JP5305212B2 - Microbial community and dehalobacter genus bacteria that dechlorinate polychlorinated biphenyls and dioxins, and uses of the microbial community and dehalobacter bacteria - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a new bacterial population for dechlorinating PCB and a bacterium. <P>SOLUTION: The bacterial population for dechlorinating polychlorinated biphenyls and dioxins has the following properties of (1) including a bacterium of the genus Dehalobacter as a bacterium having dechlorination ability, (2) carrying out dechlorination using hydrogen as an electron donor, (3) using acetic acid and carbon dioxide as a carbon source, (4) maintaining dechlorination activity in the presence of nitric acid or sulfuric acid having &le;10 mM and (5) inhibiting dechlorination activity by trivalent iron. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は新規な微生物群集及びデハロバクター属細菌に関する。詳しくは、多塩素化ビフェニル及びダイオキシン類を脱塩素化する微生物群集及びデハロバクター属細菌、並びにその取得法及び用途に関する。   The present invention relates to novel microbial communities and Dehalobacter bacteria. More specifically, the present invention relates to a microbial community and dehalobacter genus bacteria that dechlorinate polychlorinated biphenyls and dioxins, and methods for obtaining and using them.

環境汚染物質であるポリ塩化ビフェニル(以下、「PCB」と略す)の処理方法として、高温焼却法、脱塩素化分解法(化学抽出分解法、有機アルカリ金属分解法、触媒水素化脱塩素化法、アルカリ触媒分解法、金属ナトリウム法など)、水熱酸化分解(超臨界水化法、水熱分解法など)、還元熱化学分解法(溶融触媒抽出法、気相水素還元法)等が開発されている。一方、生物学的にPCBを分解する方法の研究も進められおり、PCB脱塩素化能を有する微生物又は微生物群集に関していくつかの報告がなされた(非特許文献1〜5)。具体的には、PCBを脱塩素化する微生物としてクロロフレキシ(Chloroflexi)門デハロコッコイデス(Dehalococoides)属細菌が単離されている(非特許文献1)。海洋環境からは、クロロフレキシ門のo-17およびDF-1が集積物として獲得されている(非特許文献2、3)。一方、昨年には、河川堆積物培養物において、ファーミキューテス(Firmicutes)門のデハロバクター(Dehalobacter)属細菌がデハロコッコイデス属細菌と共にPCBを脱塩素化することを示唆することが報告された(非特許文献4)。また、デハロコッコイデス属細菌が単独で脱塩素化をすることが示された(非特許文献5)。
Fennell, D. E., I. Nijenhuis, S. F. Wilson, S. H. Zinder, and M. M. Haggblom. 2004. Dehalococcoides ethenogenes strain 195 reductively dechlorinates diverse chlorinated aromatic pollutants. Environ. Sci. Technol. 38:2075?2081. Cutter, L. A., J. E. M. Watts, K. R. Sowers, and H. D. May. 2001. Identification of a microorganism that links its growth to the reductive dechlorination of 2,3,5,6-chlorobiphenyl. Environ. Microbiol. 3:699-709. Wu, Q., J. E. M. Watts, K. R. Sowers, and H. D. May. 2002. Identification of a bacterium that specifically catalyzes the reductive dechlorination of polychlorinated biphenyls with doubly flanked chlorines. Appl. Environ. Microbiol. 68:807-812. Yan, T., T. M. LaPara, and P. J. Novak 2006. The effect of varying levels of sodium bicarbonate on polychlorinated biphenyl dechlorination in Hudson River sediment cultures. Environ. Microbiol. 8:1288-1298. Bedard,D., L. Kirsti, M. Ritalahti, and Frank E. Loffler.(2007) Dehalococcoides in a Sediment-Free, Mixed Culture Metabolically Dechlorinate the Commercial Polychlorinated Biphenyl Mixture Aroclor 1260 Appl. Envir. Microbiol. In press
High-temperature incineration method, dechlorination decomposition method (chemical extraction decomposition method, organic alkali metal decomposition method, catalytic hydrodechlorination method) as treatment methods for polychlorinated biphenyl (hereinafter abbreviated as “PCB”), an environmental pollutant , Alkali catalyst decomposition method, metal sodium method, etc.), hydrothermal oxidative decomposition (supercritical hydration method, hydrothermal decomposition method, etc.), reductive thermochemical decomposition method (melting catalyst extraction method, gas phase hydrogen reduction method), etc. Has been. On the other hand, research on methods for biologically decomposing PCBs is also underway, and several reports have been made on microorganisms or microbial communities having PCB dechlorination ability (Non-Patent Documents 1 to 5). Specifically, a Chloroflexi genus Dehalococoides bacterium has been isolated as a microorganism that dechlorinates PCBs (Non-patent Document 1). From the marine environment, chloroflexigate o-17 and DF-1 have been obtained as accumulations (Non-Patent Documents 2 and 3). On the other hand, last year, it was reported that a Demicobacter genus of the Firmicutes genus, along with a Dehalococcideae bacterium, was suggested to dechlorinate PCBs in river sediment cultures. (Non-Patent Document 4). Moreover, it was shown that a dehalococcide genus bacterium dechlorinates alone (nonpatent literature 5).
Fennell, DE, I. Nijenhuis, SF Wilson, SH Zinder, and MM Haggblom. 2004. Dehalococcoides ethenogenes strain 195 reductively dechlorinates diverse chlorinated aromatic pollutants. Environ. Sci. Technol. 38: 2075? 2081. Cutter, LA, JEM Watts, KR Sowers, and HD May. 2001. Identification of a microorganism that links its growth to the reductive dechlorination of 2,3,5,6-chlorobiphenyl. Environ. Microbiol. 3: 699-709. Wu, Q., JEM Watts, KR Sowers, and HD May. 2002. Identification of a bacterium that specifically catalyzes the reductive dechlorination of polychlorinated biphenyls with doubly flanked chlorines. Appl. Environ. Microbiol. 68: 807-812. Yan, T., TM LaPara, and PJ Novak 2006. The effect of varying levels of sodium bicarbonate on polychlorinated biphenyl dechlorination in Hudson River sediment cultures.Environ. Microbiol. 8: 1288-1298. Bedard, D., L. Kirsti, M. Ritalahti, and Frank E. Loffler. (2007) Dehalococcoides in a Sediment-Free, Mixed Culture Metabolically Dechlorinate the Commercial Polychlorinated Biphenyl Mixture Aroclor 1260 Appl. Envir. Microbiol. In press

以上のようにPCBを脱塩素化する微生物の分離報告例は稀少である。また、PCBには多様な同族体が存在するが、これまでに報告された微生物又は微生物群集が脱塩素化可能なPCBの種類は限られている。例えば、デハロコッコイデス属細菌及びDF-1は、両隣が塩素に挟まれた塩素のみを脱塩素化する。一方、o-17はPCBのオルト位のみ脱塩素化する。デハロコッコイデス属細菌を含む複合培養物においては、PCB混合物を3-4塩素化物までしか脱塩素化しないとされる。
そこで本発明は、PCBを脱塩素化する新規な微生物群集及び微生物並びにそれらの用途を提供することを目的とする。特に、PCBを1塩素化物まで脱塩素化できる新規な微生物群集及び微生物並びにそれらの用途を提供することを目的とする。
As mentioned above, there are few reports of separation of microorganisms that dechlorinate PCBs. In addition, PCBs have various homologs, but the types of PCBs that can be dechlorinated by microorganisms or microbial communities reported so far are limited. For example, dehalococcides bacteria and DF-1 dechlorinate only the chlorine that is sandwiched between both sides. On the other hand, o-17 dechlorinates only at the ortho position of PCB. In complex cultures containing dehalococcidae bacteria, the PCB mixture is only dechlorinated up to 3-4 chlorides.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel microbial community and microorganisms for dechlorinating PCBs and their uses. In particular, an object is to provide a novel microbial community and microorganisms that can dechlorinate PCBs up to 1 chlorinated product and their uses.

