JP5354490B2 - ジフェニルアルシン酸の分解能を有する新規な微生物 - Google Patents

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Description

本発明は、シノリゾビウム(Sinorhizobium)属に属し、かつジフェニルアルシン酸の分解能を有する微生物に関する。また、本発明は、エンシファー(Ensifer)属に属し、かつジフェニルアルシン酸の分解能を有する微生物に関する。さらに、当該微生物を少なくとも1種類以上用いるジフェニルアルシン酸の分解方法に関する。
2003年3月、茨城県神栖市の飲用井戸水から水質基準の450倍という高濃度のヒ素が検出された。その後の調査により、このヒ素は有機ヒ素化合物の一種で、ジフェニルアルシン酸[(CAsO(OH);構造式を式Iに示す]を主成分とするフェニル化ヒ素化合物であることが判明した。
Figure 0005354490
このフェニル化ヒ素化合物による汚染によって近隣住民が直接的な健康被害を被った他、近隣の水田で産出されるコメへのヒ素混入も発覚した。この地域における土壌や地下水の、ジフェニルアルシン酸が原因となったヒ素汚染は広く進行していると見られ、環境省によるモニタリング調査が現在も継続的に行われている。
またジフェニルアルシン酸は、化学兵器の一種である嘔吐剤(くしゃみ剤)として使用されているジフェニルシアノアルシンやジフェニルクロロアルシンの合成原料であり、また加水分解生成物でもある。ジフェニルシアノアルシンやジフェニルクロロアルシンが土壌中に投棄されると、ジフェニルアルシンヒドロキシド及びビスジフェニルアルシンオキシドを経てジフェニルアルシン酸となる。これら有機ヒ素を含む化学兵器の遺棄によると考えられる土壌汚染は、我が国では60年以上前の軍関連施設があった場所やその近傍で発見されている。また、海外でも化学兵器の投棄によるものと考えられる土壌や地下水の有機ヒ素汚染が確認されている。これらの有機ヒ素汚染土壌修復技術については、その確立が待たれている。
既存の有機ヒ素化合物汚染土壌の浄化方法としては、洗浄処理によって有機ヒ素化合物を汚染土壌から抽出除去する方法が提案されている(特許文献1)。その際、洗浄剤として水酸化ナトリウムを含有する水溶液、リン酸もしくはその塩を含有する水溶液、硫酸を含有する水溶液、塩酸を含有する水溶液、酒石酸もしくはその塩を含有する水溶液、クエン酸もしくはその塩を含有する水溶液、またはシュウ酸もしくはその塩を含有する水溶液、のいずれかを用いる。
また、有機ヒ素化合物含有水の浄化方法としては、鉄イオン、銅イオン、コバルトイオンおよびマンガンイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属イオンの存在下、過酸化水素を反応させて、有機ヒ素化合物を無機ヒ素に酸化分解する有機ヒ素化合物の処理方法が提案されている(特許文献2)。あるいは、塩化第二鉄などの無機凝集剤と有機高分子凝集剤を添加してフロック形成させ、このフロックを沈殿分離した後に沈殿処理水を砂ろ過器でろ過処理して、その処理水をさらに活性炭吸着処理することで、有機ヒ素化合物を低減する方法が提案されている(特許文献3)。さらには、有機ヒ素化合物含有水に対し紫外線を照射しながらオゾンガスを吹き込み、有機ヒ素化合物を無機ヒ素化合物に分解することを特徴とする方法が提案されている(特許文献4)。
さらには、有機ヒ素を含有している水に凝集剤を加えて、含有している有機ヒ素を沈殿させて除去する沈殿工程の後に、さらに水中に残留する有機ヒ素を逆浸透膜にて除去する逆浸透膜工程を行うことを特徴とする水処理方法と、有機ヒ素を含有している水を処理する逆浸透膜装置を備えた水処理装置であって、前記水に凝集剤を混合して前記有機ヒ素を沈殿させる沈殿槽を、前記逆浸透膜装置の上流側に備えたことを特徴とする水処理装置とが提案されている(特許文献5)。
しかしながら、上記に挙げた有機ヒ素化合物の浄化方法を汚染土壌に適用しようとする場合、汚染された土壌の掘削や水の汲み上げ、有機ヒ素の抽出等を行う必要があり、多大な労力とコストが必要になる。従って、より簡便で、原位置で浄化が可能な方法が望まれており、そのような要件に適合する新しい環境浄化技術の一つとして、バイオレメディエーションが注目を集めている。その実施には、対象となる汚染物質を効果的に分解・除去することが可能な微生物が不可欠であるが、有機ヒ素化合物による環境汚染にこの手法を適用する場合、有用な微生物が単離されていないことが課題であった。
これまで、有機ヒ素化合物を分解する微生物としては、ジメチルアルシン酸を分解し得る微生物としてK8株、12M17株及び7M5株が、モノメチルアルソン酸を分解し得る微生物としてK−1´株及びIV−1株が報告されている(特許文献6)。K−1´株及びIV−1株はフェニルアルソン酸も僅かながら分解し得ることが報告されている(特許文献6)。しかしながら、上記神栖市でのヒ素汚染等において最も高濃度で検出される有機ヒ素化合物であるジフェニルアルシン酸の分解菌はこれまで知られていない。
特許文献1(特開2005−169162号公報)、特許文献2(特開2001−158622号公報)、特許文献3(特開2005−238184号公報)、特許文献4(特開2005−334761号公報)、特許文献5(特開2006−43616号公報)、及び特許文献6(特開2005−229945号公報)に記載の内容は、本明細書の記載の一部として取り込む。
特開2005−169162号公報 特開2001−158622号公報 特開2005−238184号公報 特開2005−334761号公報 特開2006−43616号公報 特開2005−229945号公報
