JP2018057356A - Activated sludge containing 1,4-dioxane degrading microorganisms and methods of waste water treatment using the same, and methods for identifying 1,4-dioxane degrading microorganisms - Google Patents

Activated sludge containing 1,4-dioxane degrading microorganisms and methods of waste water treatment using the same, and methods for identifying 1,4-dioxane degrading microorganisms Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide novel activated sludge excellent in 1,4-dioxane degrading ability.SOLUTION: The invention provides an activated sludge comprising at least one microorganism selected from 1,4-dioxane degrading microorganisms A, B and C, where the 16S rRNA gene of microorganism A has 97% or more identity to the base sequence of SEQ ID NO: 1, the 16S rRNA gene of microorganism B has 97% or more identity to the base sequence of SEQ ID NO: 2, and the 16S rRNA gene of microorganism C has 97% or more identity to the base sequence of SEQ ID NO: 3.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、1,4−ジオキサン分解菌を含む活性汚泥およびそれを用いた排水処理方法、ならびに1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法に関する。   The present invention relates to an activated sludge containing 1,4-dioxane-degrading bacteria, a wastewater treatment method using the same, and a method for identifying 1,4-dioxane-degrading bacteria.

1,4−ジオキサンについて、日本国では平成24年5月25日から、一律排水基準(0.5mg/L以下)を設定している。   Regarding 1,4-dioxane, uniform drainage standards (0.5 mg / L or less) have been set in Japan since May 25, 2012.

1,4−ジオキサンは、生物学的難分解性物質である。従来の排水処理施設で用いられる活性汚泥法、活性炭吸着法などでは、1,4−ジオキサンを十分に除去できないとされている。そこで、1,4−ジオキサンを除去する方法としては、オゾン処理、オゾン処理と過酸化水素処理との組み合わせ、オゾン処理と紫外線処理との組み合わせなど、促進酸化処理が知られている(特許文献1および特許文献2)。   1,4-Dioxane is a biologically degradable substance. It is said that 1,4-dioxane cannot be sufficiently removed by an activated sludge method, an activated carbon adsorption method, or the like used in a conventional wastewater treatment facility. Thus, accelerated oxidation treatments such as ozone treatment, a combination of ozone treatment and hydrogen peroxide treatment, and a combination of ozone treatment and ultraviolet treatment are known as methods for removing 1,4-dioxane (Patent Document 1). And Patent Document 2).

特開2005−103401号公報JP-A-2005-103401 特開2005−58854号公報JP 2005-58854 A

しかし、促進酸化処理では、1,4−ジオキサン以外の有機物が存在すると、これらの有機物も分解されるため、必要オゾン注入量、薬品量などが多くなり、処理コストが高くなるおそれがある。   However, in the accelerated oxidation treatment, if organic substances other than 1,4-dioxane are present, these organic substances are also decomposed, so that the required ozone injection amount, the amount of chemicals, and the like are increased, which may increase the processing cost.

そこで本発明は、1,4−ジオキサン分解能に優れた、新規の活性汚泥およびこれを用いた排水処理方法、ならびに1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a novel activated sludge excellent in 1,4-dioxane resolution, a wastewater treatment method using the same, and a method for identifying 1,4-dioxane degrading bacteria.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。その過程で、驚くべきことに、活性汚泥において、それに含まれる微生物群集に対して、極めて低い相対存在量(%)である所定の微生物により、1,4−ジオキサンを分解できるという知見を得、この知見に基づき、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems. In the process, surprisingly, in the activated sludge, the knowledge that 1,4-dioxane can be decomposed by a predetermined microorganism having an extremely low relative abundance (%) with respect to the microbial community contained therein, Based on this finding, the present invention has been completed.

すなわち、本発明の第1の形態によれば、配列番号:1の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌A、配列番号:2の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Bおよび配列番号:3の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Cからなる群から選択される少なくとも1種を含む、活性汚泥が提供される。   That is, according to the first embodiment of the present invention, 1,4-dioxane-degrading bacterium A having a 16S rRNA gene whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 1 is 97% or more, the base of SEQ ID NO: 2 1,4-dioxane-degrading bacterium B having a 16S rRNA gene having 97% or more identity with the sequence and 1,4 having a 16S rRNA gene having 97% or more identity to the base sequence of SEQ ID NO: 3 -An activated sludge comprising at least one selected from the group consisting of dioxane-degrading bacteria C is provided.

本発明の一実施形態では、本発明の第1の形態に係る活性汚泥を、1,4−ジオキサン含有排水に接触させることを含む、1,4−ジオキサン含有排水の処理方法が提供される。   In one embodiment of the present invention, there is provided a method for treating 1,4-dioxane-containing wastewater, which comprises bringing activated sludge according to the first aspect of the present invention into contact with 1,4-dioxane-containing wastewater.

本発明の第2の形態によれば、複数の微生物を含む試料における1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法であって、13C標識された1,4−ジオキサンの存在下で前記複数の微生物の培養を開始し、培養物を得ること;当該培養物から核酸を回収すること;当該核酸を超遠心分離し、高密度画分を得ること;および、当該高密度画分に存在する標的遺伝子の塩基配列を次世代シークエンサーにより解析し、各微生物の相対存在量(1)を求める工程A、ならびに13C非標識の1,4−ジオキサンの存在下で前記複数の微生物の培養を開始し、培養物を得ること;当該培養物から核酸を回収すること;当該核酸を超遠心分離し、高密度画分を得ること;および、当該高密度画分に存在する標的遺伝子の塩基配列を次世代シークエンサーにより解析し、各微生物の相対存在量(2)を求める工程Bを含み、前記相対存在量(1)が前記相対存在量(2)より多い微生物を1,4−ジオキサン分解菌であると判断する、方法が提供される。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a method for identifying 1,4-dioxane degrading bacteria in a sample containing a plurality of microorganisms, wherein the plurality of the plurality of microorganisms are present in the presence of 13 C-labeled 1,4-dioxane. Initiating microbial culture and obtaining a culture; recovering nucleic acid from the culture; ultracentrifuging the nucleic acid to obtain a high-density fraction; and a target present in the high-density fraction Analyzing the base sequence of the gene with a next-generation sequencer to determine the relative abundance (1) of each microorganism, and starting the culture of the plurality of microorganisms in the presence of 13 C-unlabeled 1,4-dioxane Obtaining a culture; recovering nucleic acid from the culture; ultracentrifuging the nucleic acid to obtain a high-density fraction; and base sequence of a target gene present in the high-density fraction By generation sequencer Analyzing and determining the relative abundance (2) of each microorganism, including step B, and determining that the relative abundance (1) is greater than the relative abundance (2) as 1,4-dioxane-degrading bacteria A method is provided.

本発明によれば、1,4−ジオキサン分解能に優れた、新規の活性汚泥およびこれを用いた排水処理方法、ならびに1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法の提供が可能になる。   According to the present invention, it is possible to provide a novel activated sludge excellent in 1,4-dioxane resolution, a wastewater treatment method using the same, and a method for identifying 1,4-dioxane degrading bacteria.

図1は、1,4−ジオキサン濃度の測定方法を示す。FIG. 1 shows a method for measuring 1,4-dioxane concentration. 図2は、フルスケール活性汚泥システムの通年運転における化学分析データを示す。(A)流入・流出水の1,4−ジオキサン濃度、1,4−ジオキサン除去率、(B)曝気槽の温度、(C)曝気槽のDO、(D)曝気槽のpH、(E)流入・流出水のTOC、(F)曝気槽のCOD−Cr。FIG. 2 shows chemical analysis data for full year operation of the full scale activated sludge system. (A) 1,4-dioxane concentration of inflow / outflow water, 1,4-dioxane removal rate, (B) temperature of aeration tank, (C) DO of aeration tank, (D) pH of aeration tank, (E) TOC of inflow / outflow water, (F) COD-Cr of aeration tank. 図3は、フルスケール活性汚泥システムの曝気槽における微生物群集の年間推移(門/綱レベルでの系統分類)を示す。FIG. 3 shows the annual transition of the microbial community in the aeration tank of the full-scale activated sludge system (system classification at the gate / class level). 図4は、本発明に係る1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法の培養過程における測定データを示す。(13C標識区:実線、非標識区:点線):(A)CO2濃度、(B)13CO2濃度(●)、CO213C atom%(○)、(C)1,4−ジオキサン濃度、(D)COD−Cr。FIG. 4 shows measurement data in the culture process of the method for identifying 1,4-dioxane degrading bacteria according to the present invention. ( 13 C-labeled section: solid line, non-labeled section: dotted line): (A) CO 2 concentration, (B) 13 CO 2 concentration (●), 13 C atom% of CO 2 (◯), (C) 1, 4 -Dioxane concentration, (D) COD-Cr. 図5は、本発明に係る1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法により同定された1,4−ジオキサン分解菌の同定結果を示す。(A)13C標識区および非標識区のRNA密度画分(1H、2H、3H、L)における微生物群集構造(門/綱レベルでの系統分類)、(B)、(C)および(D)13C標識区の高密度画分(1H(B)、2H(C)および3H(D))で非標識区の同等密度画分(2H)と比べ有意に相対存在量が上昇する微生物種(OTU:operational taxonomic unit)、13C標識区と非標識区におけるOTUの相対存在量をそれぞれ丸(●)と三角(▲)とで示す。FIG. 5 shows the identification results of 1,4-dioxane degrading bacteria identified by the method for identifying 1,4-dioxane degrading bacteria according to the present invention. (A) Microbial community structure (phylogenetic classification at the gate / class level) in RNA density fractions (1H, 2H, 3H, L) in 13 C-labeled and unlabeled sections, (B), (C) and (D ) Species whose relative abundance is significantly increased in the high density fraction (1H (B), 2H (C) and 3H (D)) of the 13 C-labeled group compared to the equivalent density fraction (2H) of the non-labeled group (OTU: operational taxonomic unit), the relative abundance of OTU in the 13 C-labeled group and the unlabeled group is indicated by a circle (●) and a triangle (▲), respectively. 図6−1は、本発明に係る1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法により同定された1,4−ジオキサン分解菌のフルスケール活性汚泥システム内における年間変動(実線:曝気槽由来、点線:返送ライン由来)を示す。(A)OTU2230、(B)OTU8474、(C)OTU12266、(D)OTU5104、(E)OTU13856、(F)OTU2197。Fig. 6-1 shows annual fluctuations in the full-scale activated sludge system of 1,4-dioxane degrading bacteria identified by the method for identifying 1,4-dioxane degrading bacteria according to the present invention (solid line: aeration tank derived, dotted line). : Derived from the return line). (A) OTU2230, (B) OTU8474, (C) OTU12266, (D) OTU5104, (E) OTU13856, (F) OTU2197. 図6−2は、本発明に係る1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法により同定された1,4−ジオキサン分解菌のフルスケール活性汚泥システム内における年間変動(実線:曝気槽由来、点線:返送ライン由来)を示す。(H)OTU100(I)OTU8385(J)OTU8532。FIG. 6-2 shows annual fluctuations in the full-scale activated sludge system of 1,4-dioxane-degrading bacteria identified by the method for identifying 1,4-dioxane-degrading bacteria according to the present invention (solid line: derived from aeration tank, dotted line). : Derived from the return line). (H) OTU100 (I) OTU8385 (J) OTU8532.

以下、本発明の一形態に係る実施の形態を説明する。本発明は、以下の実施の形態のみには限定されない。   Embodiments according to one embodiment of the present invention will be described below. The present invention is not limited only to the following embodiments.

本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20〜25℃)/相対湿度40〜50%RHの条件で測定する。   In this specification, “X to Y” indicating a range means “X or more and Y or less”. Unless otherwise specified, measurement of operation and physical properties is performed under conditions of room temperature (20 to 25 ° C.) / Relative humidity 40 to 50% RH.

<活性汚泥>
本発明の第1の形態は、配列番号:1の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌A、配列番号:2の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Bおよび配列番号:3の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Cからなる群から選択される少なくとも1種を含む、活性汚泥である。
<Activated sludge>
The first aspect of the present invention is a 1,4-dioxane-degrading bacterium A having a 16S rRNA gene whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 1 is 97% or more, identical to the base sequence of SEQ ID NO: 2. 1,4-dioxane-degrading bacterium B having a 16S rRNA gene having a sexiness of 97% or more and 1,4-dioxane-degrading bacterium having a 16S rRNA gene having an identity of 97% or more with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 It is activated sludge containing at least one selected from the group consisting of C.

活性汚泥とは、一般的に、下水、排水などに連続通気撹拌して、それらの含有有機物に対する資化能、酸化能の高い種々の好気性細胞を増殖させて得られる泥状の物質をいう。活性汚泥は、微生物群集を含み、細菌に加えて糸状菌、原生動物が混在していてもよい。本明細書中、活性汚泥に含まれる微生物群集を「汚泥微生物群集」とも称する。   The activated sludge generally refers to a mud-like substance obtained by continuously agitating and agitating sewage, drainage, etc., and proliferating various aerobic cells having high ability to assimilate and oxidize those contained organic substances. . The activated sludge contains a microbial community and may contain filamentous fungi and protozoa in addition to bacteria. In this specification, the microbial community contained in activated sludge is also called "sludge microbial community."

