JP2009178074A - 高い重金属吸着能力を有する新規な光合成細菌株、及びかかる細菌株を使用した環境浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 放射性核種を含む広い範囲の重金属に対して高い吸着能力を示す光合成細菌株、及びかかる細菌株を使用した環境浄化方法を提供する。
【解決手段】 重金属吸着能力を有するロドバクター・スファエロイデス（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ）ＳＳＩ株（ＦＥＲＭ Ｐ−２１４６２）。かかる細菌株に環境中の重金属を吸着させ、重金属を吸着した細菌株を環境中から回収することを特徴とする環境浄化方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、放射性核種を含む広い範囲の重金属に対して高い吸着能力を示す光合成細菌株に関する。本発明はまた、かかる細菌株を使用した環境浄化方法に関する。

工場排水や核実験などによるヘドロや土壌などの重金属汚染は近年、世界各地で問題となっている。これに対する対策として、重金属を吸着する性質を有する光合成細菌を利用してヘドロや土壌から重金属を回収することが従来知られている。例えば、特許文献１には、多孔質セラミックに磁性体及び光合成細菌を固定化した表面改質多孔質セラミックをヘドロ中に分散させてヘドロ中の重金属を光合成細菌に吸着させ、吸着後に光合成細菌を固定化したセラミックごと磁石でヘドロ中から回収する方法が開示されている。

特許文献１の方法では、Ｃｕ，Ａｇ，Ｈｇなどの一般的な重金属を吸着させるために使用する光合成細菌として、ロドバクター・スファエロイデスＳ株、ロドヴルム（Ｒｈｏｄｏｖｕｌｕｍ）ｓｐ ＰＳ８８株、ロドプセウドモナス・パルスツリス（Ｒｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐａｌｕｓｔｒｉｓ）、及びロドバクター・カプスラータ（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｃａｐｓｕｌａｔａ）等が挙げられている。これらの光合成細菌は一定の重金属吸着能力を有することが知られているが、重金属を回収するには能力的になお不十分である。

また、前述のような種類の重金属の回収だけでなく、核施設や核実験などによる核汚染に対処するため、Ｓｒ，Ｕ，Ｃｏなどの放射性核種を環境から効果的に回収することも強く求められている。従って、放射性核種を含む広い範囲の重金属を効果的に吸着することができる光合成細菌株が求められている。
特開２００１−２５７８６号公報

本発明は、かかる従来技術の現状に鑑み創案されたものであり、その目的は、放射性核種を含む広い範囲の重金属に対して高い吸着能力を示す光合成細菌株、及びかかる細菌株を使用した環境浄化方法を提供することである。

本発明者らは、光合成細菌株の中でも比較的高い重金属吸着能力を有することが知られるロドバクター・スファエロイデスＳ株（寄託番号：ＮＢＲＣ１０００３８（ＮＩＴＥ（（独）製品評価技術基盤機構）のバイオテクノロジー分野 生物遺伝資源部門への寄託））を継代培養する間に、菌体同士が集合（凝集）する性質を示す自然変異体を見出した。そこで、本発明者らは、この自然変異株を単離してさらに調査したところ、この自然変異株の凝集性は多量の細胞表面タンパク質やＲＮＡの生産によってもたらされること、そしてこれらのタンパク質やＲＮＡを利用して重金属を電気的に強く吸着することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明によれば、重金属（例えばＣｕ，Ａｇ，Ｈｇなどの一般的な重金属及びＳｒ，Ｕ，Ｃｏなどの放射性核種に属する重金属）の吸着能力を有するロドバクター・スファエロイデスＳＳＩ株（ＦＥＲＭ ＡＰ−２１４６２）が提供される。また、本発明によれば、上述のような重金属で汚染された環境（例えばヘドロ、堆積砂、土壌、又は砂漠の砂など）を浄化する方法であって、前記ロドバクター・スファエロイデスＳＳＩ株（ＦＥＲＭ ＡＰ−２１４６２）に環境中の重金属を吸着させ、重金属を吸着した細菌株を環境中から回収することを特徴とする方法が提供される。

本発明の細菌株は、細胞表面タンパク質やＲＮＡを多量に生産するため、高い重金属吸着能力を示す。特に、本発明の細菌株は、Ｃｕ，Ａｇ，Ｈｇなどの一般的な重金属だけでなく、Ｓｒ，Ｕ，Ｃｏなどの放射性核種に対しても高い吸着能力を示す。従って、本発明の細菌株を利用すれば、工場排水などによる重金属で汚染された環境だけでなく、核施設や核実験などによる放射性核種で汚染された環境も効果的に浄化することができる。