ジフェニルアルシン酸は有機ヒ素化合物の一種で、ジフェニルアルシン酸そのものの投棄や、土壌中に遺棄された化学兵器(ジフェニルシアノアルシンやジフェニルクロロアルシン)の加水分解によって土壌や地下水の汚染を引き起こしている。このような状況を改善する手段として、ジフェニルアルシン酸を効率的に分解する手段が望まれている。
従って、本発明は、ジフェニルアルシン酸を分解する能力を有する微生物、当該微生物によってジフェニルアルシン酸を分解するための方法、当該微生物を用いて、汚染された土壌及び/又は地下水を浄化する方法、当該微生物を含んでなるジフェニルアルシン酸の分解剤、当該微生物を含んでなる汚染土壌及び/又は汚染地下水の浄化剤を提供することを目的とする。
本発明者らは、前記課題を解決するために集積培養を行ったところ、ジフェニルアルシン酸で汚染した水田土壌に有効な微生物が存在していることを見出し、これら微生物の中から単離した新規なエンシファー(Ensifer)属細菌及び新規なシノリゾビウム(Sinorhizobium)属細菌が高いジフェニルアルシン酸分解能を有することを見出した。また、当該微生物によるジフェニルアルシン酸分解が硫酸第一鉄等の鉄成分の添加によって促進されることを見出し、本発明を完成するに至った。
従って、本発明は以下の[1]〜[13]にある。
[1] ジフェニルアルシン酸の分解能を有するシノリゾビウム(Sinorhizobium)属に属する微生物。
[2] 次の(A)又は(B):
(A) 配列番号1に記載の塩基配列からなるDNA、
(B) 配列番号1に記載の塩基配列と95%以上の同一性を有するDNA、
を含む16SリボゾーマルRNA遺伝子を有する、ジフェニルアルシン酸の分解能を有するシノリゾビウム(Sinorhizobium)属に属する微生物。
[3] ジフェニルアルシン酸の分解能を有するシノリゾビウム(Sinorhizobium)属に属するL2406株(FERM BP−10658)。
[4] ジフェニルアルシン酸の分解能を有するエンシファー(Ensifer)属に属する微生物。
[5] 次の(A)又は(B):
(A) 配列番号2に記載の塩基配列からなるDNA、
(B) 配列番号2に記載の塩基配列と95%以上の同一性を有するDNA、
を含む16SリボゾーマルRNA遺伝子を有する、ジフェニルアルシン酸の分解能を有するエンシファー(Ensifer)属に属する微生物。
[6] ジフェニルアルシン酸の分解能を有するエンシファー(Ensifer)属に属するL2413株(FERM BP−10659)。
[7] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を用いて、ジフェニルアルシン酸を分解する方法。
[8] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を用いて、土壌及び/又は汚染地下水を浄化する方法。
[9] 鉄成分の存在下で微生物を用いる、[7]又は[8]に記載の方法。
[10] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を含んでなる、ジフェニルアルシン酸の分解剤。
[11] 鉄成分を含む、[10]に記載の分解剤。
[12] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を含んでなる、汚染土壌及び/又は汚染地下水の浄化剤。
[13] 鉄成分を含む、[12]に記載の浄化剤。
また、本発明は以下の[14]〜[18]にもある。
[14] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を用いて、ジフェニルアルシン酸を分解してフェニルアルソン酸を製造する方法。
[15] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を用いて、汚染された土壌から浄化された土壌を製造する方法。
[16] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を用いて、汚染された地下水から浄化された地下水を製造する方法。
[17] 鉄成分の存在下で微生物を用いる、[14]〜[16]のいずれかに記載の方法。
[18] ヒ素汚染土壌を湿潤土のままで採取する工程、
該ヒ素汚染土壌をジフェニルアルシン酸の存在下で培養して、培養液を得る工程、
得られた培養液を希釈して希釈系列を作製する工程、
希釈系列である培養液をジフェニルアルシン酸の存在下で培養する工程、
希釈系列のなかから、培養に伴ってジフェニルアルシン酸の濃度減少又は消失の生じる培養液を選択する工程、
を含む、ジフェニルアルシン酸分解能を有する菌株を選抜する方法。
すなわち、本発明はまずジフェニルアルシン酸の分解能を有するシノリゾビウム(Sinorhizobium)属に属する微生物にある。このような微生物として、次の(A)又は(B):
(A) 配列番号1に記載の塩基配列からなるDNA、
(B) 配列番号1に記載の塩基配列と95%以上の同一性を有するDNA、
を含む16SリボゾーマルRNA遺伝子を有する、ジフェニルアルシン酸の分解能を有するシノリゾビウム(Sinorhizobium)属に属する微生物が好ましい。上記の同一性は95%以上が好ましく、より好ましくは96%以上、さらに好ましくは97%以上、さらに好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上であり、特に99.5%以上、特に99.8%以上、特に99.9%以上の同一性であることが好ましい。このような微生物として、シノリゾビウム(Sinorhizobium)属に属するL2406株(FERM BP−10658)が極めて好ましい。
【0018】
【0018】
また、本発明はジフェニルアルシン酸の分解能を有するエンシファー(Ensifer)属に属する微生物にある。このような微生物として、次の(A)又は(B):
(A) 配列番号に記載の塩基配列からなるDNA、
