WO2021132036A1 - 汚泥分解用細菌、微生物分解細菌、微生物製剤、汚泥分解方法及び汚泥分解装置 - Google Patents

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microbial
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真也 平山
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住友化学株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to sludge decomposition bacteria, microbial decomposition bacteria, microbial preparations, sludge decomposition methods and sludge decomposition devices.
  • Non-Patent Document 2 Masayuki Yamamoto, "Sludge Combustion Technology", Journal of the Japan Fuel Society, Japan Combustion Society, 2011, Vol. 53, No. 164, p91-96).
  • An object of the present invention is to provide a sludge decomposition bacterium, a microbial decomposition bacterium, a microbial preparation, a sludge decomposition method, and a sludge decomposition apparatus.
  • the present invention relates to [1] to [18] exemplified below.
  • a bacterium for sludge decomposition having a 16S rRNA gene containing a base sequence having 97% or more identity with the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 (hereinafter, referred to as "bacteria for sludge decomposition according to the present invention”). There is.).
  • Bacteria having a 16S rRNA gene in which the number of mutations of bases is 2 bases or less with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having target microbial resolution hereinafter, "bacteria according to the present invention”). It may be written as.).
  • Bacteria (a1) A bacterium having a 16S rRNA gene containing a nucleotide sequence having 90% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.
  • Bacteria (a1) A bacterium having a 16S rRNA gene containing a nucleotide sequence having 90% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.
  • the microbial preparation for sludge decomposition according to [7] wherein the bacterium (a1) has a 16S rRNA gene containing a base sequence having 95% or more identity with the base sequence shown in SEQ ID NO: 1.
  • the microbial preparation for sludge decomposition according to [7] wherein the bacterium (a1) has a 16S rRNA gene containing a nucleotide sequence having 97% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.
  • [10] The microbial preparation for sludge decomposition according to [7], wherein the bacterium (a1) has a 16S rRNA gene containing the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.
  • [11] The microbial preparation for sludge decomposition according to any one of [7] to [10], wherein the bacterium (a1) has a target microbial resolution.
  • [12] The microbial preparation for sludge decomposition according to any one of [7] to [11], which decomposes sludge at a temperature of 20 ° C.
  • the microorganism (a2) has a 16S rRNA gene containing a nucleotide sequence having 90% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7, and has a target microbial decomposing ability and a target microbial decomposing ability.
  • a microbial preparation for sludge decomposition which comprises a culture of a bacterium (a1).
  • Bacteria (a1) A bacterium having a 16S rRNA gene containing a nucleotide sequence having 90% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having target microbial resolution.
  • a sludge decomposition method including a step of allowing the bacterium according to any one of [1] to [6] or the microbial preparation for sludge decomposition according to any one of [7] to [16] to act on sludge (hereinafter referred to as "sludge decomposition method”). , “Disassembly method according to the present invention”).
  • a sludge decomposition apparatus using the bacterium according to any one of [1] to [6] or the microbial preparation for sludge decomposition according to any one of [7] to [16] (hereinafter, "to the present invention”. It may be described as “the disassembling device”).
  • a sludge decomposition bacterium it is possible to provide a sludge decomposition bacterium, a microbial decomposition bacterium, a microbial preparation, a microbial decomposition method and a decomposition device.
  • Brevibacillus parabrevis (hereinafter, may be referred to as "Bb. Parabrevis") is a photograph showing the morphology of NITE BP-03020.
  • Bb. It is a photograph which shows the result of Gram stain of parabrevis NITE BP-03020.
  • Bb. It is a graph which shows the target microbial resolution of parabrevis NITE BP-03020.
  • Bb It is a graph which shows the target microbial (Escherichia coli) resolution of the microbial preparation containing the culture of parabrevis NITE BP-03020.
  • Bb It is a graph which shows the target microorganism (Brevibacillus parabrevis) resolution of the microbial preparation containing the culture of parabrevis NITE BP-03020.
  • Bb It is a graph which shows the target microbial (Gluconobacter oxidans) resolution of the microbial preparation containing the culture of parabrevis NITE BP-03020.
  • Bb It is a graph which shows the target microbial (Gluconobacter oxidans) resolution of the microbial preparation containing the culture of parabrevis NITE BP-03020.
  • the "microorganism” is a minute organism whose structure cannot be discerned with the naked eye, and is an organism excluding large multicellular organisms.
  • the "target microorganism” is a microorganism that is decomposed by the bacterium or microbial preparation according to the present invention. Examples of the target microorganism include bacteria and fungi. Among them, bacteria are preferable, and bacteria constituting excess sludge are more preferable.
  • the target microorganism may be a live bacterium or a dead bacterium.
  • Target bacterium refers to a bacterium that becomes a target microorganism.
  • the target bacterium may be a live bacterium, a dead bacterium, or may include a live bacterium and a dead bacterium.
  • a live bacterium is a living bacterium, for example, a bacterium that is being metabolized.
  • Dead bacteria refer to dead bacteria, such as non-metabolized bacteria. Live bacteria and dead bacteria can be distinguished by using a pigment such as propidium iodide (PI), for example.
  • PI propidium iodide
  • “Target dead bacterium” refers to a dead bacterium among target bacteria.
  • the target bacterium is preferably a target dead bacterium from the viewpoint of decomposition efficiency.
  • the target dead bacterium can also be obtained, for example, by subjecting the target bacterium to heating, high-pressure steam sterilization, ultraviolet irradiation, formalin treatment, acid treatment, or the like. Moreover, the target dead bacterium may be crushed.
  • Target microorganisms include, for example, Micrococcus bacteria, Bacillus bacteria, Staphylococcus bacteria, Paenibacillus bacteria, Lactobacillus bacteria, and other gram-positive bacteria.
  • Examples include gram-negative bacteria such as bacteria belonging to the genus (Escherichia), bacteria belonging to the genus Acetobacter, bacteria belonging to the genus Gluconobacter, and fungi such as saccharomyces cerevisiae.
  • target microorganism resolution refers to the ability to metabolize a target microorganism and convert some or all of the biomolecules constituting the target microorganism into different molecules.
  • biomolecules include sugars, proteins, nucleic acids, lipids and the like.
  • the bacterium for sludge decomposition according to the present invention has a 16S rRNA gene containing a nucleotide sequence having 97% or more identity with the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
  • Examples of the bacterium having a 16S rRNA gene containing a nucleotide sequence having 97% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 include Brevibacillus genus bacteria.