以下、まず本発明の細菌株について説明し、次にこの細菌株を使用した環境浄化方法について説明する。

本発明の細菌株であるロドバクター・スファエロイデスＳＳＩ株（以下、単にＳＳＩ株と称する）は、光合成細菌ロドバクター・スファエロイデスＳ株（以下、単にＳ株と称する）を継代培養する間に得られた自然変異株である。本発明のＳＳＩ株は、茨城県つくば市東１−１−１中央第６の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ており、そこから容易に入手することができる。本発明のＳＳＩ株の受領番号はＦＥＲＭ ＡＰ−２１４６２である（平成１９年１２月７日受領）。

従来の光合成細菌株は、親株であるＳ株を含め、凝集性を全く示さないが、本発明のＳＳＩ株は、培養中に多量の細胞表面タンパク質やＲＮＡを生産するため、これらのタンパク質やＲＮＡによって菌体細胞同士が凝集する。これらのタンパク質やＲＮＡの存在により、本発明のＳＳＩ株は、重金属を電気的に吸着するため、従来の光合成細菌株と比べて顕著に高い重金属吸着能力を有する。従って、本発明のＳＳＩ株は、従来の光合成細菌株と比べて吸着が困難な重金属も効果的に吸着することができる。なお、本発明のＳＳＩ株の菌学的性質は、多量の細胞表面タンパク質やＲＮＡの生産による凝集性を示す点を除き親のＳ株と全く同じである。

本発明のＳＳＩ株は、水溶液中でイオン化されるいかなる種類の重金属も効果的に吸着し、例えばＣｕ，Ａｇ，Ｈｇなどの一般的な重金属、及び吸着が困難と思われるＳｒ，Ｕ，Ｃｏなどの放射性核種に属する重金属を吸着することができる。

本発明のＳＳＩ株の増殖は、菌株が効果的に増殖できる限りいかなる培養条件でも行うことができるが、例えば実施例の表１に記載される培地（グルタメート−マレート培地）を使用して３０℃〜３５℃の温度で、好気暗条件又は静置明条件（５ｋｌｕｘ〜１０ｋｌｕｘのタングステン光照射下）で培養することによって容易に行うことができる。

本発明の環境浄化方法は、本発明のＳＳＩ株に環境中の重金属を吸着させ、重金属を吸着した細菌株を環境中から回収することによって行う。本発明の方法で浄化することができる環境は、本発明のＳＳＩ株が生存できる限り特に限定されず、例えば海、河川、湖沼などの底質のヘドロや堆積砂、地上の土壌（田畑）や砂漠の砂であることができる。

本発明の環境浄化方法では、まず重金属で汚染された環境中で本発明のＳＳＩ株を生存させるか又は培養してこの細菌株に環境中の重金属を吸着させる。例えばこの環境がヘドロや堆積砂である場合は、これらのヘドロや堆積砂の上の水に本発明のＳＳＩ株を添加する。また、この環境が地上の土壌（田畑）や砂漠の砂である場合は、これらの土壌や砂に本発明のＳＳＩ株を直接添加する。この際、本発明のＳＳＩ株を適当な担体に予め固定化して担体とともに添加することが好ましい。これは、重金属吸着後の菌株の回収を容易にするためである。かかる担体としては、菌株を固定化できる表面構造を有する限りいかなるものも使用できるが、例えば多孔質セラミック担体が好ましい。多孔質セラミック担体は、磁石による容易な回収のため、磁性体を含ませることが好ましい。

本発明のＳＳＩ株が重金属吸着能力を発揮するためには、細菌株が回収されるまで生きた状態であることが必要であり、環境中で細菌株が死んでしまうと、せっかく細菌株の細胞表面に吸着された重金属が再び放出されてしまうことがある。従って、環境中に本発明のＳＳＩ株の栄養源が不足していると考えられる場合は栄養源を添加して細菌株が死なないようにすることが好ましい。この栄養源としては、例えば下水や農業排水などを使用することができる。同様に、温度条件や通気条件などが本発明のＳＳＩ株にとって好適な条件でないと考えられる場合は、これらの条件を人工的に調節することが好ましい。

環境中に存在する重金属は、水に溶けてイオン化状態にあり、正に帯電している。一方、本発明のＳＳＩ株は、環境中で多量の細胞表面タンパク質やＲＮＡを生産し、これらのタンパク質やＲＮＡは負に帯電している。従って、本発明のＳＳＩ株の細胞表面タンパク質やＲＮＡと環境中の重金属は互いに電気的に吸引する。本発明の方法は、従来の光合成細菌の持つ重金属の吸着力だけでなく、これらの表面タンパク質やＲＮＡの電気的吸引力も利用する。従って、本発明の方法によれば、Ｃｕ，Ａｓ，Ｈｇなどの一般的な重金属の汚染だけでなく、従来吸着が困難であると考えられていたＳｒ，Ｕ，Ｃｏなどの放射性核種の汚染にも対処することができる。