(B) 配列番号に記載の塩基配列と95%以上の同一性を有するDNA、
を含む16SリボゾーマルRNA遺伝子を有する、ジフェニルアルシン酸の分解能を有するエンシファー(Ensifer)属に属する微生物が好ましい。上記の同一性は95%以上が好ましく、より好ましくは96%以上、さらに好ましくは97%以上、さらに好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上であり、特に99.5%以上、特に99.8%以上、特に99.9%以上の同一性であることが好ましい。このような微生物として、エンシファー(Ensifer)属に属するL2413株(FERM BP−10659)が極めて好ましい。

また、本発明は、上述の微生物の少なくとも1種以上を用いて、ジフェニルアルシン酸を分解する方法、ジフェニルアルシン酸を分解してフェニルアルソン酸を製造する方法、汚染された土壌及び/又は汚染地下水を浄化する方法、汚染された土壌から浄化された土壌を製造する方法、及び、汚染された汚染地下水から浄化された汚染地下水を製造する方法にもあり、これらの方法のための上述の微生物の使用にもある。さらに、これらの方法及び使用の好ましい態様において、鉄成分の存在下でこれを行うことができる。微生物とともに用いるために存在させる鉄成分の量は、鉄濃度[mg−Fe/l](体積1リットルあたりの鉄の質量mg)として一般に0.01[mg−Fe/l]以上、好ましくは0.04[mg−Fe/l]以上、より好ましくは0.1[mg−Fe/l]以上、さらに好ましくは0.2[mg−Fe/l]以上、さらに好ましくは0.3[mg−Fe/l]以上、さらに好ましくは0.4[mg−Fe/l]以上、さらに好ましくは1[mg−Fe/l]以上、さらに好ましくは2[mg−Fe/l]以上、さらに好ましくは4[mg−Fe/l]以上であり、鉄濃度は高いほど好ましい。鉄濃度の上限には、特に制限はなく、イオン積により定まる飽和濃度とすることができるが、一般に1000[mg−Fe/l]以下である。これらの鉄濃度の達成は、例えば硫酸第一鉄等の鉄成分の添加によって行うことができる。
汚染された土壌又は地下水とは、主としてジフェニルアルシン酸を含んでヒ素汚染された土壌又は地下水を言う。ヒ素汚染された土壌又は地下水とは、一般にはヒ素元素を有機化合物及び無機化合物の形態で含むことにより汚染された土壌又は地下水を言うが、本発明においては、主としてジフェニルアルシン酸を含んでヒ素汚染された土壌又は地下水を言う。汚染土壌又は汚染地下水の浄化とは、主としてジフェニルアルシン酸が除去された土壌又は地下水とすることを言う。しかし、このような汚染土壌の浄化又は汚染地下水の浄化とは、ジフェニルアルシン酸を好適に除去した結果、ジフェニルアルシン酸の生成元となる有機ヒ素化合物が土壌又は地下水から速やかに除去されることをも含み、また、フェニルアルソン酸の分解を促進する公知の組成物及び方法を併用して、有機ヒ素化合物全般が土壌又は地下水から速やかに除去されることをも含んでいる。
また、本発明は、上述の微生物を含んでなる、ジフェニルアルシン酸の分解剤、汚染土壌あるいは汚染地下水の浄化剤にもあり、これらの製造のために上述の微生物を使用する方法にもある。これらの分解剤、土壌浄化剤及び地下水浄化剤は、上述の微生物を有効成分として含み、さらに、その目的において許容される公知の補助成分を含んでなるものとすることができる。また、これらの分解剤、土壌浄化剤及び地下水浄化剤は、好ましい態様において、硫酸第一鉄等の鉄成分を含んでなるものとすることができる。好適な鉄成分の含有量は、分解あるいは浄化にあたって土壌、地下水等において微生物とともに用いる際に存在する鉄成分の量が、鉄濃度[mg−Fe/l](体積1リットルあたりの鉄の質量mg)として上述の範囲の値となるように設定することが好ましい。
また、本発明は、ジフェニルアルシン酸の分解能を有する微生物の菌株を選抜(スクリーニング)するための次の方法:
ヒ素汚染土壌を湿潤土のままで採取する工程、
該ヒ素汚染土壌をジフェニルアルシン酸の存在下で培養して、培養液を得る工程、
得られた培養液を希釈して希釈系列を作製する工程、
希釈系列である培養液をジフェニルアルシン酸の存在下で培養する工程、
希釈系列のなかから、培養に伴ってジフェニルアルシン酸の濃度減少又は消失の生じる培養液を選択する工程、を含む、ジフェニルアルシン酸分解能を有する菌株を選抜する方法にもある。
得られた培養液を希釈して希釈系列を作製する工程、希釈系列である培養液をジフェニルアルシン酸の存在下で培養する工程、及び、希釈系列のなかから、培養に伴ってジフェニルアルシン酸の濃度減少又は消失の生じる培養液を選択する工程は、所望により複数回を繰り返して行うことができる。また、効果的な選抜のために、好ましい態様において、ジフェニルアルシン酸の存在下での培養は、硫酸第一鉄等の鉄成分をさらに添加して行うことができる。ヒ素汚染土壌からの湿潤土の採取は、ヒ素汚染水田土壌からの採取によって好適に行うことができる。
このようなジフェニルアルシン酸分解能を有する菌株を選抜する方法によれば、上述したような有用な微生物を選抜(スクリーニング)して取得することが可能である。
さらに、本発明者等は、上記の微生物の菌株が、ジフェニルアルシン酸の代謝産物であるフェニルアルソン酸を分解して、無機ヒ素化合物を生成することを見いだした。
フェニルアルソン酸は、有機ヒ素化合物の一種であり、上記の微生物の菌株は、ジフェニルアルシン酸を分解してフェニルアルソン酸[(C)AsO(OH);構造式を式IIに示す]をいったん生成させる。しかし、土壌や地下水の浄化のためには、このフェニルアルソン酸をさらに分解除去することが望ましい。このフェニルアルソン酸を分解して無機ヒ素化合物とすることができれば、土壌や地下水の浄化はより徹底したものとなる。
Figure 0005354490