  • the sludge decomposition bacterium according to the present invention has 97.5% or more, 98% or more, 98.5% or more, 98.8% or more of identity or homology as compared with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1. It may have a 16S rRNA gene containing a base sequence of 99.0% or more, 99.3% or more, 99.5% or more, 99.8% or more, or 99.9% or more.
  • the bacterium for sludge decomposition may be a bacterium having a 16S rRNA gene containing the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, and a typical strain thereof is Brevibacillus parabrevis (accession number NITE BP-03020) described later. Be done.
  • the sludge decomposition bacterium according to the present invention may include the bacterium according to the present invention.
  • the bacterium for sludge decomposition according to the present invention may have a 16S rRNA gene containing a base sequence in which one or several bases have been substituted, deleted or added as compared with the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. Good.
  • the 1-base or several-base may be, for example, 1 to 25 bases, 1 to 10 bases, or 1 to 5 bases.
  • the above mutation is a mutation in which the expression and function of 16S rRNA are not lost.
  • the sludge decomposition bacterium according to the present invention contains about 15 bases or more, preferably about 18 to about 500 bases, more preferably about 18 to about 200 bases, still more preferably about about 15 bases or more, which is contained in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. It may have a 16S rRNA gene containing a base sequence that hybridizes to a continuous sequence of 18 to about 50 bases or a complementary sequence thereof under stringent conditions.
  • the stringent condition means a condition in which a non-specific hybrid is not formed, for example, in 60 ° C., 1 ⁇ SSC, 0.1% SDS, preferably 68 ° C., 0.1 ⁇ SSC, 0.1% SDS.
  • the conditions for washing at least once are mentioned.
  • the sludge decomposition bacterium according to the present invention has sludge resolution.
  • the sludge is preferably excess sludge.
  • the sludge resolution can be changed depending on the reaction conditions (type and concentration of sludge and target microorganisms contained in sludge, composition of solution containing sludge decomposition bacteria, temperature, pH, number of bacteria, etc.).
  • a method of examining whether or not it has sludge resolution for example, a method of reacting sludge and a bacterium whose sludge resolution is to be examined in an appropriate medium or buffer for a certain period of time, and then examining the decomposition of sludge in the medium or buffer. Can be mentioned.
  • the method for examining the decomposition is not particularly limited, but for example, a method for measuring the turbidity of the sludge, a method for detecting the target microorganism contained in the sludge by the SLP reagent, and a method for detecting the DNA of the target microorganism contained in the sludge by PCR.
  • a method for measuring the dry weight of sludge a method for measuring the dry weight of target microorganisms contained in sludge, high performance liquid chromatography (HPLC); mass spectrometry (MS); thin layer chromatography (TLC); nuclear magnetic resonance. (NMR); Examples thereof include a method of detecting decomposition products derived from target microorganisms contained in sludge by using gas chromatography (GC) or the like.
  • having sludge resolution means that the turbidity after a predetermined time has passed since the sludge decomposition bacteria were added to the sludge is significantly lower than the turbidity before the addition.
  • the turbidity after the addition is, for example, 80% or less of the turbidity before the addition, preferably 50% or less, and more preferably 30% or less.
  • having sludge resolution means that, for example, the weight of the dry sludge after the addition is significantly lower than the weight of the dry sludge before the addition, for example, the weight of the dry sludge after the addition is the weight before the addition. It is 95% or less, preferably 90% or less.
  • a bacterium has a target microbial resolution, it has a sludge resolution.
  • the bacterium according to the present invention has a 16S rRNA gene in which the number of mutations of the base is 2 bases or less with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and has a target microbial resolution.
  • the 16S rRNA gene is preferably an endogenous 16S rRNA gene inherent in the bacterium. It may be an artificially mutated 16S rRNA.
  • Examples of the bacterium having a 16S rRNA gene in which the number of base mutations is 2 bases or less with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 include Brevibacillus genus bacteria, and Brevibacillus parabrevis. Be done.
  • the bacterium according to the present invention may include the bacterium for sludge decomposition according to the present invention.
  • An embodiment of the bacterium according to the present invention includes a bacterium having a 16S rRNA gene containing the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 and having target microbial resolution.
  • Brevibacillus parabrevis (accession number NITE BP-03020, original deposit date: September 17, 2019) is an independent administrative agency.
  • Product Evaluation Technology Infrastructure Organization Patented Microbial Deposit Center (NPMD, address: ⁇ 292-0818, 2-5-8 Kazusakamatari, Kisarazu City, Chiba Prefecture, Room 122) Strains deposited based on the Budapest Treaty can be mentioned. The mycological properties of the strain will be described later.
  • the bacterium according to the present invention has 98.5% or more, 98.8% or more, 99.0% or more, 99.3% or more, 99, as compared with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1. It may have a 16S rRNA gene containing a base sequence of .5% or more, 99.8% or more, and 99.9% or more, and may have a 16S rRNA gene containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. You may.
  • Bacteria having 2 or less base mutations with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 have 1 or 2 base substitutions, deletions or additions as compared with the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. It may have a 16S rRNA gene containing the generated base sequence.
  • the above mutation is a mutation in which the expression and function of 16S rRNA are not lost.
  • the bacterium according to the present invention contains about 15 bases or more, preferably about 18 to about 500 bases, more preferably about 18 to about 200 bases, and further preferably about 18 to about 18 to about 15 bases or more, which are contained in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. It may have a 16S rRNA gene containing a base sequence that hybridizes to a continuous sequence of 50 bases or a complementary sequence thereof under stringent conditions.
  • the stringent condition means a condition in which a non-specific hybrid is not formed, for example, in 60 ° C., 1 ⁇ SSC, 0.1% SDS, preferably 68 ° C., 0.1 ⁇ SSC, 0.1% SDS.
  • the conditions for washing at least once are mentioned.
  • the resolution of the target microorganism of the bacterium according to the present invention can change depending on the reaction conditions (type and concentration of the target microorganism, composition of the solution containing the bacterium, temperature, pH, number of bacteria, etc.).
  • the target microorganism is, for example, a target bacterium, preferably a target dead bacterium.