以上の目的を達成するため、本発明者らはまず微生物の集積法に独自の工夫を加えた。即ち、PCBのモデル化合物として4,5,6,7-テトラクロロフタリド(フサライド)を使用することとし、これに対する脱塩素化活性を指標として微生物の集積を行うことにした。具体的にはまず、水田土壌を採取し、湛水状態になるように水を加え、フサライドと有機酸(乳酸、蟻酸、酢酸又は酪酸)を添加し、30℃で培養を開始した。脱塩素化が確認された培養物を無機塩、フサライド及び各有機酸を添加した培地を用いて継代培養した。そして、得られた集積培養物についてPCB等の塩素化合物の脱塩素化試験を行うと共に、16SリボソームRNA(16SrRNA)遺伝子を標的としたPCR-DGGE及び優占バンドの塩基配列解析を行い、優占微生物の特定を行った。結果、乳酸を添加した条件で得られた集積物(KLF培養物)が、2,3,4,5-テトラクロロビフェニル(2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl)及び2,3,4-トリクロロビフェニル(2,3,4-trichlorobiphenyl)を2-モノクロロビフェニル(2-monochlorobiphenyl)又は4-モノクロロビフェニル(4-monochlorobiphenyl)まで脱塩素化すること、及び1,2,3-トリクロロジベンゾ-p-ジオキシン(1,2,3-Trichlorodibenzo-p-dioxin)を脱塩素化することが判明した。KLF培養物について細菌の16SrRNA遺伝子に基づく微生物群集構造解析を行ったところ、8つの優占微生物種を確認し、2つがデハロバクター属細菌、5つがクロストリジウム(Clostridium)属細菌、1つがセディメンティバクター(Sedimentibacter)属細菌に最類縁であった。更なる検討の結果、デハロバクター属細菌に最類縁であったDGGEバンドを与える細菌(FTH1及びFTH2)が実際に脱塩素化に関与していることが判明するとともに、これらの細菌はデハロバクター・レストリクタス(Dehalobacter
restrictus)TEA株に最類縁の新種であることが示された。また、KLF培養物にはデハロコッコイデス属細菌は含まれていないことが明らかとなった。一方、KLF培養物の特性について各種試験を行った結果、水素を電子供与体として用いて脱塩素化を行っていることが推察された。また、KLF培養物の更なる特性として、酢酸及び二酸化炭素を炭素源として利用できること、10mM以下の硝酸又は硫酸の存在下で脱塩素化活性を維持すること、及び3価鉄により脱塩素化活性が阻害されることが明らかとなった。
続いて、KLF培養物を特定の条件下で連続継代培養した結果、3種の優先微生物種(この内の2つはFTH1及びFTH2)を認める程度まで集積度を高めることに成功した。
以上のように、本発明者らの鋭意検討の結果、PCBを脱塩素化する新規な微生物群集の取得に成功するとともに、PCBの脱塩素化を担う微生物として新規なデハロバクター属細菌を見出すことに成功した。また、驚くべきことに、当該微生物群集はPCBを1塩化物まで脱塩素化する能力を備え、しかもダイオキシン類をも脱塩素化する能力を発揮した。一方、PCB脱塩素化能に優れた微生物群集を比較的短期間で取得できたことから、本発明者が採用した集積法の有用性が確認された。
本発明は以上の成果に基づくものであり、以下の微生物群集などを提供する。
[1]以下の特性を備え、多塩素化ビフェニル及びダイオキシン類を脱塩素化する微生物群集:
(1)脱塩素化能を有する微生物としてデハロバクター(Dehalobacter)属細菌を含む;
(2)水素を電子供与体として脱塩素化を行う;
(3)酢酸及び二酸化炭素を炭素源として利用できる;
(4)10mM以下の硝酸又は硫酸の存在下でも脱塩素化活性を維持する;
(5)3価鉄により脱塩素化活性が阻害される。
[2]2,3,4,5-テトラクロロビフェニル(2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl)及び2,3,4-トリクロロビフェニル(2,3,4-trichlorobiphenyl)を2-モノクロロビフェニル(2-monochlorobiphenyl)又は4-モノクロロビフェニル(4-monochlorobiphenyl)まで脱塩素化する能力、及び1,2,3-トリクロロジベンゾ-p-ジオキシン(1,2,3-Trichlorodibenzo-p-dioxin)を脱塩素化する能力を有することを特徴とする、[1]に記載の微生物群集。
[3]脱塩素化能を有する微生物としてデハロバクター属細菌を2種含むことを特徴とする、[1]又は[2]に記載の微生物群集。
[4]前記デハロバクター属細菌における16SリボソームRNA遺伝子の塩基配列と、デハロバクター・レストリクタス(Dehalobacter
restrictus)TEA株における16SリボソームRNA遺伝子の塩基配列との間の相同性が97%以上98%未満である、[1]〜[3]のいずれかに記載の微生物群集。
[5]前記デハロバクター属細菌の片方における16SリボソームRNA遺伝子が配列番号1の塩基配列を有し、他方における16SリボソームRNA遺伝子が配列番号2の塩基配列を有する、[3]に記載の微生物群集。
[6]デハロコッコイデス(Dehalococcoides)属細菌を含まないことを特徴とする、[1]〜[5]のいずれかに記載の微生物群集。
[7]水田の中粗粒強グライ土を集積培養して得られることを特徴とする、[1]〜[6]のいずれかに記載の微生物群集。
[8]前記集積培養が、4,5,6,7-テトラクロロフタリド(4,5,6,7-tetrachlorophthalide)及び乳酸を含有する栄養培地で継代培養するステップを含むことを特徴とする、[7]に記載の微生物群集。
[9]受託番号がNITE P−353である、[1]に記載の微生物群集。
[10]以下の特性を備え、多塩素化ビフェニル及びダイオキシン類を脱塩素化するデハロバクター属細菌:
(1)水素を電子供与体として脱塩素化を行う;
(2)酢酸及び二酸化炭素を炭素源として利用できる;
(3)10mM以下の硝酸又は硫酸の存在下でも脱塩素化活性を維持する;
(4)3価鉄により脱塩素化活性が阻害される。
[11]2,3,4,5-テトラクロロビフェニル及び2,3,4-トリクロロビフェニルを2-モノクロロビフェニル又は4-モノクロロビフェニルまで脱塩素化する能力、及び1,2,3-トリクロロジベンゾ-p-ジオキシンを脱塩素化する能力を有することを特徴とする、[10]に記載のデハロバクター属細菌。
[12]16SリボソームRNA遺伝子の塩基配列が、デハロバクター・レストリクタスTEA株における16SリボソームRNA遺伝子の塩基配列に対して97%以上98%未満の相同性を有する、[10]又は[11]に記載のデハロバクター属細菌。
[13]16SリボソームRNA遺伝子が配列番号1又2の塩基配列を有する、[10]又は[11]に記載のデハロバクター属細菌。
[14]4,5,6,7-テトラクロロフタリド及び乳酸の存在下で水田の中粗粒強グライ土を集積培養するステップを含むことを特徴とする、多塩素化ビフェニル及びダイオキシン類を脱塩素化するデハロバクター属細菌を含む微生物群集を取得する方法。
[15]前記集積培養が、以下のステップ(1)及び(2)からなることを特徴とする、[14]に記載の方法:
(1)水田の中粗粒強グライ土の懸濁液に4,5,6,7-テトラクロロフタリド及び乳酸を添加し、培養するステップ;
(2)4,5,6,7-テトラクロロフタリド及び乳酸を含有する栄養培地を用いて継代培養するステップ。
[16]ステップ(2)の後に、以下のステップを更に実施することを特徴とする、[15]に記載の方法:
(3)4,5,6,7-テトラクロロフタリドを含有する栄養培地を用い且つ水素及び二酸化炭素が培地中に供給される条件下で継代培養するステップ。
[17]前記集積培養が、以下のステップ(1)及び(3)からなることを特徴とする、[15]に記載の方法:
(1)水田の中粗粒強グライ土の懸濁液に4,5,6,7-テトラクロロフタリド及び乳酸を添加し、培養するステップ;
(3)4,5,6,7-テトラクロロフタリドを含有する栄養培地を用い且つ水素及び二酸化炭素が培地中に供給される条件下で継代培養するステップ。
[18][1]〜[9]のいずれかに記載の微生物群集、又は[10]〜[13]のいずれかに記載のデハロバクター属細菌を、多塩素化ビフェニル及び/又はダイオキシン類を含む汚染物に作用させることを特徴とする浄化方法。
[19]前記多塩素化ビフェニルが2,3,4,5-テトラクロロビフェニル又は2,3,4-トリクロロビフェニルであることを特徴とする、[18]に記載の浄化方法。
[20]前記ダイオキシン類が1,2,3-トリクロロジベンゾ-p-ジオキシンであることを特徴とする、[18]又は[19]に記載の浄化方法。
[21]デハロバクター属細菌を多塩素化ビフェニルに作用させることを特徴とする、多塩素化ビフェニルを1塩素化物まで脱塩素化する方法。
[22]前記多塩素化ビフェニルが2,3,4,5-テトラクロロビフェニル又は2,3,4-トリクロロビフェニルであり、前記1塩素化物が2-モノクロロビフェニル又は4-モノクロロビフェニルであることを特徴とする、[21]に記載の方法。
[23]前記デハロバクター属細菌が、[1]〜[9]のいずれかに記載の微生物群集に含まれるデハロバクター属細菌、又は[10]〜[13]のいずれかに記載のデハロバクター属細菌であることを特徴とする、[21]又は[22]に記載の方法。
In order to achieve the above object, the present inventors first added a unique device to the microorganism accumulation method. That is, 4,5,6,7-tetrachlorophthalide (fusalide) was used as a PCB model compound, and microorganisms were accumulated using the dechlorination activity as an index. Specifically, first, paddy field soil was collected, water was added so as to be flooded, fusalide and an organic acid (lactic acid, formic acid, acetic acid, or butyric acid) were added, and culture was started at 30 ° C. The culture confirmed to be dechlorinated was subcultured using a medium supplemented with inorganic salts, fusalides and organic acids. The resulting enriched culture was subjected to a dechlorination test for chlorinated compounds such as PCB, and PCR-DGGE targeting the 16S ribosomal RNA (16SrRNA) gene and a base band analysis of the dominant band were performed. Microorganisms were identified. As a result, the accumulation (KLF culture) obtained under the condition of adding lactic acid was 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl (2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl) and 2,3,4-trichloro. Dechlorination of biphenyl (2,3,4-trichlorobiphenyl) to 2-monochlorobiphenyl or 4-monochlorobiphenyl, and 1,2,3-trichlorodibenzo-p-dioxin (1,2,3-Trichlorodibenzo-p-dioxin) was found to dechlorinate. Microbial community structure analysis based on the bacterial 16S rRNA gene was performed on KLF cultures. Eight dominant microbial species were identified, two were Dehalobacter bacteria, five were Clostridium bacteria, and one was a Sectientiactor ( Sedimentibacter) was closely related. Further investigation revealed that the bacteria (FTH1 and FTH2) that gave the DGGE bands that were most closely related to the genus Dehalobacter were actually involved in dechlorination, and these bacteria were dehalobacter restrictus ( Dehalobacter
restrictus) TEA strain was shown to be the closest relative. Moreover, it became clear that the KLF culture did not contain bacteria belonging to the genus Dehalococcides. On the other hand, as a result of various tests on the characteristics of the KLF culture, it was speculated that dechlorination was performed using hydrogen as an electron donor. Further characteristics of KLF culture include the availability of acetic acid and carbon dioxide as carbon sources, maintaining dechlorination activity in the presence of 10 mM nitric acid or sulfuric acid, and dechlorination activity with trivalent iron. Was found to be inhibited.
Subsequently, as a result of continuous subculture of the KLF culture under specific conditions, it was possible to increase the degree of accumulation to such an extent that three kinds of preferential microorganisms (two of these were FTH1 and FTH2) were recognized.
As described above, as a result of intensive studies by the present inventors, the present inventors have succeeded in obtaining a new microbial community that dechlorinates PCBs, and found new dehalobacter bacteria as microorganisms responsible for PCB dechlorination. Successful. Surprisingly, the microbial community has the ability to dechlorinate PCBs down to monochloride, and also has the ability to dechlorinate dioxins. On the other hand, since the microbial community having excellent PCB dechlorination ability was obtained in a relatively short period of time, the usefulness of the accumulation method adopted by the present inventor was confirmed.
The present invention is based on the above results, and provides the following microbial communities and the like.
[1] Microbial community having the following characteristics and dechlorinating polychlorinated biphenyls and dioxins:
(1) including bacteria belonging to the genus Dehalobacter as microorganisms having dechlorination ability;
(2) Dechlorination using hydrogen as an electron donor;
(3) Acetic acid and carbon dioxide can be used as a carbon source;
(4) maintain dechlorination activity even in the presence of 10 mM nitric acid or sulfuric acid;
(5) Dechlorination activity is inhibited by trivalent iron.
[2] 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl (2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl) and 2,3,4-trichlorobiphenyl (2,3,4-trichlorobiphenyl) to 2-monochlorobiphenyl (2 -monochlorobiphenyl) or 4-monochlorobiphenyl, and 1,2,3-trichlorodibenzo-p-dioxin The microbial community according to [1], which has an ability to
[3] The microbial community according to [1] or [2], comprising two types of bacteria belonging to the genus Dehalobacter as microorganisms having dechlorination ability.
[4] The base sequence of the 16S ribosomal RNA gene in the bacterium belonging to the genus Dehalobacter, and Dehalobacter
restrictus) The microbial community according to any one of [1] to [3], wherein the homology between the 16S ribosomal RNA gene in the TEA strain is 97% or more and less than 98%.
[5] The microbial community according to [3], wherein the 16S ribosomal RNA gene in one of the Dehalobacter bacteria has the base sequence of SEQ ID NO: 1, and the other 16S ribosomal RNA gene has the base sequence of SEQ ID NO: 2.
[6] The microbial community according to any one of [1] to [5], which does not contain bacteria belonging to the genus Dehalococcoides.
[7] The microbial community according to any one of [1] to [6], wherein the microorganism community is obtained by accumulating and cultivating medium coarse-grained strong clay soil.
[8] The enrichment culture includes a step of subculture in a nutrient medium containing 4,5,6,7-tetrachlorophthalide (4,5,6,7-tetrachlorophthalide) and lactic acid. The microbial community according to [7].
[9] The microbial community according to [1], wherein the accession number is NITE P-353 .
[10] Dehalobacter bacteria having the following characteristics and dechlorinating polychlorinated biphenyls and dioxins:
(1) Dechlorination using hydrogen as an electron donor;
(2) Acetic acid and carbon dioxide can be used as a carbon source;
(3) maintain dechlorination activity even in the presence of 10 mM nitric acid or sulfuric acid;
(4) Dechlorination activity is inhibited by trivalent iron.
[11] Ability to dechlorinate 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl and 2,3,4-trichlorobiphenyl to 2-monochlorobiphenyl or 4-monochlorobiphenyl, and 1,2,3-trichlorodibenzo- The Dehalobacter bacterium according to [10], which has an ability to dechlorinate p-dioxin.
[12] The base sequence of the 16S ribosomal RNA gene has a homology of 97% or more and less than 98% to the base sequence of the 16S ribosomal RNA gene in the Dehalobacter restrictus TEA strain, according to [10] or [11] Dehalobacter bacteria.
[13] The Dehalobacter genus bacterium according to [10] or [11], wherein the 16S ribosomal RNA gene has the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or 2.
[14] A polychlorinated biphenyl and dioxins comprising the step of agglomerating and culturing medium coarse-grained strong clay soil in the presence of 4,5,6,7-tetrachlorophthalide and lactic acid A method for obtaining a microbial community comprising dehalobacter bacteria to be dechlorinated.
[15] The method according to [14], wherein the enrichment culture comprises the following steps (1) and (2):
(1) adding 4,5,6,7-tetrachlorophthalide and lactic acid to a suspension of medium coarse-grained strong clay soil in paddy field and culturing;
(2) A step of subculturing using a nutrient medium containing 4,5,6,7-tetrachlorophthalide and lactic acid.
[16] The method according to [15], further comprising performing the following steps after step (2):
(3) A step of subculturing using a nutrient medium containing 4,5,6,7-tetrachlorophthalide and supplying hydrogen and carbon dioxide to the medium.
[17] The method according to [15], wherein the enrichment culture comprises the following steps (1) and (3):
(1) adding 4,5,6,7-tetrachlorophthalide and lactic acid to a suspension of medium coarse-grained strong clay soil in paddy field and culturing;
(3) A step of subculturing using a nutrient medium containing 4,5,6,7-tetrachlorophthalide and supplying hydrogen and carbon dioxide to the medium.
[18] Contamination containing the microbial community according to any one of [1] to [9] or the Dehalobacter genus bacteria according to any one of [10] to [13] containing polychlorinated biphenyl and / or dioxins A purification method characterized by acting on an object.
[19] The purification method according to [18], wherein the polychlorinated biphenyl is 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl or 2,3,4-trichlorobiphenyl.
[20] The purification method according to [18] or [19], wherein the dioxins are 1,2,3-trichlorodibenzo-p-dioxin.
[21] A method for dechlorinating a polychlorinated biphenyl to a monochlorinated product, which comprises allowing a Dehalobacter bacterium to act on the polychlorinated biphenyl.
[22] The polychlorinated biphenyl is 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl or 2,3,4-trichlorobiphenyl, and the monochlorinated product is 2-monochlorobiphenyl or 4-monochlorobiphenyl. The method according to [21], characterized by.
[23] The Dehalobacter genus bacterium described in any one of [1] to [9], or the Dehalobacter genus bacteria described in any of [10] to [13]. The method according to [21] or [22], wherein

本発明の第1の局面は、多塩素化ビフェニル(PCB)又はダイオキシン類の脱塩素化に利用可能な微生物群集を提供する。後述の実施例の欄に示す通り、本発明者らは、PCB及びダイオキシン類を脱塩素化する新規な微生物群集(以下、「本発明の微生物群集」という)を取得することに成功した。尚、「微生物群集」とは二以上の微生物の集合物をいう。   The first aspect of the present invention provides a microbial community that can be used for dechlorination of polychlorinated biphenyl (PCB) or dioxins. As shown in the Examples section described later, the present inventors have succeeded in obtaining a novel microbial community that dechlorinates PCBs and dioxins (hereinafter referred to as “microbial community of the present invention”). The “microbe community” refers to an aggregate of two or more microorganisms.

本発明の微生物群集の第1の特徴は、多塩素化ビフェニル(PCB)及びダイオキシン類を脱塩素化することである。ここで「多塩素化ビフェニル(PCB)」とは、ビフェニルの水素原子が塩素原子で置換された化合物の総称である。置換塩素の数、位置の違いによって数多くの異性体が存在する。一方、ダイオキシン類とは、ポリ塩化ジベンゾパラジオキシン(PCDD)及びポリ塩化ジベンゾフラン(PCDF)の総称である。PCBの一つコプラナーPCB(Co-PCB)はダイオキシン類にも分類される。   The first feature of the microbial community of the present invention is to dechlorinate polychlorinated biphenyl (PCB) and dioxins. Here, “polychlorinated biphenyl (PCB)” is a general term for compounds in which a hydrogen atom of biphenyl is substituted with a chlorine atom. There are many isomers depending on the number and position of substituted chlorine. On the other hand, dioxins are a general term for polychlorinated dibenzopararadixin (PCDD) and polychlorinated dibenzofuran (PCDF). One of the PCBs, coplanar PCB (Co-PCB), is also classified as a dioxin.

PCB及びダイオキシン類に対する脱塩素化能を有するという特性の他、以下の特性(1)〜(5)によって本発明の微生物群集は特徴付けられる。
(1)脱塩素化能を有する微生物としてデハロバクター(Dehalobacter)属細菌を含む。
(2)水素を電子供与体として脱塩素化を行う。
(3)酢酸及び二酸化炭素を炭素源として利用できる。
(4)10mM以下の硝酸又は硫酸の存在下で脱塩素化活性を維持する。
(5)3価鉄により脱塩素化活性が阻害される。
In addition to the property of having dechlorination ability for PCBs and dioxins, the microbial community of the present invention is characterized by the following properties (1) to (5).
(1) A bacterium belonging to the genus Dehalobacter is included as a microorganism having dechlorination ability.
(2) Dechlorination is performed using hydrogen as an electron donor.
(3) Acetic acid and carbon dioxide can be used as a carbon source.
(4) Maintain dechlorination activity in the presence of 10 mM or less nitric acid or sulfuric acid.
(5) Dechlorination activity is inhibited by trivalent iron.

(1)の特性は、本発明の微生物群集において脱塩素化を担う微生物がデハロバクター属細菌であることを意味する。(2)の特性における水素として例えば乳酸から産生したものを利用することもできる。(3)の特性は、本発明の微生物群集が酢酸のみならず、二酸化炭素を炭素源として利用できることを意味する。PCB脱塩素化微生物として過去に報告されたデハロコッコイデス属細菌では二酸化炭素を炭素源として利用できない。   The characteristic of (1) means that the microorganism responsible for dechlorination in the microbial community of the present invention is a Dehalobacter bacterium. For example, hydrogen produced from lactic acid can be used as the hydrogen in the characteristic (2). The characteristic of (3) means that the microbial community of the present invention can use not only acetic acid but also carbon dioxide as a carbon source. Carbon dioxide cannot be used as a carbon source in dehalococcides bacteria previously reported as PCB dechlorinated microorganisms.