本発明者らは、活性汚泥における微生物群集の状態と1,4−ジオキサン分解との相関関係について、検討を行った。また、下記の1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法により、汚泥微生物群集から高密度画分(1Hおよび2H)において、13C培養物で非標識培養物よりも有意に上昇する7種の1,4−ジオキサン分解菌を同定した。これらの1,4−ジオキサン分解菌は、汚泥微生物群集全体に対して、極めて低い相対存在量(例えば1.5%以下)であった。そして、驚くべきことに、1,4−ジオキサン分解菌の相対存在量が変動することにより、活性汚泥の1,4−ジオキサン処理性能も連動して変動することを見出した。 The present inventors examined the correlation between the state of microbial communities in activated sludge and 1,4-dioxane degradation. In addition, according to the method for identifying 1,4-dioxane degrading bacteria described below, in the high-density fractions (1H and 2H) from the sludge microbial community, seven kinds of 13 C cultures that are significantly higher than the unlabeled cultures 1,4-Dioxane degrading bacteria were identified. These 1,4-dioxane degrading bacteria had a very low relative abundance (for example, 1.5% or less) with respect to the entire sludge microbial community. Surprisingly, it has been found that the 1,4-dioxane treatment performance of the activated sludge varies in conjunction with the variation of the relative abundance of 1,4-dioxane degrading bacteria.

本発明の活性汚泥は、微生物群集中に、所定の1,4−ジオキサン分解菌を含む。かような活性汚泥を用いることにより、1,4−ジオキサンを安定して分解できる。   The activated sludge of the present invention contains a predetermined 1,4-dioxane degrading bacterium in the microbial group concentration. By using such activated sludge, 1,4-dioxane can be stably decomposed.

本発明の活性汚泥では、約30,000〜約110,000の微生物種を系統的に特徴づけた。これらの微生物種において、微生物種の1,4−ジオキサン分解菌の相対存在量は、汚泥微生物群集全体に対して、極めて低くてもよい。1,4−ジオキサン分解菌の相対存在量は、汚泥微生物群集全体に対して、例えば0.001%〜1.500%である。   The activated sludge of the present invention systematically characterized about 30,000 to about 110,000 microbial species. In these microbial species, the relative abundance of 1,4-dioxane degrading bacteria of the microbial species may be extremely low relative to the entire sludge microbial community. The relative abundance of 1,4-dioxane degrading bacteria is, for example, 0.001% to 1.500% with respect to the entire sludge microbial community.

本発明では、後述するように、次世代シークエンサーを用いて、高速かつ大規模な塩基配列の解読を行い、汚泥微生物群集構造を解析した。これにより、汚泥微生物群集全体に対して、相対存在量が極めて低い1,4−ジオキサン分解菌の同定が可能である。下記の1,4−ジオキサン分解菌は、活性汚泥中の存在量が極めて少ないため、これらを単離することは、技術的理由により困難である。そのため、寄託機関に寄託を行っていない。しかし、本出願人は、本発明に係る1,4−ジオキサン分解菌を含む活性汚泥について、日本国特許法施行規則第27条の3各号に該当する場合、各法令の順守を条件に、第三者に分譲することを保証する。   In the present invention, as described later, a sludge microbial community structure was analyzed by performing high-speed and large-scale base sequence decoding using a next-generation sequencer. This makes it possible to identify 1,4-dioxane-degrading bacteria with extremely low relative abundance relative to the entire sludge microbial community. Since the following 1,4-dioxane degrading bacteria are extremely small in the activated sludge, it is difficult to isolate them for technical reasons. Therefore, no deposit has been made with the depository. However, the applicant, for activated sludge containing 1,4-dioxane-degrading bacterium according to the present invention, falls under each item of Article 27-3 of the Japanese Patent Law Enforcement Regulations, subject to compliance with each law. Guarantee to sell to third parties.

[1,4−ジオキサン分解菌]
本明細書において、1,4−ジオキサン分解菌とは、1,4−ジオキサンを単一炭素源として分解および資化できる菌、または1,4−ジオキサンを分解および同化できる菌を意味する。
[1,4-dioxane degrading bacteria]
In the present specification, 1,4-dioxane-degrading bacterium means a bacterium that can be decomposed and assimilated using 1,4-dioxane as a single carbon source, or a bacterium that can decompose and assimilate 1,4-dioxane.

以下、1,4−ジオキサンを単一炭素源として分解および資化できる菌、ならびに1,4−ジオキサンを分解および同化できる菌について説明する。   Hereinafter, bacteria that can decompose and assimilate using 1,4-dioxane as a single carbon source, and bacteria that can decompose and assimilate 1,4-dioxane will be described.

(1,4−ジオキサンを単一炭素源として分解および資化できる菌)
本発明に係る1,4−ジオキサン分解菌において、1,4−ジオキサンを単一炭素源として分解および資化できる菌(本明細書中、単に「ジオキサン資化菌」とも称する)とは、後述する「1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法」により同定した微生物であり、具体的には、1Hおよび2Hの高密度画分において、13C培養物で非標識培養物よりも相対存在量が有意に上昇している微生物である。ジオキサン資化菌としては、配列番号:1、配列番号:2または配列番号:3の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する菌が挙げられる。本発明に係る活性汚泥において、ジオキサン資化菌は、これらに限定されず、配列番号:4、配列番号:5、配列番号:6または配列番号:7の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する菌および従来公知のジオキサン資化菌から選択された菌がさらに含まれていてもよい。
(Bacteria that can be decomposed and assimilated using 1,4-dioxane as a single carbon source)
In the 1,4-dioxane-degrading bacterium according to the present invention, a bacterium that can be decomposed and assimilated using 1,4-dioxane as a single carbon source (hereinafter, also simply referred to as “dioxane-assimilating bacterium”) is described later. In particular, in the high-density fraction of 1H and 2H, the relative abundance of the 13 C culture is higher than that of the unlabeled culture. Are microorganisms that are significantly elevated. Examples of the dioxane-assimilating bacterium include a bacterium having a 16S rRNA gene having 97% or more identity with the base sequence of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 3. In the activated sludge according to the present invention, dioxane assimilating bacteria are not limited to these, and the identity with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 7 is 97% or more. A bacterium having a 16S rRNA gene and a bacterium selected from conventionally known dioxane-assimilating bacteria may be further included.

本明細書において、塩基配列との同一性とは、特に記載した場合を除き、いずれの塩基配列においても、2つの配列を最適の態様で整列させた場合に、2つの配列間で共有する一致したヌクレオチドの個数の百分率を意味する。すなわち、同一性(%)=(一致した位置の数/位置の全数)×100で算出でき、市販されているアルゴリズムを用いて計算することができる。また、このようなアルゴリズムは、Altschul et al., J. Mol. Biol. 215(1990)403−410に記載されるNBLASTおよびXBLASTプログラム中に組込まれている。より詳細には、塩基配列の同一性に関する検索・解析は、当業者には周知のアルゴリズムまたはプログラム(例えばBLASTN、ClustalWなど)により行うことができる。プログラムを用いる場合のパラメータは、当業者であれば適切に設定することができ、また各プログラムのデフォルトパラメーターを用いてもよい。これらの解析方法の具体的な手法もまた、当業者には周知である。   In the present specification, the identity with a base sequence means a coincidence shared between two sequences when the two sequences are aligned in an optimal manner in any base sequence, unless otherwise specified. Means the percentage of the number of nucleotides formed. That is, identity (%) = (number of matched positions / total number of positions) × 100, and can be calculated using a commercially available algorithm. Such an algorithm is also described in Altschul et al. , J. et al. Mol. Biol. 215 (1990) 403-410, which is incorporated into the NBLAST and XBLAST programs. More specifically, the search / analysis regarding the identity of the base sequence can be performed by an algorithm or program (for example, BLASTN, ClustalW, etc.) well known to those skilled in the art. Those skilled in the art can appropriately set parameters when using a program, and may use default parameters of each program. Specific techniques for these analysis methods are also well known to those skilled in the art.

配列番号:1、配列番号:2、配列番号:3、配列番号:4、配列番号:5、配列番号:6または配列番号:7の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有するジオキサン資化菌を表1に示す。下記表1において、「相同性(%)」は、配列番号:1〜7の塩基配列について、NCBI(The National Center for Biotechnology Infomation)の塩基配列データベースのBLASTプログラムを用いて決定した。   A dioxane assimilating bacterium having a 16S rRNA gene comprising the base sequence of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 7 is shown. It is shown in 1. In Table 1 below, “homology (%)” was determined for the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1 to 7 using the BLAST program of the nucleotide sequence database of NCBI (The National Center for Biotechnology Information).

配列番号:1、配列番号:2、配列番号:4または配列番号:5の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌(ジオキサン資化菌)(OTU2230、OTU8474、OTU5104またはOTU13856)は、データベース上で最も近縁な微生物種に対して、配列相同性がそれぞれ88.6%、94.1%、94.9%または96.9%である。16S rRNA遺伝子の塩基配列を用いた解析では、既知種と相同性97%以上を示す場合、同種であると定義できる。つまり、これらの1,4−ジオキサン分解菌(ジオキサン資化菌)は、既知の微生物種とは種が異なる微生物であると考えられる。   1,4-Dioxane-degrading bacterium (dioxane-utilizing bacterium) (OTU2230, OTU8474, OTU5104 or OTU13856) having a 16S rRNA gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 5 ) Have a sequence homology of 88.6%, 94.1%, 94.9% or 96.9%, respectively, for the closest microbial species on the database. In the analysis using the base sequence of 16S rRNA gene, when it shows 97% or more homology with a known species, it can be defined as the same species. That is, these 1,4-dioxane degrading bacteria (dioxane assimilating bacteria) are considered to be microorganisms having different species from known microbial species.

配列番号:3の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌(ジオキサン資化菌)(OTU12266)は、ベンゼンやトルエン等の芳香族化合物の分解菌として知られるニトロソモナス・ウレアエ(Nitrosomonas ureae)に対して、配列相同性が97.6%であり、ニトロソモナス・ウレアエ(Nitrosomonas ureae)の近縁種であると考えられる。   A 1,4-dioxane-degrading bacterium (dioxane-utilizing bacterium) (OTU12266) having a 16S rRNA gene containing the base sequence of SEQ ID NO: 3 is a nitrosomonas ureae known as a degrading bacterium of aromatic compounds such as benzene and toluene. The sequence homology with respect to (Nitrosomonas ureae) is 97.6%, and is considered to be a related species of Nitrosomonas ureae.

配列番号:6または配列番号:7の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌(ジオキサン資化菌)(OTU2197またはOTU6825)は、それぞれシュードノカルディア・ジオキサノヴォランス(Pseudonocardia dioxanivorans)またはマイクロコッカス・ルテウス(Micrococcus luteus)であると考えられる。シュードノカルディア・ジオキサノヴォランス(Pseudonocardia dioxanivorans)は、既知の1,4−ジオキサン分解菌である。   1,4-dioxane degrading bacteria (dioxane assimilating bacteria) (OTU2197 or OTU6825) having a 16S rRNA gene containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 7 are respectively Pseudocardia dioxanovolans (Pseudocardia). Dioxanivorans) or Micrococcus luteus. Pseudocardia dioxanovorans is a known 1,4-dioxane degrading bacterium.

(1,4−ジオキサンを分解および同化できる菌)
本発明の活性汚泥は、1,4−ジオキサン分解菌として、上記ジオキサン資化菌に加えて、さらに1,4−ジオキサンを分解および同化できる菌を含むことができる。
(Bacteria capable of degrading and assimilating 1,4-dioxane)
The activated sludge of the present invention can contain bacteria capable of decomposing and assimilating 1,4-dioxane as 1,4-dioxane-degrading bacteria in addition to the dioxane-assimilating bacteria.

本発明に係る1,4−ジオキサン分解菌において、1,4−ジオキサンを分解および同化できる菌(本明細書中、単に「ジオキサン同化菌」とも称する)とは、後述する「1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法」により同定した微生物であり、具体的には、3Hの高密度画分において、13C培養物で非標識培養物よりも相対存在量が有意に上昇している微生物である。ジオキサン同化菌としては、配列番号:8、配列番号:9または配列番号:10の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する菌が挙げられる。 In the 1,4-dioxane-degrading bacterium according to the present invention, a bacterium capable of degrading and assimilating 1,4-dioxane (in the present specification, simply referred to as “dioxane anabolic bacterium”) refers to “1,4-dioxane” described later. Specifically, microorganisms whose relative abundance is significantly increased in 13 C cultures compared to unlabeled cultures in the high density fraction of 3H. is there. Examples of the dioxane assimilating bacterium include a bacterium having a 16S rRNA gene having 97% or more identity with the base sequence of SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 or SEQ ID NO: 10.