そこで、本発明者等は、さらに検討を行って、上記の微生物の菌株が、ジフェニルアルシン酸の代謝産物であるフェニルアルソン酸を分解して、無機ヒ素化合物を生成することを見いだした。
すなわち、本発明は、次の[19]〜[22]にもある。
[19] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を用いて、フェニルアルソン酸を分解する方法。
[20] 鉄成分の存在下で微生物を用いる、[19]に記載の方法。
[21] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を含んでなる、フェニルアルソン酸の分解剤。
[22] 鉄成分を含む、[21]に記載の分解剤。
さらに、本発明は、次の[23]〜[24]にもある。
[23] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を用いて、フェニルアルソン酸を分解して無機ヒ素化合物を製造する方法。
[24] 鉄成分の存在下で微生物を用いる、[23]に記載の方法。
さらに、本発明者等は、上記の微生物の菌株が、家禽の成長促進剤として使用されるロキサルソンを分解して、無機ヒ素化合物を生成することを見いだした。
ロキサルソン[{C(NO)(OH)}AsO(OH);構造式を式IIIに示す]は、成長促進剤として家禽に与えられているフェニル化有機ヒ素化合物である。米国では83億羽のブロイラーの約7割に本剤が与えられており(2000年の場合)、そこから出た厩肥には900tのロキサルソンが含まれ、ヒ素に換算すると250tに相当する。近年、この厩肥を農地などに施すことによる、有機ヒ素汚染土壌の発生が懸念されており、その対策が求められている。
Figure 0005354490
そこで本発明者等は、今回単離した分解菌のロキサルソンに対する効果を明らかにするため、ロキサルソンを唯一の炭素源として含む無機塩培地にL2406株を植菌し、培地中のロキサルソンの分解が可能であるか、検討した。その結果、上記の微生物の菌株が、ロキサルソンを分解して、無機ヒ素化合物を生成することを見いだしたものである。
すなわち、本発明は、次の[25]〜[28]にもある。
[25] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を用いて、ロキサルソンを分解する方法。
[26] 鉄成分の存在下で微生物を用いる、[25]に記載の方法。
[27] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を含んでなる、ロキサルソンの分解剤。
[28] 鉄成分を含む、[27]に記載の分解剤。
さらに、本発明は、次の[29]〜[30]にもある。
[29] [1]〜[6]のいずれかに記載された微生物を用いて、ロキサルソンを分解して無機ヒ素化合物を製造する方法。
[30] 鉄成分の存在下で微生物を用いる、[29]に記載の方法。
本発明のジフェニルアルシン酸を分解する能力を有する微生物によれば、ある種のヒ素汚染等において最も高濃度で検出される有機ヒ素化合物であるジフェニルアルシン酸の分解が可能となる。この微生物を含んでなるジフェニルアルシン酸の分解剤は、ジフェニルアルシン酸を分解するための好適な方法を提供するものである。そして、このようなジフェニルアルシン酸の分解剤を、汚染土壌あるいは汚染地下水の浄化剤として使用して、有機ヒ素化合物による汚染土壌あるいは汚染地下水を浄化する方法を実施すれば、汚染された土壌の掘削や水の汲み上げ、有機ヒ素の抽出等を必要とせず、多大な労力とコストが必要とせず、より簡便で、原位置で浄化が可能となる。すなわち、本発明は、新しい環境浄化技術の一つである、バイオレメディエーションを、ジフェニルアルシン酸除去において、初めて可能とするものである。
図1は、還流液中のジフェニルアルシン酸濃度の変化を示す図である。 図2は、L字管の培地中のジフェニルアルシン酸濃度の変化を示す図である。 図3は、三角フラスコの培地中のジフェニルアルシン酸濃度の変化を示す図である。 図4は、培養液中のフェニルアルソン酸濃度の変化を示す図である。 図5は、培養液中のヒ素の形態分析結果(クロマトグラム)を示す図である。 図6は、培養液中のロキサルソン濃度の変化を示す図である。
以下、本発明を詳述する。
本願の優先権主張の基礎となる特願2006−238350及び特願2007−115920の明細書等に記載された内容は、本明細書の記載の一部として取り込む。
本発明のジフェニルアルシン酸分解能を有する微生物は下記の様にして土壌から分離された細菌である。
ジフェニルアルシン酸分解菌の集積培養は土壌・木炭還流法にて行った。まず表1に示す組成を有するオートクレーブ滅菌(120℃、20分)済の還流液を用意した。ただし、硫酸マグネシウム・七水和物は、それのみで適当な濃度の溶液を調製し、別にオートクレーブ滅菌した後に加えた。
Figure 0005354490
微生物源としては茨城県神栖市にて採取したヒ素汚染水田土壌I及びIIを供試した。これらの土壌を湿潤土のまま30g−乾土相当量秤取して少量の木炭(チャコールA、東洋電化工業株式会社製)と混合し、還流装置内の所定の位置にセットした。この装置を25℃に保った恒温室に置き、還流液200mlを還流させながら分解微生物の集積を行った。2週間毎に還流液をすべて抜き取り、同組成の新鮮な還流液と交換した。今回運転した還流装置における供試土壌と還流液中ジフェニルアルシン酸濃度の組み合わせを表2にまとめた。
Figure 0005354490
集積培養中、還流液を微量採取してジフェニルアルシン酸の濃度を表3に示す測定条件に設定した高速液体クロマトグラフ(HPLC)にて測定した。その結果を図1に示す。
Figure 0005354490