  • a representative strain Bb For example, a representative strain Bb. Of the bacterium according to the present invention. Parabrevis NITE BP-03020 and Micrococcus killed bacteria were prepared to have a turbidity (OD660) of 0.2, mixed at a volume ratio of 1: 100, and then 6.5 to 8 under a temperature condition of 20 to 35 ° C. By reacting under the pH condition of .0, the turbidity after one week can be reduced by about 50%, and the bacteria of the genus Micrococcus can be decomposed.
  • OD660 turbidity
  • the bacterium according to the present invention can be identified by analyzing the base sequence of the 16S rRNA gene of the target microorganism (the microorganism for which it is desired to investigate whether it is the bacterium according to the present invention) and measuring the resolution of the target microorganism. Specifically, if the target microorganism has a 16S rRNA gene in which the number of mutations of the base is 2 bases or less with respect to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and has the target microbial resolution.
  • the microorganism can be identified as a bacterium according to the present invention.
  • the base sequence of the 16S rRNA gene can be analyzed by, for example, the following method.
  • genomic DNA is extracted from the target microorganism using a known method, and the 16S rRNA gene is amplified.
  • the method for amplifying the 16S rRNA gene is not particularly limited, and examples thereof include a PCR method using a universal primer usually used by those skilled in the art.
  • the amplification product obtained by the PCR method can be purified as needed and subjected to a DNA sequencer or the like to determine the base sequence.
  • the obtained base sequence is compared with the sequence shown in SEQ ID NO: 1.
  • a method for examining whether or not the target microorganism has resolution for example, a method for examining the decomposition of the target microorganism in the medium or buffer after reacting the target microorganism with the target microorganism in an appropriate medium or buffer for a certain period of time.
  • the method for examining the degradation is not particularly limited, but for example, a method for measuring the turbidity of a solution containing the target microorganism, a method for detecting the target microorganism by an SLP reagent, a method for detecting the DNA of the target microorganism by PCR, and a method for drying the target microorganism.
  • HPLC high performance liquid chromatography
  • MS mass spectrometry
  • TLC thin layer chromatography
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • GC gas chromatography
  • having the target microorganism resolution means that the turbidity after a lapse of a predetermined time from the addition of the bacterium according to the present invention to the solution containing the target microorganism is higher than the turbidity before the addition. It means that it decreases significantly.
  • the turbidity after the addition is, for example, 80% or less of the turbidity before the addition, preferably 50% or less, and more preferably 30% or less.
  • having the target microorganism resolution means that, for example, the weight of the dried cells after the addition is significantly lower than the weight of the dried cells before the addition, for example, after the addition.
  • the dry cell weight is 95% or less, preferably 90% or less before the addition.
  • a bacterium has sludge resolution, it has target microbial resolution.
  • the target microorganism is a bacterium according to the present invention.
  • Bacteria (a1) has a 16S rRNA gene containing a nucleotide sequence having 90% or more identity as compared with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.
  • Bacteria (a1) have 93% or more, 95% or more, 97% or more, 98% or more, 99% or more, 99.5% or more of identity or homology as compared with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1. It may have a 16S rRNA gene containing 99.9% or more of the base sequence, or may have a 16S rRNA gene containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1.
  • Examples of the bacterium (a1) include Brevibacillus genus bacteria, and Brevibacillus parabrevis may be used.
  • the bacterium (a1) may be a bacterium deposited under the accession number NITE BP-03020.
  • the bacterium (a1) may have a 16S rRNA gene containing a base sequence in which one or several bases have been substituted, deleted or added as compared with the base sequence shown in SEQ ID NO: 1.
  • the 1 base or several bases may be, for example, 1 to 135 bases, 1 to 100 bases, 1 to 50 bases, 1 to 25 bases, or 1 base. It may be up to 5 bases.
  • the above mutation is a mutation in which the expression and function of 16S rRNA are not lost.
  • the bacterium (a1) is contained in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and contains about 15 bases or more, preferably about 18 to about 500 bases, more preferably about 18 to about 200 bases, and further preferably about 18 to about 50 bases. It may have a 16S rRNA gene containing a base sequence that hybridizes to a continuous sequence of bases or a complementary sequence thereof under stringent conditions.
  • the base sequence of the 16S rRNA gene of the bacterium (a1) can be analyzed in the same manner as the above-mentioned bacterium according to the present invention.
  • Bacteria (a1) preferably have target microbial resolution.
  • the target microbial resolution of the bacterium (a1) can be evaluated in the same manner as the above-mentioned bacterium according to the present invention.
  • the bacterium (a1) at least one bacterium selected from Brevibacillus parabrevis, the bacterium for sludge decomposition according to the present invention, the bacterium according to the present invention, and the bacterium of the following group A are selected. It is preferable to include it.
  • the bacterium (a1) may be a single bacterium or a plurality of types of bacteria.
  • Group A Brevibacillus Inbokatsusu (Brevibacillus invocatus), Brevibacillus Centro spot Angeles (Brevibacillus centrosporus), Brevibacillus Borusuterenshisu (Brevibacillus borstelensis), Brevibacillus Revikukyi (Brevibacillus levickii), Brevibacillus mass Shillien cis (Brevibacillus massiliensis), Brevibacillus Jinsenjisori (Brevibacillus ginsengisoli), Brevibacillus Raterosuporasu (Brevibacillus laterosporus), Brevibacillus full bath (Brevibacillus fulvus), Brevibacillus Furuminisu (Brevibacillus fluminis), Brevibacillus Sediminisu (Brevibacillus sediminis), Brevibacillus Samoruba (Brevibacillus thermoruber), Brevibacillus
  • the microbial preparation according to the present invention has sludge resolution.
  • the sludge resolution can be evaluated by the method described in the above-mentioned column of sludge decomposition bacteria according to the present invention.
  • the sludge resolution of the microbial preparation is preferably derived from the bacterium (a1) or microbial (a2) contained in the microbial preparation or a culture thereof.
  • the microbial preparation can decompose sludge at a temperature of 37 ° C. or lower, a temperature of 30 ° C., a temperature of 25 ° C. or a temperature of 20 ° C., and may be capable of decomposing sludge in a temperature range of 20 ° C. to 40 ° C.
  • the turbidity of the solution on the 5th day after the addition of the microbial preparation according to the present invention to the solution containing the target microorganism is less than twice the turbidity of the solution at a temperature of 30 ° C. at a temperature of 25 ° C. At 20 ° C, it is 3 times or less, preferably 2.5 times or less, the turbidity of the solution at a temperature of 30 ° C.