配列番号:8、配列番号:9または配列番号:10の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有するジオキサン同化菌を表2に示す。下記表2において、「相同性(%)」は、配列番号:8〜10の塩基配列について、上記と同様に、NCBI(The National Center for Biotechnology Infomation)の塩基配列データベースのBLASTプログラムを用いて決定した。   Table 2 shows dioxane assimilating bacteria having a 16S rRNA gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 or SEQ ID NO: 10. In Table 2 below, “homology (%)” is determined using the BLAST program of the nucleotide sequence database of NCBI (The National Center for Biotechnology Information) for the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 8 to 10 in the same manner as described above. did.

配列番号:9または配列番号:10の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌(ジオキサン同化菌)(OTU8385またはOTU8532)は、データベース上で最も近縁な微生物種に対して、配列相同性がそれぞれ95.7%または88.9%である。上述のとおり、16S rRNA遺伝子の塩基配列を用いた解析では、既知種と相同性97%以上を示す場合、同種であると定義できる。つまり、これらの1,4−ジオキサン分解菌(ジオキサン同化菌)は、既知の微生物種とは種が異なる微生物であると考えられる。   1,4-Dioxane-degrading bacterium (dioxane anabolic bacterium) (OTU8385 or OTU8532) having a 16S rRNA gene containing the base sequence of SEQ ID NO: 9 or SEQ ID NO: 10 is the most closely related microbial species on the database. , The sequence homology is 95.7% or 88.9%, respectively. As described above, in the analysis using the base sequence of the 16S rRNA gene, it can be defined as the same species when showing 97% or more homology with a known species. That is, these 1,4-dioxane-degrading bacteria (dioxane assimilating bacteria) are considered to be microorganisms having different species from known microbial species.

配列番号:8の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌(ジオキサン同化菌)(OTU100)は、ロドシュードモナス・パルストリス(Rhodopseudomonas palustris)であると考えられる。   A 1,4-dioxane-degrading bacterium (dioxane assimilating bacterium) (OTU100) having a 16S rRNA gene containing the base sequence of SEQ ID NO: 8 is considered to be Rhodopseudomonas palustris.

本発明の一実施形態において、活性汚泥は、配列番号:1の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌A(本明細書中、単に「1,4−ジオキサン分解菌A」とも称す)、配列番号:2の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌B(本明細書中、単に「1,4−ジオキサン分解菌B」とも称す)および配列番号:3の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌C(本明細書中、単に「1,4−ジオキサン分解菌C」とも称す)からなる群から選択される少なくとも1種を含む。活性汚泥は、1,4−ジオキサン分解能の観点から、好ましくは1,4−ジオキサン分解菌Aおよび1,4−ジオキサン分解菌Bの少なくとも一方を含み、より好ましくは1,4−ジオキサン分解菌A、1,4−ジオキサン分解菌Bおよび1,4−ジオキサン分解菌Cをすべて含む。   In one embodiment of the present invention, the activated sludge is a 1,4-dioxane-degrading bacterium A having a 16S rRNA gene whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 1 is 97% or more (herein, simply “ 1,4-dioxane-degrading bacterium A ”), 1,4-dioxane-degrading bacterium B having a 16S rRNA gene whose identity to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 is 97% or more (in this specification, simply (Also referred to as “1,4-dioxane-degrading bacterium B”) and 1,4-dioxane-degrading bacterium C having a 16S rRNA gene whose identity to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 is 97% or more (herein, And at least one selected from the group consisting of “1,4-dioxane-degrading bacterium C”). The activated sludge preferably contains at least one of 1,4-dioxane degrading bacteria A and 1,4-dioxane degrading bacteria B, more preferably 1,4-dioxane degrading bacteria A, from the viewpoint of 1,4-dioxane degrading ability. 1,4-dioxane degrading bacteria B and 1,4-dioxane degrading bacteria C are all included.

本発明の好ましい実施形態において、活性汚泥は、上記実施形態の1,4−ジオキサン分解菌に加えて、1,4−ジオキサン分解能の観点から、配列番号:4の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌D(本明細書中、単に「1,4−ジオキサン分解菌D」とも称す)、配列番号:5の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌E(本明細書中、単に「1,4−ジオキサン分解菌E」とも称す)、および配列番号:6の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌F(本明細書中、単に「1,4−ジオキサン分解菌F」とも称す)をさらに含む。   In a preferred embodiment of the present invention, activated sludge has an identity with the base sequence of SEQ ID NO: 4 of 97 from the viewpoint of 1,4-dioxane degrading bacteria in addition to the 1,4-dioxane degrading bacteria of the above embodiment. % 1,4-dioxane-degrading bacterium D having a 16S rRNA gene of not less than 1% (also referred to simply as “1,4-dioxane-degrading bacterium D” in the present specification), and the identity with the base sequence of SEQ ID NO: 5 1,4-dioxane-degrading bacterium E having a 16S rRNA gene of 97% or more (herein simply referred to as “1,4-dioxane-degrading bacterium E”), and the same as the base sequence of SEQ ID NO: 6 1,4-dioxane-degrading bacterium F (also referred to simply as “1,4-dioxane-degrading bacterium F” in the present specification) having a 16S rRNA gene having a sex of 97% or more is further included.

本発明のさらに好ましい実施形態において、上記実施形態の1,4−ジオキサン分解菌に加えて、1,4−ジオキサンをより効率よく分解するとの観点から、活性汚泥は、配列番号:7の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌(本明細書中、単に「1,4−ジオキサン分解菌G」とも称す)、配列番号:8の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌(本明細書中、単に「1,4−ジオキサン分解菌H」とも称す)、配列番号:9の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌(本明細書中、単に「1,4−ジオキサン分解菌I」とも称す)および配列番号:10の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌(本明細書中、単に「1,4−ジオキサン分解菌J」とも称す)からなる群から選択される少なくとも1種を含む。本実施形態に係る活性汚泥は、よりさらに好ましくは配列番号:8の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Hおよび配列番号:9の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Iの少なくとも一方を含む。   In a further preferred embodiment of the present invention, in addition to the 1,4-dioxane-degrading bacterium of the above embodiment, from the viewpoint of more efficiently degrading 1,4-dioxane, the activated sludge has the base sequence of SEQ ID NO: 7. 1,4-dioxane-degrading bacterium having a 16S rRNA gene whose identity is 97% or more (hereinafter, also simply referred to as “1,4-dioxane-degrading bacterium G”), base sequence of SEQ ID NO: 8 1,4-dioxane-degrading bacterium having a 16S rRNA gene whose identity is 97% or more (hereinafter, also simply referred to as “1,4-dioxane-degrading bacterium H”), base sequence of SEQ ID NO: 9 1,4-dioxane-degrading bacterium having a 16S rRNA gene having an identity of 97% or more (hereinafter also simply referred to as “1,4-dioxane-degrading bacterium I”) and the salt of SEQ ID NO: 10 It is selected from the group consisting of 1,4-dioxane degrading bacteria having a 16S rRNA gene whose identity to the sequence is 97% or more (also simply referred to as “1,4-dioxane degrading bacteria J” in the present specification) Contains at least one. More preferably, the activated sludge according to the present embodiment is a 1,4-dioxane-degrading bacterium H having a 16S rRNA gene having 97% or more identity with the base sequence of SEQ ID NO: 8 and the base of SEQ ID NO: 9 It includes at least one of 1,4-dioxane-degrading bacteria I having a 16S rRNA gene whose identity to the sequence is 97% or more.

本発明の活性汚泥に含まれる1,4−ジオキサン分解菌において、ジオキサン資化菌(1,4−ジオキサン分解菌A〜G)の相対存在量(%)は、本発明の効果を発現できる限り特に制限されないが、汚泥微生物群集全体に対して、例えば0.001〜1.500%である。また、ジオキサン同化菌(1,4−ジオキサン分解菌H〜J)の相対存在量(%)は、本発明の効果を発現できる限り特に制限されないが、汚泥微生物群集全体に対して、例えば0.001〜5.700%である。相対存在量の値は、実施例に記載の方法により求めた値である。   In the 1,4-dioxane-degrading bacterium contained in the activated sludge of the present invention, the relative abundance (%) of the dioxane-assimilating bacterium (1,4-dioxane-degrading bacterium AG) is as long as the effects of the present invention can be expressed. Although it does not restrict | limit especially, it is 0.001-1.500% with respect to the whole sludge microbial community. In addition, the relative abundance (%) of dioxane assimilating bacteria (1,4-dioxane degrading bacteria H to J) is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be expressed. 001-5.700%. The value of relative abundance is a value obtained by the method described in the examples.

[1,4−ジオキサン含有排水の処理方法]
本発明の一実施形態によれば、上記第1の形態に係る活性汚泥を、1,4−ジオキサン含有排水に接触させることを有する、1,4−ジオキサン含有排水の処理方法が提供される。
[Treatment of 1,4-dioxane-containing wastewater]
According to one Embodiment of this invention, the processing method of the 1, 4- dioxane containing waste water which has making the activated sludge which concerns on the said 1st form contact a 1, 4- dioxane containing waste water is provided.

1,4−ジオキサン含有排水の処理方法としては、上記活性汚泥を、1,4−ジオキサン含有排水に接触させることを有すれば、従来公知のいずれの方法も利用することができる。例えば、上記活性汚泥を収容した曝気槽に1,4−ジオキサン含有排水を加えることで、1,4−ジオキサンを分解できる。また、1,4−ジオキサン含有排水が入った容器に、上記活性汚泥を加えることでも、1,4−ジオキサンを分解できる。   As a method for treating 1,4-dioxane-containing wastewater, any conventionally known method can be used as long as the activated sludge is brought into contact with 1,4-dioxane-containing wastewater. For example, 1,4-dioxane can be decomposed by adding 1,4-dioxane-containing wastewater to an aeration tank containing the activated sludge. In addition, 1,4-dioxane can be decomposed by adding the activated sludge to a container containing 1,4-dioxane-containing wastewater.

1,4−ジオキサン含有排水としては、1,4−ジオキサンが含まれるものであれば、特に制限されない。1,4−ジオキサン含有排水には、有機化合物、窒素化合物、硫黄化合物などが含まれていてもよい。   The 1,4-dioxane-containing wastewater is not particularly limited as long as 1,4-dioxane is contained. The 1,4-dioxane-containing waste water may contain an organic compound, a nitrogen compound, a sulfur compound, and the like.

活性汚泥を収容した曝気槽に1,4−ジオキサン含有排水を加える場合、MLSS(活性汚泥浮遊物質量;mixed liquor suspended solids)は、1,4−ジオキサン分解能の観点から、好ましくは4,000mg/L〜12,000mg/Lである。   When 1,4-dioxane-containing waste water is added to an aeration tank containing activated sludge, MLSS (active sludge suspended solids) is preferably 4,000 mg / dioxide from the viewpoint of 1,4-dioxane resolution. L to 12,000 mg / L.

活性汚泥を収容した曝気槽において、運転および管理条件については、適宜調整すればよく、従来の知見を用いることができる。例えば、pHは、6〜8、温度は、20〜40℃、溶存酸素量(DO:Dissolved Oxygen)は、2〜10mg/Lであればよい。   In an aeration tank containing activated sludge, operation and management conditions may be adjusted as appropriate, and conventional knowledge can be used. For example, the pH may be 6 to 8, the temperature may be 20 to 40 ° C., and the dissolved oxygen amount (DO: Dissolved Oxygen) may be 2 to 10 mg / L.

1,4−ジオキサン含有排水に含まれる1,4−ジオキサンの濃度は、特に制限されない。本発明の活性汚泥を複数回利用することで、1,4−ジオキサンを十分に除去することができる。   The concentration of 1,4-dioxane contained in the 1,4-dioxane-containing wastewater is not particularly limited. By using the activated sludge of the present invention a plurality of times, 1,4-dioxane can be sufficiently removed.

<1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法>
本発明の第2の形態は、複数の微生物を含む試料における1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法であって、13C標識された1,4−ジオキサンの存在下で前記複数の微生物の培養を開始し、培養物を得ること;当該培養物から核酸を回収すること;当該核酸を超遠心分離し、高密度画分を得ること;および、当該高密度画分に存在する標的遺伝子の塩基配列を次世代シークエンサーにより解析し、各微生物の相対存在量(1)を求める工程A、ならびに13C非標識の1,4−ジオキサンの存在下で前記複数の微生物の培養を開始し、培養物を得ること;当該培養物から核酸を回収すること;当該核酸を超遠心分離し、高密度画分を得ること;および、当該高密度画分に存在する標的遺伝子の塩基配列を次世代シークエンサーにより解析し、各微生物の相対存在量(2)を求める工程Bを含み、前記相対存在量(1)が前記相対存在量(2)より多い微生物を1,4−ジオキサン分解菌であると判断する、方法である。
<Method for Identifying 1,4-Dioxane Degrading Bacteria>
A second aspect of the present invention is a method for identifying 1,4-dioxane-degrading bacteria in a sample containing a plurality of microorganisms, wherein the plurality of microorganisms in the presence of 13 C-labeled 1,4-dioxane. Starting the culture and obtaining the culture; collecting the nucleic acid from the culture; ultracentrifugating the nucleic acid to obtain a high-density fraction; and the target gene present in the high-density fraction The base sequence is analyzed by a next-generation sequencer, and the cultivation of the plurality of microorganisms is started in the presence of the step A in which the relative abundance (1) of each microorganism is obtained and the presence of 13 C-unlabeled 1,4-dioxane. Recovering nucleic acid from the culture; ultracentrifugating the nucleic acid to obtain a high-density fraction; and next-generation sequencer to determine the base sequence of the target gene present in the high-density fraction Analyzed by And determining the relative abundance (2) of each microorganism, and determining that the microorganism having a relative abundance (1) greater than the relative abundance (2) is a 1,4-dioxane-degrading bacterium It is.