(4)の特性において「脱塩素化活性を維持する」とは、脱塩素化活性は低下するものの、依然として脱塩素化活性を発揮することをいう。具体的には、PCBのモデル化合物としてフサライドを用いて評価すると、10mM硝酸の存在下で培養した場合、本発明の微生物群集は例えば47〜67%、好ましくは52〜60%、更に好ましくは約57%の脱塩素化活性を示す。10mM硫酸の存在下で培養した場合においては例えば59〜79%、好ましくは64〜74%、更に好ましくは約69%の脱塩素化活性を示す。尚、脱塩素化活性は、微生物群集にフサライド(100μM)を添加し、30℃で約10日間培養した後の培養物中に存在するフサライド、4,6,7-トリクロロフタリド(4,6,7-triCph)、4,7-ジクロロフタリド(4,7-diCph)、4,5-ジクロロフタリド(4,5-Cph)、4-モノクロロフタリド(4-Cph)の量(%)に基づき、以下の式で算出するものとする。
脱塩素化活性(%)=(4,6,7-triCph(μM)+4,7-diCph(μM)+4,5-Cph(μM)+4-Cph(μM))/(フサライド(μM)+4,6,7-triCph(μM)+4,7-diCph(μM)+4,5-Cph(μM)+4-Cph(μM))×100
In the characteristic (4), “maintaining dechlorination activity” means that the dechlorination activity is reduced, but the dechlorination activity is still exhibited. Specifically, when evaluated using fusalide as a PCB model compound, when cultured in the presence of 10 mM nitric acid, the microbial community of the present invention is, for example, 47 to 67%, preferably 52 to 60%, more preferably about Shows 57% dechlorination activity. When cultured in the presence of 10 mM sulfuric acid, it exhibits a dechlorination activity of, for example, 59 to 79%, preferably 64 to 74%, more preferably about 69%. The dechlorination activity was determined by adding fusalide (100 μM) to the microbial community and culturing for about 10 days at 30 ° C., fusalide present in the culture, 4,6,7-trichlorophthalide (4,6 , 7-triCph), 4,7-dichlorophthalide (4,7-diCph), 4,5-dichlorophthalide (4,5-Cph), 4-monochlorophthalide (4-Cph) in% ) Based on the following formula:
Dechlorination activity (%) = (4,6,7-triCph (μM) + 4,7-diCph (μM) + 4,5-Cph (μM) + 4-Cph (μM)) / (fusalide (μM) +4, 6,7-triCph (μM) + 4,7-diCph (μM) + 4,5-Cph (μM) + 4-Cph (μM)) × 100

(5)の特性において「脱塩素化活性が阻害される」とは、大幅な脱塩素化活性の低下が認められることをいう。具体的には、PCBのモデル化合物としてフサライドを用いて評価すると、10mMの3価鉄の存在下で培養した場合、例えば30%以下、好ましくは25%以下、更に好ましくは20%以下(具体的には10〜20%)の脱塩素化活性を示す。   In the characteristic (5), “dechlorination activity is inhibited” means that a significant decrease in dechlorination activity is observed. Specifically, when evaluated using fusalide as a PCB model compound, when cultured in the presence of 10 mM trivalent iron, for example, 30% or less, preferably 25% or less, more preferably 20% or less (specifically Shows 10-20% dechlorination activity.

後述の実施例に示すように、本発明者らが取得に成功した微生物群集は、PCBである2,3,4,5-テトラクロロビフェニル及び2,3,4-トリクロロビフェニルを2-モノクロロビフェニル又は4-モノクロロビフェニルまで脱塩素化する能力を有することが確認された。一方、当該微生物群集が、ダイオキシン類である1,2,3-トリクロロジベンゾ-p-ジオキシンを脱塩素化する能力を有することも確認された。この事実に基づけば、2,3,4,5-テトラクロロビフェニル及び2,3,4-トリクロロビフェニルを2-モノクロロビフェニル又は4-モノクロロビフェニルまで脱塩素化する能力を有すること、及び1,2,3-トリクロロジベンゾ-p-ジオキシンを脱塩素化する能力を有することという特性によって本発明の微生物群集を更に特徴づけることができる。このような特徴を備える本発明の微生物群集によれば、これまでに報告されたPCB脱塩素化微生物(又は微生物群集)とは異なり、1塩素化物までの脱塩素化が可能である。また、ダイオキシン類の脱塩素化も可能である。このように、本発明の微生物群集は過去に報告されたPCB脱塩素化微生物とは明確に異なる脱塩素化能を有するものであり、より多様なPCB同位体の脱塩素化及びダイオキシン汚染環境の浄化への応用が期待される。   As shown in the examples described later, the microbial community successfully obtained by the present inventors was obtained by converting PCBs 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl and 2,3,4-trichlorobiphenyl into 2-monochlorobiphenyl. Or it was confirmed that it has the ability to dechlorinate to 4-monochlorobiphenyl. On the other hand, it was also confirmed that the microbial community has the ability to dechlorinate 1,2,3-trichlorodibenzo-p-dioxin, which is a dioxin. Based on this fact, it has the ability to dechlorinate 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl and 2,3,4-trichlorobiphenyl to 2-monochlorobiphenyl or 4-monochlorobiphenyl, and 1,2 The microbial community of the present invention can be further characterized by the property of having the ability to dechlorinate 3-trichlorodibenzo-p-dioxin. According to the microbial community of the present invention having such characteristics, unlike the PCB dechlorinated microorganisms (or microbial communities) reported so far, it is possible to dechlorinate up to 1 chlorinated product. Dioxins can also be dechlorinated. As described above, the microbial community of the present invention has a dechlorination ability that is clearly different from the previously reported PCB dechlorination microorganisms, and more diverse PCB isotope dechlorination and dioxin-contaminated environments. Application to purification is expected.

一方、16SrRNA遺伝子に基づく構造解析によって、本発明明らが取得に成功した微生物群集にはPCB及びダイオキシン類に対する脱塩素化能を有する、デハロバクター属の新種が二つ(FTH1及びFTH2)含まれていることが見出された。また、デハロコッコイデス属細菌は含まれていないことが明らかとなった。FTH1及びFTH2はいずれも、ポリクロロエチレン(PCE)脱塩素化細菌として分離されたデハロバクター・レストリクタスTEA株と最類縁であり、16SrRNA遺伝子の塩基配列に関してそれぞれ97.5%及び97.3%の相同性を示した。尚、FTH1の16SrRNA遺伝子の塩基配列を配列番号1に、FTH2の同塩基配列を配列番号2に、デハロバクター・レストリクタスTEA株の同塩基配列を配列番号3にそれぞれ示す。
以上の知見に基づけば、脱塩素化能を有する微生物としてデハロバクター属細菌を2種含むという特性によって本発明の微生物群集を更に特徴づけることができる。また、含有するデハロバクター属細菌における16SrRNA遺伝子の塩基配列と、デハロバクター・レストリクタスTEA株における16SrRNA遺伝子の塩基配列との間の相同性が97%以上98%未満であるという特性によって本発明の微生物群集を更に特徴づけることもできる。更には、含有するデハロバクター属細菌の片方における16SrRNA遺伝子が配列番号1の塩基配列を有し、他方における16SrRNA遺伝子が配列番号2の塩基配列を有するという特性によって本発明の微生物群集を特徴づけることもできる。一方、デハロコッコイデス属細菌を含まないという特性によって本発明の微生物群集を更に特徴付けることができる。
尚、FTH1及びFTH2を含む微生物群集(KFC4HC)は以下の通り所定の寄託機関に寄託されており、容易に入手可能である。
寄託機関:独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センター(〒292-0818 日本国千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8)
寄託日(受領日):2007年4月3日
受託番号:NITE P−353
尚、KFC4HCの形態的特徴及び生理学的特徴などは後述の実施例の欄に記載の通りである。
On the other hand, by the structural analysis based on the 16S rRNA gene, the microbial community successfully obtained by the present invention includes two new dehalobacter species (FTH1 and FTH2) that have the ability to dechlorinate PCBs and dioxins. It was found that Moreover, it became clear that the bacterium of the genus Dehalococcides was not included. Both FTH1 and FTH2 were closely related to the Dehalobacter restrictionus TEA strain isolated as a polychlorethylene (PCE) dechlorinated bacterium, and showed 97.5% and 97.3% homology with respect to the base sequence of the 16S rRNA gene, respectively. . The base sequence of the 16S rRNA gene of FTH1 is shown in SEQ ID NO: 1, the base sequence of FTH2 is shown in SEQ ID NO: 2, and the base sequence of the dehalobacter restrictus TEA strain is shown in SEQ ID NO: 3, respectively.
Based on the above findings, the microbial community of the present invention can be further characterized by the property of including two types of dehalobacter bacteria as microorganisms having dechlorination ability. In addition, the microbial community of the present invention is characterized by the fact that the homology between the base sequence of the 16S rRNA gene in the contained Dehalobacter genus bacteria and the base sequence of the 16S rRNA gene in the Dehalobacter restrictus TEA strain is 97% or more and less than 98%. It can also be characterized. Further, the microbial community of the present invention may be characterized by the characteristic that the 16S rRNA gene in one of the contained Dehalobacter bacteria has the base sequence of SEQ ID NO: 1, and the other 16S rRNA gene has the base sequence of SEQ ID NO: 2. it can. On the other hand, the microbial community of the present invention can be further characterized by the property of being free of dehalococcides bacteria.
In addition, the microbial community (KFC4HC) containing FTH1 and FTH2 is deposited with a predetermined depository as follows, and is easily available.
Depositary institution: National Institute for Product Evaluation Technology Patent Microorganism Depositary Center (2-5-8 Kazusa Kamashichi, Kisarazu City, Chiba Prefecture, Japan 292-0818)
Deposit date (Receipt date): April 3, 2007
Accession Number: NITE P-353
The morphological characteristics and physiological characteristics of KFC4HC are as described in the Examples section below.

本発明の第2の局面は、上記第1の局面の微生物群集に含まれるデハロバクター属細菌に関する。即ち、この局面は、PCB及びダイオキシン類に対する脱塩素化能を有する微生物として微生物群集中に見出された新種デハロバクター属細菌(FTH1及びFTH2)を提供する。ここで、本発明の第1の局面が提供する微生物群集を特徴づける上記の各特性は、当該新種デハロバクター属細菌によってもたらされるものであるから、当該新種デハロバクター属細菌自体、上記の各特性によって特徴づけられることになる。尚、当該新種デハロバクター属細菌は、本発明の微生物群集より単離することができる。単離法としては限界希釈培養法または寒天混釈培養法などを採用することができる。   The second aspect of the present invention relates to a bacterium belonging to the genus Dehalobacter included in the microbial community of the first aspect. That is, this aspect provides new species of the genus Dehalobacter (FTH1 and FTH2) found in the microbial community as microorganisms having dechlorination ability for PCBs and dioxins. Here, since each of the above characteristics characterizing the microbial community provided by the first aspect of the present invention is caused by the new species of Dehalobacter genus, the new species of Dehalobacter genus itself is characterized by the above properties. Will be attached. The new genus Dehalobacter bacteria can be isolated from the microbial community of the present invention. As the isolation method, a limiting dilution culture method or an agar mixed culture method can be employed.