  • the microbial preparation can include a culture of the bacterium (a1), a microorganism (a2), an additive (b), a carrier (c), and the like.
  • Specific examples of the microbial preparation include a microbial preparation containing a bacterium (a1), a microorganism (a2), an additive (b) and a carrier (c).
  • Bacterial (a1) cultures include, for example, bacterial (a1) secretions, metabolites, proteins, sugars, enzymes produced from the bacterium (a1) and liquid media in which they are suspended.
  • the culture includes a culture of bacteria (a1) grown in a predetermined liquid medium under controlled conditions or in a liquid medium containing a carbon source and a nitrogen source.
  • the target microbial decomposition preparation containing the culture of the bacterium (a1) may contain a live bacterium of the bacterium (a1).
  • the culture of the bacterium (a1) may be a supernatant obtained by culturing the bacterium (a1).
  • the culture supernatant can be obtained, for example, by removing the bacterium (a1) from the liquid medium in which the bacterium (a1) is cultured by centrifugation, filtration, or the like.
  • the culture may contain a fragment of the bacterium (a1). Fragments of the bacterium (a1) can also be obtained, for example, by ultrasonic crushing, bead grinding, or chemical dissolution treatment of the bacterium (a1).
  • Bacterial (a1) cultures preferably have target microbial resolution.
  • the microorganism (a2) is a microorganism different from the bacterium (a1).
  • the microorganism (a2) is not particularly limited as long as it is not a microorganism that loses the sludge resolution of the microbial preparation.
  • the microorganism (a2) may be a single microorganism or a plurality of types of microorganisms.
  • the microorganism (a2) may be a bacterium that improves the growth ability or stability of the bacterium (a1), or may be a bacterium that improves the stability of the culture of the bacterium (a1).
  • the microorganism (a2) can be identified by analysis of the base sequence of the 16S rRNA gene of the microorganism, a physiological biochemical property test, or the like.
  • the microorganism (a2) may or may not have the target microorganism resolution.
  • the base sequence of the 16S rRNA gene of the target microorganism and the measurement of the target microorganism resolution can be performed in the same manner as the above-mentioned bacterium according to the present invention.
  • the microorganism (a2) may be a gram-negative bacterium or a gram-positive bacterium. Examples include Bacillus bacterium, Gordonia bacterium, Microbacterium bacterium, Rhodococcus bacterium, Sphingomonas bacterium, Esqueriquia bacterium, and sprouting yeast.
  • the microorganism (a2) preferably contains a bacterium having a target microbial resolution, for example, a target microorganism having a 16S rRNA gene containing a base sequence having 90% or more identity with the base sequence shown in SEQ ID NO: 7.
  • bacteria (a21) At least one selected from the group consisting of a bacterium having a decomposing ability (hereinafter, may be referred to as "bacteria (a21)"), a Bacillus bacterium having a target microbial decomposing ability, and a Paenibacillus genus bacterium having a target microbial decomposing ability. It is preferable to include it.
  • bacteria having a 16S rRNA gene containing a nucleotide sequence having 90% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7 and having target microbial resolution include bacteria belonging to the genus Tumebacillus.
  • Bacteria (a21) have 93% or more, 95% or more, 98% or more, 99% or more, 99.5% or more, 99.9% of identity or homology as compared with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7. It may have a 16S rRNA gene containing the above base sequence, or may have a 16S rRNA gene containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 7.
  • Bacteria (a21) are described in Tumebacillus sp.
  • Bacteria are, for example, Chu main Bacillus Arugifaeshisu (Tumebacillus algifaecis), Chu main Bacillus avium (Tumebacillus avium), Chu main Bacillus Furageratesu (Tumebacillus flagellates), Chu main Bacillus Ginsengisori (Tumebacillus ginsengisoli), Chu main Bacillus Riporitikasu (Tumebacillus lipolyticus ), Tumebacillus luteolus, Tumebacillus permanentifrigoris, Tumebacillus soli.
  • Bacillus bacteria having target microbial degradability examples include Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus sphaelicis, and Bacillus sphaericus.
  • Paenibacillus bacteria having target microbial resolution examples include Paenibacillus polymyxa.
  • the number of bacteria (a1) with respect to the total number of bacteria (a1) and microorganisms (a2) may be 0.1% or more, 1% or more, or 10% or more. It may be 50% or more, 75% or more, 90% or more, 95% or more, 100% or less, and may be 100% or less. It may be less than 100%.
  • the number of bacteria (a1) with respect to the total number of bacteria (a1) and microorganisms (a2) is preferably the ratio of bacteria (a1) to all bacteria contained in the microbial preparation.
  • Examples of the method for calculating the number of bacteria (a1) with respect to the total number of bacteria (a1) and microorganisms (a2) include a clone library method, a method of calculating by next-generation sequencer analysis, and a method of calculating by quantitative PCR.
  • genomic DNA is extracted from the bacteria (a1) and the microorganism (a2) contained in the microbial preparation, and the 16S rRNA gene is obtained.
  • a plurality of base sequences are acquired (hereinafter, the number of the acquired plurality of base sequences is referred to as a read number), and whether the acquired base sequence is a base sequence derived from a bacterium (a1) or a microorganism (a2) is determined. decide.
  • the number of base sequences derived from the bacterium (a1) with respect to the number of reads can be calculated and used as the number of bacteria (a1) with respect to the total number of bacteria (a1) and microorganisms (a2).
  • next-generation sequencer used in the next-generation sequencer analysis is not particularly limited as long as it can detect the fluorescence intensity when resynthesizing one base at a time using a DNA fragment as a template and determine the base sequence.
  • Next-generation sequencers include, for example, MiSeq, HiSeq 2500 (Illumina), 5500xl SOLiDTM, Ion ProtonTM, Ion PGMTM (Thermo Fisher Scientific), GS FLX + (Roche Diagnostics Co., Ltd.), etc. Can be mentioned.
  • the number of 16S rRNA gene copies of bacteria (a1) and the number of 16S rRNA gene copies of bacteria (a1) and microorganisms (a2) contained in the microbial preparation. are calculated respectively.