複数の微生物を含む試料とは、例えば上述の活性汚泥のように、数万種程度の微生物が含まれるものが挙げられる。以下では、実環境から採取した活性汚泥を、複数の微生物を含む試料の例として、活性汚泥試料に含まれる1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法について説明する。ただし、本形態に係る発明を限定するものではない。   Examples of the sample containing a plurality of microorganisms include those containing about tens of thousands of microorganisms, such as the activated sludge described above. Hereinafter, a method for identifying 1,4-dioxane-degrading bacteria contained in an activated sludge sample will be described using activated sludge collected from an actual environment as an example of a sample containing a plurality of microorganisms. However, the invention according to this embodiment is not limited.

[微生物の相対存在量を求める工程]
本発明の1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法では、上記工程Aにおいて13C標識された1,4−ジオキサンを用い、上記工程Bにおいて13C非標識の1,4−ジオキサンを用いる。上述のとおり、本明細書において、1,4−ジオキサン分解菌とは、1,4−ジオキサンを単一炭素源として分解および資化できる菌、または1,4−ジオキサンを分解および同化できる菌を意味する。13C標識された1,4−ジオキサンを取り込んだ1,4−ジオキサン分解菌は、13C非標識の1,4−ジオキサンを取り込んだ1,4−ジオキサン分解菌に比べて重くなる。例えば、13C標識された1,4−ジオキサンによる培養物(13C標識培養物)と13C非標識の1,4−ジオキサンによる培養物(非標識培養物)とを用意し、それぞれ培養物から得られた高密度画分における核酸(RNA)の解析・比較を行うことができる。非標識培養物の高密度画分における相対存在量よりも、13C標識培養物における相対存在量が多い微生物は、13Cを取り込んで重くなった(より高密度画分に移行しやすくなった)微生物であると解される。これにより、13Cを著しく取り込む微生物(1,4−ジオキサン分解菌)を同定することができる。
[Step of determining the relative abundance of microorganisms]
In the method of identifying the 1,4-dioxane-degrading bacteria of the present invention, using a 13 C-labeled 1,4-dioxane in the step A, using 13 C unlabeled 1,4-dioxane in the step B. As described above, in the present specification, 1,4-dioxane-degrading bacterium refers to a bacterium that can decompose and assimilate using 1,4-dioxane as a single carbon source, or a bacterium that can decompose and assimilate 1,4-dioxane. means. 13 C-labeled 1,4-dioxane incorporating 1,4-dioxane degrading bacteria is heavier than the captured 1,4-dioxane degrading bacteria to 13 C unlabeled 1,4-dioxane. For example, 13 C-labeled 1,4-dioxane by culture (13 C-labeled culture) and 13 C unlabeled 1,4-dioxane by culture (unlabeled cultures) were prepared, respectively culture The nucleic acid (RNA) in the high-density fraction obtained from can be analyzed and compared. Microorganisms with a higher relative abundance in the 13 C labeled culture than the relative abundance in the high density fraction of the unlabeled culture took up 13 C and became heavier (more easily transferred to the higher density fraction). ) It is understood that it is a microorganism. Thereby, a microorganism (1,4-dioxane degrading bacterium) that remarkably takes in 13 C can be identified.

本形態の同定方法に係る一実施形態において、微生物の相対存在量を求めるには、以下の4つの工程からなる。なお、工程Aおよび工程Bにおいて、下記(ii)〜(iv)の工程は共通である。   In one embodiment according to the identification method of this embodiment, the relative abundance of microorganisms is determined by the following four steps. In Step A and Step B, the following steps (ii) to (iv) are common.

(i)13C標識された1,4−ジオキサン(工程A)または13C非標識の1,4−ジオキサン(工程B)を活性汚泥試料に添加して、試料に含まれる微生物を培養すること;
(ii)それぞれの培養物から核酸(RNA)を回収すること;
(iii)回収した核酸を超遠心で分離し、高密度画分を得ること;および
(iv)高密度画分に存在する標的核酸(RNA)(例えば16S rRNA)の塩基配列を次世代シークエンサーにより解析すること。
(I) 13 C-labeled 1,4-dioxane (step A) or 13 C unlabeled 1,4-dioxane (step B) was added to the activated sludge sample, culturing a microorganism contained in a sample ;
(Ii) recovering nucleic acid (RNA) from each culture;
(Iii) separating the recovered nucleic acids by ultracentrifugation to obtain a high-density fraction; and (iv) using a next-generation sequencer to determine the base sequence of the target nucleic acid (RNA) (eg, 16S rRNA) present in the high-density fraction. To analyze.

従来微生物群集構造解析で用いられるT−RFLP(Terminal restriction fragment length polymorphism)法では、検出に十分な13C標識RNAを得るために、高濃度の基質添加や長時間の培養時間がしばしば設定されていた。このことは、実環境条件と培養条件との間に隔たりを生み、実環境において代謝活性を有する微生物の同定を困難にするという問題がある。 In the T-RFLP (Terminal restriction fragment length polymorphism) method conventionally used in microbial community structure analysis, in order to obtain 13 C-labeled RNA sufficient for detection, a high concentration of substrate and a long incubation time are often set. It was. This creates a gap between the real environment condition and the culture condition, which makes it difficult to identify microorganisms having metabolic activity in the real environment.

本発明者らは、次世代シークエンサーを用いることで、高濃度の基質添加や長時間の培養時間を必要とせず、より実環境に近い条件においても、標識RNAをより高感度で検出できることを見出し、本形態に係る発明を完成させるに至った。   The present inventors have found that by using a next-generation sequencer, labeled RNA can be detected with higher sensitivity even under conditions closer to the actual environment without the need for addition of a high concentration of substrate or a long incubation time. The invention according to this embodiment has been completed.

以下、上記(i)〜(iv)について具体的に説明する。   Hereinafter, the above (i) to (iv) will be specifically described.

(i)13C標識された1,4−ジオキサンまたは13C非標識の1,4−ジオキサンを活性汚泥試料に添加して、試料に含まれる微生物を培養すること
培養に用いる活性汚泥試料では、汚泥微生物群集の状態変化を抑制するとの観点から、活性汚泥試料の採取から、好ましくは10時間以内、より好ましくは6時間以内、さらに好ましくは4時間以内に、微生物の培養を開始する。
(I) 13 with the addition of C-labeled 1,4-dioxane or 13 C unlabeled 1,4-dioxane in activated sludge samples, the activated sludge sample used in the culture by culturing a microorganism contained in a sample, From the viewpoint of suppressing changes in the state of the sludge microbial community, the cultivation of microorganisms is preferably started within 10 hours, more preferably within 6 hours, and even more preferably within 4 hours from the collection of the activated sludge sample.

微生物の培養は、活性汚泥試料と、13C標識された1,4−ジオキサンまたは13C非標識の1,4−ジオキサンとを混合して、1,4−ジオキサンの存在下で行う。本明細書において、13C標識された1,4−ジオキサンを添加して培養した培養物を「13C培養物」、13C非標識の1,4−ジオキサンを添加して培養した培養物を「非標識培養物」と称する。 The microorganism is cultured in the presence of 1,4-dioxane by mixing the activated sludge sample with 13 C-labeled 1,4-dioxane or 13 C-unlabeled 1,4-dioxane. In the present specification, 13 C-labeled 1,4-dioxane was added to the cultures cultivated "13 C culture", the 13 C unlabeled 1,4-dioxane cultures were incubated with the addition of This is referred to as “unlabeled culture”.

微生物の培養は、汚泥微生物群集の状態を維持できるとの観点から、活性汚泥試料に対して、13C標識された1,4−ジオキサンまたは13C非標識の1,4−ジオキサンのみを添加して培養することが好ましい。ただし、必要に応じて、エチレングリコール等その他の成分を適宜添加してもよい。 Cultivation of the microorganism is from the viewpoint of capable of maintaining a state of sludge microbial community, active against sludge sample, 13 C-labeled 1,4-dioxane or 13 C unlabeled 1,4-dioxane only was added It is preferable to culture. However, other components such as ethylene glycol may be added as necessary.

13C標識されたまたは13C非標識の1,4−ジオキサンの濃度は、実環境での濃度変動(5〜70mg/L)を踏まえて、適宜調整することができる。本形態に係る発明の一実施形態では、100〜300mg/Lの前記1,4−ジオキサンの存在下で前記複数の微生物の培養を開始する。培養開始時において、前記1,4−ジオキサンの濃度が100mg/L以上であることにより、1,4−ジオキサン分解菌が下記の好ましい培養時間においても、1,4−ジオキサンを分解および資化、または分解および同化できる。前記1,4−ジオキサンの濃度が300mg/L以下であることにより、汚泥微生物群集の状態変化を抑制できる。よって、本発明の1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法において、100〜300mg/Lの前記13C標識された1,4−ジオキサンの存在下で前記複数の微生物の培養を開始することが好ましい。 13 C-labeled or 13 C unlabeled 1,4-dioxane concentration, based on the density variation in a real environment (5~70mg / L), it can be appropriately adjusted. In one embodiment of the invention according to this embodiment, the culture of the plurality of microorganisms is started in the presence of 100 to 300 mg / L of the 1,4-dioxane. When the concentration of 1,4-dioxane is 100 mg / L or more at the start of culture, 1,4-dioxane-degrading bacteria decompose and assimilate 1,4-dioxane even in the following preferable culture time. Or can be disassembled and assimilated. When the 1,4-dioxane concentration is 300 mg / L or less, the state change of the sludge microbial community can be suppressed. Therefore, in the method for identifying 1,4-dioxane degrading bacteria of the present invention, the cultivation of the plurality of microorganisms may be started in the presence of 100 to 300 mg / L of the 13 C-labeled 1,4-dioxane. preferable.

微生物の培養温度は、実環境での年間温度変化を踏まえて、設定すればよい。微生物の培養温度は、実環境で活動する1,4−ジオキサン分解菌を検出できるとの観点から、好ましくは20〜40℃の範囲である。培養温度が20℃以上であることにより、1,4−ジオキサン分解菌による1,4−ジオキサンの分解を確認できる。また、培養時間を下記の好ましい範囲にすることができる。培養温度が40℃以下であることにより、汚泥微生物群集の状態変化を抑制できる。   The culture temperature of microorganisms may be set based on the annual temperature change in the actual environment. The culture temperature of the microorganism is preferably in the range of 20 to 40 ° C. from the viewpoint that 1,4-dioxane degrading bacteria active in the real environment can be detected. When the culture temperature is 20 ° C. or higher, the degradation of 1,4-dioxane by 1,4-dioxane degrading bacteria can be confirmed. Moreover, culture time can be made into the following preferable range. When the culture temperature is 40 ° C. or lower, the state change of the sludge microbial community can be suppressed.

微生物の培養時間は、例えば12時間以下であり、好ましくは6〜10時間である。培養時間が6時間以上であると、微生物の13C標識のために十分なジオキサン分解量を確保できる。培養時間が10時間以下であると、13C標識された1,4−ジオキサンを分解して取り込んだ微生物から13Cが液相へ放出される前に核酸を回収でき、よって13Cの微生物間食物連鎖によるノイズ(非1,4−ジオキサン分解菌の検出)を抑制できる。 The culture | cultivation time of microorganisms is 12 hours or less, for example, Preferably it is 6 to 10 hours. When the cultivation time is 6 hours or more, a sufficient amount of dioxane decomposition for 13 C labeling of microorganisms can be secured. When the incubation time is less than 10 hours, 13 can recover nucleic acid before C-labeled 1,4-dioxane 13 C from microorganisms captured by decomposing is released into the liquid phase, thus between the 13 C microorganisms Noise due to the food chain (detection of non-1,4-dioxane degrading bacteria) can be suppressed.

微生物を培養する間、培養液を撹拌または振とうしてもよい。   While culturing the microorganism, the culture solution may be stirred or shaken.