図1において、1〜5はそれぞれ還流装置の番号(表2参照)を示し、縦軸は初期ジフェニルアルシン酸濃度に対する相対値であり、矢印は還流液の交換時期を示している。
還流を開始してから19日後に、今回運転した還流装置の中で、還流液中のジフェニルアルシン酸の濃度低下が著しく、ジフェニルアルシン酸分解菌が十分に集積したと思われた還流装置3及び4から、土壌を湿潤状態でそれぞれ2g採取し、各々滅菌した生理食塩水20mlに分散させて土壌懸濁液を調製した。これら土壌懸濁液0.1mlを、L字管に分注した還流液と同組成の滅菌済液体培地6mlに接種し、25℃にて振とう培養を行った。この際のジフェニルアルシン酸の濃度は5mg/lとし、各土壌懸濁液についてL字管4本づつ、合計8本で本実験は実施した。各L字管の培地中ジフェニルアルシン酸濃度を経時的にHPLCにて測定した結果、いずれも9日後にはジフェニルアルシン酸がほぼ消失した(図2参照)。
そこで、任意に選んだL字管の培養液を滅菌済生理食塩水で希釈して希釈系列を作製し、10及び10倍希釈液0.1mlを、別のL字管に分注した還流液と同組成の滅菌済液体培地6mlに接種し、25℃にて振とう培養を行った。培養は各希釈系列につき2本ずつ行った。各L字管の培地中ジフェニルアルシン酸濃度を経時的にHPLCにて測定したところ、培養開始から17日後にはいずれのL字管においてもジフェニルアルシン酸がほぼ消失した(図3参照)。
【0049】
【0049】
同様に、10倍希釈液を接種したL字管の培養液を基に希釈と植え継ぎを繰り返して、培養液に含まれる微生物種を安定化させた後、その一部を、表4に示す組成のDPAA20VTE培地に1.5%の寒天を加えて作製したプレートに播種し、30℃にて静置培養した。1週間後、出現したコロニーを釣ってR2A寒天培地(Difco)に画線し、30℃にてさらに静置培養して複数の純粋分離株を得た。これら純粋分離株について、あらかじめDPAA5VTE培地(表4参照)20mlを分注した100ml容三角フラスコに各1白金耳を植菌して、25℃・120rpmにて旋回培養を行った。そして培地中のジフェニルアルシン酸濃度を経時的にHPLCにて測定することにより、ジフェニルアルシン酸分解能を有する菌株の選抜を行った。

Figure 0005354490
Figure 0005354490
Figure 0005354490
以上の操作により、ジフェニルアルシン酸に対する分解能を有する菌株の選抜を行ったところ、L2406株及びL2413株にジフェニルアルシン酸を分解する能力があることを見出した。それぞれの株についてR2A寒天培地(Difco)にて再度単コロニー分離を行い、各5株についてDPAA5VTE培地6mlを分注したL字管に接種した。これを25℃にて14日間振とう培養し、ジフェニルアルシン酸の残存量をHPLCにて、代謝物であるフェニルアルソン酸の生成量をLC−MSにて測定した結果を表7に示す。なお、LC−MSの分析条件は表8の通りとした。
Figure 0005354490
Figure 0005354490
以上のような手順で見出されたL2406株及びL2413株について、16SリボゾーマルRNA遺伝子(16SリボソームRNA遺伝子)の塩基配列に基づいた遺伝子分類学的な検討を実施した。まずそれぞれの菌株をR2A寒天培地(Difco)に植菌し、30℃・暗所にて前培養した。生じたコロニーを1白金耳とって滅菌済生理食塩水1mlに分散させ、ここからDNeasy Tissue Kit(Qiagen)を用いてDNAを抽出した。得られたDNAを鋳型に、既知のD1fとD1rをプライマーとしてPCRを行い、16SリボゾーマルRNA遺伝子を増幅した。このPCR産物をQIAquick PCR Purification Kit(Qiagen)にて精製後、サイクルシーケンス反応に供し、その反応物をDNAシーケンサー(日立製SQ−5500E)にて解析して塩基配列を決定した。その結果、L2406株については1,101塩基対(配列番号1:SEQ ID No.1)、L2413株については1,276塩基対(配列番号2:SEQ ID No.2)が決定された。
決定された塩基配列に基づき、ジェネティクスPDB(GENETYX PDB)を用いてDNA塩基配列データベース(GenBank)に対するFASTA検索を行った結果、L2406株はシノリゾビウム モレレンス(Sinorhizobium morelense)と99.5%の、L2413株はエンシファー アドヘレンス(Ensifer adhaerens)と99.5%の相同性を有していた。
次にL2406株及びL2413株の形態学的及び生理学的性質を調べた結果を表9に示す。表9中の「+」は有り又は陽性を示し、「−」は無し又は陰性を示す。
Figure 0005354490
また、両株の生化学的な性状をAPIシステム(BioMerieux社)のAPI20NEの測定方法に従って調べた結果を表10に示す。
Figure 0005354490
以上の結果は、「Brenner,D.J.,Krieg,N.R.,Staley,J.T.,Garrity,G.M.共著、バージーの系統学的微生物学のマニュアル(Bergey‘s Manual of Systematic Bacteriology)第2版、The Proteobacteria」に記載されているシノリゾビウム属細菌及びエンシファー属細菌の特徴と矛盾がなかった。
以上の結果から、発明者らはL2406株をシノリゾビウム sp. L2406(Sinorhizobium sp. L2406)と同定し、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに受託番号FERM BP−10658として寄託し、またL2413株をエンシファー sp. L2413(Ensifer sp. L2413)と同定して独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに受託番号FERM BP−10659として寄託した。