  • the number of 16S rRNA gene copies of the bacterium (a1) was calculated with respect to the number of 16S rRNA gene copies of the bacterium (a1) and the microorganism (a2), and the number of bacteria (a1) with respect to the total number of the bacteria (a1) and the microorganism (a2) was calculated. can do.
  • the real-time PCR device used in quantitative PCR is not particularly limited as long as it is equipped with a thermal cycler capable of amplifying DNA by PCR and a spectrofluorometer for detecting an amplification product.
  • Examples of the real-time PCR device include StepOnePlus (manufactured by Applied Biosystems), Thermal Cycler Dice Real System (manufactured by Takara Bio Inc.), Light Cycler 96 System (manufactured by Roche Diagnosis Co., Ltd.), and the like.
  • Master mixes used for quantitative PCR include Fast SYBR Green Master Mix, Power SYBR Green Master Mix, SYBR Select Master Mix, PowerUp SYBR Green Master, etc.
  • additive (b) examples include surfactants, dispersants, auxiliaries, protective agents and the like.
  • the type and concentration of the additive (b) can be appropriately determined under the condition that the bacterium (a1) is not killed or the target microbial resolution of the bacterium is not lost.
  • the carrier (c) examples include an inorganic fine particle carrier.
  • the inorganic fine particle carrier may be a metal and its inorganic salts or oxides, may contain carbon, or may be chemically classified as an inorganic substance. Further, it may be a pure substance or a mixture having an organic carbon content of less than about 1%.
  • the central particle size of the inorganic fine particle carrier is preferably 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably 4 ⁇ m to 75 ⁇ m, and further preferably 13 ⁇ m to 25 ⁇ m.
  • the central particle size refers to the median size (D50) in the volume-based particle size distribution based on the laser diffraction / light scattering method.
  • the specific gravity of the inorganic fine particle carrier is not particularly limited, but is preferably 1.2 to 3.5.
  • the inorganic fine particle carrier may be agglomerated using various coagulants, if necessary, for the purpose of improving the yield at the initial stage of culturing.
  • the flocculant include nonionic, cationic and anionic polymer flocculants.
  • a method for producing a microbial preparation for example, a method of mixing a bacterium (a1) and an inorganic fine particle carrier, carrying the bacterium (a1) on the inorganic fine particle carrier, and recovering the microbial preparation obtained by culturing the bacterium (a1) is used. Can be mentioned.
  • any of batch, semi-batch, fed-batch, and continuous methods may be used.
  • a culturing method for example, from the viewpoint of efficiently preparing a microorganism having a slow growth and a low cell yield, as described in JP-A-9-187272, a container for culturing the microorganism (hereinafter, reaction).
  • a continuous culture method may be used in which the concentration of the target compound to be supplied to the tank) is increased logarithmically with the passage of the culture time.
  • the microbial pharmaceutical means is not particularly limited as long as the target microbial resolution of the bacterium (a1) is not lost, and known microbial means can be used.
  • the form of the microbial preparation may be a liquid or a solid (including capsules, agar, powder, etc.), and may be a frozen body, a freeze-dried body, or the like.
  • the microbial preparation When the microbial preparation is a liquid, it may be a bacterial suspension suspended in a medium, a buffer solution, a physiological saline solution, or the like.
  • the liquid may be acidic or neutral.
  • the microbial preparation is a solid or lyophilized product, for example, the cultured bacteria may be concentrated and then appropriately dried or lyophilized to obtain a solid or lyophilized product. At that time, excipients and the like may be added.
  • the decomposition method according to the present invention includes a step of allowing a bacterium for sludge decomposition according to the present invention, a bacterium according to the present invention or a microbial preparation according to the present invention to act on sludge.
  • the target microbial resolution of the sludge decomposition bacterium according to the present invention, the bacterium according to the present invention, and the microbial preparation according to the present invention is useful for treating excess sludge containing the target microorganism, and is surplus by the decomposition method according to the present invention.
  • the volume of sludge can be reduced.
  • the bacterium for sludge decomposition according to the present invention, the bacterium according to the present invention or the microbial preparation according to the present invention acts on sludge means, for example, the bacterium for sludge decomposition according to the present invention, the bacterium according to the present invention or the microorganism according to the present invention. It refers to contacting sludge with a preparation or a solution in which these are suspended.
  • the sludge is decomposed by the sludge decomposing bacterium according to the present invention, the bacterium according to the present invention, or the microbial preparation according to the present invention decomposing the target microorganism contained in the sludge.
  • the bacterium according to the present invention In the step of causing the sludge decomposition bacterium according to the present invention, the bacterium according to the present invention, or the microbial preparation according to the present invention to act on the sludge, the sludge decomposition bacterium according to the present invention, the bacterium or the bacterium (a1) according to the present invention is killed. It is not particularly limited as long as it does not, or the condition is such that the target microbial resolution of the bacterium is not lost.
  • the step may be performed under conditions of, for example, a temperature of 20 to 40 ° C. or 25 to 30 ° C. Further, the pH may be under the condition of 6.5 to 8.0, or may be under the condition of 7.0 to 7.5.
  • the amount of the sludge-decomposing bacterium according to the present invention, the bacterium according to the present invention, or the microbial preparation according to the present invention added to sludge can be appropriately set in consideration of the type and concentration of the target microorganism, the volume of the reaction system, and the like. ..
  • the method for confirming that sludge is decomposed is not particularly limited, and is performed by a method that can be usually used by those skilled in the art.
  • Examples of such a confirmation method include the above-mentioned sludge resolution evaluation method or target microorganism resolution evaluation method.
  • the sludge decomposition device is not particularly limited as long as it can reduce excess sludge by using the sludge decomposition bacteria according to the present invention, the bacteria according to the present invention, or the microbial preparation according to the present invention, but for example, excess sludge is generated. Examples include sludge treatment equipment and wastewater treatment equipment. Further, for example, the sludge decomposition bacterium according to the present invention, the bacterium according to the present invention, or the microbial preparation according to the present invention is added to an existing sludge treatment device, a wastewater treatment device, etc. in which excess sludge exists to obtain a sludge decomposition device. You can also do it.
  • strain A the strain in which the resolution of Micrococcus bacteria is recognized.