微生物の培養には、従来公知の培養器具を用いることができるが、以下の点を考慮して、気相体積を十分に確保したバイアル瓶を用いることが好ましい。気相体積を十分に確保することで、空気と活性汚泥との接触を促進できるという利点がある。また、バイアル瓶という密閉系で培養を行うことにより、気相の変化(13CO2の生成など)を厳密に追跡できるという利点がある。特に、微生物の培養に際し、気相部分の酸素濃度を測定し、十分量の酸素が確保されていることを確認する必要がある。本形態の同定方法において、微生物の培養では、好気的な1,4−ジオキサン分解菌を同定するため、通常、嫌気性菌の培養に用いられるバイアル瓶を使うことにより、上記のような利点を得ることができる。 For culturing microorganisms, conventionally known culture devices can be used, but considering the following points, it is preferable to use a vial with a sufficiently secured gas phase volume. There is an advantage that contact between air and activated sludge can be promoted by sufficiently securing the gas phase volume. In addition, by culturing in a closed system called a vial, there is an advantage that changes in the gas phase (such as the production of 13 CO 2 ) can be closely tracked. In particular, when culturing microorganisms, it is necessary to measure the oxygen concentration in the gas phase portion to confirm that a sufficient amount of oxygen is secured. In the identification method of the present embodiment, in the culture of microorganisms, in order to identify aerobic 1,4-dioxane-degrading bacteria, the above-mentioned advantages can be obtained by using a vial bottle usually used for anaerobic bacteria culture. Can be obtained.

すなわち、本発明の第2の形態の一実施形態では、1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法は、工程Aおよび工程Bにおいて、気密容器内で好気性微生物を好気的に培養し、前記容器内における気相のCO2濃度を測定することを含むことが好ましい。気相のCO2濃度を測定することで、1,4−ジオキサンの分解(無機化)を特定できる。 That is, in one embodiment of the second aspect of the present invention, the method for identifying 1,4-dioxane-degrading bacteria comprises aerobically culturing aerobic microorganisms in an airtight container in step A and step B, Preferably, the method includes measuring a gas phase CO 2 concentration in the container. By measuring the CO 2 concentration in the gas phase, 1,4-dioxane decomposition (mineralization) can be specified.

また、1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法は、工程Aおよび工程Bにおいて、気相の13CO2濃度を測定することをさらに含むことが好ましい。気相の13CO2濃度を測定することで、13C標識された1,4−ジオキサンの分解(無機化)を特定できる。 Moreover, it is preferable that the method for identifying 1,4-dioxane degrading bacteria further includes measuring the 13 CO 2 concentration in the gas phase in Step A and Step B. By measuring the 13 CO 2 concentration in the gas phase, decomposition (mineralization) of 13 C-labeled 1,4-dioxane can be specified.

(ii)培養物から核酸を回収すること
(i)で得られた13C標識培養物または非標識培養物から核酸を回収する方法は、特に制限されず、従来公知の方法を用いることができる。回収する核酸としては、DNAおよびRNAのいずれであってもよいが、短時間でも高感度で微生物の代謝活性を検出するとの観点から、好ましくはRNAである。
(Ii) Recovering nucleic acid from culture The method for recovering nucleic acid from 13 C-labeled culture or unlabeled culture obtained in (i) is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. . The nucleic acid to be recovered may be either DNA or RNA, but is preferably RNA from the viewpoint of detecting the metabolic activity of a microorganism with high sensitivity even in a short time.

以下、RNAを回収する方法について説明する。   Hereinafter, a method for recovering RNA will be described.

RNAを回収する方法としては、例えば、ビーズ(ガラスビーズ、ジルコニアとシリカの混合ビーズなど)による物理的破砕方法、超音波処理による破砕方法、フレンチプレスによる破砕方法、液体窒素で凍結した試料を乳鉢と乳棒とで破砕する方法などを用いて、微生物細胞を破壊する。その後、従来公知の方法(フェノール・クロロホルム抽出など)を用いて、タンパク質を除去し、DNaseを用いてDNAを消化し、RNAを回収する。   Examples of methods for recovering RNA include physical crushing methods using beads (glass beads, mixed beads of zirconia and silica, etc.), crushing methods using ultrasonic treatment, crushing methods using a French press, and samples frozen in liquid nitrogen in a mortar. Destroy microbial cells using a method such as crushing with a pestle. Thereafter, proteins are removed using a conventionally known method (phenol / chloroform extraction or the like), DNA is digested using DNase, and RNA is recovered.

(iii)回収したRNAを超遠心で分離し、高密度画分を得ること
(ii)で回収したRNAにおいて、超遠心分離(一例として、128,000×g、20℃、42〜65時間)することにより、核酸の密度勾配(密度画分)を得ることができる。
(Iii) Separating the recovered RNA by ultracentrifugation to obtain a high-density fraction In the RNA recovered in (ii), ultracentrifugation (for example, 128,000 × g, 20 ° C., 42 to 65 hours) Thus, a nucleic acid density gradient (density fraction) can be obtained.

RN密度画分は、屈折計を用いて、浮遊密度により決定する。具体的には、浮遊密度1.803〜1.808g/ml、1.796〜1.800g/ml、1.788〜1.793g/ml、および1.769〜1.771g/mlを示すRNA画分を、それぞれ1H、2H、3H、およびL画分と定義する。高密度画分とは、1H、2Hおよび3Hを示す。   The RN density fraction is determined by the buoyant density using a refractometer. Specifically, RNA exhibiting a buoyant density of 1.803 to 1.808 g / ml, 1.796 to 1.800 g / ml, 1.788 to 1.793 g / ml, and 1.769 to 1.771 g / ml Fractions are defined as 1H, 2H, 3H, and L fractions, respectively. High density fractions indicate 1H, 2H and 3H.

(iv)高密度画分に存在する標的核酸(RNA)の塩基配列を次世代シークエンサーにより解析すること
本形態の同定方法において、1,4−ジオキサン分解菌を同定するために用いる標的核酸(RNA)としては、大規模な系統解析に適するとの観点から、好ましくは16S rRNAである。
(Iv) Analyzing the base sequence of the target nucleic acid (RNA) present in the high-density fraction with a next-generation sequencer In the identification method of this embodiment, the target nucleic acid (RNA used for identifying 1,4-dioxane-degrading bacteria ) Is preferably 16S rRNA from the viewpoint of suitability for large-scale phylogenetic analysis.

次世代シークエンサーとは、サンガー法を利用した蛍光キャピラリーシークエンサーである「第1世代シークエンサー」と対比させて用いられている用語であり、DNAポリメラーゼまたはDNAリガーゼによる逐次的DNA合成法を用いて、数千万から数億のDNA断片に対して数十〜数千bpのリード長の断片を網羅的に解析することによって超並列的に塩基配列を決定するための装置を意味する。次世代シークエンサーでは、ジデオキシヌクレオチドを用いてDNAポリメラーゼの伸長を止めるサンガー法を用いた第1世代シークエンサーと異なるシーケンシング原理が用いられている。このような原理として、合成シーケンシング法、パイロシーケンシング法、リガーゼ反応シーケンシング法などが挙げられる。これまでに、多くの企業や研究機関などから、多様な次世代シークエンサーが提供されており、例えば、HiSeq2500(イルミナ株式会社)、MiSeq(イルミナ株式会社)、5500xl SOLiD(登録商標)(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社)、Ion Proton(登録商標)(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社)、Ion PGM(登録商標)(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社)、GS FLX+(ロシュ・ダイアグノスティックス社)などが挙げられる。   The next generation sequencer is a term used in contrast to the “first generation sequencer”, which is a fluorescent capillary sequencer using the Sanger method, and a sequential DNA synthesis method using DNA polymerase or DNA ligase, It means an apparatus for determining base sequences in a massively parallel manner by comprehensively analyzing fragments with a read length of several tens to several thousand bps from tens of millions to hundreds of millions of DNA fragments. The next generation sequencer uses a sequencing principle different from the first generation sequencer using the Sanger method that uses dideoxynucleotides to stop the elongation of DNA polymerase. Such principles include synthetic sequencing methods, pyrosequencing methods, ligase reaction sequencing methods, and the like. To date, a variety of next-generation sequencers have been provided by many companies and research institutes, such as HiSeq 2500 (Illumina Corporation), MiSeq (Illumina Corporation), 5500xl SOLiD (registered trademark) (Thermo Fisher Scientific) Tiffic Co., Ltd.), Ion Proton (registered trademark) (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.), Ion PGM (registered trademark) (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.), GS FLX + (Roche Diagnostics) Is mentioned.

次世代シークエンサーによる解析方法としては、付属説明書に従って実施することができる。これにより、1試料あたり数万から数十万の微生物種(OTU)を同定、および各微生物種の相対存在量(%)を解析できる。   The analysis method using the next-generation sequencer can be carried out according to the attached instructions. Thereby, tens of thousands to hundreds of thousands of microbial species (OTU) can be identified per sample, and the relative abundance (%) of each microbial species can be analyzed.

[1,4−ジオキサン分解菌であるとの判断方法]
複数の微生物を含む試料から、1,4−ジオキサン分解菌を判断するには、13C培養物におけるRNA高密度画分の微生物の相対存在量(1)と非標識培養物におけるRNA高密度画分の微生物の相対存在量(2)とを対比することで行うことができる。
[Judgment method of 1,4-dioxane degrading bacteria]
To determine 1,4-dioxane-degrading bacteria from a sample containing multiple microorganisms, the relative abundance (1) of microorganisms in the high-density RNA fraction in 13 C culture and the high-density RNA in unlabeled culture This can be done by comparing the relative abundance (2) of microorganisms in minutes.

具体的には、OTUのうち、高密度画分(1H、2Hおよび3H)において、13C培養物で非標識培養物よりも有意に上昇している微生物をStudent’s t−test(スチューデントのt検定)により特定する。 Specifically, among OTUs, microorganisms that are significantly elevated in the high density fractions (1H, 2H, and 3H) in the 13 C culture compared to the unlabeled culture are identified as Student's t-test (Student's t-test). t-test).

スチューデントのt検定とは、パラメトリック検定の一つである。t検定はデータXおよびデータYの2つのデータ間の平均値に差があるかどうかを検定する方法である。スチューデントのt検定は特に、2つのデータ間に対応がなく、かつ2つのデータの分散に等分散性が仮定できるときに用いる方法である。   Student's t-test is one of parametric tests. The t-test is a method for testing whether there is a difference in the average value between two data, data X and data Y. Student's t-test is a method used particularly when there is no correspondence between two data, and equivariance can be assumed in the distribution of the two data.

高密度画分において、相対存在量(1)が相対存在量(2)よりも有意に上昇している微生物は、13C標識された1,4−ジオキサンを取り込み、分解および資化する、または分解および同化することで、13C標識されて重くなったRNAを有するため、そのような微生物を1,4−ジオキサン分解菌であると判断できる(図5参照)。 Microorganisms in which the relative abundance (1) is significantly higher than the relative abundance (2) in the high-density fraction takes up, degrades and assimilates 13 C-labeled 1,4-dioxane, or By decomposing and assimilating, since it has 13 C-labeled and heavy RNA, such a microorganism can be determined to be a 1,4-dioxane-degrading bacterium (see FIG. 5).

以下に、実施例および比較例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these.

<活性汚泥の評価>
[化学分析]
株式会社日本触媒川崎製造所浮島工場(神奈川県川崎市川崎区浮島町10−12)のフルスケール活性汚泥システムにて1,4−ジオキサンを含む産業排水を処理し、その運転を約1年間継続した(2015年5月〜2016年4月:そのうち2015年8月20日から9月23日まで定期点検によりシステム停止)。汚泥滞留時間(SRT:Solids retention time)と水理学的滞留時間(HRT:Hydraulic retention time)とを1日に設定した。また、MLSSが7,000〜10,000mg/L程度となるように適宜調整した。溶存酸素(DO)をDOメーターDO5509(株式会社FUSO製)、温度をサーモメーター(横河電機株式会社製)、pHをpHメーターpH200S(横河電機株式会社製)により測定した。曝気槽における流入・流出水の全有機炭素(TOC:Total organic carbon)をTOC−4110(株式会社島津製作所製)により決定した。化学的酸素要求量(COD:Chemical oxygen demand)−Crは、TNT821キット(ハック社製)およびCOD分析装置(DRB200;ハック社製)により測定した。
<Evaluation of activated sludge>
[Chemical analysis]
Industrial catalyst wastewater containing 1,4-dioxane is treated for about one year by the full-scale activated sludge system at Nippon Shokubai Kawasaki Works Ukishima Plant (10-12 Ukishimacho Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa). (May 2015-April 2016: Of which, the system was suspended from August 20, 2015 to September 23, 2015). Sludge residence time (SRT) and hydraulic retention time (HRT) were set to 1 day. Moreover, it adjusted suitably so that MLSS might be about 7,000-10,000 mg / L. The dissolved oxygen (DO) was measured with a DO meter DO5509 (manufactured by FUSO Corporation), the temperature was measured with a thermometer (manufactured by Yokogawa Electric Corporation), and the pH was measured with a pH meter pH200S (manufactured by Yokogawa Electric Corporation). Total organic carbon (TOC) of inflow / outflow water in the aeration tank was determined by TOC-4110 (manufactured by Shimadzu Corporation). Chemical oxygen demand (COD: Chemical oxygen demand) -Cr was measured using a TNT821 kit (manufactured by Hack) and a COD analyzer (DRB200; manufactured by Hack).

曝気槽における流入・流出水の1,4−ジオキサン濃度は、図1の方法・条件により決定した。   The 1,4-dioxane concentration of inflow / outflow water in the aeration tank was determined by the method and conditions of FIG.