本発明の環境浄化方法では、本発明のＳＳＩ株に環境中の重金属を吸着させた後、重金属を吸着した細菌株を環境中から回収する。この回収方法は、特に限定されず、例えば、本発明のＳＳＩ株を担体に固定化して使用した場合は、この担体を吸引することにより、本発明のＳＳＩ株を担体とともに環境中から容易に回収することができる。また、担体を利用しない場合は、本発明のＳＳＩ株が生存する液体をポンプで吸引して分離することにより本発明のＳＳＩ株を環境中から回収することができる。

本発明のＳＳＩ株の環境中からの回収は、本発明のＳＳＩ株が重金属を十分に吸着したと思われる時期に行えばよい。回収時期は、細菌株の濃度や重金属の種類や培養条件によって変動するが、一般に細菌株の添加から約３日〜約１週間後である。

環境中から回収した菌体は、重金属を吸着しているので、必要により菌体からその重金属を分離することができるが、重金属の分離が必要でない場合は、そのまま焼却処分してもよい。重金属を分離する場合、その分離は、回収した菌体を酸洗浄することにより容易に行うことができる。

以下、本発明のＳＳＩ株の高い重金属吸着能力を実施例によって具体的に実証する。なお、実施例の記載は純粋に発明の理解のためのみに挙げるものであり、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。

使用した細菌株
本発明例の細菌株として、ロドバクター・スファエロイデスＳＳＩ株（以下、単にＳＳＩ株と称する）を使用した。また、比較例の細菌株として、ロドバクター・スファエロイデスＳ株（以下、単にＳ株と称する）、ロドバクター・スファエロイデスＩＦＯ１２２０３株（以下、単にＩＦＯ１２２０３株と称する）、及びロドプセウドモナス・パルスツリス（以下、単にＲ．ｐａｌｕｓｔｒｉｓと称する）の３種の細菌株を使用した。なお、比較例の３種の細菌株のうち、Ｓ株は本発明例のＳＳＩ株の親株であり、ＩＦＯ １２２０３株は本発明例のＳＳＩ株と同じ種に属する光合成細菌の株であり、Ｒ．ｐａｌｕｓｔｒｉｓは、本発明例のＳＳＩ株と異なる種に属する光合成細菌である。

調査した重金属
本実施例では、Ｓｒ，Ｕ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｓ及びＨｇの６種類の重金属に対する吸着能力を調査した。このうち、Ｓｒ，Ｕ及びＣｏは放射性核種に属する重金属であり、Ｃｕ，Ａｓ及びＨｇは一般的な重金属である。

細菌株の増殖及び菌体の固定化
各細菌株を、以下の表１に示す組成の培養液中で、３０℃、１０ｋｌｕｘのタングステン光の照射下で４日間静置培養して増殖させた。

増殖後、それぞれの細菌株の菌体を遠心分離によって回収し、ＯＤ_６６０≒５０（２５ｇ／ｌ）になるように濃度を調整し、そこに３．６重量％のアルギン酸ナトリウムを等量添加して混合液を調製した。この混合液を多孔質セラミック担体（ナガオ（株）製、空隙率８０％、細孔径約１ｍｍ）に浸漬させた。混合液が多孔質セラミック担体中の細孔に十分浸透した後、多孔質セラミック担体を１．８重量％の塩化カルシウム溶液に浸漬し、ナトリウムイオンとカルシウムイオンを交換させた後、室温で乾燥して、菌体が担体中の細孔及び担体表面に固定化された多孔質セラミック担体（以下、菌体固定化担体と称する）を得た。

人工下水の調製
重金属汚染環境中での細菌株の栄養源として、以下の表２に示す組成の人工下水を調製した。

実施例１．本発明の細菌株のＳｒ吸着能力の検討
上述のようにして調製した人工下水にＳｒを硝酸化物の形で添加して、Ｓｒを溶解させた培養液を調製し、この培養液を容積１．５ｌの蓋付きのプラスチック容器に入れた。この際、Ｓｒの元素としての初発濃度が２０ｍｇ／ｌになるように調節した。

この培養液に、各細菌株の菌体固定化担体を入れたもの、菌体を固定化していない担体を入れたもの、及び菌体も担体も入れていないものを準備し、それぞれ開放系で６日間好気暗培養した。培養条件は、通気が１ｖｖｍ、ｐＨが６．５〜７．５、温度が約３０℃になるように制御した。培養中、１日目、２日目、４日目及び６日目にサンプル溶液を採集してＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光分光分析法によりサンプル溶液中のＳｒの濃度を測定した。各実験は、培養液中に入れた担体の個数を４個又は８個にして３連で行い、３回の測定値の平均値を各時点での培養液中のＳｒ濃度とした。担体の個数を４個、８個にして実験した場合の結果をそれぞれ図１及び図２に示す。

