあり、より好適には0.5g/L以上である。一方、細胞外ポリマーを含む水溶液の濃度が5g/Lを超える場合、基材表面に細胞外ポリマーが過剰に吸着してしまうため最上部に吸着した細胞外ポリマー層が離脱するおそれがあり、より好適には3g/L以下である。 In the method for producing a microbial carrier of the present invention, an aqueous solution containing an extracellular polymer is preferably applied to the surface of a substrate. At this time, the concentration of the aqueous solution containing the extracellular polymer is preferably 0.1 to 5 g / L. If the concentration of the aqueous solution containing the extracellular polymer is less than 0.1 g / L, the surface of the base material may not be sufficiently covered, and more preferably 0.5 g / L or more. On the other hand, when the concentration of the aqueous solution containing the extracellular polymer exceeds 5 g / L, the extracellular polymer layer may be excessively adsorbed on the surface of the base material, so that the extracellular polymer layer adsorbed on the uppermost part may be detached. Preferably it is 3 g / L or less.
上記細胞外ポリマーを含む水溶液のpHは、3〜10の範囲にあることが好ましい。細胞外ポリマーを含む水溶液のpHが3未満の場合、細胞外ポリマーの凝集が起こるため基材表面を均一に被覆することができなくなるおそれがあり、より好適には、pHは6以上である。一方、細胞外ポリマーを含む水溶液のpHが10を超える場合、細胞外ポリマーの吸着量が低下するおそれがあり、より好適には、pHは9以下である。また、細胞外ポリマーを生成する微生物は、細胞外ポリマーを生成した後に遠心分離により菌株を分離して再利用することもできる。 The pH of the aqueous solution containing the extracellular polymer is preferably in the range of 3-10. When the pH of the aqueous solution containing the extracellular polymer is less than 3, since the extracellular polymer aggregates, there is a possibility that the substrate surface cannot be uniformly coated. More preferably, the pH is 6 or more. On the other hand, when the pH of the aqueous solution containing the extracellular polymer exceeds 10, the amount of adsorption of the extracellular polymer may decrease, and the pH is more preferably 9 or less. In addition, microorganisms that produce extracellular polymers can be reused by separating the strains by centrifugation after producing the extracellular polymers.
本発明では、基材表面を被覆した細胞外ポリマーが、水溶液中で静電的に両性であることが好ましい。このことにより、正又は負の静電的特性を有する種々の基材表面に対して細胞外ポリマーが良好に被覆される。また、細胞外ポリマーの見掛けの実効電荷が、pHが3のときに1C/g以上であり、かつpHが12のときに−1C/g以下であることが好ましい。このように、pHが3〜12の範囲で、見掛けの実効電荷がゼロC/gを挟んで一定量以上変動するため、基材表面を被覆した細胞外ポリマーが、水溶液中で静電的に両性であることがわかる。 In this invention, it is preferable that the extracellular polymer which coat | covered the base-material surface is amphoteric electrostatically in aqueous solution. This provides a good coverage of the extracellular polymer on various substrate surfaces having positive or negative electrostatic properties. The apparent effective charge of the extracellular polymer is preferably 1 C / g or more when the pH is 3 and -1 C / g or less when the pH is 12. Thus, since the apparent effective charge fluctuates more than a certain amount across zero C / g in the pH range of 3 to 12, the extracellular polymer coated on the substrate surface is electrostatically absorbed in the aqueous solution. It turns out that it is amphoteric.
細胞外ポリマーを含む水溶液は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、その他の成分を含有しても構わない。また、細胞外ポリマーを含む水溶液に対して殺菌処理を行っても良い。特に、細胞外ポリマーを生成する微生物を再利用する場合には、菌株を分離後に殺菌処理を行うことが好ましい。また、得られる細胞外ポリマーを精製する工程を省略することもできる。 The aqueous solution containing the extracellular polymer may contain other components as long as the effects of the present invention are not impaired. Moreover, you may sterilize with respect to the aqueous solution containing an extracellular polymer. In particular, when a microorganism that produces an extracellular polymer is reused, it is preferable to perform sterilization after separating the strain. In addition, the step of purifying the resulting extracellular polymer can be omitted.