  • PCR was performed under the following conditions. 25.0 ⁇ L 2 ⁇ PCR buffer for KOD FX (manufactured by Toyo Boseki Co., Ltd.), 10.0 ⁇ L dNTP mix (2 mM), 1.5 ⁇ L cloning forward primer and cloning reverse primer (10 pmol / ⁇ L respectively), 0. 58 ⁇ L of template DNA, 10.4 ⁇ L of sterile water, and 1.0 ⁇ L of DNA polymerase (KOD FX, 1 U / ⁇ L, manufactured by Toyo Boseki Co., Ltd.) were added to a microtube and mixed. The microtube was used in a PCR device, and the template DNA was amplified.
  • KOD FX manufactured by Toyo Boseki Co., Ltd.
  • the reaction was carried out at (1) 94 ° C. for 2 minutes, (2) 98 ° C. for 10 seconds, (3) 50 ° C. for 30 seconds, (4) 68 ° C. for 1.5 minutes, and (2) to (4). The process was repeated for 35 cycles. The amplified product after PCR was purified.
  • the obtained nucleotide sequence was subjected to homology analysis against an international nucleotide sequence database (DDBJ / ENA (EMBL) / GenBank). Among the reference strains, 99.8% identity was shown with respect to the nucleotide sequence of the 16S rRNA gene of Brevibacillus parabrevis IFO12334. However, no microorganism had a 16S rRNA gene that completely matched the obtained nucleotide sequence.
  • the nucleotide sequence of the 16S rRNA gene at this time is shown in SEQ ID NO: 1. From the above, it was suggested that the bacterium having the 16S rRNA gene having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 has the target microbial resolution.
  • the colony of Strain A had a round and creamy morphology. Further, as shown in FIG. 2, the strain A was a bacillus and was negative for Gram stain. Strain A has the highest homology of the 16S rRNA gene in the points shown in Table 4. It had different characteristics from parabrevis IFO12334. Therefore, the strain A is a conventional Bb. It was suggested that it is a new strain different from parabrevis. Strain A was deposited as Brevibacillus parabrevis NITE BP-03020.
  • (material) -802 medium 10 g polypeptone, 2 g yeast extract, 1 g magnesium sulfate heptahydrate was dissolved in ultrapure water, the pH was adjusted to 7.0, prepared to 1000 mL, and pressure-steam sterilized.
  • -Solution A 4.35 g dipotassium hydrogen phosphate 1.70 g monopotassium dihydrogen phosphate, 8.92 g disodium hydrogen phosphate dodecahydrate, 0.34 g ammonium chloride is dissolved in ultrapure water and prepared to 200 mL.
  • High-pressure steam sterilized solution-Liquid B 4.50 g Solution of magnesium sulphate heptahydrate dissolved in ultrapure water, prepared to 200 mL
  • high-pressure steam sterilized-Liquid C 5.50 g Calcium chloride anhydrous Solution after dissolving the product in ultrapure water, preparing to 200 mL
  • high-pressure steam sterilization ⁇ Solution D 0.05 g Dissolving iron chloride hexahydrate in ultrapure water, preparing to 200 mL, 0.2 ⁇ m Solution sterilized by filtration with a syringe filter
  • Micrococcus (target microorganism) is cultured in 802 medium at a temperature of 25 ° C., and after collecting and washing, it is mixed with 986 mL of ultrapure water so as to have a turbidity (OD660) of 0.2, and sterilized by high pressure steam. , A substrate solution was obtained.
  • a target microorganism prepared by mixing 3.0 mL A solution, 3.0 mL B solution, 3.0 mL C solution, 3.0 mL D solution, and 1.8 mL 1% phosphoric acid solution with 986 mL substrate solution and using an inorganic medium as a solvent. The containing solution was obtained.
  • the target microorganism contained in the target microorganism-containing solution is a target dead bacterium.
  • Bb Parabrevis NITE BP-03020 was inoculated on 802 medium and cultured at 30 ° C. for 24-48 hours. After culturing, Bb. Add 50 ⁇ L of the culture solution of parabrevis NITE BP-03020, shake at 25 ° C. and 200 rpm, and measure the turbidity (OD660) of the test tube over time with a simple turbidity meter (simple OD monitor, miniphoto 518R, manufactured by TAITEC). Measured at. The results are shown in FIG. Further, FIG.
  • FIG. 4 shows the results of measuring the turbidity by adding 50 ⁇ L of a culture solution of Paenibacillus glycanyliticus cultured by the same method to 50 mL of a target microorganism-containing solution. Negative controls are Bb. It is the turbidity (OD660) of the target microorganism-containing solution to which the culture solution of parabrevis NITE BP-03020 is not added.
  • Parabrevis NBRC12374 was seeded in 802 medium and cultured at 30 ° C. for 24-48 hours. After culturing, the culture broth was filtered through a 0.2 ⁇ m syringe filter to obtain a culture supernatant (culture).
  • Bb. parabrevis NBRC3331, Bb. parabrevis NBRC12333, Bb. parabrevis NBRC12334, and Bb. parabrevis NBRC12374 was obtained from the Independent Administrative Institution Product Evaluation Technology Infrastructure Organization.
  • Bb (result) Bb.
  • Each Bb. Except for parabrevis NITE BP-03020. As for the parabrevis strain, the turbidity of the target microorganism-containing solution was reduced by adding the culture supernatant. Therefore, Bb. Bb. Other than parabrevis NITE BP-03020. Parabrevis was also found to have target microbial resolution. In addition, Bb. The parabrevis culture was also found to have target microbial resolution.
  • Bb The target microorganism-containing solution to which the culture supernatant of parabrevis NITE BP-03020 was added was prepared from other Bb. The turbidity was lower than that of the target microorganism-containing solution to which the culture supernatant of the parabrevis strain was added.
  • Bb. Parabrevis NITE BP-03020 is a method of other Bb. It was found that the target microbial resolution was superior to that of the parabrevis strain.
  • Bacterial medium 20 g glucose, 5 g polypeptone, 3 g yeast extract, 3 g meat extract, 2 g ammonium sulfate, 1 g monopotassium dihydrogen phosphate, 0.5 g magnesium sulfate heptahydrate dissolved in ultrapure water to adjust the pH to 7. After adjusting to 0, prepare to 1000 mL and sterilize with high-pressure steam.
  • YM medium 20 g glucose, 5 g peptone, 3 g yeast extract, 3 g malt extract dissolved in ultra-pure water and sterilized with high-pressure steam.