L2406株及びL2413株の単離に用いたDPAA5VTE培地には、微量元素として鉄、亜鉛、マンガン、ホウ素、コバルト、銅、モリブデン及びカルシウムが含まれる。両菌株のジフェニルアルシン酸分解におけるこれら元素の必要性について試験したところ、鉄の添加が非常に重要であることが判明した。そこで、添加する硫酸第一鉄・七水和物の量を変えることによって培地中の鉄濃度を0、0.04、0.2、0.4、1、2及び4mg−Fe/lとしたDPAA5VTE培地を用意し、培地中の鉄濃度がジフェニルアルシン酸分解菌の分解能にどのような影響を与えるかについて検討した。
それぞれの培地をL字管に6mlずつ分注し、これにL2406株あるいはL2413株を植菌した。これを25℃にて7日間振とう培養後、培養液中のジフェニルアルシン酸濃度をHPLCにて測定してその分解率を求めた。その結果、L2406株及びL2413株によるジフェニルアルシン酸分解は培地中の鉄濃度が高いほど促進された(表11)。
Figure 0005354490
以下、本発明を実施例によって説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
[ジフェニルアルシン酸分解菌の集積培養]
ジフェニルアルシン酸分解菌の集積培養は土壌・木炭還流法にて行った。まず表1に示す組成を有するオートクレーブ滅菌(120℃、20分)済の還流液を用意した。ただし、硫酸マグネシウム・七水和物は、それのみで適当な濃度の溶液を調製し、別にオートクレーブ滅菌した後に加えた。
微生物源としては茨城県神栖市にて採取したヒ素汚染水田土壌I及びIIを供試した。これらの土壌を湿潤土のまま30g−乾土相当量秤取して少量の木炭(チャコールA、東洋電化工業株式会社製)と混合し、還流装置内の所定の位置にセットした。この装置を25℃に保った恒温室に置き、還流液200mlを還流させながら分解微生物の集積を行った。2週間毎に還流液をすべて抜き取り、同組成の新鮮な還流液と交換した。今回運転した還流装置における供試土壌と還流液中ジフェニルアルシン酸濃度の組み合わせを表2にまとめた。
[ジフェニルアルシン酸の濃度の測定]
集積培養中、還流液を微量採取してジフェニルアルシン酸の濃度を表3に示す測定条件に設定した高速液体クロマトグラフ(HPLC)にて測定した。その結果を図1に示す。
還流を開始してから19日後に、今回運転した還流装置の中で、還流液中のジフェニルアルシン酸の濃度低下が著しく、ジフェニルアルシン酸分解菌が十分に集積したと思われた還流装置3及び4から、土壌を湿潤状態でそれぞれ2g採取し、各々滅菌した生理食塩水20mlに分散させて土壌懸濁液を調製した。これら土壌懸濁液0.1mlを、L字管に分注した還流液と同組成の滅菌済液体培地6mlに接種し、25℃にて振とう培養を行った。この際のジフェニルアルシン酸の濃度は5mg/lとし、各土壌懸濁液についてL字管4本づつ、合計8本で本実験は実施した。各L字管の培地中ジフェニルアルシン酸濃度を経時的にHPLCにて測定した結果、いずれも9日後にはジフェニルアルシン酸がほぼ消失した(図2参照)。
[希釈系列の作製と培養液の選択]
任意に選んだL字管の培養液を滅菌済生理食塩水で希釈して希釈系列を作製し、10及び10倍希釈液0.1mlを、別のL字管に分注した還流液と同組成の滅菌済液体培地6mlに接種し、25℃にて振とう培養を行った。培養は各希釈系列につき2本ずつ行った。各L字管の培地中ジフェニルアルシン酸濃度を経時的にHPLCにて測定したところ、培養開始から17日後にはいずれのL字管においてもジフェニルアルシン酸がほぼ消失した(図3参照)。
同様に、10倍希釈液を接種したL字管の培養液を基に希釈と植え継ぎを繰り返して、培養液に含まれる微生物種を安定化させた後、その一部を、表4に示す組成のDPAA20VTE培地に1.5%の寒天を加えて作製したプレートに播種し、30℃にて静置培養した。1週間後、出現したコロニーを釣ってR2A寒天培地(Difco)に画線し、30℃にてさらに静置培養して複数の純粋分離株を得た。これら純粋分離株について、あらかじめDPAA5VTE培地20mlを分注した100ml容三角フラスコに各1白金耳を植菌して、25℃・120rpmにて旋回培養を行った。そして培地中のジフェニルアルシン酸濃度を経時的にHPLCにて測定することにより、ジフェニルアルシン酸分解能を有する菌株の選抜を行った。
[菌株の選抜と特定]
以上の操作により、ジフェニルアルシン酸に対する分解能を有する菌株の選抜を行ったところ、L2406株及びL2413株にジフェニルアルシン酸を分解する能力があることを見出した。それぞれの株についてR2A寒天培地(Difco)にて再度単コロニー分離を行い、各5株についてDPAA5VTE培地6mlを分注したL字管に接種した。これを25℃にて14日間振とう培養し、ジフェニルアルシン酸の残存量をHPLCにて、代謝物であるフェニルアルソン酸の生成量をLC−MSにて測定した結果を表7に示す。なお、LC−MSの分析条件は表8の通りとした。
[菌株と特定と寄託]
以上のような手順で見出されたL2406株及びL2413株について、16SリボゾーマルRNA遺伝子の塩基配列に基づいた遺伝子分類学的な検討を実施した。まずそれぞれの菌株をR2A寒天培地(Difco)に植菌し、30℃・暗所にて前培養した。生じたコロニーを1白金耳とって滅菌済生理食塩水1mlに分散させ、ここからDNeasy Tissue Kit(Qiagen)を用いてDNAを抽出した。得られたDNAを鋳型に、既知のD1fとD1rをプライマーとしてPCRを行い、16SリボゾーマルRNA遺伝子を増幅した。このPCR産物をQIAquick PCR Purification Kit(Qiagen)にて精製後、サイクルシーケンス反応に供し、その反応物をDNAシーケンサー(日立製SQ−5500E)にて解析して塩基配列を決定した。その結果、L2406株については1,101塩基対(配列番号1:SEQ ID No.1)、L2413株については1,276塩基対(配列番号2:SEQ ID No.2)が決定された。