本発明において、細胞外ポリマーを基材表面に被覆する際の温度は、10〜40℃であることが好ましい。温度が10℃未満の場合、細胞外ポリマーの分子収縮が起こり、細胞外ポリマー1分子あたりの被覆面積が減少するおそれがあり、より好適には20℃以上である。一方、被覆する際の温度が40℃を超える場合、細胞外ポリマーの吸着量が低下するおそれがあり、より好適には、30℃以下である。 In this invention, it is preferable that the temperature at the time of coat | covering an extracellular polymer on the base-material surface is 10-40 degreeC. When the temperature is lower than 10 ° C., molecular shrinkage of the extracellular polymer occurs, and there is a possibility that the coating area per molecule of the extracellular polymer is decreased, and more preferably 20 ° C. or more. On the other hand, when the temperature at the time of coating exceeds 40 ° C., the amount of adsorption of the extracellular polymer may decrease, and more preferably 30 ° C. or less.
また、本発明において、細胞外ポリマーを基材表面に被覆する際の処理時間は、5分以上であることが好ましい。処理時間が5分未満の場合、吸着平衡に達しないため吸着量が不十分となるおそれがあり、より好適には30分以上であることが好ましい。一方、通常、処理時間は48時間以下である。 Moreover, in this invention, it is preferable that the processing time at the time of coat | covering an extracellular polymer on the base-material surface is 5 minutes or more. When the treatment time is less than 5 minutes, the adsorption amount may not be sufficient since the adsorption equilibrium is not reached, and more preferably 30 minutes or more. On the other hand, the processing time is usually 48 hours or less.
本発明において、細胞外ポリマーを基材表面に被覆する方法としては特に限定されないが、基材表面と細胞外ポリマーを含む水溶液とを均一に接触させることが好ましい。具体的には、静置浸漬、振とう浸漬、流動接触等が挙げられる。 In the present invention, the method for coating the surface of the substrate with the extracellular polymer is not particularly limited, but it is preferable to uniformly contact the surface of the substrate and the aqueous solution containing the extracellular polymer. Specifically, stationary immersion, shaking immersion, fluid contact, etc. are mentioned.
上述のように、本発明の微生物担体の製造方法により得られた微生物担体は、そのままの状態、すなわち細胞外ポリマーが水分を含んだゲル状のままで商品として流通させてもよいし、効果を阻害しない範囲で細胞外ポリマーが含む水分を乾燥させた後に商品として流通させてもよい。 As described above, the microbial carrier obtained by the method for producing a microbial carrier of the present invention may be circulated as a product as it is, that is, in the form of a gel in which the extracellular polymer contains moisture. You may distribute | circulate as a product, after drying the water | moisture content which an extracellular polymer contains in the range which does not inhibit.
本発明の製造方法により得られる微生物担体の好適な実施態様は、微生物担体に微生物を担持させることを特徴とする微生物固定化方法である。特に、本発明により得られる微生物担体は、担持される微生物の生物活性を維持したまま、付着を促進させる効果を有するため好ましい。担持される微生物としては、特に限定されず、種々の微生物を適宜選択することができ、例えば、Alcaligenes属等が挙げられる。 A preferred embodiment of the microbial carrier obtained by the production method of the present invention is a microbial immobilization method characterized in that a microorganism is supported on a microbial carrier. In particular, the microbial carrier obtained by the present invention is preferable because it has an effect of promoting adhesion while maintaining the biological activity of the supported microorganism. The microorganism to be carried is not particularly limited, and various microorganisms can be appropriately selected, and examples thereof include the genus Alcaligenes.
本発明において、好適な実施態様は、本発明の製造方法により得られる微生物担体を用いて排水処理を行うことを特徴とする排水処理方法である。本発明の製造方法により得られる微生物担体は、担持される微生物の付着が多いため、効率の良い排水処理を行うことができる。 In the present invention, a preferred embodiment is a wastewater treatment method characterized in that wastewater treatment is performed using a microorganism carrier obtained by the production method of the present invention. Since the microorganism carrier obtained by the production method of the present invention has a large amount of adhered microorganisms, the wastewater treatment can be performed efficiently.