本発明の第3の局面は本発明の微生物群集の取得法を提供する。本発明の取得法は、フサライド及び乳酸の存在下で水田の中粗粒強グライ土を集積培養するステップを含むことを特徴とする。以下、当該ステップを詳細に説明する。
本発明の取得法では、試料として水田の中粗粒強グライ土を使用する。中粗粒強グライ土は例えば水田の土壌表層20〜40cmから採取することができる。使用直前まで、採取後の土壌を10〜25℃の温度条件下で保存することが好ましい。
採取した土壌は集積培養に供される。集積培養とは、活性の認められた培養物の一部を植え継ぎ培養するというステップを繰り返す(即ち連続継代培養する)ことによって目的の微生物を純化(濃縮)する培養法である。本発明における集積培養はフサライド及び乳酸の存在下で実施される。フサライド及び乳酸の添加量は特に限定されない。フサライドの添加量は、培養物1Lに対して例えば10〜600μM、好ましくは100〜400μMである。一方、乳酸の添加量は、培養物1Lに対して例えば10mM〜30mM、好ましくは20mMである。尚、全培養過程を通してフサライド及び乳酸の添加量が一定である必要はない。例えば、継代数の増加に伴って添加量が増大するようにしたり、逆に添加量が減少するようにしたりすることにしてもよい。以下、集積培養をステップ毎に説明する。まず、水田の中粗粒強グライ土の懸濁液にフサライド及び乳酸を添加し、培養する(ステップ(1))。懸濁液の調製には蒸留水を用いることが好ましい。培養温度は例えば15℃〜30℃、好ましくは約25℃である。また、培養期間は概ね10日〜3ヶ月であるが、フサライドの脱塩素化が進行し、培養液中のフサライドの量が添加時の20%以下、好ましくは5%以下になったことを確認した後、植え継ぐことにするとよい。
次に、フサライド及び乳酸を含有する栄養培地を用いて継代培養する(ステップ(2))。即ち、培養物の一部を植え継ぎ、さらに培養する。植え継ぎに使用する培養物の量は例えば全培養物の1〜20%(v/v)、好ましくは全培養物の3〜10%(v/v)とする。栄養培地の組成は特に限定されるものではない。好適な栄養培地の一つ(FTH培地)が実施例の欄に示される。尚、培養温度、培養期間についてはステップ(1)の場合に準ずる。継代培養の回数は特に限定されず、例えば1回〜30回である。尚、脱塩素化の能力や総菌数、顕微鏡で観察される形態、PCR-DGGEバンドパターン及びたとえばメタン生成などの脱塩素化以外の代謝活性が無いかを確認する等より集積度を予想し、十分な集積が認められるまで継代培養を繰り返すことが好ましい。
更なる集積のために、ステップ(2)の後に、フサライドを含有する栄養培地を用い且つ水素及び二酸化炭素が培地中に供給される条件下で継代培養する(ステップ(3))ことにしてもよい。例えば、培養容器の気相中に水素及び二酸化炭素が十分な量含まれるようにすれば、水素及び二酸化炭素を培地中に供給することができる。ここでの「十分な量」とは、水素については例えば30%〜90%、好ましくは60%〜90%であり、二酸化炭素については例えば5%〜40%、好ましくは10%〜30%である。好適な気相の一例として水素が80%で二酸化炭素が20%の気相を挙げることができる。ここでの継代培養における他の条件(温度、培養期間など)はステップ(2)に準ずる。
本発明の一態様では、ステップ(2)に代えてステップ(3)を実施する。このように、フサライド及び乳酸の存在下での継代培養を省略することにしてもよい。
The third aspect of the present invention provides a method for obtaining a microbial community of the present invention. The acquisition method of the present invention is characterized in that it comprises the step of accumulating and cultivating medium coarse-grained strong clay soil in the presence of fusalide and lactic acid. Hereinafter, this step will be described in detail.
In the acquisition method of the present invention, medium coarse-grained strong clay soil is used as a sample. The medium coarse-grained strong clay soil can be collected from, for example, 20 to 40 cm of the soil surface of the paddy field. It is preferable to store the soil after collection under a temperature condition of 10 to 25 ° C. until just before use.
The collected soil is subjected to enrichment culture. The enrichment culture is a culture method in which a target microorganism is purified (concentrated) by repeating a step of planting and culturing a part of a culture in which activity is recognized (that is, continuous subculture). The enrichment culture in the present invention is carried out in the presence of fusalide and lactic acid. The addition amount of a fusalide and lactic acid is not specifically limited. The amount of fusaride added is, for example, 10 to 600 μM, preferably 100 to 400 μM, with respect to 1 L of the culture. On the other hand, the addition amount of lactic acid is, for example, 10 mM to 30 mM, preferably 20 mM with respect to 1 L of the culture. It should be noted that the amount of fusaride and lactic acid need not be constant throughout the entire culture process. For example, the addition amount may increase as the number of passages increases, or conversely, the addition amount may decrease. Hereinafter, accumulation culture is demonstrated for every step. First, fusalide and lactic acid are added to a medium coarse-grained strong clay suspension and cultivated (step (1)). It is preferable to use distilled water for the preparation of the suspension. The culture temperature is, for example, 15 ° C to 30 ° C, preferably about 25 ° C. In addition, the culture period is approximately 10 days to 3 months, but it has been confirmed that the dechlorination of fusalides has progressed and the amount of fusalides in the culture solution has been reduced to 20% or less, preferably 5% or less. After that, it is a good idea to continue planting.
Next, subculture is performed using a nutrient medium containing fusalide and lactic acid (step (2)). That is, a part of the culture is transplanted and further cultured. The amount of culture used for transplanting is, for example, 1-20% (v / v) of the total culture, preferably 3-10% (v / v) of the total culture. The composition of the nutrient medium is not particularly limited. One suitable nutrient medium (FTH medium) is shown in the Examples column. The culture temperature and the culture period are the same as in step (1). The number of subcultures is not particularly limited, and is, for example, 1 to 30 times. In addition, the degree of accumulation is predicted by confirming the ability of dechlorination, the total number of bacteria, the form observed under the microscope, the PCR-DGGE band pattern and metabolic activity other than dechlorination such as methanogenesis. It is preferable to repeat the subculture until sufficient accumulation is observed.
For further accumulation, after step (2), subculture is performed using a nutrient medium containing fusalide and under conditions where hydrogen and carbon dioxide are supplied into the medium (step (3)). Also good. For example, if a sufficient amount of hydrogen and carbon dioxide is contained in the gas phase of the culture vessel, hydrogen and carbon dioxide can be supplied into the medium. The “sufficient amount” here is, for example, 30% to 90%, preferably 60% to 90% for hydrogen, and 5% to 40%, preferably 10% to 30%, for carbon dioxide. is there. An example of a suitable gas phase is a gas phase with 80% hydrogen and 20% carbon dioxide. Other conditions (temperature, culture period, etc.) in the subculture here are in accordance with step (2).
In one embodiment of the present invention, step (3) is performed instead of step (2). Thus, subculture in the presence of fusalide and lactic acid may be omitted.

本発明の第4の局面は本発明の微生物群集及びデハロバクター属細菌(以下、これら二つをまとめて「本発明の微生物等」という)の用途に関する。具体的には、本発明の微生物等を利用した浄化方法が提供される。本発明の浄化方法では本発明の微生物等を浄化対象(多塩素化ビフェニル及び/又はダイオキシン類を含む汚染物)に作用させることによって、浄化対象に含有される多塩素化ビフェニル及び/又はダイオキシン類を脱塩素化する。浄化対象は、多塩素化ビフェニル又はダイオキシン類を含む限り特に限定されない。浄化対象の典型例として、工業廃液、工業廃水、工業廃棄物及び汚染土壌を挙げることができる。本発明の微生物等を作用させるための方法(適用法)としては、汚染対象の形態に合わせて添加、散布、混合などを採用すればよい。適用量は任意に設定可能である。予備実験を通じて浄化対象に適した適用量を設定することができる。支持体に固定化乃至担持させた状態で本発明の微生物等を適用することにしてもよい。
本発明の微生物等と、PCB又はダイオキシン類を脱塩素化する他の微生物群集又は微生物を併用することにしてもよい。即ち、本発明の微生物等に、他の微生物等を組み合わせてPCB又はダイオキシン類を脱塩素化することにしてもよい。このような使用形態によれば、脱塩素化率の向上、脱塩素化される化合物の種類の拡大などが可能である。
The fourth aspect of the present invention relates to the use of the microbial community of the present invention and the Dehalobacter genus bacteria (hereinafter, these two are collectively referred to as “microorganisms of the present invention”). Specifically, a purification method using the microorganism of the present invention is provided. In the purification method of the present invention, the polychlorinated biphenyl and / or dioxins contained in the purification target are obtained by allowing the microorganisms of the present invention to act on the purification target (contaminant containing polychlorinated biphenyl and / or dioxins). Is dechlorinated. The purification target is not particularly limited as long as it contains polychlorinated biphenyls or dioxins. Typical examples of the purification target include industrial liquid waste, industrial waste water, industrial waste, and contaminated soil. As a method (application method) for causing the microorganisms or the like of the present invention to act, addition, spraying, mixing, etc. may be employed according to the form of the contamination target. The application amount can be arbitrarily set. An application amount suitable for the purification target can be set through a preliminary experiment. You may decide to apply the microorganisms of this invention, etc. in the state fix | immobilized thru | or supported by the support body.
You may decide to use together the microorganisms etc. of this invention, and other microorganism communities or microorganisms which dechlorinate PCB or dioxins. That is, PCBs or dioxins may be dechlorinated by combining the microorganisms of the present invention with other microorganisms. According to such a usage pattern, it is possible to improve the dechlorination rate, expand the types of compounds to be dechlorinated, and the like.

ところで、後述の実施例に示す通り、本発明者らの検討の結果、多塩素化ビフェニルを1塩化物まで脱塩素化するデハロバクター属細菌が見出された。換言すれば、多塩素化ビフェニルを1塩化物まで脱塩素化することにデハロバクター属細菌が有用であることが明らかにされた。この知見はこれまでの報告からは予想できないものでありその意義及び価値は極めて大きい。本発明の更なる局面は当該知見に基づき以下の脱塩素化法、即ち、デハロバクター属細菌を作用させることを特徴とする、多塩素化ビフェニルを1塩素化物まで脱塩素化する方法を提供する。ここでの多塩素化ビフェニルは好ましくは2,3,4,5-テトラクロロビフェニル又は2,3,4-トリクロロビフェニルである。この場合、1塩化物として例えば2-モノクロロビフェニルや4-モノクロロビフェニルが生ずることになる。尚、デハロバクター属細菌としては、本発明のデハロバクター属細菌を好適に用いることができる。また、本発明の微生物群集を用い、当該微生物群集に含まれるデハロバクター属細菌が作用するようにしてもよい。   By the way, as shown in the below-mentioned Example, as a result of examination by the present inventors, a dehalobacter genus bacterium that dechlorinates polychlorinated biphenyl to monochloride was found. In other words, it has been clarified that Dehalobacter bacteria are useful for dechlorinating polychlorinated biphenyl to monochloride. This finding cannot be predicted from previous reports, and its significance and value are extremely large. A further aspect of the present invention provides the following dechlorination method based on the above findings, that is, a method for dechlorinating polychlorinated biphenyl to monochlorinated product, which is characterized by allowing a Dehalobacter bacterium to act. The polychlorinated biphenyl here is preferably 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl or 2,3,4-trichlorobiphenyl. In this case, for example, 2-monochlorobiphenyl or 4-monochlorobiphenyl is produced as the monochloride. In addition, the dehalobacter genus bacteria of this invention can be used suitably as a dehalobacter genus bacteria. Moreover, you may make it the dehalobacter genus bacteria contained in the said microbial community act using the microbial community of this invention.

PCBのモデル化合物として4,5,6,7-テトラクロロフタリド(フサライド)を採用することにし、以下の方法によってPCB脱塩素化微生物群集の獲得を試みた。また、得られた微生物群集について微生物学的特性評価を行い、PCB脱塩素可能を確認することにした。   We decided to adopt 4,5,6,7-tetrachlorophthalide (fusalide) as a model compound of PCB, and tried to acquire PCB dechlorinated microbial community by the following method. In addition, microbiological characteristics of the obtained microbial community were evaluated to confirm that PCB dechlorination was possible.

1.試料と方法
(1)塩素化合物
フサライドは、(株)和光純薬(大阪)から購入した。4,5,6-トリクロロフタリド、4,5,6-トリクロロフタリド、4,7-ジクロロフタリド、4,6-ジクロロフタリドおよび4-モノクロロフタリドは、株式会社クレハ(東京)より譲渡を受けた。以下に示すPCBは、AccuStandard Inc.(ニューヘーブン、コネチカット州、米国)より購入した。2,3,4,5-テトラクロロビフェニル(2,3,4,5-TeCB); 2,3,4-トリクロロビフェニル(2,3,4-TriCB); 2,3-ジクロロビフェニル(2,3-DiCB); 2,4-ジクロロビフェニル(2,4-DiCB); 2,5-ジクロロビフェニル(2,5-DiCB); 3,5-ジクロロビフェニル(3,5-DiCB); 2-モノクロロビフェニル(2-MCB); 3-モノクロロビフェニル(3-MCB)及び4-モノクロロビフェニル(4-MCB)。
1. Sample and Method (1) Chlorine Compound Fusaride was purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. (Osaka). 4,5,6-trichlorophthalide, 4,5,6-trichlorophthalide, 4,7-dichlorophthalide, 4,6-dichlorophthalide and 4-monochlorophthalide are from Kureha Corporation (Tokyo) Received transfer. The following PCBs were purchased from AccuStandard Inc. (New Haven, Connecticut, USA). 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl (2,3,4,5-TeCB); 2,3,4-trichlorobiphenyl (2,3,4-TriCB); 2,3-dichlorobiphenyl (2, 3-DiCB); 2,4-dichlorobiphenyl (2,4-DiCB); 2,5-dichlorobiphenyl (2,5-DiCB); 3,5-dichlorobiphenyl (3,5-DiCB); 2-monochloro Biphenyl (2-MCB); 3-monochlorobiphenyl (3-MCB) and 4-monochlorobiphenyl (4-MCB).

(2)水田試料
水田試料は、愛知県海部郡弥富町の水田における表層30cmから採取した。本土壌に蒸留水を加え、スラリー状化した。このスラリー状土壌を2.0mmのふるいに通し、湛水状態のまま、ビニールバックで密閉し、22℃に保存した。本土壌は、水分含量35%、pH 6.8、全炭素量0.99%、全窒素量0.03%であり、電気伝導度は4.8 mS/mを示した。このほかの土壌の理化学的性質を表1に示す。
(2) Paddy field samples Paddy field samples were collected from a surface layer of 30 cm in a paddy field in Yatomi Town, Abe Prefecture. Distilled water was added to the soil to make a slurry. This slurry-like soil was passed through a 2.0 mm sieve, sealed in a plastic bag in a flooded state, and stored at 22 ° C. This soil had a water content of 35%, pH 6.8, total carbon content 0.99%, total nitrogen content 0.03%, and electric conductivity was 4.8 mS / m. Table 1 shows the other physicochemical properties of the soil.

(3)フサライド脱塩素化微生物群集の集積
200μlの5mMフサライド(アセトンに溶解)を、乾熱殺菌したガラス瓶(60ml容量)に添加し、密閉した後、真空吸引によってアセトンを取除いた。一旦、ここへ、上記の水田土壌10g[湿重量]を添加し、10mlの1mg L-1レサズリンを含む蒸留水で満たした。本土壌懸濁液を1N塩酸でpH 7.0に調製後、さらに15分間窒素爆気を行った。このガラス瓶をフッ素樹脂コートしたブチル栓で密閉し、20mM乳酸、蟻酸、酢酸または酪酸をそれぞれ添加した後、30℃で培養を開始した。1ヶ月の培養の後、フサライドの脱塩素化が確認された培養物について、500μlの培養物を、新たに10mlの各有機酸を添加したFTH培地(表2)に植え継ぎ、培養した。脱塩素化を確認した培養物について、5%(v/v)を更に植え継ぎ、10〜15日間培養する連続継代培養を行った。このうち、脱塩素化活性を維持した乳酸添加培養物(以下、「KLF培養物」とする)については、フサライドおよびPCBの脱塩素化経路を特定する目的で600mlガラス瓶に、1000mlスケールで培養を行った。また、KLF培養物においては、20mM ピルビン酸、20mM 酢酸、100% 水素(気相)および10mM 酢酸、または80% 水素(気相)および20%二酸化炭素(気相)を添加した培養を行った。また、この他に、電子受容体や代謝阻害剤の影響を評価する実験を行った。
(3) Accumulation of fusaride dechlorinated microbial communities
200 μl of 5 mM fusalide (dissolved in acetone) was added to a dry heat sterilized glass bottle (60 ml capacity), sealed, and then acetone was removed by vacuum suction. Once, 10 g [wet weight] of the above paddy soil was added thereto and filled with 10 ml of distilled water containing 1 mg L-1 resazurin. The soil suspension was adjusted to pH 7.0 with 1N hydrochloric acid and then subjected to nitrogen explosion for 15 minutes. The glass bottle was sealed with a fluororesin-coated butyl stopper, 20 mM lactic acid, formic acid, acetic acid, or butyric acid was added, and culture was started at 30 ° C. After culture for 1 month, about the culture in which dechlorination of fusaride was confirmed, 500 μl of the culture was transferred to FTH medium (Table 2) to which 10 ml of each organic acid was newly added and cultured. About the culture which confirmed dechlorination, 5% (v / v) was further transplanted, and the continuous subculture which culture | cultivates for 10 to 15 days was performed. Among these, lactic acid-added cultures that maintained dechlorination activity (hereinafter referred to as “KLF cultures”) were cultured in 600 ml glass bottles on a 1000 ml scale for the purpose of identifying the dechlorination pathway of fusalides and PCBs. went. KLF cultures were cultured with 20 mM pyruvic acid, 20 mM acetic acid, 100% hydrogen (gas phase) and 10 mM acetic acid, or 80% hydrogen (gas phase) and 20% carbon dioxide (gas phase). . In addition, experiments were conducted to evaluate the effects of electron acceptors and metabolic inhibitors.