化学分析の結果を図2に示す。   The results of chemical analysis are shown in FIG.

図2に示すように、年間を通して曝気槽における流入水の1,4−ジオキサン濃度は5〜70mg/Lで変動した。測定の結果、試験開始から2015年7月13日まで1,4−ジオキサン処理は良好であったが(除去率:約97%)、その後、曝気槽内温度の上昇する期間(2015年7月21日〜8月10日)にDOの減少(<1mg/L)および1,4−ジオキサン除去率の低下(<68%)が見られた。停止期間後のシステム再稼働時(2015年9月24日〜10月26日)に1,4−ジオキサン処理の悪化が見られたものの(除去率:0%〜74%)、その後回復し、2015年11月2日から2016年3月22日まで良好な1,4−ジオキサン処理が達成された(除去率:87%〜99%)。それ以降、1,4−ジオキサン処理性能の減少傾向が観察された(除去率:<72%)。また安定な1,4−ジオキサン処理性能が見られた期間は、その他の物理化学パラメータも大きく変化することなく推移した。   As shown in FIG. 2, the concentration of 1,4-dioxane in the influent in the aeration tank varied from 5 to 70 mg / L throughout the year. As a result of the measurement, 1,4-dioxane treatment was good from the start of the test to July 13, 2015 (removal rate: about 97%), but then the period during which the temperature in the aeration tank rose (July 2015) From 21st to August 10th, a decrease in DO (<1 mg / L) and a decrease in 1,4-dioxane removal rate (<68%) were observed. Although the deterioration of 1,4-dioxane treatment was observed when the system was restarted after the suspension period (September 24 to October 26, 2015) (removal rate: 0% to 74%), then recovered. Good 1,4-dioxane treatment was achieved from November 2, 2015 to March 22, 2016 (removal rate: 87% -99%). Since then, a decreasing trend of 1,4-dioxane treatment performance was observed (removal rate: <72%). In addition, during the period when stable 1,4-dioxane treatment performance was observed, other physicochemical parameters also remained unchanged.

[微生物学解析]
活性汚泥システムより経時的に採取した41時点の活性汚泥試料を用いて、微生物学解析を行った。
[Microbiological analysis]
Microbiological analysis was performed using 41 activated sludge samples collected over time from the activated sludge system.

曝気槽の返送汚泥試料を遠心分離(20,400×g、4℃、3〜5分)し、遠心沈殿物を得た。前記遠心沈殿物に対して、ジルコニアとシリカの混合ビーズ(Zirconia/Silica Beads;平均粒子径0.1mm)を加え、シェイクマスターオート(株式会社バイオメディカルサイエンス製)を用いて固相中の微生物細胞を破砕した後、フェノールとクロロホルムとを用いた精製ステップを経ることで共存するタンパク質を除去した。その後、Type II−A RNase(シグマ−アルドリッチ社製)処理を行うことでRNAを消化し、DNAを精製した。   The return sludge sample in the aeration tank was centrifuged (20,400 × g, 4 ° C., 3 to 5 minutes) to obtain a centrifugal precipitate. To the centrifugal precipitate, mixed beads of zirconia and silica (Zirconia / Silica Beads; average particle size 0.1 mm) are added, and microbial cells in the solid phase using Shake Master Auto (manufactured by Biomedical Science Co., Ltd.) After crushing, a coexisting protein was removed by a purification step using phenol and chloroform. Then, RNA was digested by performing Type II-A RNase (manufactured by Sigma-Aldrich), and DNA was purified.

精製DNAを鋳型に16S rRNA遺伝子V4領域(約300塩基対)を標的として、Q5 Hot Start High−Fidelity DNA Polymerase(ニュー・イングランド・バイオラボ社製)によるDNA増幅反応(polymerase chain reaction:PCR)を行った。   Using purified DNA as a template and targeting 16S rRNA gene V4 region (about 300 base pairs), DNA amplification reaction (polymerase chain reaction: PCR) by Q5 Hot Start High-Fidelity DNA Polymerase (manufactured by New England Biolabs) was performed. It was.

得られたPCR産物をAMPure XP キット(ベックマン・コールター社製)およびWizard(登録商標) SV gel and PCR clean−upキット(プロメガ社製)を用いて精製し、その濃度をQuant−iT PicoGreen dsDNA 試薬・キット(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製)と蛍光定量装置Nanodrop 3300(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製)とにより測定した。   The obtained PCR product was purified using AMPure XP kit (manufactured by Beckman Coulter) and Wizard (registered trademark) SV gel and PCR clean-up kit (manufactured by Promega), and the concentration was Quant-iT PicoGreen dsDNA reagent Measurement was performed with a kit (manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) and a fluorescence quantification apparatus Nanodrop 3300 (manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.).

最適量の精製産物をMiSeq Reagent キット300サイクルと次世代シークエンサーMiSeq(イルミナ株式会社製)とを用いた大規模塩基配列解析に供した。各試料から遺伝子断片を数万リード解読し、ソフトウエアmothur(ver 1.31.2)を用いて、非特異的配列を除去し、ソフトウエアQIIME(ver 1.7.0)を用いて、微生物系統解析を行い、微生物種(OTU)の同定と相対存在量(%)の解析とを行った。   The optimal amount of the purified product was subjected to large-scale base sequence analysis using 300 cycles of the MiSeq Reagent kit and the next-generation sequencer MiSeq (manufactured by Illumina). Decode tens of thousands of gene fragments from each sample, remove non-specific sequences using software motur (ver 1.31.2), and use software QIIME (ver 1.7.0), Microbial system analysis was performed, and identification of microbial species (OTU) and analysis of relative abundance (%) were performed.

次世代シークエンサーによる解析において、41のライブラリを作成し、合計で約2800000の遺伝子配列を解析した(68616配列/ライブラリ)。次世代シークエンスデータを高次の微生物分類レベル(門または綱)で系統解析した結果、汚泥微生物群集が年間を通して大きく変遷していることが分かる(図3)。   In the analysis by the next-generation sequencer, 41 libraries were created, and a total of about 2800000 gene sequences were analyzed (68616 sequences / library). As a result of phylogenetic analysis of the next-generation sequence data at the higher microbial classification level (gate or class), it can be seen that the sludge microbial community has changed significantly throughout the year (Fig. 3).

<1,4−ジオキサン分解菌の同定>
[1,4−ジオキサンによる汚泥微生物群集の培養]
株式会社日本触媒川崎製造所浮島工場にて2015年12月1日午前に採取した活性汚泥試料を用いて、活性汚泥試料に含まれる微生物を培養した。活性汚泥試料の採取から培養開始までは、4時間以内であった。
<Identification of 1,4-dioxane degrading bacteria>
[Culture of sludge microbial communities with 1,4-dioxane]
Microorganisms contained in the activated sludge sample were cultured using the activated sludge sample collected in the morning of December 1, 2015 at the Ukishima Plant of Nippon Shokubai Kawasaki Factory. The time from collection of the activated sludge sample to the start of culture was within 4 hours.

具体的には、採取した活性汚泥試料20mlを、100ml容ガラスバイアル瓶に収容した。気相部分は空気とした。活性汚泥試料に対して、13C標識1,4−ジオキサン溶液(シグマ−アルドリッチ社製)または非標識1,4−ジオキサン溶液(和光純薬工業株式会社製)を1,4−ジオキサンの終濃度200mg/Lとなるように添加した。その後、25℃、暗所にて、150rpmの振とう速度で8時間の培養を行った。さらに、オートクレーブ滅菌(121℃、1時間の処理3回)を行った後、非標識1,4−ジオキサン溶液を添加した試験区を用意した。以下、13C標識1,4−ジオキサン溶液を添加した試験区を「13C標識区」、非標識1,4−ジオキサン溶液を添加した試験区を「非標識区」、およびオートクレーブ滅菌を行った試験区を「オートクレーブ区」と、それぞれ称する。 Specifically, 20 ml of the collected activated sludge sample was accommodated in a 100 ml glass vial. The gas phase portion was air. 13 C-labeled 1,4-dioxane solution (Sigma-Aldrich) or unlabeled 1,4-dioxane solution (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is used as the final concentration of 1,4-dioxane for the activated sludge sample. It added so that it might become 200 mg / L. Thereafter, the cells were cultured for 8 hours in a dark place at 25 ° C. with a shaking speed of 150 rpm. Furthermore, after autoclave sterilization (121 ° C., 3 times of treatment for 1 hour), a test section to which an unlabeled 1,4-dioxane solution was added was prepared. Hereinafter, the test section to which the 13 C-labeled 1,4-dioxane solution was added was “ 13 C-labeled section”, the test section to which the unlabeled 1,4-dioxane solution was added was “non-labeled section”, and autoclave sterilization was performed. The test section is referred to as “autoclave section”.

[化学分析]
13C標識区および非標識区において、培養0、2、4、6、8時間目の気相と液相とを採取し、化学分析へと供した。気相のCO2およびO2の全濃度は、ShinCarbon STカラム(信和化工株式会社製)を装着したGC−14B(株式会社島津製作所製)により測定し、CO213C画分はGC IsoLink、ConFlo IV、Delta v plus IRMSからなるGC−C−IRMS(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製)により決定した。液相の1,4−ジオキサン濃度は、DB−1カラム(アジレント・テクノロジー株式会社製)を装着したGC−2010plus(株式会社島津製作所製)により決定した。なお、オートクレーブ系では、培養8時間後のみ1,4−ジオキサン濃度を測定した。COD−Crは、TNT821キット(ハック社製)およびCOD分析装置(DRB200;ハック社製)により決定した。
[Chemical analysis]
In the 13 C-labeled group and unlabeled group, the gas phase and liquid phase at 0, 2, 4, 6, and 8 hours of culture were collected and subjected to chemical analysis. The total concentrations of CO 2 and O 2 in the gas phase were measured with GC-14B (manufactured by Shimadzu Corporation) equipped with a Shin Carbon ST column (manufactured by Shinwa Kako Co., Ltd.), and the 13 C fraction of CO 2 was determined by GC IsoLink. GC-C-IRMS (manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) consisting of ConFlo IV and Delta v plus IRMS. The 1,4-dioxane concentration in the liquid phase was determined by GC-2010plus (manufactured by Shimadzu Corporation) equipped with a DB-1 column (manufactured by Agilent Technologies). In the autoclave system, the 1,4-dioxane concentration was measured only after 8 hours of culture. COD-Cr was determined using a TNT821 kit (manufactured by Hack) and a COD analyzer (DRB200; manufactured by Hack).

13C標識区および非標識区において、気相のCO2全濃度は、試験開始から増加し、終了時には、CO2全濃度が約1.7mmol/Lとなった(図4(A))。また、13C標識区では、13CO2の濃度が培養8時間目までに約150μmol/Lへと上昇した(図4(B))。 In the 13 C-labeled group and the non-labeled group, the total CO 2 concentration in the gas phase increased from the start of the test, and at the end, the total CO 2 concentration reached about 1.7 mmol / L (FIG. 4 (A)). In the 13 C-labeled section, the concentration of 13 CO 2 increased to about 150 μmol / L by 8 hours of culture (FIG. 4B).

13C標識区および非標識区において、液相の1,4−ジオキサン濃度は約50mg/Lの減少を示した(図4(C))。これに伴いCODの減少も観察された(図4(D))。 In the 13 C-labeled group and the unlabeled group, the 1,4-dioxane concentration in the liquid phase showed a decrease of about 50 mg / L (FIG. 4C). Along with this, a decrease in COD was also observed (FIG. 4D).

一方、汚泥微生物群集を滅菌処理したオートクレーブ系では、1,4−ジオキサン濃度の減少が見られなかった(データ非掲載)。   On the other hand, the autoclave system in which the sludge microbial community was sterilized did not show a decrease in 1,4-dioxane concentration (data not shown).

以上から、添加した1,4−ジオキサンがCO2にまで微生物分解されたと考えられる。 From the above, it is considered that the added 1,4-dioxane was microbially decomposed to CO 2 .

[微生物学解析]
13C標識区および非標識区について、培養8時間目の汚泥試料を遠心分離(20,400×g、4℃、3〜5分)し、遠心沈殿物を得た。前記遠心沈殿物に対して、ジルコニアとシリカとの混合ビーズ(Zirconia/Silica Beads;平均粒子径0.1mm)を加え、シェイクマスターオート(株式会社バイオメディカルサイエンス製)を用いて固相中の微生物細胞を破砕した後、フェノールとクロロホルムとを用いた精製ステップを経ることで共存するタンパク質を除去した。その後、RQ1 DNase(プロメガ社製)の処理を行うことでDNAを消化し、RNAを精製した。RNAの全濃度は、RiboGreen(登録商標) RNA定量キット(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製)とマイクロプレートリーダー(SH−900Lab、コロナ電気株式会社製)とにより決定した。
[Microbiological analysis]
For the 13 C-labeled group and the non-labeled group, the sludge sample after 8 hours of culture was centrifuged (20,400 × g, 4 ° C., 3 to 5 minutes) to obtain a centrifugal precipitate. To the centrifugal precipitate, mixed beads of zirconia and silica (Zirconia / Silica Beads; average particle size 0.1 mm) are added, and microorganisms in the solid phase are used using Shake Master Auto (manufactured by Biomedical Science Co., Ltd.). After disrupting the cells, the coexisting proteins were removed through a purification step using phenol and chloroform. Then, DNA was digested by processing RQ1 DNase (manufactured by Promega), and RNA was purified. The total concentration of RNA was determined using a RiboGreen (registered trademark) RNA quantification kit (manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) and a microplate reader (SH-900Lab, manufactured by Corona Electric Co., Ltd.).