また、本発明の製造方法により得られる微生物担体は、例えば、バイオリアクター、バイオセンサー、マイクロリアクター、分析器具等の用途に用いることができ、中でも、好適な実施態様は、バイオリアクター用微生物担体である。本発明の製造方法により得られる微生物担体は、担持される微生物の付着量が多いため、微生物の固定化量の多いバイオリアクターとして好適に用いることができる。 Further, the microbial carrier obtained by the production method of the present invention can be used for, for example, a bioreactor, a biosensor, a microreactor, an analytical instrument, etc. Among them, a preferred embodiment is a microbial carrier for a bioreactor. is there. The microbial carrier obtained by the production method of the present invention can be suitably used as a bioreactor having a large amount of immobilized microorganisms, since the amount of microorganisms to be carried is large.
以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[菌株の単離]
細胞外ポリマー高生産菌を分離するために、土壌や廃水等から数十種類の試料を採取し、各試料を滅菌水で0.1g/mlとなるように懸濁した後、滅菌水で希釈系列を作成して栄養寒天培地に塗沫した。32℃で数日間培養後、細胞外ポリマーの生産が高い菌を目視観察により分離した。分離した菌の中で簡便な性状調査(培養温度、増殖、培地に対する選択性)により選別した結果、良好な性質を持つ株であるAgrobacterium属11−4株(受領番号FERM AP−21298)を取得した。また、得られた11−4株を32℃で96時間培養した場合に形成されるコロニーを観察したところ、白色であった。
[Isolation of strains]
Dozens of samples are collected from soil, wastewater, etc. in order to isolate high extracellular polymer-producing bacteria, and each sample is suspended in sterile water to a concentration of 0.1 g / ml, and then diluted with sterile water. A series was created and smeared on nutrient agar. After culturing at 32 ° C. for several days, bacteria with high production of extracellular polymer were isolated by visual observation. As a result of selection by simple property investigation (culture temperature, growth, selectivity for medium) among the isolated bacteria, Agrobacterium genus strain 11-4 (reception number FERM AP-21298) having a good property was obtained. did. Moreover, when the obtained 11-4 stock | strain was cultured at 32 degreeC for 96 hours, when the colony formed was observed, it was white.
[菌学的性質]
11−4株に対する光学顕微鏡を用いた形態観察、及び生理・生化学試験を調べたところ、以下に示す結果が得られた。以下の記載において、+は陽性を、−は陰性を意味する。
(細胞形態)
桿菌 大きさ:0.5-1.0×0.8-2.0μm
運動性 +(周毛性)
グラム染色 −
内生胞子 −
(生理的性質)
ゼラチン液化 −
リトマスミルク 変化なし
インドールの生成 −
エスクリンの分解 −
硝酸塩からの亜硝酸塩の生成還元 +
カタラーゼ +
でんぷんの加水分解 −
OFテスト −/+
糖の分解
グルコース +
ガラクトース +
アラビノース +
スクロース +
ラクトース −
マルトース +
マンニトール +
N−アセチル−グルコサミン同化 +
グルコン酸カリウム同化 +
n−カプリン酸同化 −
アジピン酸同化 −
dl−リンゴ酸同化 +
クエン酸ナトリウム同化 −
酢酸フェニル(PAC)同化 −
チトクロームオキシダーゼ +
酸素に対する態度 好気性
生育温度 20-37℃
至適pH 7.2
[Mycological properties]
When the morphological observation using the optical microscope with respect to 11-4 stock | strain and the physiological and biochemical test were investigated, the result shown below was obtained. In the following description, + means positive and-means negative.