  • the target microorganisms shown in Table 5 are cultured in the medium and culture temperature shown in the same table, and after collecting and washing, the turbidity (OD660) is 0.2 to 0.3 with respect to 986 mL of ultrapure water.
  • the mixture was mixed and sterilized by autoclaving to obtain a substrate solution.
  • the same solutions A to D and phosphoric acid solution as in Experiment 4 were mixed with the substrate solution to obtain a target microorganism-containing solution in which various types of bacteria (killed bacteria) were targeted.
  • a surplus sludge-containing solution was prepared by mixing 986 mL surplus sludge substrate solution with 3.0 mL A solution, 3.0 mL B solution, 3.0 mL C solution, 3.0 mL D solution, and 1.8 mL 1% phosphoric acid.
  • Bb By adding the culture supernatant of parabrevis NITE BP-03020, a decrease in the turbidity of the excess sludge-containing solution was observed. Therefore, Bb.
  • the culture of parabrevis NITE BP-03020 was found to have sludge resolution.
  • a surplus sludge-containing solution was prepared by mixing 986 mL surplus sludge substrate solution with 3.0 mL A solution, 3.0 mL B solution, 3.0 mL C solution, 3.0 mL D solution, and 1.8 mL 1% phosphoric acid.
  • Bb parabrevis NITE BP-03020, B.I. Subtilis subsp. inaquosorum DSM022148, and Tumebacillus sp.
  • Bb It was found that the culture of parabrevis NITE BP-03020 and the complex microbial preparation containing two other bacteria also have sludge resolution.
  • strain B a strain in which the resolution of Micrococcus bacteria is recognized.
  • PCR was performed under the following conditions. 25.0 ⁇ L 2 ⁇ PCR buffer for KOD FX (manufactured by Toyo Boseki Co., Ltd.), 10.0 ⁇ L dNTP mix (2 mM), 1.5 ⁇ L cloning forward primer and cloning reverse primer (10 pmol / ⁇ L respectively), 0. 58 ⁇ L of template DNA, 10.4 ⁇ L of sterile water, and 1.0 ⁇ L of DNA polymerase (KOD FX, 1 U / ⁇ L, manufactured by Toyo Boseki Co., Ltd.) were added to a microtube and mixed. The microtube was used in a PCR device, and the template DNA was amplified.
  • KOD FX manufactured by Toyo Boseki Co., Ltd.
  • the reaction was carried out at (1) 94 ° C. for 2 minutes, (2) 98 ° C. for 10 seconds, (3) 50 ° C. for 30 seconds, (4) 68 ° C. for 1.5 minutes, and (2) to (4). The process was repeated for 35 cycles. The amplified product after PCR was purified.
  • the obtained nucleotide sequence was subjected to homology analysis against an international nucleotide sequence database (DDBJ / ENA (EMBL) / GenBank).
  • DDBJ / ENA ENA
  • GenBank international nucleotide sequence database
  • 98.1% identity was shown with respect to the nucleotide sequence of the 16S rRNA gene of Tumebacillus permanentifrigoris Eur_9.5.
  • no microorganism had a 16S rRNA gene that completely matched the obtained nucleotide sequence.
  • the nucleotide sequence of the obtained 16S rRNA gene is shown in SEQ ID NO: 7. From this, it was suggested that the bacterium having the 16S rRNA gene having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7 has microbial resolution.
  • ⁇ 802 medium 10 g polypeptone, 2 g yeast extract, 1 g magnesium sulfate heptahydrate. Dissolve in pure water, adjust the pH to 7.0, prepare to 1000 mL, and sterilize with high-pressure steam.
  • Medium for bacteria 20 g glucose, 5 g polypeptone, 3 g yeast extract, 3 g meat extract, 2 g ammonium sulfate, 1 g phosphorus.
  • Monopotassium dihydrogen acid, 0.5 g Magnesium sulfate heptahydrate was dissolved in ultra-pure water, the pH was adjusted to 7.0, prepared to 1000 mL, and sterilized by high-pressure steam.
  • -Target bacterium (killed bacteria) -containing inorganic medium 986 mL substrate solution, 3.0 mL A solution, 3.0 mL B solution, 3.0 mL C solution, 3.0 mL D solution, and 1.8 mL 1% phosphoric acid were mixed.
  • Medium As the above-mentioned substrate solution and liquids A to D, the following ones were used.
  • Substrate solution The target bacteria shown in Table 10 are cultured under the conditions shown in the same table, collected and washed, mixed with 986 mL of ultrapure water so as to have a turbidity (OD660) of 0.2, and sterilized by high pressure steam.
  • OD660 turbidity
  • Solution A 4.35 g dipotassium hydrogen phosphate 1.70 g monopotassium dihydrogen phosphate, 8.92 g disodium hydrogen phosphate dodecahydrate, 0.34 g ammonium chloride dissolved in ultrapure water.
  • Solution B 4.50 g Solution after dissolving magnesium sulfate heptahydrate in ultrapure water and prepared in 200 mL
  • solution C 5 .50 g Calcium chloride anhydride was dissolved in ultrapure water and prepared in 200 mL, and solution was sterilized by high pressure steam.
  • Solution D 0.05 g Iron chloride hexahydrate was dissolved in ultrapure water and prepared in 200 mL.
  • Tumebacillus sp. NITE BP-02779 was seeded on R2A medium and cultured at 25 ° C. for 24 to 48 hours.
  • Tumebacillus sp. 50 ⁇ L of NITE BP-02779 culture solution and 5.0 mL of an inorganic medium containing target bacteria (killed bacteria) were added to a test tube and reacted at 25 ° C. and 200 rpm to change the turbidity (OD660) of the test tube over time.
  • the measurement was performed with a simple turbidity meter (simple OD monitor miniphoto 518R, manufactured by TAITEC).
  • the number of days elapsed when the turbidity (OD660) of the target bacterium (killed bacterium) -containing inorganic medium was 50% of the turbidity (OD660) of the negative control was calculated, and the presence or absence of resolution was determined based on the following criteria.
  • the negative control is Tumebacillus sp.
  • the turbidity (OD660) of the target bacterium (killed bacterium) -containing inorganic medium without NITE BP-02779 was used.
  • Method The same method as in Reference Experiment 4 except that an inorganic medium containing a target bacterium (live bacterium) was used. The resolution of NITE BP-02779 with respect to the target bacterium (live bacterium) was evaluated.