図１及び図２から明らかな通り、本発明例のＳＳＩ株を使用した系では、比較例のＳ株、ＩＦＯ１２２０３株及びＲ．ｐａｌｕｓｔｒｉｓを使用した系より培養液中のＳｒ濃度が有意に低下し、本発明例のＳＳＩ株が従来公知の細菌株より顕著に高いＳｒ吸着能力を有することが示された。また、図１と図２の対比から、使用する菌体の量が多いほどＳｒがよく吸着されることが示された。

実施例２．本発明の細菌株のＵ及びＣｏ吸着能力の検討
重金属としてＳｒの代わりにＵ又はＣｏを使用し、比較例の細菌株としてＲ．ｐａｌｕｓｔｒｉｓのみを使用したことを除いては、実施例１と同様にして実験を行った。なお、Ｕは硝酸化物の形ではなく、酢酸ウランの形で人工下水に添加した。また、担体の個数は８個にして実験した。その結果を、Ｕについて図３に、Ｃｏについて図４に示す。

図３及び図４から明らかな通り、本発明例のＳＳＩ株を使用した系では、比較例のＲ．ｐａｌｕｓｔｒｉｓを使用した系より培養液中のＵ又はＣｏ濃度が有意に低下し、本発明例のＳＳＩ株が従来公知の細菌株より顕著に高いＵ及びＣｏ吸着能力を有することが示された。なお、Ｕについてコントロールでもかなりの濃度減少が見られるが、これは、時間が経過するにつれてＵが一部酸化して沈殿物となり、ＩＣＰ法では濃度測定できなくなったためであると考えられる。

以上の実施例１及び２の結果から、本発明のＳＳＩ株はＳｒ，Ｕ，Ｃｏの放射性核種の重金属に対して高い吸着能力を有することが明らかである。

実施例３．本発明の細菌株のＣｕ，Ａｓ及びＨｇ吸着能力の検討
実施例１及び２から本発明のＳＳＩ株が放射性核種に対して高い吸着能力を有することが明らかになったので、それ以外の一般的な重金属に対しても本発明のＳＳＩ株が高い吸着能力を有するかどうかを調査した。具体的には、重金属としてＳｒの代わりにＣｕ，Ａｓ又はＨｇを使用したことを除いては、実施例１と同様にして実験を行った。担体の個数は、Ｃｕ及びＡｓについては２個、Ｈｇについては８個にして実験した。また、比較例の細菌株は使用しなかった。Ｃｕ，Ａｓ，Ｈｇについての実験結果をそれぞれ図５〜７に示す。

図５〜７から明らかな通り、Ｃｕ，Ａｓ，Ｈｇのいずれについても本発明例のＳＳＩ株は顕著に高い吸着能力を有する。以上の結果から、本発明のＳＳＩ株は、放射性核種のみならず、その他の一般的な重金属に対しても高い吸着能力を有することが明らかである。

本発明の新規細菌株ロドバクター・スファエロイデスＳＳＩ株は、放射性核種を含む様々な重金属に対して従来公知の光合成細菌より顕著に高い吸着能力を有する。従って、本発明の新規細菌株は、核施設や核実験などの放射性核種で汚染された環境や工場排水の重金属で汚染された環境を浄化するのに極めて有効に使用することができる。

菌体固定化担体４個投入時の培養液中のＳｒ濃度変化を示す。 菌体固定化担体８個投入時の培養液中のＳｒ濃度変化を示す。 菌体固定化担体８個投入時の培養液中のＵ濃度変化を示す。 菌体固定化担体８個投入時の培養液中のＣｏ濃度変化を示す。 菌体固定化担体２個投入時の培養液中のＣｕ濃度変化を示す。 菌体固定化担体２個投入時の培養液中のＡｓ濃度変化を示す。 菌体固定化担体８個投入時の培養液中のＨｇ濃度変化を示す。

Claims (5)

1. 重金属吸着能力を有するロドバクター・スファエロイデス（Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒ ｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ）ＳＳＩ株（ＦＥＲＭ ＡＰ−２１４６２）。
2. 重金属が放射性核種であることを特徴とする請求項１に記載のロドバクター・スファエロイデスＳＳＩ株（ＦＥＲＭ ＡＰ−２１４６２）。
3. 重金属で汚染された環境を浄化する方法であって、請求項１又は２に記載のロドバクター・スファエロイデスＳＳＩ株（ＦＥＲＭ ＡＰ−２１４６２）に環境中の重金属を吸着させ、重金属を吸着した細菌株を環境中から回収することを特徴とする方法。
4. 環境がヘドロ、堆積砂、土壌、又は砂漠の砂であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 重金属が放射性核種であることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。

Images