(Cell morphology)
Neisseria gonorrhoeae Size: 0.5-1.0 × 0.8-2.0μm
Motility + (peripheral)
Gram staining −
Endospores −
(Physiological properties)
Gelatin liquefaction −
Litmus milk No change Indole production −
Degradation of esculin −
Nitrite production reduction from nitrate +
Catalase +
Starch hydrolysis −
OF test-/ +
Sugar breakdown Glucose +
Galactose +
Arabinose +
Sucrose +
Lactose −
Maltose +
Mannitol +
N-acetyl-glucosamine assimilation +
Potassium gluconate assimilation +
n-Capric acid assimilation −
Adipic acid assimilation −
dl-malic acid assimilation +
Sodium citrate assimilation −
Assimilation of phenyl acetate (PAC) −
Cytochrome oxidase +
Attitude toward oxygen Aerobic Growth temperature 20-37 ℃
Optimal pH 7.2
[同定試験]
11−4株の表現形質による分類学的性質に基づき、Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology, Vol. 1, N. R. Krieg, J. G. Holt (ed), Williams & Wilkins, Baltimore (1984) 及びBergey’s Manual of Determinative Bacteriology, (第9版), J. G. Holt, N. R. Krieg, P. H. A. Sneath, J. T. Staley, S. T., Williams (ed), Williams & Wilkins, Baltimore (1994)を参考に分類・同定を行った結果、本菌株はAgrobacterium属であることが妥当であると判断された。
[Identification test]
Based on the taxonomic nature of the 11-4 strains, Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, Vol. 1, NR Krieg, JG Holt (ed), Williams & Wilkins, Baltimore (1984) and Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, ( 9th edition), JG Holt, NR Krieg, PHA Sneath, JT Staley, ST, Williams (ed), Williams & Wilkins, Baltimore (1994) Was judged to be appropriate.
[細胞外ポリマーの生成]
シャーレ内に入れた20mlのLB固体培地(トリプトン1%、酵母エキス0.5%、塩化ナトリウム1%、寒天1.5%)にAgrobacterium属11−4株の培養菌液(0.1ml/シャーレ)を均一に塗沫し、32℃の恒温器で約3日間培養して、細胞外ポリマーを生成させた。1シャーレあたり20mlの10mMのPBS緩衝液(リン酸−塩化ナトリウム、pH7.4)を添加し、固体培地上の菌体−細胞外ポリマー混合物を懸濁し、この懸濁液を収集した。30枚のプレートから得られた菌体−細胞外ポリマー混合懸濁液から細胞外ポリマー画分を分離するために、1時間、室温にてスターラーを用いて撹拌した。撹拌後、20,000×gで30分間遠心分離することにより菌体と粗細胞外ポリマーを分離した。上層の粗細胞外ポリマーは菌体の混入を除くために80℃で30分加熱して菌体を死滅させた後、遠心分離(20,000×g、30分)により菌体残渣を除いた。上清画分に対して冷エタノールを終濃度80%となるように添加して、粗細胞外ポリマー画分を沈殿させた。−20℃で一夜放置した後、遠心分離(30,000×g、30分、4℃)により細胞外ポリマー画分を得た。この細胞外ポリマー画分をPBS緩衝液に溶解し、DNase及びRNaseを各10μg/mlとなるように添加し、37℃で3時間保持して核酸残渣を分解させた。その後、80℃、30分で上記酵素の不活化処理を行った後、遠心分離により蛋白残渣を除去し、再度エタノール沈殿により細胞外ポリマー画分を分離した。得られた沈殿物を80℃で乾燥して、粗細胞外ポリマー抽出物とした。この方法により30枚のシャーレから乾燥重量として600mgの粗細胞外ポリマーを得た。
[Generation of extracellular polymer]
A 20 ml LB solid medium (tryptone 1%, yeast extract 0.5%, sodium chloride 1%, agar 1.5%) placed in a petri dish in a culture solution of Agrobacterium 11-4 strain (0.1 ml / dish ) Was uniformly spread and cultured in a thermostat at 32 ° C. for about 3 days to produce an extracellular polymer. 20 ml of 10 mM PBS buffer (phosphate-sodium chloride, pH 7.4) was added per petri dish to suspend the cell-extracellular polymer mixture on the solid medium, and this suspension was collected. In order to separate the extracellular polymer fraction from the cell-extracellular polymer mixed suspension obtained from the 30 plates, the mixture was stirred with a stirrer at room temperature for 1 hour. After stirring, the cells and crude extracellular polymer were separated by centrifugation at 20,000 × g for 30 minutes. The crude extracellular polymer in the upper layer was heated at 80 ° C. for 30 minutes to eliminate the contamination of the bacterial cells, and then the bacterial cells were killed, and then the bacterial cell residues were removed by centrifugation (20,000 × g, 30 minutes). . Cold ethanol was added to the supernatant fraction to a final concentration of 80% to precipitate the crude extracellular polymer fraction. After standing at −20 ° C. overnight, an extracellular polymer fraction was obtained by centrifugation (30,000 × g, 30 minutes, 4 ° C.). This extracellular polymer fraction was dissolved in PBS buffer, DNase and RNase were added so as to be 10 μg / ml each, and kept at 37 ° C. for 3 hours to decompose nucleic acid residues. Thereafter, the enzyme was inactivated at 80 ° C. for 30 minutes, the protein residue was removed by centrifugation, and the extracellular polymer fraction was separated again by ethanol precipitation. The resulting precipitate was dried at 80 ° C. to obtain a crude extracellular polymer extract. By this method, 600 mg of crude extracellular polymer was obtained as a dry weight from 30 petri dishes.