(4)分析方法
フサライド、PCBs、およびその代謝産物の同定および定量は、ガスクロマトグラフ質量分析計GC-MS(SHIMADZU GCMS-OP5050。以下「GC-MS」とする)を用いて行った。
培養終了後のサンプルから1mLを採取し、1 mlのアセトニトリルを添加し、1分間撹拌・混合し、1 mLの酢酸エチルを加え、再び1分間混合した。5分間ほど静置した後、有機溶媒層を回収し、ここへ少量の無水硫酸ナトリウムを加え、脱水した。このうち、2μLをGC-MS分析に用いた。GC-MSは、J&W社製DB−5MS(長さ30 m×内径0.25 mm×film 0.25 mm)カラムを用い、気化室温度320℃、インターフェイス温度280℃、以下の昇温プログラムで分析した:140℃ (0.25min)、140℃〜320℃(10℃・min-1)、320℃(3min)。の条件で行った。代謝産物の同定は、m/z 50-400の範囲における全スキャンモードの結果を、標準試料の滞留時間とマススペクトルと比較して行った。フサライドおよびフサライドの代謝産物の定量は、m/z 104、139、173、207、および243を検出するSIMモード、PCBの代謝産物の定量は、m/z 154、188、222、222、256、および290を検出するSIMモードで行った。
有機酸の分析には、高速液体クロマトグラフィー(以下、「HPLC」とする。SHIMADZU SPD−10Aを使用)およびODSカラム(L-column、CERI)を使用した。培養終了後のサンプルから、シリンジを用いて1 ml採取し、これを0.2μmフィルターろ過(Millipore、Bedford、MA)し、20μlをHPLCに注入し、流速1 ml・min-1、カラム温度40℃、UV270 nmの吸光度で検出した。移動相には、アセトニトリル・水・酢酸(0.1:10:89.9)混液を用いた。
気相ガス分析は、ガスクロマトグラフィー(GC-14B、Shimadzu)および付属の熱伝導度検出器(TCD)により行った。水素およびメタンの分離には、Molecular sieve 5A(GL-Science、東京、日本)、二酸化炭素の分離には、活性炭素(GL-Science、東京、日本)を充填したステンレスカラムを用いた。分析は、カラム温度80℃、気化室および検出器温度100℃下で行った。水素およびメタンの検出時には、30 ml・min-1の窒素ガス、二酸化炭素の検出時には、30 ml・min-1のヘリウムガスをキャリアーガスとして用いた。
(4) Analysis method Identification and quantification of fusalides, PCBs, and metabolites thereof were performed using a gas chromatograph mass spectrometer GC-MS (SHIMADZU GCMS-OP5050, hereinafter referred to as “GC-MS”).
1 mL was collected from the sample after completion of the culture, 1 ml of acetonitrile was added, and the mixture was stirred and mixed for 1 minute, 1 mL of ethyl acetate was added, and the mixture was mixed again for 1 minute. After allowing to stand for about 5 minutes, the organic solvent layer was recovered, and a small amount of anhydrous sodium sulfate was added thereto for dehydration. Of this, 2 μL was used for GC-MS analysis. GC-MS was analyzed using J & W DB-5MS (length 30 m x inner diameter 0.25 mm x film 0.25 mm) column with a vaporization chamber temperature of 320 ° C, an interface temperature of 280 ° C, and the following heating program: 140 ℃ (0.25min), 140 ℃ ~ 320 ℃ (10 ℃ ・ min −1 ), 320 ℃ (3min). It went on condition of. Metabolite identification was performed by comparing the results of all scan modes in the m / z 50-400 range with the residence time and mass spectrum of the standard sample. Quantification of fusaride and fusaride metabolites is in SIM mode detecting m / z 104, 139, 173, 207, and 243; PCB metabolite quantification is m / z 154, 188, 222, 222, 256, And in SIM mode to detect 290.
For the analysis of organic acids, high performance liquid chromatography (hereinafter referred to as “HPLC”; SHIMADZU SPD-10A was used) and ODS column (L-column, CERI) were used. From the sample after completion of the culture, 1 ml is collected using a syringe, filtered through a 0.2 μm filter (Millipore, Bedford, MA), 20 μl is injected into the HPLC, the flow rate is 1 ml · min −1 , and the column temperature is 40 ° C. , And detected by absorbance at UV 270 nm. As the mobile phase, a mixture of acetonitrile, water and acetic acid (0.1: 10: 89.9) was used.
Gas phase gas analysis was performed by gas chromatography (GC-14B, Shimadzu) and attached thermal conductivity detector (TCD). A stainless steel column packed with Molecular sieve 5A (GL-Science, Tokyo, Japan) was used for separation of hydrogen and methane, and activated carbon (GL-Science, Tokyo, Japan) was used for separation of carbon dioxide. The analysis was performed at a column temperature of 80 ° C., a vaporization chamber and detector temperature of 100 ° C. When detecting hydrogen and methane, 30 ml · min −1 nitrogen gas was used as the carrier gas, and when detecting carbon dioxide, 30 ml · min −1 helium gas was used as the carrier gas.

(5)総菌数計測
集積培養物から1 mlを採取し、10 mlの0.2μmフィルター滅菌したリン酸緩衝液(130mM NaCl, 10mM sodium phosphate buffer, 1mM EDTA, pH 7.0)に懸濁して攪拌した後、段階希釈を行った。適当な段階の希釈液(103希釈)について、メンブレンブラックフィルター(MILLIPORE)上に吸引ろ過した。ろ過後、乾燥したメンブレンをスライドガラスに広げ、5μl程度のProLong(登録商標) Gold Antifade Reagent with DAPI Special Packaging(Molecular Probes、ユージン、オレゴン州、米国)を滴下し、カバーバラスを被せて観察試料とした。観察はオリンパス社製落射型蛍光顕微鏡により行い、観察視野をオリンパス社製CCDカメラ(DP7、オリンパス株式会社、東京、日本)で取り込んだ画像について、画像解析ソフトWINROOF(Flovel)を用いて総菌数を計測した。
(5) Counting the total number of bacteria 1 ml was collected from the enrichment culture, suspended in 10 ml of 0.2 μm filter sterilized phosphate buffer (130 mM NaCl, 10 mM sodium phosphate buffer, 1 mM EDTA, pH 7.0) and stirred. Later, serial dilution was performed. For dilution of appropriate stage (10 3 dilution) and filtered with suction over a membrane black filter (MILLIPORE). After filtration, spread the dried membrane on a glass slide, add approximately 5 μl of ProLong (registered trademark) Gold Antifade Reagent with DAPI Special Packaging (Molecular Probes, Eugene, Oregon, USA), cover the glass with a cover ballast, did. Observation was performed with an epi-illumination fluorescent microscope manufactured by Olympus, and images taken with an Olympus CCD camera (DP7, Olympus, Tokyo, Japan) were counted using image analysis software WINROOF (Flovel). Was measured.

(6)DNA抽出
DNAの抽出には、土壌DNA抽出キットISOIL(株式会社ニッポンジーン、富山市、日本)を用いた。培養終了後、血清瓶をよく振り、培養液を約2 ml採取し、遠心分離(20,630×g、5 min、4℃)し、上清を除いた沈殿物重量約0.5gをDNA抽出に用いた。この沈殿物に、950μlのLysis Solution HEと50μlのLysis Solution 20S を添加し、十分に混和した後に、65℃で1時間保温した。これを遠心分離(12,000×g、1 min、4 ℃)し、上清600μlを新しいチューブに移し、400μlのPurification Solutionを添加し、十分に混合した。ここへ、600μlのクロロホルムを添加し、15秒間撹拌・混和後、遠心分離(12,000×g、10 min、室温)し、水層800μlを新しいチューブに移し、800μlのPrecipitation Solutionを添加して十分に混合し、遠心分離(20,000×g、15 min、4℃)した。上清を捨て、1 mlのWash Solutionを加えて数回混和し、遠心分離(2,000×g、10 min、4℃)した。上清を捨て、1 mlの70%エタノールと2μlのEthachinmateを加えて数回混和し、遠心分離(20,000×g、5 min、4℃)した。上清を捨て、風乾した後、沈殿を100μlのTE溶液(10 mM Tris-HCl、1 mM EDTA、pH 8.0)に溶解した。
(6) DNA extraction
Soil DNA extraction kit ISOIL (Nippon Gene, Toyama City, Japan) was used for DNA extraction. After completion of the culture, shake the serum bottle well, collect about 2 ml of the culture solution, centrifuge (20,630 × g, 5 min, 4 ° C), and use about 0.5 g of the precipitate, excluding the supernatant, for DNA extraction. It was. To this precipitate, 950 μl of Lysis Solution HE and 50 μl of Lysis Solution 20S were added, mixed thoroughly, and then incubated at 65 ° C. for 1 hour. This was centrifuged (12,000 × g, 1 min, 4 ° C.), 600 μl of the supernatant was transferred to a new tube, 400 μl of Purification Solution was added and mixed well. Add 600 μl of chloroform, stir and mix for 15 seconds, then centrifuge (12,000 × g, 10 min, room temperature), transfer 800 μl of aqueous layer to a new tube, and add 800 μl of Precipitation Solution. Mix and centrifuge (20,000 × g, 15 min, 4 ° C.). The supernatant was discarded, 1 ml of Wash Solution was added, mixed several times, and centrifuged (2,000 × g, 10 min, 4 ° C.). The supernatant was discarded, 1 ml of 70% ethanol and 2 μl of Ethachinmate were added, mixed several times, and centrifuged (20,000 × g, 5 min, 4 ° C.). After discarding the supernatant and air-drying, the precipitate was dissolved in 100 μl of TE solution (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8.0).

(7)PCR-DGGE(denaturing gradient gel electrophoresis)
およそ50ngの抽出DNAを鋳型に用い、100μl容量のPCR反応を行った。16S rRNA遺伝子の内、E.coli 16S rRNA遺伝子ポジションで341-534の可変領域(Brosius et al. 1978. Complete nucleotide sequence of a 16S ribosomal RNA gene from Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci U S A. 75(10):4801-5 1978)を標的とするプライマーセット、GC357f(5’末端GCクランプ付き)および517r(表3)(Muyzer, G., E. C. de Waal, and A. G. Uitterlinden. 1993. Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA. Appl. Environ. Microbiol. 59:695-700.)を用いた。PCRは、95℃で2分間のホットスタート後、94℃で1分間の熱変性、55℃で1分間のアニーリング、72℃で1.5分間の伸長1サイクルとして35サイクル行った。
*はE.coli 16S rRNA遺伝子ポジション
(7) PCR-DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis)
Approximately 50 ng of extracted DNA was used as a template, and a 100 μl volume PCR reaction was performed. Among the 16S rRNA genes, the 341-534 variable region at the E. coli 16S rRNA gene position (Brosius et al. 1978. Complete nucleotide sequence of a 16S ribosomal RNA gene from Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci US A. 75 (10 ): 4801-5 (1978), GC357f (with 5 'end GC clamp) and 517r (Table 3) (Muyzer, G., EC de Waal, and AG Uitterlinden. 1993. Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA. Appl. Environ. Microbiol. 59: 695-700.). PCR was carried out for 35 cycles of hot start at 95 ° C for 2 minutes, heat denaturation at 94 ° C for 1 minute, annealing at 55 ° C for 1 minute, and extension at 72 ° C for 1.5 minutes.
* E.coli 16S rRNA gene position

DGGEは、既報(Muyzer, G., E. C. de Waal, and A. G. Uitterlinden. 1993. Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA. Appl. Environ. Microbiol. 59:695-700.)に基づき、変性ゲル電気泳動装置(Bio-RAD Dcode)を用いて行った。DGGE用のゲルは0.5×TAE、6%アクリルアミド、および40〜60%変性剤(100%変性剤溶液;7M尿素、40%ホルムアミド)とし、DNA変性剤0%アクリルアミド溶液(表4)およびDNA変性剤80%アクリルアミド溶液(表4)を混合し作製した。電気泳動は0.5×TAE緩衝液(40 mM Tris-base、20 mM 酢酸ナトリウム、2 mM EDTA)、60℃、100 V、泳動時間16時間で行った。SYBR GREEN I(Molecular probe)で染色したゲルを、トランスイルミネーターで(TOYOBO FAS-III mini+ DS-30)照射し、PCR産物を検出した。主要バンドについては、切り出し精製後、サブクローン化し塩基配列を決定した。
DGGE has been reported (Muyzer, G., EC de Waal, and AG Uitterlinden. 1993. Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA. Appl. Environ. Microbiol. 59 : 695-700.) Using a denaturing gel electrophoresis apparatus (Bio-RAD Dcode). The gel for DGGE was 0.5 × TAE, 6% acrylamide, and 40-60% denaturant (100% denaturant solution; 7M urea, 40% formamide), DNA denaturant 0% acrylamide solution (Table 4) and DNA denaturation. An agent 80% acrylamide solution (Table 4) was mixed to prepare. Electrophoresis was performed with 0.5 × TAE buffer (40 mM Tris-base, 20 mM sodium acetate, 2 mM EDTA), 60 ° C., 100 V, and electrophoresis time of 16 hours. The gel stained with SYBR GREEN I (Molecular probe) was irradiated with a transilluminator (TOYOBO FAS-III mini + DS-30) to detect a PCR product. The main band was cut out and purified and then subcloned to determine the base sequence.