決定された塩基配列に基づき、ジェネティクスPDB(GENETYX PDB)を用いてDNA塩基配列データベース(GenBank)に対するFASTA検索を行った結果、L2406株はシノリゾビウム モレレンス(Sinorhizobium morelense)と99.5%の、L2413株はエンシファー アドヘレンス(Ensifer adhaerens)と99.5%の相同性を有していた。
次にL2406株及びL2413株の形態学的及び生理学的性質を調べた結果を表9に示す。表9中の「+」は有り又は陽性を示し、「−」は無し又は陰性を示す。
また、両株の生化学的な性状をAPIシステム(BioMerieux社)のAPI20NEの測定方法に従って調べた結果を表10に示す。
以上の結果は、「Brenner,D.J.,Krieg,N.R.,Staley,J.T.,Garrity,G.M.共著、バージーの系統学的微生物学のマニュアル(Bergey‘s Manual of Systematic Bacteriology)第2版、The Proteobacteria」に記載されているシノリゾビウム属細菌及びエンシファー属細菌の特徴と矛盾がなかった。
以上の結果から、発明者らはL2406株をシノリゾビウム sp. L2406(Sinorhizobium sp. L2406)と同定し、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに受託番号FERM BP−10658として寄託し、またL2413株をエンシファー sp. L2413(Ensifer sp. L2413)と同定して独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに受託番号FERM BP−10659として寄託した。
[ジフェニルアルシン酸の分解条件の検討]
L2406株及びL2413株の単離に用いたDPAA5VTE培地には、微量元素として鉄、亜鉛、マンガン、ホウ素、コバルト、銅、モリブデン及びカルシウムが含まれる。両菌株のジフェニルアルシン酸分解におけるこれら元素の必要性について試験したところ、鉄の添加が非常に重要であることが判明した。そこで、添加する硫酸第一鉄・七水和物の量を変えることによって培地中の鉄濃度を0、0.04、0.2、0.4、1、2及び4mg−Fe/lとしたDPAA5VTE培地を用意し、培地中の鉄濃度がジフェニルアルシン酸分解菌の分解能にどのような影響を与えるかについて検討した。
それぞれの培地をL字管に6mlずつ分注し、これにL2406株あるいはL2413株を植菌した。これを25℃にて7日間振とう培養後、培養液中のジフェニルアルシン酸濃度をHPLCにて測定してその分解率を求めた。その結果、L2406株及びL2413株によるジフェニルアルシン酸分解は培地中の鉄濃度が高いほど促進された(表11)。
[フェニルアルソン酸の分解の検討]
表7にあるように、L2406株及びL2413株は、ジフェニルアルシン酸を分解してフェニルアルソン酸[(C)AsO(OH);構造式を式IIに示す]を生成させる。しかし、いずれの菌株においても、検出されたフェニルアルソン酸の量は、分解されたジフェニルアルシン酸の、ヒ素換算で1/3程度に過ぎず、このことから、これらの菌株がフェニルアルソン酸をさらに分解している可能性が考えられた。そこで次に、フェニルアルソン酸を唯一の炭素源として含む無機塩培地にジフェニルアルシン酸分解菌を植菌し、培地中のフェニルアルソン酸の量を経時的に測定した。
まず、L2406株をR2A寒天培地(Difco)(組成を表12に示す)にて前培養し、生じたコロニーを掻きとって滅菌済の生理食塩水に懸濁した。次に、表4のDPAA5VTE培地から、ジフェニルアルシン酸を除いて替わりにフェニルアルソン酸1mgを添加したものをPAA1VTE培地と命名し、PAA1VTE培地20 mlを100ml容三角フラスコに入れた。各三角フラスコに、先に調製したL2406株の菌体懸濁液を0.1mlずつ植菌して、30℃・暗所にて旋回培養(120rpm)を行った。植菌を施さない三角フラスコも用意し、対照とした。本試験はn=2で実施した。培地中のフェニルアルソン酸の定量にはLC−MSを用い、表8の分析条件を適用した。
その結果を図4に示す。図4の白丸(○)は、L2406株を植菌したときの培養液中フェニルアルソン酸濃度の経時変化の平均値を示す。図4の縦軸は、培養液中のフェニルアルソン酸濃度の対照のフェニルアルソン酸濃度に対する相対値を示し、横軸は培養日数を示す。図4で明らかな様に、L2406株はフェニルアルソン酸を唯一の炭素源として含む無機塩培地中で、フェニルアルソン酸濃度を減少させる能力を有した。
また、14日後の培養液について、LC−ICP/MSを用いてヒ素の形態分析を行った。LC−ICP/MSでの分析時の、分離条件は表13の通りである。
Figure 0005354490
Figure 0005354490
LC−ICP/MSで得られたクロマトグラムを図5に示す。縦軸はピーク強度、横軸は溶出時間を示す。上段は標準試料のクロマトグラムで、AsIIIは亜ヒ酸、DMAA+MAAはジメチルアルシン酸とモノメチルアルソン酸、AsVはヒ酸、DMPAOはジメチルフェニルアルシンオキシド、MPAAはメチルフェニルアルシン酸、PAAはフェニルアルソン酸、MDPAOはメチルジフェニルアルシンオキシド、DPAAはジフェニルアルシン酸のピーク溶出位置を示す(各20mg/l)。下段は28日間培養して得たL2406株の培養液のクロマトグラムで、亜ヒ酸(図5下段の(1)のピーク)とヒ酸(図5下段の(2)のピーク)に相当するピークが検出された。さらに、未知なる3種類のヒ素化合物も検出された(図5下段の(3)のピーク)。なお、分解されずに残存したフェニルアルソン酸は、図5下段の(4)の位置にて検出された。一方、対照(植菌なし)ではフェニルアルソン酸のピークしか出現しなかった。以上のことから、L2406株はフェニルアルソン酸を分解して無機ヒ素を生じさせる能力を有すると結論付けられた。