[糖の存在確認]
Agrobacterium属11−4株から分離した粗細胞外ポリマー中に糖が存在することを確認するために、フェノール硫酸法及びカルバゾール硫酸法により簡易定量を行った。その結果、マンノース換算で約5重量%の中性糖が、ガラクツロン酸換算で約40重量%の酸性糖が含まれていると推定された。また、ペプチド結合の存在を確認するためにビウレット反応を行った結果、牛血清アルブミン換算で約2重量%のタンパク質が含まれていることがわかった。なお、イオン交換水に約1mg/mlとなるように粗細胞外ポリマーを溶解させ、その吸収スペクトルを測定したが、核酸の存在を示す特別な吸収極大ピークは観察されなかった。
[Confirmation of sugar]
In order to confirm the presence of sugar in the crude extracellular polymer isolated from the Agrobacterium 11-4 strain, simple quantification was performed by the phenol sulfate method and the carbazole sulfate method. As a result, it was estimated that about 5% by weight of neutral sugar in terms of mannose and about 40% by weight of acidic sugar in terms of galacturonic acid were contained. In addition, as a result of conducting a biuret reaction to confirm the presence of peptide bonds, it was found that about 2% by weight of protein was contained in terms of bovine serum albumin. The crude extracellular polymer was dissolved in ion-exchanged water so as to have a concentration of about 1 mg / ml, and its absorption spectrum was measured, but no special absorption maximum peak indicating the presence of nucleic acid was observed.
[細胞外ポリマーの実効電荷測定]
10mgの粗細胞外ポリマーを100mlの0.1M KNO3溶液に懸濁して、電位差滴定法により粗細胞外ポリマーの実効電荷を測定した。得られたpHと実効電荷との関係を図1に示す。粗細胞外ポリマーの零電荷点はpH8付近にあり、pH8よりも低いpHでは正に荷電し、pH8よりも高いpHでは負に荷電する性質を有することがわかった。このように、Agrobacterium属11−4株が生成する細胞外ポリマーは静電的に両性であることが判明した。
[Effective charge measurement of extracellular polymer]
10 mg of crude extracellular polymer was suspended in 100 ml of 0.1 M KNO 3 solution, and the net charge of the crude extracellular polymer was measured by potentiometric titration. The relationship between the obtained pH and the effective charge is shown in FIG. It was found that the zero charge point of the crude extracellular polymer is in the vicinity of
[抗生物質に対する抵抗性]
Agrobacterium属11−4株の各種抗生物質に対する感受性を調べるために、フォスフォマイシン、アンピシリン及びクロラムフェニコールに対する感受性試験を行った。得られた結果を表1にまとめて示す。
[Resistance to antibiotics]
In order to examine the susceptibility of Agrobacterium 11-4 strains to various antibiotics, susceptibility tests to fosfomycin, ampicillin and chloramphenicol were performed. The obtained results are summarized in Table 1.