(a)主要バンドの精製
切り出したゲルは、蒸留水1 mlを用いてピペッティングにより洗浄し、ゲル断片(0.5 mm角程度)を鋳型DNAとして再度PCRを行った。反応は95℃で2分間のホットスタート後、94℃で1分間熱変性、60℃で1分間のアニーリング、72℃で1.5分間の伸長を1サイクルとして35サイクル行った。得られたPCR産物をDGGEし、バンドの単離を確認した。単離していないバンドは再び切り出し、アニーリング温度やサイクル数を改変し、単離されるまで同じ操作を繰り返した。バンドの単離が確認されたPCR産物はエタノール沈殿後、精製し、4%アガロースゲルを用いて1×TAE緩衝液で電気泳動した。泳動後、ゲルから目的のDNAを切り出し、GENECLEAN II Kit(BIO101)を用いて精製し、塩基配列決定を行った。また、単離できなかったバンドについては、サブクローン化し塩基配列決定を行った。
(A) Purification of main band The excised gel was washed by pipetting with 1 ml of distilled water, and PCR was performed again using the gel fragment (about 0.5 mm square) as template DNA. The reaction was carried out for 35 cycles with a hot start at 95 ° C for 2 minutes, heat denaturation at 94 ° C for 1 minute, annealing at 60 ° C for 1 minute, and extension at 72 ° C for 1.5 minutes. The obtained PCR product was DGGE to confirm the isolation of the band. The non-isolated band was cut out again, the annealing temperature and the number of cycles were changed, and the same operation was repeated until it was isolated. The PCR product in which band isolation was confirmed was purified after ethanol precipitation, and electrophoresed with 1 × TAE buffer using a 4% agarose gel. After electrophoresis, the target DNA was excised from the gel, purified using GENECLEAN II Kit (BIO101), and the nucleotide sequence was determined. The band that could not be isolated was subcloned and the nucleotide sequence was determined.

(b)サブクローニング
PCR産物のサブクローニングは、pTBlue Perfectly Blunt cloning kit(Novagen)を用い、付随の説明書に従って行った。平滑末端反応(22℃、15分間)の後、ライゲーション(16℃、14〜16時間)を行い、ヒートショックによる形質転換を行った。LBA寒天培地(10 gL-1トリプトン・ペプトン、5 g L-1酵母抽出物、10 g L-1 NaCl、20 g L-1寒天、100 mg L-1アンピシリン)に50 mM IPTGおよび40 mg ml-1 X-galを50 μl塗布した培地に、形質転換した菌液を塗布し、37℃で12〜16時間培養した。培養後、ホワイトコロニーを回収し、TempliphiTM plasmid amplification kit (Amersham Biosciences、サニーベール、カリフォルニア州、米国)を用い、プラスミドを増幅し、その後のシーケンス反応およびPCR反応の鋳型として用いた。
(B) Subcloning
PCR products were subcloned using pTBlue Perfectly Blunt cloning kit (Novagen) according to the accompanying instructions. After blunt end reaction (22 ° C., 15 minutes), ligation (16 ° C., 14-16 hours) was performed, and transformation by heat shock was performed. 50 mM IPTG and 40 mg ml in LBA agar medium (10 gL -1 tryptone / peptone, 5 g L -1 yeast extract, 10 g L -1 NaCl, 20 g L -1 agar, 100 mg L -1 ampicillin) The transformed bacterial solution was applied to a medium coated with 50 μl of −1 X-gal and cultured at 37 ° C. for 12 to 16 hours. After culture, white colonies were collected and the plasmid was amplified using Templiphi plasmid amplification kit (Amersham Biosciences, Sunnyvale, CA, USA) and used as a template for subsequent sequencing and PCR reactions.

(8)16S rRNA遺伝子クローンライブラリーの構築およびRFLP解析
16S rRNA遺伝子クローンライブラリーは、抽出DNAおよそ50 ngを鋳型として用い、細菌を標的としたプライマーセット27fおよび1492r(表5)(Weisburg, W. G., S. M. Barns, D. A. Pelletier, and D. J. Lane. 1991. 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study. J. Bacteriol. 173:697-703.)により増幅したPCR産物をクローン化して構築した。PCRは、95℃で2分間のホットスタート後、94℃で1分間の熱変性、50℃で1分間のアニーリング、72℃で1.5分間の伸長を1サイクルとして30サイクル行った後、72℃で5分間の伸長反応を行った。PCR産物は、上述と同様に、1%アガロース電気泳動により精製後、クローン化した。得られたクローンについては、プラスミドを鋳型にした、PCRを再度行い、このPCR産物について、HaeIII、HhaI及びSspIによる制限酵素消化反応を行った。本消化産物を3%アガロースゲルで泳動し、この泳動パターンから、operational taxonomic units (OTUs)を決定した。
*はE.coli 16S rRNA遺伝子ポジション
(8) Construction of 16S rRNA gene clone library and RFLP analysis
The 16S rRNA gene clone library uses approximately 50 ng of extracted DNA as a template, and primer sets 27f and 1492r (Table 5) targeting bacteria (Weisburg, WG, SM Barns, DA Pelletier, and DJ Lane. 1991. 16S The PCR product amplified by ribosomal DNA amplification for phylogenetic study. J. Bacteriol. 173: 697-703.) was cloned and constructed. PCR was performed at 95 ° C for 2 minutes, followed by 30 cycles of heat denaturation at 94 ° C for 1 minute, annealing at 50 ° C for 1 minute, and extension at 72 ° C for 1.5 minutes. An extension reaction was performed for 5 minutes. The PCR product was purified by 1% agarose electrophoresis and cloned as described above. The obtained clone was subjected to PCR again using a plasmid as a template, and the PCR product was subjected to a restriction enzyme digestion reaction with HaeIII, HhaI and SspI. The digested product was run on a 3% agarose gel, and operational taxonomic units (OTUs) were determined from this migration pattern.
* E.coli 16S rRNA gene position

(9)塩基配列の決定および系統解析
DNA塩基配列の決定は、BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing kit(Applied Biosystems)を用いて行った。シークエンス反応は、96℃で1分間の熱変性の後、96℃で10秒間の熱変性、50℃で5秒間のアニーリング、72℃で4分間の伸長を1サイクルとして25サイクル行った。DGGEバンドクローンのシーケンスプライマーには、pT7ベクターのインサート上流部位および下流部位を標的としたシークエンスプライマーpT7-FおよびpT7-R (表6)を用いてサイクルシークエンス反応を行った。また、27fおよび1492rプライマーで増幅したクローンについては、表7に示したプライマーを用いてサイクルシークエンス反応を行った。シークエンス反応物は、3100-Avant genetic analyzer(Applied Biosystems)で解析した。得られた塩基配列は、遺伝子総合解析プログラム GENETIX ver 7ソフトウェア開発)で編集した。編集した塩基配列について、インターネット上のデータベース(DDBJ:http// www.ddbj.nig.ac.jp/E-mail/homology.html)内にある相同性検索プログラム(BLAST Homology Search)(Altschul, S.F., Gish, W., Miller, W., Myers, E.W. and Lipman, D.J. (1990) "Basic local alignment search tool." J. Mol. Biol. 215:403-410.)を用いた相同性検索を行った。
(9) Determination of base sequence and systematic analysis
The DNA base sequence was determined using BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing kit (Applied Biosystems). The sequencing reaction was performed by heat denaturation at 96 ° C. for 1 minute, followed by 25 cycles of heat denaturation at 96 ° C. for 10 seconds, annealing at 50 ° C. for 5 seconds, and extension at 72 ° C. for 4 minutes. The sequence primer of DGGE band clone was subjected to cycle sequence reaction using sequence primers pT7-F and pT7-R (Table 6) targeting the insert upstream and downstream sites of the pT7 vector. For the clones amplified with the 27f and 1492r primers, a cycle sequence reaction was performed using the primers shown in Table 7. The sequence reaction was analyzed with 3100-Avant genetic analyzer (Applied Biosystems). The obtained base sequence was edited with the GENETIX ver 7 software development program. About the edited nucleotide sequence, the homology search program (BLAST Homology Search) in the database on the Internet (DDBJ: http // www.ddbj.nig.ac.jp/E-mail/homology.html) (Altschul, SF , Gish, W., Miller, W., Myers, EW and Lipman, DJ (1990) "Basic local alignment search tool." J. Mol. Biol. 215: 403-410.) It was.

*はE.coli 16S rRNA遺伝子ポジション * E.coli 16S rRNA gene position

2.結果
(1)フサライド脱塩素化微生物群集
水田土壌に各種有機酸およびフサライドを添加し1ヶ月培養した結果、すべての有機塩素化合物の嫌気的脱塩素化が確認された。このうち、乳酸および蟻酸添加集積物は、10回以上の継代後も脱塩素化活性を維持した(図1)。両培養物について、他の塩素化合物の脱塩素化試験を行った結果、KLF培養物(乳酸添加集積物)のみが、2,3,4,5−テトラクロロビフェニル、2,3,4−トリクロロビフェニルを脱塩素化したことから、以降の実験では、KLF培養物を用いることとした。
2. Results (1) Fusaride dechlorinated microbial community As a result of adding various organic acids and fusarides to paddy soil and culturing for one month, anaerobic dechlorination of all organochlorine compounds was confirmed. Among these, the lactic acid and formic acid-added aggregates maintained the dechlorination activity even after 10 passages (FIG. 1). As a result of dechlorination test of other chlorinated compounds on both cultures, only KLF culture (lactate supplemented with lactate) was found to be 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl, 2,3,4-trichloro. Since biphenyl was dechlorinated, it was decided to use a KLF culture in subsequent experiments.

(2)KLF培養物
KLF培養物について、フサライドの脱塩素化経路を調べた。KLF培養物は、100μMフサライドをおよそ5日間ですべて4−モノクロロフタリドに脱塩素化した。KLF培養物のフサライド脱塩素化の様子を図2に示す。
(2) KLF culture
The KLF culture was examined for the dechlorination pathway of fusaride. All KLF cultures were dechlorinated with 100 μM fusaride to 4-monochlorophthalide in approximately 5 days. The state of desulfurization of the KLF culture is shown in FIG.

(3)KLF培養物におけるフサライド脱塩素化に与える電子供与体の影響
表8に、KLF培養物について、各種電子供与体の添加が与える影響を調べた結果を示す。KLF培養物は、20mM乳酸または水素を添加した場合では、10-5希釈まで脱塩素化活性を維持し、20mM酢酸、ピルビン酸、プロピオン酸または5mM乳酸添加系においては脱塩素化活性を維持しなかった。また、0.01%ペプトンを添加した場合に限って、水素添加系で10-6希釈培養物における脱塩素化活性を示したことから、KLF培養物は、乳酸から産生した水素を電子供与体として用いてフサライドの脱塩素化を行っていることが推察された。
表中の「n.t.」は「not tested(試験せず)」を示す。*:0.01%ペプトン添加条件下でフサライドの脱塩素化を確認した。**:気相におけるガス濃度v/v (%)。
(3) Effect of electron donor on fusalide dechlorination in KLF culture Table 8 shows the results of investigating the influence of various electron donors on the KLF culture. KLF cultures maintain dechlorination activity up to 10 -5 dilution when 20 mM lactic acid or hydrogen is added, and maintain dechlorination activity in 20 mM acetic acid, pyruvate, propionic acid or 5 mM lactic acid addition systems. There wasn't. Also, only when 0.01% peptone was added, the KLF culture used hydrogen produced from lactic acid as an electron donor because it showed dechlorination activity in a 10-6 diluted culture in a hydrogenated system. Thus, it was speculated that dechlorination of fusalide was performed.
“Nt” in the table indicates “not tested”. *: Desulfurization of fusalide was confirmed under the condition of 0.01% peptone addition. **: Gas concentration in the gas phase v / v (%).

(5)KLF培養物におけるフサライド脱塩素化に与える代謝阻害剤の影響
KLF培養物に、50mg L-1のクロラムフェニコール、50mg L-1のバンコマイシン、5mM ブロモエタンスルフォン酸(BES)、または10mMモリブデン酸を添加した場合および80℃で30分間の熱処理を行った場合のフサライド脱塩素化活性を調べ、無処理の培養物に対する阻害傾向の有無を評価した結果、全ての代謝阻害処理がフサライドの脱塩素化を阻害することが示された(表9)。また、10mM硝酸、硫酸および3価鉄を添加した培養を行い、これらの電子受容体のフサライド脱塩素化への影響を評価した結果、硝酸および硫酸添加系では、多少、速度が落ちるもののフサライド脱塩素化が生じたのに対し、鉄添加系ではフサライドの脱塩素化が完全に阻害された(表9)。これより、本微生物群は、10mM以下の硫酸や硝酸存在下ではフサライド脱塩素化能を維持できるが、3価鉄により脱塩素化活性を大きく阻害されることがわかった。
(5) Effects of metabolic inhibitors on fusaride dechlorination in KLF cultures
The KLF culture was performed chloramphenicol 50 mg L -1, vancomycin 50 mg L -1, 5 mM bromo ethanesulfonic acid (BES), or the heat treatment of the case and 80 ° C. for 30 minutes was added 10mM molybdate As a result of examining the fusalide dechlorination activity in each case and evaluating the presence or absence of the inhibition tendency with respect to the untreated culture, it was shown that all the metabolic inhibition treatments inhibit the dechlorination of fusalide (Table 9). In addition, as a result of culturing with addition of 10 mM nitric acid, sulfuric acid, and trivalent iron and evaluating the effect of these electron acceptors on the desulfurization of nitric acid, the nitric acid and sulfuric acid addition system showed a slight decrease in the speed, but the desulfurization of the fusaride was slightly reduced. While chlorination occurred, the dechlorination of fusalide was completely inhibited in the iron addition system (Table 9). From these results, it was found that this microorganism group can maintain the dechlorination ability of fusalide in the presence of 10 mM or less sulfuric acid or nitric acid, but its dechlorination activity is greatly inhibited by trivalent iron.