500ngのRNAをセシウムトリフルオロ酢酸溶液(和光純薬工業株式会社製)、ホルムアミド(和光純薬工業株式会社製)、勾配バッファー(Tris0.1M;KCl0.1M;およびEDTA1mM)に溶解し、128,000×g、20℃で60時間の超遠心分離に供した。   500 ng of RNA was dissolved in cesium trifluoroacetic acid solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), formamide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), gradient buffer (Tris 0.1 M; KCl 0.1 M; and EDTA 1 mM). The sample was subjected to ultracentrifugation at 000 × g and 20 ° C. for 60 hours.

その後、RNA密度勾配をペリスタポンプにより分取し、各画分の浮遊密度を屈折計AR200(ライカート社製)を用いて決定した。浮遊密度1.803〜1.808g/ml、1.796〜1.800g/ml、1.788〜1.793g/ml、および1.769〜1.771g/mlを示すRNA画分を、それぞれ1H、2H、3H、およびL画分と定義する。   Thereafter, the RNA density gradient was collected using a peristaltic pump, and the floating density of each fraction was determined using a refractometer AR200 (manufactured by Leichhardt). RNA fractions having a buoyant density of 1.803 to 1.808 g / ml, 1.796 to 1.800 g / ml, 1.788 to 1.793 g / ml, and 1.769 to 1.771 g / ml, respectively, Defined as 1H, 2H, 3H, and L fractions.

これらの精製RNAを鋳型に用い、16S rRNA遺伝子V4領域(約300塩基対)を標的として、Access Quick 1段階RT−PCRシステム(プロメガ社)による逆転写および遺伝子増幅反応(Reverse transcription−polymerase chain reaction:RT−PCR)を行った。   Using these purified RNAs as templates and targeting the 16S rRNA gene V4 region (about 300 base pairs), reverse transcription and gene amplification reaction (Reverse transcription-polymerase chain reaction) using Access Quick 1-step RT-PCR system (Promega) : RT-PCR).

得られたRT−PCR産物をAMPure XP キット(ベックマン・コールター社製)およびWizard(登録商標) SV gel and PCR clean−upキット(プロメガ社製)を用いて精製し、その濃度をQuant−iT PicoGreen dsDNA 試薬・キット(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製)と蛍光定量装置Nanodrop 3300(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製)とにより測定した。   The obtained RT-PCR product was purified using AMPure XP kit (manufactured by Beckman Coulter) and Wizard (registered trademark) SV gel and PCR clean-up kit (manufactured by Promega), and the concentration was Quant-iT PicoGreen. It was measured with a dsDNA reagent / kit (manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) and a fluorescence quantification apparatus Nanodrop 3300 (manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.).

最適量の精製産物をMiSeq Reagent キット300サイクルと次世代シークエンサーMiSeq(イルミナ株式会社製)とを用いた大規模塩基配列解析に供した。各試料から遺伝子断片を数万リード解読し、ソフトウエアmothur(ver 1.31.2)を用いて、非特異的配列を除去し、ソフトウエアQIIME(ver 1.7.0)を用いて、微生物系統解析を行い、微生物種(OTU)の同定と相対存在量(%)の解析を行った。   The optimal amount of the purified product was subjected to large-scale base sequence analysis using 300 cycles of the MiSeq Reagent kit and the next-generation sequencer MiSeq (manufactured by Illumina). Decode tens of thousands of gene fragments from each sample, remove non-specific sequences using software motur (ver 1.31.2), and use software QIIME (ver 1.7.0), Microbial phylogenetic analysis was performed, and identification of microbial species (OTU) and analysis of relative abundance (%) were performed.

得られたOTUのうち1H、2Hおよび3Hの少なくとも1画分において13C標識区で非標識区よりも有意に上昇しているものをStudent’s t−test(スチューデントのt検定)により特定した。OTUの近縁種と遺伝子配列相同性をNCBI塩基配列データベースのBLASTプログラムにより決定した。 Among the obtained OTUs, at least one fraction of 1H, 2H and 3H was identified by Student's t-test (Student's t-test), which was significantly elevated in the 13 C-labeled group than in the unlabeled group. . The homologous species of OTU and gene sequence homology were determined by the BLAST program of NCBI nucleotide sequence database.

RNA密度画分(1H、2H、3HおよびL)から21のライブラリを作成し、合計で約1340000の遺伝子配列を解析した(63999配列/ライブラリ)。なお、非標識区の1H画分(浮遊密度1.806g/ml)では、RNA回収量が低く、RT−PCR増幅は観察されなかった(図5(A))。次世代シークエンスデータを高次の微生物分類レベル(門または綱)で系統解析した結果、13C標識区では、非標識区に比べ密度増加に伴った微生物群集構造変化が顕著であった。 21 libraries were created from RNA density fractions (1H, 2H, 3H and L) and a total of about 1340000 gene sequences were analyzed (63999 sequences / library). In the unlabeled 1H fraction (floating density 1.806 g / ml), the amount of recovered RNA was low, and RT-PCR amplification was not observed (FIG. 5 (A)). As a result of phylogenetic analysis of the next-generation sequence data at a higher microorganism classification level (gate or class), the microbial community structure change with the increase in density was remarkable in the 13 C-labeled group compared to the non-labeled group.

次に、微生物種(OTU)レベルで解析したところ、13C標識区の高密度画分(1H2H、および3H)で非標識区の同等密度画分(2H)と比べ有意に相対存在量が上昇する10種の微生物を同定することができた(図5(B)、(C)および(D))。 Next, when analyzed at the microbial species (OTU) level, the relative abundance was significantly increased in the high density fractions (1H2H and 3H) of the 13 C-labeled section compared to the equivalent density fraction (2H) of the non-labeled section. Ten types of microorganisms could be identified (FIGS. 5B, 5C and 5D).

OTU2197(1,4−ジオキサン分解菌Fに属する)とOTU13856(1,4−ジオキサン分解菌Eに属する)とは、アクチノバクテリア(Actinobacteria)門に属する既知の1,4−ジオキサン分解菌であるシュードノカルディア・ジオキサノヴォランス(Pseudonocardia dioxanivorans;NR074465)と系統学的に同一または近縁であった(それぞれ16S rRNA遺伝子配列相同性100%と96.9%とを示した)。   OTU2197 (belonging to 1,4-dioxane degrading bacterium F) and OTU13856 (belonging to 1,4-dioxane degrading bacterium E) are pseudo 1,4-dioxane degrading bacterium belonging to the Actinobacterium gate. It was phylogenetically identical or closely related to Nocardia dioxanovorans (NR074465) (representing 16S rRNA gene sequence homology 100% and 96.9%, respectively).

OTU12266(1,4−ジオキサン分解菌Cに属する)は、ベンゼンやトルエン等の芳香族化合物の分解菌として知られるニトロソモナス・ウレアエ(Nitrosomonas ureae;AF272414)に近縁であった(遺伝子配列相同性:97.6%)。   OTU12266 (belonging to 1,4-dioxane-degrading bacterium C) was closely related to nitrosomonas ureae (AF272414), which is known as a bacterium that decomposes aromatic compounds such as benzene and toluene (gene sequence homology). : 97.6%).

OTU5104(1,4−ジオキサン分解菌Dに属する)とOTU6825(1,4−ジオキサン分解菌Gに属する)とは、メチルtert−ブチルエーテル分解菌であるメチロベルサチリス・ユニヴァサリス(Methloversatilis universalis;KC577607)とマイクロコッカス・ルテウス(Micrococcus luteus;LN998081)とのそれぞれに対して遺伝子配列相同性94.9%と100%とを有していた。   OTU5104 (belonging to 1,4-dioxane-degrading bacterium D) and OTU6825 (belonging to 1,4-dioxane-degrading bacterium G) are methyl tert-butyl ether degrading bacterium Methylloversatillis universalis; KC5757607 ) And Micrococcus luteus (LN 998081), respectively, had 94.9% and 100% gene sequence homology.

OTU8474(1,4−ジオキサン分解菌Bに属する)は、芳香族化合物分解菌が多く分類されるバークホルデリア(Burkholderiaceae)科に属し、キチニモナス・コリエンシス(Chitinimonas koreensis;AB682437)に最近縁であった(配列相同性:94.1%)。   OTU8474 (belonging to 1,4-dioxane-degrading bacterium B) belongs to the family Burkholderiaceae where many aromatic compound-degrading bacteria are classified, and was closely related to Chitinimonas korensis; AB682437 (Sequence homology: 94.1%).

OTU2230(1,4−ジオキサン分解菌Aに属する)は、データベース上で最も近縁な微生物種アシディスリクス・フェロオキシダンス(Acidithrix ferrooxidans;KC208497)に対して、極めて低い配列相同性(88.6%)を示し、これまで報告されているいずれの微生物とも系統学的に異なる新規な微生物であることが示唆された。   OTU2230 (belonging to 1,4-dioxane-degrading bacterium A) has a very low sequence homology (88.6) to the most closely related microbial species on the database, Aciditrix ferrooxidans (KC208497). %), Suggesting that it is a novel microorganism that is phylogenetically different from any of the microorganisms reported so far.

OTU100(1,4−ジオキサン分解菌Hに属する)は、安息香酸分解能を有する微生物種ロドシュードモナス・パルストリス(Rhodopseudomonas palustris;KT180194)と系統学的に同一であった(16S rRNA遺伝子配列相同性:100%)。   OTU100 (belonging to 1,4-dioxane-degrading bacterium H) was phylogenetically identical to the microbial species Rhodopseudomonas palustris (KT180194) having benzoic acid resolution (16S rRNA gene sequence homology: 100%).

OTU8385(1,4−ジオキサン分解菌Iに属する)は、1,4−ジオキサンの存在下でも増殖可能なブラストクロリス・ビリディス(Blastochloris viridis)に最近縁であった(16S rRNA遺伝子配列相同性:95.7%)。   OTU8385 (belonging to 1,4-dioxane-degrading bacterium I) was closely related to Blastochoris viridis that can grow even in the presence of 1,4-dioxane (16S rRNA gene sequence homology: 95 .7%).

OTU8532(1,4−ジオキサン分解菌Jに属する)は、安息香酸の分解潜在性を示す微生物種バンピロビブリオ・クロレラボラス(Vampirovibrio chlorellavorus)に対して、極めて低い配列相同性(88.9%)を示し、系統的に極めて新規な微生物であることが示唆された。   OTU8532 (belonging to 1,4-dioxane-degrading bacterium J) has a very low sequence homology (88.9%) to the microbial species Vampirovibrio chlorellavorus that shows the degradation potential of benzoic acid. It was suggested that the microorganism is systematically extremely novel.

以上から、活性汚泥システム中に存在する数万種の微生物のうち10種の1,4−ジオキサン分解菌(7種のジオキサン資化菌および3種のジオキサン同化菌)を同定し、既知の1,4−ジオキサン分解菌であるシュードノカルディア・ジオキサノヴォランス(Pseudonocardia dioxanivorans)だけではなく、系統学的に新規な微生物が活性汚泥に含まれることが分かる。   From the above, 10 kinds of 1,4-dioxane degrading bacteria (7 kinds of dioxane assimilating bacteria and 3 kinds of dioxane assimilating bacteria) among tens of thousands of kinds of microorganisms present in the activated sludge system are identified and known 1 It can be seen that not only Pseudonocardia dioxanivorans, which is a 1,4-dioxane-degrading bacterium, but also phylogenetically new microorganisms are included in the activated sludge.

さらに、汚泥微生物群集から10種の1,4−ジオキサン分解菌について、それらの相対存在量を抽出した。曝気槽および返送ラインにおける相対存在量の年間変動を図6−1および図6−2に示す。OTU6825の相対存在量(%)は、極めて低く検出限界未満であった。検出限界とは、次世代シークエンサーによる解析において、相対存在量が少なくとも0.003%未満であることを意味する。   Furthermore, about 10 types of 1, 4- dioxane decomposing bacteria from the sludge microbial community, those relative abundance was extracted. The annual fluctuations in relative abundance in the aeration tank and return line are shown in FIGS. 6-1 and 6-2. The relative abundance (%) of OTU6825 was very low and below the detection limit. The detection limit means that the relative abundance is at least less than 0.003% in the analysis by the next-generation sequencer.