Agrobacterium属11−4株の培養菌液(約1×108個/ml)に、99.9%以上の菌が死滅する条件で紫外線照射を行って、細胞外ポリマーを生成しない変異株を造成し、これをAgrobacterium属Fos1−1株とした。以下、「Fos1−1株」と略記することがある。続いて、Fos1−1株を用いて上記と同様にフォスフォマイシン、アンピシリン及びクロラムフェニコールに対する感受性試験を行った。得られた結果を表1にまとめて示す。 A mutant strain that does not produce an extracellular polymer is produced by irradiating the cultured bacterial solution (about 1 × 10 8 cells / ml) of Agrobacterium genus 11-4 with ultraviolet rays under the condition that 99.9% or more of the bacteria die. This was designated as Agrobacterium genus Fos1-1 strain. Hereinafter, it may be abbreviated as “Fos1-1 strain”. Then, the sensitivity test with respect to fosfomycin, ampicillin, and chloramphenicol was done like the above using the Fos1-1 strain | stump | stock. The obtained results are summarized in Table 1.
表1からわかるように、Agrobacterium属11−4株は、フォスフォマイシン及びアンピシリンに対しては抵抗性を有することがわかった。このことから、細胞外ポリマーの存在により、抗生物質の作用から細胞を保護する働きがあることが示された。また、Fos1−1株を用いた感受性試験の結果からわかるように、細胞外ポリマーの生産能力を失うことにより、Agrobacterium属11−4株は、試験した全ての抗生物質に対して抵抗性を有さなくなり、細胞外ポリマーの生成の有無によって、薬剤耐性能力が明確に異なることがわかる。 As can be seen from Table 1, Agrobacterium genus strain 11-4 was found to be resistant to fosfomycin and ampicillin. From this, it was shown that the presence of the extracellular polymer has a function of protecting cells from the action of antibiotics. Moreover, as can be seen from the results of the sensitivity test using the Fos1-1 strain, by losing the ability to produce extracellular polymers, the Agrobacterium 11-4 strain has resistance to all the antibiotics tested. It can be seen that the drug resistance ability is clearly different depending on the presence or absence of extracellular polymer.
[実施例1]
Agrobacterium属11−4株から分離した粗細胞外ポリマー100mgを用いて濃度2g/Lの水溶液(pH7.2)を調整し、これを用いて、粒径30μmのチタン粒子に全有機炭素量として1mg/m2で吸着させた。このようにして得られた微生物担体である表面改質チタン粒子0.5gを、Fos1−1株の培養菌液(1×108個/ml)に添加し、32℃にて一定期間接触させた。接触後、菌体が付着したチタン粒子を10mlの滅菌水を用いて遠心分離操作により2回洗浄した後、1%非界面活性剤(Tween 80)を添加した滅菌水中で超音波処理を10分間行って粒子に吸着した菌体を離脱させた。この脱離液中の菌数を平板希釈法によって測定し、付着菌数を算出した。得られた結果を表2にまとめて示す。
[Example 1]
An aqueous solution (pH 7.2) having a concentration of 2 g / L was prepared using 100 mg of crude extracellular polymer isolated from Agrobacterium genus 11-4, and 1 mg of total organic carbon was added to titanium particles having a particle size of 30 μm. / M 2 . 0.5 g of surface-modified titanium particles, which are microbial carriers obtained in this way, are added to the culture solution of Fos1-1 strain (1 × 10 8 cells / ml) and contacted at 32 ° C. for a certain period. It was. After contact, the titanium particles to which the bacterial cells adhered were washed twice by centrifugation using 10 ml of sterilized water, and then sonicated in sterile water to which 1% non-surfactant (Tween 80) was added for 10 minutes. The microbial cells adsorbed on the particles were detached. The number of bacteria in the detachment solution was measured by a plate dilution method, and the number of attached bacteria was calculated. The obtained results are summarized in Table 2.
[比較例1]
実施例1において、微生物担体である表面改質チタン粒子0.5gを用いる代わりに、未処理の粒径30μmのチタン粒子0.5gを用いた以外は実施例1と同様にしてFos1−1株を接触させて、付着菌数を算出した。得られた結果を表2にまとめて示す。
[Comparative Example 1]
In Example 1, the Fos1-1 strain was used in the same manner as in Example 1 except that 0.5 g of untreated titanium particles having a particle size of 30 μm were used instead of using 0.5 g of surface-modified titanium particles as a microorganism carrier. And the number of attached bacteria was calculated. The obtained results are summarized in Table 2.