(6)KLF培養物の16SrRNA遺伝子に基づく微生物群集構造解析
各継代培養過程におけるKLF培養物において、バクテリアに特異的な16SrRNA遺伝子配列を有するプライマーを用いた約150bp程度のPCR-DGGEを行った結果を図3に示す。図3より、KLF培養物における微生物組成は、4代目継代培養までに大きく変化し、その後12代目培養物まで、比較的安定した微生物組成で推移した。このうち10代目培養物をフサライド無添加培養物に2回植え継いだ培養物(図3-F)についてDGGEを行った結果、フサライド添加培養物で主要バンドであった2つのバンドAおよびBが消失したことから(図3)、これら2種の微生物がフサライドの脱塩素化を担っていることが示唆された。このDGGEバンドAは、テトラクロロエチレン(PCE)の脱塩素化細菌として知られるDehalobacter restricus PER-K23株に最類縁で、94.9 %の相同性を示し(Holliger, C., D. Hahn, H. Harmsen, W. Ludwig, W. Schumacher, B. Tindall, F. Vazquez, N. Weiss, and J. A. Zehnder. 1998. Dehalobacter restrictus gen. nov. and sp. nov., a strictly anaerobic bacterium that reductively dechlorinates tetra- and trichloroethene in an anaerobic respiration. Arch. Microbiol., 169:313-321.)、Bは同じくPCE脱塩素化細菌のD. restricus TEA株に最類縁で95.9%の相同性を示した(Wild, A., R. Hermann, and T. Leisinger. 1996. Isolation of an anaerobic bacterium which reductively dechlorinates tetrachloroethene and trichloroethene. Biodegradation 7:507-511)。
フサライド添加および無添加培養物について、各優占微生物の16SrRNA遺伝子ほぼ全長に基づく系統解析を行う目的で、16SrRNA遺伝子のほぼ全長を増幅するプライマーを用いたPCRを行い、16SrRNA遺伝子クローンライブラリーを構築した。フサライド添加および無添加培養物について、各50クローン(計100クローン)を獲得した。各クローンについて、HaeIII、HhaIおよびSspIによる制限酵素断片パターンを比較した結果、計8つのOTUsが得られ、これら8OTUsから各1クローンについて塩基配列解析を行った。KLF培養物のフサライド添加および非添加培養物から得られた8OTUsのうち、OTU1およびOTU2は、Dehalobacter属に属し、5つのOTUsがClostridium属、1つがSedimentbacter属に属した(表10)。このうち、OTU1およびOTU2は、フサライド添加培養物のみに出現し、PCR-DGGEで示されたバンドAおよびBにそれぞれ一致した。これより、OTU1およびOTU2を、KLF培養物においてフサライド脱塩素化を担っている微生物であることが示されたことから、他のクローンと区別する目的で、FTH1およびFTH2と称する。FTH1およびFTH2は、PCE脱塩素化細菌として分離されたDehalobacter restrictus TEA株(Wild, A., R. Hermann, and T. Leisinger. 1996. Isolation of an anaerobic bacterium which reductively dechlorinates tetrachloroethene and trichloroethene. Biodegradation 7:507-511)と最類縁で、それぞれ97.5%および97.3%の相同性を示した。図4に、FTH1およびFTH2シーケンスおよびその類縁シーケンスについて近隣結合法により作成した系統樹を示す。FTH1およびFTH2は、これまでに分離されたDehalobacter属細菌および塩素化合物関連環境より得られた類縁クローン(von Wintzingerode, F., B. Selent, W. Hegemann, and U. B. Gobel. 1999. Phylogenetic analysis of an anaerobic, trichlorobenzene-transforming microbial consortium. Appl. Environ. Microbiol. 65:283-286.、Schlotelburg, C., F. von Wintzingerode, R. Hauck, W. Hegemann, and U. B. Gobell. 2000. Bacteria of an anaerobic 1,2-dichloropropane-dechlorinating mixed culture are phylogenetically related to those of other anaerobic dechlorinating consortia. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 50:1505-1511.、Lowe, M., E. L. Madsen, K. Schindler, C. Smith, S. Emrich, F. Robb, and R. U. Halden. 2002. Geochemistry and microbial diversity of a trichloroethene-contaminated Superfund site undergoing intrinsic in situ reductive dechlorination. FEMS Microbiol. Ecol. 40:123-134.、van Doesburg, W., M. H. A. van Eekert, P. J. M. Middeldorp, M. Balk, G. Schraa, and A. J. M. Stams. 2005. Reductive dechlorination of [β]-hexachlorocyclohexane ([β]-HCH) by a Dehalobacter species in coculture with a Sedimentibacter sp. FEMS Microbiol. Ecol. 54:87_95.; Yan, T., T. M. LaPara, and P. J. Novak 2006. The effect of varying levels of sodium bicarbonate on polychlorinated biphenyl dechlorination in Hudson River sediment cultures. Environ. Microbiol. 8:1288-1298. )とは異なったクラスターを形成したことから、16SrRNA遺伝子相同性からも、少なくとも種レベルで新規な細菌であることが示された。尚、FTH1及びFTH2の16SrRNA遺伝子配列はDDBJ/EMBL/GenBank (http://www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome-j.html)にアクセッション番号AB294742(配列番号1)及びAB294743(配列番号2)で登録した。
(6) Microbial community structure analysis based on 16S rRNA gene of KLF culture In each KLF culture in each subculture process, PCR-DGGE of about 150 bp was performed using a primer having a 16S rRNA gene sequence specific to bacteria. The results are shown in FIG. From FIG. 3, the microbial composition in the KLF culture changed greatly until the 4th subculture, and then changed to a relatively stable microbial composition up to the 12th culture. As a result of performing DGGE on the culture (Fig. 3-F) in which the 10th generation culture was transplanted twice to the culture without addition of fusalide, two bands A and B which were the main bands in the culture with addition of fusalide were found. The disappearance (FIG. 3) suggested that these two microorganisms are responsible for the dechlorination of fusalides. This DGGE band A is closely related to Dehalobacter restricus PER-K23 strain known as a tetrachlorethylene (PCE) dechlorination bacterium and shows 94.9% homology (Holliger, C., D. Hahn, H. Harmsen, W. Ludwig, W. Schumacher, B. Tindall, F. Vazquez, N. Weiss, and JA Zehnder. 1998. Dehalobacter restrictus gen. Nov. And sp. Nov., A strictly anaerobic bacterium that reductively dechlorinates tetra- and trichloroethene in An anaerobic respiration. Arch. Microbiol., 169: 313-321.), B also showed 95.9% homology to the D. restricus TEA strain, also a PCE dechlorinating bacterium (Wild, A., R Hermann, and T. Leisinger. 1996. Isolation of an anaerobic bacterium which reductively dechlorinates tetrachloroethene and trichloroethene. Biodegradation 7: 507-511).
For the purpose of phylogenetic analysis based on the almost full length of 16SrRNA gene of each dominant microorganism in the culture with and without addition of fusalide, PCR using primers that amplify almost the full length of 16SrRNA gene was performed, and a 16SrRNA gene clone library was constructed did. 50 clones (100 clones in total) were obtained for the cultures with and without fusaride. As a result of comparing restriction enzyme fragment patterns by HaeIII, HhaI, and SspI for each clone, a total of 8 OTUs were obtained, and base sequence analysis was performed for each clone from 8OTUs. Of the 8 OTUs obtained from the KLF cultures with and without the addition of fusaride, OTU1 and OTU2 belonged to the genus Dehalobacter, 5 OTUs belonged to the genus Clostridium, and 1 belonged to the genus Sedimentbacter (Table 10). Of these, OTU1 and OTU2 appeared only in the fusalide-added culture, and corresponded to bands A and B shown by PCR-DGGE, respectively. Since OTU1 and OTU2 were thus shown to be microorganisms responsible for fusalide dechlorination in KLF cultures, they are referred to as FTH1 and FTH2 for the purpose of distinguishing them from other clones. FTH1 and FTH2 were isolated as PCE dechlorinated bacteria, Dehalobacter restrictus TEA strain (Wild, A., R. Hermann, and T. Leisinger. 1996. Isolation of an anaerobic bacterium which reductively dechlorinates tetrachloroethene and trichloroethene. Biodegradation 7: 507-511), showing 97.5% and 97.3% homology, respectively. FIG. 4 shows a phylogenetic tree created by the neighborhood joining method for the FTH1 and FTH2 sequences and their related sequences. FTH1 and FTH2 are related clones (von Wintzingerode, F., B. Selent, W. Hegemann, and UB Gobel. 1999. Phylogenetic analysis of anion) obtained from previously isolated bacteria of the genus Dehalobacter and the environment related to chlorinated compounds. anaerobic, trichlorobenzene-transforming microbial consortium. Appl. Environ. Microbiol. 65: 283-286., Schlotelburg, C., F. von Wintzingerode, R. Hauck, W. Hegemann, and UB Gobell. 2000. Bacteria of an anaerobic 1 , 2-dichloropropane-dechlorinating mixed culture are phylogenetically related to those of other anaerobic dechlorinating consortia.Int.J. Syst.Evol.Microbiol. 50: 1505-1511., Lowe, M., EL Madsen, K. Schindler, C. Smith, S. Emrich, F. Robb, and RU Halden. 2002. Geochemistry and microbial diversity of a trichloroethene-contaminated Superfund site undergoing intrinsic in situ reductive dechlorination.FEMS Microbiol. Ecol. 40: 123-134., Van Doesburg, W ., MHA van Eekert, PJM Middeldorp, M. Balk, G. Schraa, and AJM Stams. 2005. Reductive dec hlorination of [β] -hexachlorocyclohexane ([β] -HCH) by a Dehalobacter species in coculture with a Sedimentibacter sp. FEMS Microbiol. Ecol. 54: 87_95 .; Yan, T., TM LaPara, and PJ Novak 2006. The effect of varying levels of sodium bicarbonate on polychlorinated biphenyl dechlorination in Hudson River sediment cultures.Environ. Microbiol. 8: 1288-1298.), a new cluster at least at the species level, even from 16S rRNA gene homology. It was shown to be a new bacterium. The 16S rRNA gene sequences of FTH1 and FTH2 are accession numbers AB294742 (SEQ ID NO: 1) and AB294743 (SEQ ID NO: 1) in DDBJ / EMBL / GenBank (http://www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome-j.html). Registered with number 2).

(7)KLF培養物におけるPCBsおよびPCDDsの脱塩素化能の評価
KLF培養物について、気相を80%水素および20%二酸化炭素に置換し、KLF12代目培養物5%容量を接種源として添加した条件で、2,3,4-triCB、2,3,4,5-teCB、1,2,3-triCDDまたは1,2,3,4-teCDDの脱塩素化能を評価した。各培養物の培養液中における塩素化合物濃度の推移を図5に示す。2,3,4-triCB、2,3,4,5-teCB、および1,2,3-triCDD添加培養物において、時間の経過とともに、添加塩素化合物の減少および、これに伴った脱塩素化産物の産生を確認した(図5A、B、C)。一方、1,2,3,4-TeCD添加培養物では、このような脱塩素化を示唆する変化が観察されなかった(図5D)。これより、KLF培養物は、2,3,4-TriCB、2,3,4,5-TeCB、および1,2,3-TriCDDの脱塩素化能を有することが示された。
図5に示すように、PCB添加KLF培養物において、添加したPCBに対して産生される脱塩素化産物量が非常に小さいことから、脱塩素化産物が気相中に気化していることが予想された。そこで、気相中のガス20μlをGC-MS分析したところ、1-2塩素化ビフェニルを中心にPCBが気化していることが観察された。
(7) Evaluation of dechlorination ability of PCBs and PCDDs in KLF culture
For KLF culture, the gas phase was replaced with 80% hydrogen and 20% carbon dioxide, and 53,4 volume of KLF 12th culture was added as inoculum, 2,3,4-triCB, 2,3,4, The dechlorination ability of 5-teCB, 1,2,3-triCDD or 1,2,3,4-teCDD was evaluated. The transition of the chlorine compound concentration in the culture solution of each culture is shown in FIG. In cultures supplemented with 2,3,4-triCB, 2,3,4,5-teCB, and 1,2,3-triCDD, the decrease in added chlorine compounds and the accompanying dechlorination over time Product production was confirmed (FIGS. 5A, B, C). On the other hand, such changes suggesting dechlorination were not observed in the 1,2,3,4-TeCD-added culture (FIG. 5D). From this, it was shown that the KLF culture has the ability to dechlorinate 2,3,4-TriCB, 2,3,4,5-TeCB, and 1,2,3-TriCDD.
As shown in FIG. 5, in the PCB-added KLF culture, the amount of dechlorinated product produced with respect to the added PCB is very small, so that the dechlorinated product is vaporized in the gas phase. Expected. Therefore, when 20 μl of gas in the gas phase was analyzed by GC-MS, it was observed that PCB was vaporized mainly in 1-2 chlorinated biphenyl.

図6に、KLF培養物の培養0日目および60日目の気相中および培養液中に存在するPCBsまたはPCDDsの総量を示す。この図における0日目の総量は、0日目に培養液中に検出した各添加PCBおよびPCDD量および、これをもとに60日目に検出結果における添加化合物の液相/気相の存在比率から推算した気相存在量を合計したものである。PCDD培養物では、培養液中への溶け出しによってPCDDが増加し、PCB培養物では、若干、PCBが気化により消失していることが示唆されたものの、およそ同等のPCBまたはPCDD量が得られていることから、KLF培養物において、2,3,4-TriCB、2,3,4,5-TeCBおよび1,2,3-TriCDDは脱塩素化により減少し、1,2,3,4-TeCDDは脱塩素化されないことが示された。   FIG. 6 shows the total amount of PCBs or PCDDs present in the gas phase and culture medium on day 0 and day 60 of the KLF culture. The total amount on day 0 in this figure is the amount of each added PCB and PCDD detected in the culture medium on day 0 and the presence of the liquid phase / gas phase of the added compound in the detection results on day 60 It is the total of gas phase abundance estimated from the ratio. In PCDD cultures, the amount of PCBD increased by dissolution into the culture medium, and in PCB cultures, it was suggested that PCBs disappeared slightly due to vaporization, but approximately the same amount of PCB or PCDD was obtained. Therefore, in KLF cultures, 2,3,4-TriCB, 2,3,4,5-TeCB and 1,2,3-TriCDD are reduced by dechlorination and 1,2,3,4 -TeCDD was shown not to be dechlorinated.

(8)KLF培養物によるフサライド、PCBsおよびPCDDsの脱塩素化経路
KLF培養物によるフサライド(A)、2,3,4-triCB(B)、2,3,4,5-teCB(C)、および1,2,3-triCDD(D)脱塩素化により産生した脱塩素化産物から、これらの化合物の脱塩素化経路を推定した(図7)。
(8) Dechlorination pathway of fusarides, PCBs and PCDDs by KLF culture
Produced by dechlorination of fusaride (A), 2,3,4-triCB (B), 2,3,4,5-teCB (C), and 1,2,3-triCDD (D) by KLF culture The dechlorination pathway of these compounds was estimated from the dechlorination product (FIG. 7).