フェニルアルソン酸を分解し、無機ヒ素を発生させる微生物としては、K−1´株及びIV−1株が報告されている(特許文献6)。しかしそれらのフェニルアルソン酸分解率(%)は、2週間の培養でK−1´株が0.63%、IV−1株が2.20%と極めて遅い。これに対してL2406株の場合、2週間での分解率は10%程度、4週間では40%に達し、バイオレメディエーションへの利用可能性はより高いものと判断された。
[ロキサルソンの分解の検討]
ロキサルソン[{C(NO)(OH)}AsO(OH);構造式を式IIIに示す]は、成長促進剤として家禽に与えられているフェニル化有機ヒ素化合物である。米国では83億羽のブロイラーの約7割に本剤が与えられており(2000年の場合)、そこから出た厩肥には900tのロキサルソンが含まれ、ヒ素に換算すると250tに相当する。近年、この厩肥を農地などに施すことによる、有機ヒ素汚染土壌の発生が懸念されており、その対策が求められている。そこで本研究では、今回単離した分解菌のロキサルソンに対する効果を明らかにするため、ロキサルソンを唯一の炭素源として含む無機塩培地にL2406株を植菌し、培地中のロキサルソンの分解が可能であるか、検討した。
まず、L2406株をR2A寒天培地(Difco)にて前培養し、生じたコロニーを掻きとって滅菌済の生理食塩水に懸濁した。次に、表4のDPAA5VTE培地から、ジフェニルアルシン酸を除いて替わりにロキサルソン6mgを添加したものをROX6VTE培地と命名し、ROX6VTE培地20 mlを100ml容三角フラスコに入れた。各三角フラスコに、先に調製したL2406株の菌体懸濁液を0.1mlずつ植菌して、30℃・暗所にて旋回培養(120rpm)を行った。植菌を施さない三角フラスコも用意し、対照とした。本試験はn=2で実施した。培地中のロキサルソンの定量にはHPLCを用い、表13の分析条件を適用した。
その結果を図6に示す。図6の黒菱(◆)は、L2406株を植菌したときの培養液中ロキサルソン濃度の経時変化の平均値を示す。図6の縦軸は、培養液中ロキサルソン濃度を対照のロキサルソン濃度に対する相対値を示し、また横軸は培養日数を示す。図6で明らかな様に、L2406株はロキサルソンを唯一の炭素源として含む無機塩培地中で、ロキサルソン濃度を減少させる能力を有した。
本発明のジフェニルアルシン酸を分解する能力を有する微生物によれば、ある種のヒ素汚染等において最も高濃度で検出される有機ヒ素化合物であるジフェニルアルシン酸の分解が可能となる。この微生物を含んでなるジフェニルアルシン酸の分解剤は、ジフェニルアルシン酸を分解するための好適な方法を提供するものである。そして、このようなジフェニルアルシン酸の分解剤を、汚染土壌あるいは汚染地下水の浄化剤として使用して、有機ヒ素化合物による汚染土壌あるいは汚染地下水を浄化する方法を実施すれば、汚染された土壌の掘削や水の汲み上げ、有機ヒ素の抽出等の多大な労力とコストを必要とせず、より簡便で、原位置で浄化が可能となる。すなわち、本発明は、新しい環境浄化技術の一つである、バイオレメディエーションを、ジフェニルアルシン酸除去において、初めて可能とするものである。
従って、本発明は優れた環境浄化技術を新たに提供する発明であり、産業上有用に利用できる発明である。
配列番号1:本発明の分解菌L2406株の16SリボゾーマルRNA遺伝子の1101塩基。
配列番号2:本発明の分解菌L2413株の16SリボゾーマルRNA遺伝子の1276塩基。

Claims (15)

  1. ジフェニルアルシン酸の分解能を有するシノリゾビウム(Sinorhizobium)属に属するシノリゾビウム sp. L2406株(FERM BP−10658)である微生物。
  2. ジフェニルアルシン酸の分解能を有するエンシファー(Ensifer)属に属するエンシファー sp. L2413株(FERM BP−10659)である微生物。
  3. 請求項1又は2のいずれかに記載された微生物の少なくとも1種以上を用いて、ジフェニルアルシン酸を分解する方法。
  4. 請求項1又は2のいずれかに記載された微生物の少なくとも1種以上を用いて、土壌及び/又は汚染地下水を浄化する方法。
  5. 鉄成分の存在下で微生物を用いる、請求項3又は4に記載の方法。
  6. 請求項1又は2のいずれかに記載された微生物の少なくとも1種以上を含んでなる、ジフェニルアルシン酸の分解剤。
  7. 鉄成分を含む、請求項6に記載の分解剤。
  8. 請求項1又は2のいずれかに記載された微生物の少なくとも1種以上を含んでなる、汚染土壌及び/又は汚染地下水の浄化剤。
  9. 鉄成分を含む、請求項8に記載の浄化剤。
  10. 請求項1又は2のいずれかに記載された微生物の少なくとも1種以上を用いて、フェニルアルソン酸を分解する方法。
  11. 請求項1又は2のいずれかに記載された微生物の少なくとも1種以上を用いて、ロキサルソンを分解する方法。
  12. 鉄成分の存在下で微生物を用いる、請求項10又は11に記載の方法。
  13. 請求項1又は2のいずれかに記載された微生物の少なくとも1種以上を含んでなる、フェニルアルソン酸の分解剤。
  14. 請求項1又は2のいずれかに記載された微生物の少なくとも1種以上を含んでなる、ロキサルソンの分解剤。
  15. 鉄成分を含む、請求項13又は14に記載の分解剤。
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