表2からわかるように、未処理のチタン粒子を用いた比較例1と比べて、細胞外ポリマーでチタン粒子表面を被覆した実施例1では、付着菌数が約2桁多い多いことがわかる。 As can be seen from Table 2, it can be seen that in Example 1 in which the surface of the titanium particles was coated with an extracellular polymer, the number of adherent bacteria was about two orders of magnitude higher than in Comparative Example 1 using untreated titanium particles.
[実施例2]
Agrobacterium属11−4株から分離した粗細胞外ポリマー100mgを用いて濃度2g/Lの水溶液(pH7.2)を調整し、これを用いて、ステンレス鋼の平板(縦20mm×横50mm)に全有機炭素量として1mg/m2で吸着させた。このようにして得られた微生物担体である表面改質ステンレス鋼の平板を、Fos1−1株の培養菌液(1×108個/ml)に添加し、32℃にて5日間接触させた。接触後、菌体が付着したステンレス鋼の平板表面を滅菌水で浸漬洗浄後、余分な水分を除いた。その上にLiving/Dead蛍光試薬(Molecular Probe社製)を適量滴下し菌を染色後、共焦点レーザー顕微鏡でステンレス鋼の平板表面への菌の吸着状況を観察した。この場合、生物活性を維持している生細胞は緑色に、死細胞は赤色に染色されるが、本実施例2では、菌体が多量かつ一様に付着しており、ほとんど全ての付着菌体が緑色に染色されていた。このことにより、基材表面を細胞外ポリマーで被覆することにより、微生物の生物活性を維持したまま、付着を促進させる効果があることがわかる。
[Example 2]
An aqueous solution (pH 7.2) having a concentration of 2 g / L was prepared using 100 mg of a crude extracellular polymer isolated from Agrobacterium 11-4 strain, and this was used to prepare a stainless steel flat plate (vertical 20 mm × width 50 mm). Adsorption was carried out at 1 mg / m 2 as the amount of organic carbon. The plate of surface modified stainless steel, which is the microbial carrier thus obtained, was added to the culture solution of Fos1-1 strain (1 × 10 8 cells / ml) and contacted at 32 ° C. for 5 days. . After the contact, the surface of the stainless steel plate to which the bacterial cells adhered was immersed and washed with sterilized water, and then excess water was removed. A suitable amount of Living / Dead fluorescent reagent (manufactured by Molecular Probe) was dropped thereon to stain the bacteria, and the state of bacteria adsorption on the stainless steel plate surface was observed with a confocal laser microscope. In this case, the living cells maintaining the biological activity are stained green and the dead cells are stained red, but in Example 2, a large amount and uniform adhesion of the cells, almost all of the attached bacteria The body was stained green. Thus, it can be seen that coating the surface of the substrate with an extracellular polymer has an effect of promoting adhesion while maintaining the biological activity of the microorganism.
[比較例2]
実施例2において、微生物担体である表面改質ステンレス鋼の平板を用いる代わりに、未処理のステンレス鋼の平板(縦20mm×横50mm)を用いた以外は実施例2と同様にしてFos1−1株を接触させて、菌の吸着状況を観察した。比較例2では、菌体がまばらに付着しており、付着菌体の中には赤色に染色されるものも観察された。
[Comparative Example 2]
In Example 2, Fos1-1 was used in the same manner as in Example 2 except that an untreated stainless steel plate (vertical 20 mm × width 50 mm) was used instead of using a surface-modified stainless steel plate as a microorganism carrier. The strain was brought into contact and the bacteria were observed for adsorption. In Comparative Example 2, the cells were sparsely attached, and some of the attached cells were stained red.