(9)KLF培養物の集積
KLF培養物の一部を連続継代培養に供した。まず、KLF培養物5%(v/v)を、ペプトン0.01%(w/v)を添加したFTH培地に植え継ぎ培養した。気相条件は80%水素、20%二酸化炭素とし、培養温度は30℃とした。14日間の培養後、培養物の5%を更に植え継ぎ、培養した。この操作を繰り返し、集積度を高めた。FTH1及びFTH2を含むこと及び脱塩素化活性が認められることを確認した後、最終的に得られた培養物(KFC4HC)を以下の通り所定の寄託機関に寄託した。
寄託機関:独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センター(〒292-0818 日本国千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8)
寄託日(受領日):2007年4月3日
受託番号:NITE P−353
(9) Accumulation of KLF culture
A portion of the KLF culture was subjected to continuous subculture. First, 5% (v / v) KLF culture was subcultured and cultured in FTH medium supplemented with 0.01% (w / v) peptone. The gas phase conditions were 80% hydrogen and 20% carbon dioxide, and the culture temperature was 30 ° C. After 14 days of culture, an additional 5% of the culture was inoculated and cultured. This operation was repeated to increase the degree of integration. After confirming that FTH1 and FTH2 were contained and that dechlorination activity was observed, the finally obtained culture (KFC4HC) was deposited at a predetermined depository as follows.
Depositary institution: National Institute for Product Evaluation Technology Patent Microorganism Depositary Center (2-5-8 Kazusa Kamashichi, Kisarazu City, Chiba Prefecture, Japan 292-0818)
Deposit date (Receipt date): April 3, 2007
Accession Number: NITE P-353

KFC4HCは計3種の優占微生物種を含む混合微生物である。2種(FTH1、FTH2)については、デハロバクター属の種レベルで新規な微生物である。当該2種の微生物種がフサライドを脱塩素化する。当該2種の微生物種が生存しているかを確認するには、植え継いだ培養物でフサライドの脱塩素化が生じるか観察すればよい。また、PCR-DGGEを行い、図9と同様のバンドパターンが得られた場合、当該2種の微生物種を含め、KFC4HCを構成する各微生物種が維持されていることを確認できる。尚、KFC4HCのその他の特性を以下に示す。
(形態)
桿菌。KFC4HCのDAPI(4’,6-diamino-2-phenylindole)染色像を図8に示す。
(生理学的特徴)
(1)生育しても、目視で培地の濁りを確認できない。
(2)40℃以上で死滅する。
(3)0.5mM以上の硫化水素を添加すると生育しない。
(4)フサライドを電子受容体として生育する。
(PCR-DGGE)
KFC4HCをPCR-DGGEで解析した結果を図9に示す。
KFC4HC is a mixed microorganism containing a total of three dominant microbial species. Two species (FTH1, FTH2) are novel microorganisms at the dehalobacter species level. The two microbial species dechlorinate fusarides. In order to confirm whether or not the two microbial species are alive, it is only necessary to observe whether dechlorination of fusalide occurs in the cultured culture. Moreover, when PCR-DGGE is performed and the same band pattern as FIG. 9 is obtained, it can confirm that each microbial species which comprises KFC4HC is maintained including the said 2 types of microbial species. Other characteristics of KFC4HC are shown below.
(Form)
Neisseria gonorrhoeae. FIG. 8 shows a DFC (4 ′, 6-diamino-2-phenylindole) stained image of KFC4HC.
(Physiological features)
(1) Even after growing, the turbidity of the medium cannot be confirmed visually.
(2) Died at 40 ° C or higher.
(3) Does not grow when 0.5mM or more of hydrogen sulfide is added.
(4) Grows fusalide as an electron acceptor.
(PCR-DGGE)
The result of analyzing KFC4HC by PCR-DGGE is shown in FIG.

4.考察
PCBに代わるモデル化合物としてフサライドを用い、フサライドおよびPCBを脱塩素化するKLF集積物を獲得し、KLF培養物が還元鉄添加条件下でもフサライドを脱塩素化することを示した。KLF培養物においてフサライドの脱塩素化を担う微生物は、2種のDehalobacter属細菌FTH1およびFTH2であり、少なくとも種レベルで新規な微生物であった。FTH1およびFTH2は、2,3,4,5-テトラクロロビフェニルおよび2,3,4-トリクロロビフェニルを2-または4-モノクロロビフェニルといった1塩素化物まで脱塩素化できる。
また、KLF培養物を継代培養することによって集積度の非常に高い微生物群集を獲得することに成功した。尚、合計で16ヶ月という比較的短期間の集積にも拘わらずこのような高い集積度が得られたことは特筆に値する。
4). Consideration
Using fusalide as a model compound instead of PCB, we obtained a KLF aggregate that dechlorinates fusalide and PCB, and showed that KLF cultures dechlorinate fusalide even under conditions of reduced iron addition. The microorganisms responsible for dechlorination of fusalides in KLF cultures are the two Dehalobacter bacteria FTH1 and FTH2, which are novel microorganisms at least at the species level. FTH1 and FTH2 can dechlorinate 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl and 2,3,4-trichlorobiphenyl to monochlorinated compounds such as 2- or 4-monochlorobiphenyl.
In addition, we succeeded in obtaining a highly concentrated microbial community by subculturing KLF cultures. It should be noted that such a high degree of accumulation was obtained despite a relatively short period of accumulation of 16 months in total.

本発明の微生物群集及び微生物は単独でPCBを1塩素化物まで脱塩素化することが可能であり、様々なPCB同族体の脱塩素化への適用・応用を期待できる。本発明の微生物群集及び微生物はダイオキシン類に対する脱塩素化活性も有することからダイオキシン汚染環境浄化への応用も期待される。本発明の微生物群集又は微生物を、他のPCB脱塩素化微生物群又は微生物と組み合わせて用い、脱塩素化能を高めることも可能である。   The microbial community and microorganisms of the present invention are capable of dechlorinating PCB alone up to 1 chlorinated product, and can be expected to be applied and applied to the dechlorination of various PCB congeners. Since the microbial community and microorganisms of the present invention also have a dechlorination activity for dioxins, application to purification of dioxin-contaminated environments is also expected. The microbial community or microorganism of the present invention can be used in combination with other PCB dechlorinated microbial groups or microorganisms to enhance the dechlorination ability.

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention described above. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.
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各有機酸添加水田培養物におけるフサライドの脱塩素化。ace: 酢酸添加培養物、for:蟻酸添加培養物、lac:乳酸添加培養物、but: 酪酸添加培養物。Dechlorination of fusaride in each organic acid-added paddy field culture. ace: acetic acid-added culture, for: formic acid-added culture, lac: lactic acid-added culture, but: butyric acid-added culture. KLF培養物におけるフサライドの脱塩素化。並行して行った3連の実験結果の平均値および標準偏差を示している。●:フサライド、▲:4,6,7-トリクロロフタリド、□:4,4-ジクロロフタリド、■:4,5-ジクロロフタリド、○:4-モノクロロフタリドDechlorination of fusarides in KLF cultures. The mean and standard deviation of the results of three experiments performed in parallel are shown. ●: Fusaride, ▲: 4,6,7-trichlorophthalide, □: 4,4-dichlorophthalide, ■: 4,5-dichlorophthalide, ○: 4-monochlorophthalide KLF培養物における微生物群集構造のPCR-DGGE解析結果。各レーン番号は、KLF継代培養物の継代回数を示している。“-F”は、10代目KLF培養物をフサライド無添加培地に2代植え継いだ培養物を示している。バンドAおよびBについては、シーケンス解析を行った。PCR-DGGE analysis results of microbial community structure in KLF culture. Each lane number indicates the number of passages of the KLF subculture. “-F” indicates a culture in which the 10th generation KLF culture was subcultured in the fusalide-free medium for 2 generations. For bands A and B, sequence analysis was performed. フサライド脱塩素化細菌FTH1およびFTH2シーケンスおよびその類縁シーケンスについて近隣結合法により作成した系統樹。*で示したクローンは全て塩素化合物関連環境から獲得されたクローンであり、横に表示した文字は、塩素化合物名を示している。A phylogenetic tree created by the neighbor-joining method for FTH1 and FTH2 sequences and their related sequences. The clones indicated by * are all clones acquired from the environment related to chlorine compounds, and the characters displayed beside them indicate the names of chlorine compounds. KLF培養物による2,3,4-triCB(A)、2,3,4,5-teCB(B)、1,2,3-triCDD(C)および1,2,3,4-teCDD(D)の脱塩素化能。2,3,4-triCB (A), 2,3,4,5-teCB (B), 1,2,3-triCDD (C) and 1,2,3,4-teCDD (D ) Dechlorination ability. KLF培養物の培養0日目および60日目の気相中および培養液中に存在するPCBsまたはPCDDsの総量。Total amount of PCBs or PCDDs present in the gas phase and culture medium at day 0 and day 60 of KLF culture. KLF培養物による各塩素化合物の脱塩素化経路:フサライド(A)、2,3,4-triCB(B)、2,3,4,5-teCB(C)、1,2,3-triCDD(D)。Dechlorination route of each chlorinated compound by KLF culture: Fusaride (A), 2,3,4-triCB (B), 2,3,4,5-teCB (C), 1,2,3-triCDD ( D). 最終的に獲得された微生物群集(KFC4HC)のDAPI(4’,6-diamino-2-phenylindole)染色像。DAPI (4 ', 6-diamino-2-phenylindole) stained image of the finally obtained microbial community (KFC4HC). KFC4HCのPCR-DGGE解析結果。レーンA:KFC4HC(寄託微生物培養物)、レーンB:KLF培養物(KFC4HCの元の培養物)、レーンC:フサライド脱塩素化細菌クローンFTH2、レーンD:フサライド脱塩素化細菌クローンFTH1。レーンAのaで示すバンドはクローンFTH1由来であり、bで示すバンドはクローンFTH2由来である。Results of KFC4HC PCR-DGGE analysis. Lane A: KFC4HC (deposited microorganism culture), Lane B: KLF culture (original culture of KFC4HC), Lane C: Fusaride dechlorinated bacterial clone FTH2, Lane D: Fusaride dechlorinated bacterial clone FTH1. The band indicated by a in lane A is derived from clone FTH1, and the band indicated by b is derived from clone FTH2.

Claims (7)

以下の特性、即ち、
(1)脱塩素化能を有する微生物としてデハロバクター(Dehalobacter)属細菌を含む;
(2)水素を電子供与体として脱塩素化を行う;
(3)酢酸及び二酸化炭素を炭素源として利用できる;
(4)10mM以下の硝酸又は硫酸の存在下でも脱塩素化活性を維持する;
(5)3価鉄により脱塩素化活性が阻害される、
を備え、多塩素化ビフェニル及びダイオキシン類を脱塩素化する微生物群集であって、
脱塩素化能を有する微生物としてデハロバクター属細菌を2種含み、
前記デハロバクター属細菌の片方における16SリボソームRNA遺伝子が配列番号1の塩基配列を有し、他方における16SリボソームRNA遺伝子が配列番号2の塩基配列を有し、
受託番号がNITE P−353である、微生物群集。
The following characteristics:
(1) including bacteria belonging to the genus Dehalobacter as microorganisms having dechlorination ability;
(2) Dechlorination using hydrogen as an electron donor;
(3) Acetic acid and carbon dioxide can be used as a carbon source;
(4) maintain dechlorination activity even in the presence of 10 mM nitric acid or sulfuric acid;
(5) Dechlorination activity is inhibited by trivalent iron.
A microbial community that dechlorinates polychlorinated biphenyls and dioxins,
Contains two dehalobacter bacteria as microorganisms with dechlorination ability,
The 16S ribosomal RNA gene in one of Deharobakuta bacteria has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, 16S ribosomal RNA gene in the other will have a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2,
A microbial community whose accession number is NITE P-353 .
以下の特性、即ち、
(1)水素を電子供与体として脱塩素化を行う;
(2)酢酸及び二酸化炭素を炭素源として利用できる;
(3)10mM以下の硝酸又は硫酸の存在下でも脱塩素化活性を維持する;
(4)3価鉄により脱塩素化活性が阻害される、
を備え、多塩素化ビフェニル及びダイオキシン類を脱塩素化するデハロバクター属細菌であって、
16SリボソームRNA遺伝子が配列番号1又は2の塩基配列を有し、
受託番号がNITE P−353である微生物群集に含まれる
デハロバクター属細菌。
The following characteristics:
(1) Dechlorination using hydrogen as an electron donor;
(2) Acetic acid and carbon dioxide can be used as a carbon source;
(3) maintain dechlorination activity even in the presence of 10 mM nitric acid or sulfuric acid;
(4) Dechlorination activity is inhibited by trivalent iron.
A dehalobacter bacterium that dechlorinates polychlorinated biphenyls and dioxins,
16S ribosomal RNA gene have a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or 2,
Included in the microbial community whose deposit number is NITE P-353 ,
Dehalobacter bacteria.
請求項に記載の微生物群集、又は請求項に記載のデハロバクター属細菌を、多塩素化ビフェニル及び/又はダイオキシン類を含む汚染物に作用させることを特徴とする浄化方法。 Microbial community according to claim 1, or a Deharobakuta bacterium according to claim 2, purification method which comprises causing to act on contaminants including polychlorinated biphenyls and / or dioxins. 前記多塩素化ビフェニルが2,3,4,5-テトラクロロビフェニル又は2,3,4-トリクロロビフェニルであることを特徴とする、請求項に記載の浄化方法。 The purification method according to claim 3 , wherein the polychlorinated biphenyl is 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl or 2,3,4-trichlorobiphenyl. 前記ダイオキシン類が1,2,3-トリクロロジベンゾ-p-ジオキシンであることを特徴とする、請求項又はに記載の浄化方法。 The purification method according to claim 3 or 4 , wherein the dioxins are 1,2,3-trichlorodibenzo-p-dioxin. デハロバクター属細菌を多塩素化ビフェニルに作用させることを特徴とする、多塩素化ビフェニルを1塩素化物まで脱塩素化する方法であって、
前記デハロバクター属細菌が、請求項に記載の微生物群集に含まれるデハロバクター属細菌、又は請求項に記載のデハロバクター属細菌であることを特徴とする方法。
A method for dechlorinating polychlorinated biphenyl to monochlorinated product, characterized by allowing dehalobacter bacteria to act on polychlorinated biphenyl,
Wherein said Deharobakuta bacterium, characterized in that a Deharobakuta bacterium according to Deharobakuta bacterium, or claim 2 included in the microbial community of claim 1.
前記多塩素化ビフェニルが2,3,4,5-テトラクロロビフェニル又は2,3,4-トリクロロビフェニルであり、前記1塩素化物が2-モノクロロビフェニル又は4-モノクロロビフェニルであることを特徴とする、請求項に記載の方法。 The polychlorinated biphenyl is 2,3,4,5-tetrachlorobiphenyl or 2,3,4-trichlorobiphenyl, and the monochlorinated product is 2-monochlorobiphenyl or 4-monochlorobiphenyl. The method according to claim 6 .
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