前記相対存在量は、1つの試料(ライブラリ)を対象としたとき、ある1種の微生物種(1つのOTU)のシークエンス数をそのライブラリで得られた全シークエンス数(汚泥微生物群集全体)で割った数に100をかけた値である。検出限界の0.003%未満とは、実施例において最も少ない全シークエンス数(33,436)を有する1つの試料(ライブラリ)を対象とした場合、そのシークエンス数が1個検出される微生物種の相対存在量、すなわち(1/33496)×100≒0.003%よりも少ない数(0.003%未満)から決定した。全シークエンス数は、ライブラリごとに異なり、次世代シークエンサーに供給される試料の調整上、シークエンス解析数(約30,000〜約110,000)によって、検出限界には振れ幅があるためである。つまり、微生物種の相対存在量としては、0.001%まで検出が可能な場合もあるが、本実施例では、0.003%を閾値とし、0.003%未満を検出限界とした。   The relative abundance is obtained by dividing the number of sequences of a certain microorganism species (one OTU) by the total number of sequences obtained in the library (the entire sludge microbial community) when one sample (library) is targeted. The value obtained by multiplying the number by 100. The detection limit of less than 0.003% means that when one sample (library) having the smallest total sequence number (33,436) in the example is used as a target, the number of the microorganism species for which one sequence number is detected. The relative abundance was determined from a number less than (1/33496) × 100≈0.003% (less than 0.003%). This is because the total number of sequences varies from library to library, and the detection limit varies depending on the number of sequence analyzes (about 30,000 to about 110,000) in adjusting the sample supplied to the next-generation sequencer. In other words, the relative abundance of microbial species may be detected up to 0.001%, but in this example, 0.003% was set as the threshold and less than 0.003% was set as the detection limit.

図6−1に示すように、汚泥微生物群集において、1,4−ジオキサン分解菌(ジオキサン資化菌)は、いずれも年間を通して相対存在量が1.5%以下の稀少微生物種であることが明らかになった。   As shown in Fig. 6-1, in the sludge microbial community, 1,4-dioxane degrading bacteria (dioxane-utilizing bacteria) are all rare microbial species with a relative abundance of 1.5% or less throughout the year. It was revealed.

OTU2230(図6−1(A))は最も主要な1,4−ジオキサン分解菌として活性汚泥システム内に存在し、特に活性汚泥システム再稼働で1,4−ジオキサン濃度が上昇する期間にその相対存在量が著しく増加していた。このことから当該分解菌は蓄積された高濃度1,4−ジオキサンの分解に関与することが強く示唆された。   OTU2230 (Fig. 6-1 (A)) is present in the activated sludge system as the most major 1,4-dioxane degrading bacterium, and its relative is particularly during the period when the 1,4-dioxane concentration increases by restarting the activated sludge system. The abundance has increased significantly. This strongly suggested that the decomposing bacteria are involved in the degradation of accumulated high concentration 1,4-dioxane.

また1,4−ジオキサン処理性能の悪化傾向が観察された試験終了時には、OTU2230に加えて、OTU12266(図6−1(C))および8474(図6−1(B))の相対存在量が増加しており、1,4−ジオキサン分解菌Cおよび1,4−ジオキサン分解菌Bの活性化が活性汚泥システムの安定性に寄与している可能性が高いと考えられる。   In addition, at the end of the test in which a trend toward deterioration in 1,4-dioxane treatment performance was observed, in addition to OTU2230, the relative abundance of OTU12266 (FIG. 6-1 (C)) and 8474 (FIG. 6-1 (B)) It is considered that the activation of 1,4-dioxane degrading bacteria C and 1,4-dioxane degrading bacteria B is likely to contribute to the stability of the activated sludge system.

さらに、OTU2197(図6−1(F))、OTU5104(図6−1(D))およびOTU13856(図6−1(E))は、相対存在量0.05%以下で推移する極めて稀少な微生物種であったが、それぞれ異なる変遷パターンを示した。   Furthermore, OTU2197 (FIG. 6-1 (F)), OTU5104 (FIG. 6-1 (D)) and OTU13856 (FIG. 6-1 (E)) are extremely rare, with relative abundances of 0.05% or less. Although they were microbial species, they showed different transition patterns.

図6−2に示すように、汚泥微生物群集において、1,4−ジオキサン分解菌(ジオキサン同化菌)の相対存在量は、ジオキサン資化菌よりは多いものの、いずれも年間を通して相対存在量が5.7%以下であることが明らかになった。   As shown in FIG. 6-2, in the sludge microbial community, the relative abundance of 1,4-dioxane-degrading bacteria (dioxane assimilating bacteria) is greater than that of dioxane-assimilating bacteria, but all have a relative abundance of 5 throughout the year. It became clear that it was less than 7%.

ジオキサン同化菌であるOTU100(図6−2(H))、OTU8385((図6−2(I))およびOTU8532(図6−2(J))は、ジオキサン資化菌に比べ、13C集積度が小さいと考えられる。その理由として、これらのジオキサン同化菌は、実際の活性汚泥システムにおいて、1,4−ジオキサンだけを分解するのではなく、システム内に共存するモノエチレングリコール(MEG)などの化合物も一緒に分解していることが考えられる。また、これらのジオキサン同化菌は、1,4−ジオキサンの分解中間物を分解しているとも考えられる。特に、OTU100およびOTU8385は、ジオキサン資化菌に比べて相対存在量が多かった。つまり、OTU100およびOTU8385は、1,4−ジオキサンだけではなく、1,4−ジオキサンよりもエネルギーリッチな他の有機物を分解することで、活性汚泥システム内での優位性を確保していると推察できる。 OTU100 (FIG. 6-2 (H)), OTU8385 ((FIG. 6-2 (I)), and OTU8532 (FIG. 6-2 (J)), which are dioxane assimilating bacteria, have 13 C accumulation compared to dioxane-assimilating bacteria. The reason is that these dioxane assimilating bacteria do not decompose only 1,4-dioxane in an actual activated sludge system, but monoethylene glycol (MEG) coexists in the system. These dioxane assimilating bacteria are also considered to decompose the decomposition intermediate of 1,4-dioxane, in particular, OTU100 and OTU8385 are dioxane The relative abundance was higher than that of the bacterium, that is, OTU100 and OTU8385 are not only 1,4-dioxane, It can be inferred that the superiority in the activated sludge system is ensured by decomposing other organic substances richer in energy than 1,4-dioxane.

以上から、活性汚泥中の1,4−ジオキサン分解菌は、活性汚泥システムの物理化学パラメータの変化と連動して劇的に変遷し、1,4−ジオキサン処理性能の維持に相補的に関与していることが強く示唆される。   From the above, 1,4-dioxane degrading bacteria in activated sludge changed dramatically in conjunction with changes in the physicochemical parameters of the activated sludge system, and complementarily involved in maintaining 1,4-dioxane treatment performance. It is strongly suggested that

Claims (12)

配列番号:1の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌A、配列番号:2の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Bおよび配列番号:3の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Cからなる群から選択される少なくとも1種を含む、活性汚泥。   1,4-dioxane-degrading bacterium A having a 16S rRNA gene whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 1 is 97% or more, 16S rRNA whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 2 is 97% or more At least selected from the group consisting of 1,4-dioxane-degrading bacteria B having a gene and 1,4-dioxane-degrading bacteria C having a 16S rRNA gene whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 3 is 97% or more Activated sludge containing one species. 配列番号:1の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Aおよび配列番号:2の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Bの少なくとも一方を含む、請求項1に記載の活性汚泥。   1,4-dioxane-degrading bacterium A having a 16S rRNA gene whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 1 is 97% or more and 16S rRNA whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 2 is 97% or more The activated sludge according to claim 1, comprising at least one of 1,4-dioxane degrading bacteria B having a gene. 配列番号:1の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌A、配列番号:2の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Bおよび配列番号:3との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Cを含む、請求項1または2に記載の活性汚泥。   1,4-dioxane-degrading bacterium A having a 16S rRNA gene whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 1 is 97% or more, 16S rRNA whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 2 is 97% or more The 1,4-dioxane-degrading bacterium B having a gene and the 1,4-dioxane-degrading bacterium C having a 16S rRNA gene having an identity of 97% or more with SEQ ID NO: 3 Activated sludge. 配列番号:4の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌D、配列番号:5の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌E、および配列番号:6の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Fをさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の活性汚泥。   1,4-dioxane-degrading bacterium D having a 16S rRNA gene whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 4 is 97% or more, 16S rRNA whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 5 is 97% or more And further comprising a 1,4-dioxane-degrading bacterium E having a gene and a 1,4-dioxane-degrading bacterium F having a 16S rRNA gene whose identity to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6 is 97% or more. Activated sludge of any one of -3. 配列番号:7の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌G、配列番号:8の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌H、配列番号:9の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Iおよび配列番号:10の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Jからなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の活性汚泥。   1,4-dioxane-degrading bacterium G having a 16S rRNA gene whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 7 is 97% or more, 16S rRNA whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 8 is 97% or more 1,4-dioxane-degrading bacterium H having a gene, 1,4-dioxane-degrading bacterium I having a 16S rRNA gene whose identity with the base sequence of SEQ ID NO: 9 is 97% or more, and the base sequence of SEQ ID NO: 10 The activity according to any one of claims 1 to 4, comprising at least one selected from the group consisting of 1,4-dioxane-degrading bacteria J having a 16S rRNA gene whose identity is 97% or more Sludge. 配列番号:8の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Hおよび配列番号:9の塩基配列との同一性が97%以上である16S rRNA遺伝子を有する1,4−ジオキサン分解菌Iの少なくとも一方を含む、請求項5に記載の活性汚泥。   1,4-Dioxane-degrading bacterium H having a 16S rRNA gene whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 8 is 97% or more and 16S rRNA whose identity to the base sequence of SEQ ID NO: 9 is 97% or more The activated sludge according to claim 5, comprising at least one of 1,4-dioxane degrading bacteria I having a gene. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の活性汚泥を、1,4−ジオキサン含有排水に接触させることを含む、1,4−ジオキサン含有排水の処理方法。   The processing method of a 1, 4- dioxane containing wastewater including making the activated sludge of any one of Claims 1-6 contact a 1, 4- dioxane containing waste water. 複数の微生物を含む試料における1,4−ジオキサン分解菌を同定する方法であって、
13C標識された1,4−ジオキサンの存在下で前記複数の微生物の培養を開始し、培養物を得ること;当該培養物から核酸を回収すること;当該核酸を超遠心分離し、高密度画分を得ること;および、当該高密度画分に存在する標的遺伝子の塩基配列を次世代シークエンサーにより解析し、各微生物の相対存在量(1)を求める工程A、ならびに
13C非標識の1,4−ジオキサンの存在下で前記複数の微生物の培養を開始し、培養物を得ること;当該培養物から核酸を回収すること;当該核酸を超遠心分離し、高密度画分を得ること;および、当該高密度画分に存在する標的遺伝子の塩基配列を次世代シークエンサーにより解析し、各微生物の相対存在量(2)を求める工程Bを含み、
前記相対存在量(1)が前記相対存在量(2)より多い微生物を1,4−ジオキサン分解菌であると判断する、方法。
A method for identifying 1,4-dioxane degrading bacteria in a sample containing a plurality of microorganisms,
Initiating cultivation of the plurality of microorganisms in the presence of 13 C-labeled 1,4-dioxane to obtain a culture; recovering nucleic acid from the culture; ultracentrifuging the nucleic acid, and high density Obtaining a fraction; and analyzing the base sequence of the target gene present in the high-density fraction with a next-generation sequencer to determine the relative abundance (1) of each microorganism, and
Initiating culture of the plurality of microorganisms in the presence of 13 C-unlabeled 1,4-dioxane to obtain a culture; recovering nucleic acid from the culture; ultracentrifuging the nucleic acid, and high density Obtaining a fraction; and analyzing the base sequence of the target gene present in the high-density fraction with a next-generation sequencer, and determining the relative abundance (2) of each microorganism,
A method in which a microorganism having a relative abundance (1) greater than the relative abundance (2) is determined to be a 1,4-dioxane-degrading bacterium.
100〜300mg/Lの前記13C標識された1,4−ジオキサンの存在下で前記複数の微生物の培養を開始する、請求項8に記載の方法。 The method according to claim 8, wherein the culture of the plurality of microorganisms is started in the presence of 100 to 300 mg / L of the 13 C-labeled 1,4-dioxane. 前記工程Aおよび工程Bにおける培養を、20〜40℃で、6〜10時間行う、請求項8または9に記載の方法。   The method according to claim 8 or 9, wherein the culture in the step A and the step B is performed at 20 to 40 ° C for 6 to 10 hours. 工程Aおよび工程Bにおいて、気密容器内で前記複数の微生物を好気的に培養し、前記容器内における気相のCO2濃度を測定することを含む、請求項8〜10のいずれか1項に記載の方法。 11. The process according to claim 8, wherein the process A and the process B include aerobically culturing the plurality of microorganisms in an airtight container and measuring a gas phase CO 2 concentration in the container. The method described in 1. 気相の13CO2濃度を測定することをさらに含む、請求項11に記載の方法。 The method of claim 11, further comprising measuring the 13 CO 2 concentration in the gas phase.
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