Claims (13)
(細胞形態)
桿菌 大きさ:0.5-1.0×0.8-2.0μm
運動性 +(周毛性)
グラム染色 −
内生胞子 −
(生理的性質)
ゼラチン液化 −
リトマスミルク 変化なし
インドールの生成 −
エスクリンの分解 −
硝酸塩からの亜硝酸塩の生成還元 +
カタラーゼ +
でんぷんの加水分解 −
OFテスト −/+
糖の分解
グルコース +
ガラクトース +
アラビノース +
スクロース +
ラクトース −
マルトース +
マンニトール +
N−アセチル−グルコサミン同化 +
グルコン酸カリウム同化 +
n−カプリン酸同化 −
アジピン酸同化 −
dl−リンゴ酸同化 +
クエン酸ナトリウム同化 −
酢酸フェニル(PAC)同化 −
チトクロームオキシダーゼ +
酸素に対する態度 好気性
生育温度 20-37℃
至適pH 7.2 The method for producing a microbial carrier according to any one of claims 1 to 7, wherein the microorganism producing the extracellular polymer has the following mycological properties.
(Cell morphology)
Neisseria gonorrhoeae Size: 0.5-1.0 × 0.8-2.0μm
Motility + (peripheral)
Gram staining −
Endospores −
(Physiological properties)
Gelatin liquefaction −
Litmus milk No change Indole production −
Degradation of esculin −
Nitrite production reduction from nitrate +
Catalase +
Starch hydrolysis −
OF test-/ +
Sugar breakdown Glucose +
Galactose +
Arabinose +
Sucrose +
Lactose −
Maltose +
Mannitol +
N-acetyl-glucosamine assimilation +
Potassium gluconate assimilation +
n-Capric acid assimilation −
Adipic acid assimilation −
dl-malic acid assimilation +
Sodium citrate assimilation −
Assimilation of phenyl acetate (PAC) −
Cytochrome oxidase +
Attitude toward oxygen Aerobic Growth temperature 20-37 ℃
Optimal pH 7.2
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102702703A (en) * | 2012-06-18 | 2012-10-03 | 上海应用技术学院 | Beta-PMA (Poly (beta-malic acid))/gelatin nanocapsules and preparation method thereof |
KR101511999B1 (en) * | 2014-06-18 | 2015-04-14 | 김희경 | Method for improving water quality and capsule for improving water quality used in the method |
JP2017064597A (en) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | 太平洋セメント株式会社 | Water treatment material and method of producing the same |
JP2017176898A (en) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 太平洋セメント株式会社 | Water treatment material and production method thereof |
CN109796494A (en) * | 2019-04-03 | 2019-05-24 | 南京道尔医药科技有限公司 | A method of recycling L-fosfomycin dextrorotation phenyl ethylamine salt industrial Phosphorus From Wastewater resource and organic matter |
CN115044580A (en) * | 2022-08-03 | 2022-09-13 | 广州微立旺生物科技有限公司 | Compound microbial agent for removing sulfide and preparation method thereof |
CN116621347A (en) * | 2023-06-30 | 2023-08-22 | 南京大学 | Method for rapidly forming algae biomembrane |
-
2007
- 2007-05-25 JP JP2007139069A patent/JP2008289424A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102702703A (en) * | 2012-06-18 | 2012-10-03 | 上海应用技术学院 | Beta-PMA (Poly (beta-malic acid))/gelatin nanocapsules and preparation method thereof |
KR101511999B1 (en) * | 2014-06-18 | 2015-04-14 | 김희경 | Method for improving water quality and capsule for improving water quality used in the method |
JP2017064597A (en) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | 太平洋セメント株式会社 | Water treatment material and method of producing the same |
JP2017176898A (en) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | 太平洋セメント株式会社 | Water treatment material and production method thereof |
CN109796494A (en) * | 2019-04-03 | 2019-05-24 | 南京道尔医药科技有限公司 | A method of recycling L-fosfomycin dextrorotation phenyl ethylamine salt industrial Phosphorus From Wastewater resource and organic matter |
CN115044580A (en) * | 2022-08-03 | 2022-09-13 | 广州微立旺生物科技有限公司 | Compound microbial agent for removing sulfide and preparation method thereof |
CN116621347A (en) * | 2023-06-30 | 2023-08-22 | 南京大学 | Method for rapidly forming algae biomembrane |
CN116621347B (en) * | 2023-06-30 | 2024-07-23 | 南京大学 | Method for rapidly forming algae biomembrane |
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