  • NBRC National Center for Biotechnology Information
  • NCBI National Center for Biotechnology Information
  • Tumebacillus sp. NITE BP-02779 and Tumebacillus algifaecis NBRC108765t were judged as A, but Bacillus bacteria and Paenibacillus bacteria were judged as B or C. Therefore, Tumebacillus sp. NITE BP-02779 and Tumebacillus algifaecis NBRC108765t had better target microorganism (target dead bacteria) resolution than Bacillus bacterium and Paenibacillus bacterium.
  • Tumebacillus sp The nucleotide sequence of the 16S rRNA gene of NITE BP-02779 and the nucleotide sequence of the 16S rRNA gene of Tumebacillus algifaesis NBRC108765t were 92.8% identical. On the other hand, Tumebacillus sp. The nucleotide sequence of the 16S rRNA gene of NITE BP-02779 and the nucleotide sequence of the 16S rRNA gene of Bacillus bacterium or Paenibacillus bacterium were less than 90% identical. From this, the identity of the base sequence of the 16S rRNA gene was determined by Tumebacillus sp.
  • Tumebacillus algifaesis NBRC108765t is available from NBRC, and the nucleotide sequence of its 16S rRNA gene can be found in the GenBank / EMBL / DDBJ database at Accession No. It is listed as JX110710.
  • Target microbial resolution evaluation of a mixed solution containing Tumebacillus sp. NITE BP-02779 and Escherichia coli] material
  • a target bacterium (killed bacterium) -containing inorganic medium containing the Micrococcus genus bacterium used in Reference Experiment 4 as the target bacterium was prepared.
  • a solution containing Tumebacillus sp. NITE BP-02779 and Escherichia coli DH5 ⁇ was prepared.
  • Tumebacillus sp. NITE BP-02779 was cultured at 25 ° C. for 24 hours, and Escherichia coli DH5 ⁇ was cultured at 37 ° C. for 24 hours.
  • the ratio of the turbidity (OD660) of the target bacterium-containing inorganic medium to which the microbial preparation was added to the turbidity (OD660) of the negative control was calculated as the residual rate of the target microorganism, and the resolution of the target microorganism was evaluated according to the following criteria.
  • the turbidity (OD660) of the target bacterium-containing inorganic medium to which no mixed solution was added was used as the negative control.
  • Tumebacillus sp. NITE BP-02779 was cultured in R2A medium for a certain period of time.
  • the culture broth was centrifuged to collect the culture supernatant from which the bacterial cells had been removed.
  • 100 ⁇ L of the collected culture supernatant and 100 ⁇ L of a phosphate buffer containing the target bacteria were added to a 96-well plate, and ABS 450 nm was measured over time using a microplate reader (manufactured by Molecular Device).
  • Micrococcus bacterial resolution (UNITS / mL) was calculated and the target microbial resolution was evaluated according to the following criteria.

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Abstract

配列番号1に記載の塩基配列と97%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する汚泥分解用細菌、配列番号1に記載の塩基配列に対して、塩基の変異数が2塩基以下である塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有し、且つ標的微生物分解能を有する細菌、及び下記細菌(a1)を含む標的微生物分解用微生物製剤が提供される。細菌(a1)は配列番号1に記載の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する細菌である。

Description

汚泥分解用細菌、微生物分解細菌、微生物製剤、汚泥分解方法及び汚泥分解装置
 本発明は、汚泥分解用細菌、微生物分解細菌、微生物製剤、汚泥分解方法及び汚泥分解装置に関する。
 活性汚泥法により汚水浄化を行うと、有機物を分解して増殖した微生物を含んだ余剰汚泥と呼ばれる汚泥を発生させる。廃水処理設備から排出される余剰汚泥は産業廃棄物の中で40%以上もの割合を占めるため、産業廃棄物を減容化するには、この余剰汚泥の減容化が効果的と考えられている。一般的に余剰汚泥は、脱水、乾燥後、焼却処理される(非特許文献1:「平成27年度事業、産業廃棄物排出・処理状況調査報告書、平成25年度実績(概要版)」[online]、平成28年3月、環境省大臣官房廃棄物・リサイクル対策部、[平成30年8月31日検索]、インターネット<URL: https://www.e-stat.go.jp/stat-search/file-download?statInfId=000031403476&fileKind=2>;非特許文献2:山本昌幸、「下水の燃焼技術について」、日本燃料学会誌、一般社団法人日本燃焼学会、2011、第53巻、164号、p91-96)。
 しかしながら、余剰汚泥を焼却処理すると温室効果ガスが発生するため、必ずしも環境に与える影響の少ない処理方法ではなかった。
「平成27年度事業、産業廃棄物排出・処理状況調査報告書、平成25年度実績(概要版)」[online]、平成28年3月、環境省大臣官房廃棄物・リサイクル対策部、[平成30年8月31日検索]、インターネット<URL: https://www.e-stat.go.jp/stat-search/file-download?statInfId=000031403476&fileKind=2> 山本昌幸、「下水の燃焼技術について」、日本燃料学会誌、一般社団法人日本燃焼学会、2011、第53巻、164号、p91-96
 近年、地球環境に対する意識が社会全体で高まってきており、環境に与える影響がより少ない余剰汚泥の減容化方法、即ち、余剰汚泥を構成する微生物の分解方法が求められていた。
 本発明は、汚泥分解用細菌、微生物分解細菌、微生物製剤、汚泥分解方法及び汚泥分解装置を提供することを目的とする。
 すなわち、本発明は、以下に例示される[1]~[18]に関する。
[1]配列番号1に記載の塩基配列と97%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する、汚泥分解用細菌(以下、「本発明に係る汚泥分解用細菌」と記すことがある。)。
[2]配列番号1に記載の塩基配列に対して、塩基の変異数が2塩基以下である16S rRNA遺伝子を有し、且つ、標的微生物分解能を有する細菌(以下、「本発明に係る細菌」と記すことがある。)。
[3]標的微生物が標的細菌である、[2]に記載の細菌。
[4]標的微生物が標的死細菌である、[2]又は[3]に記載の細菌。
[5]配列番号1に記載の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する、[1]~[4]のいずれかに記載の細菌。
[6]受託番号NITE BP-03020として寄託された細菌。
[7]細菌(a1)を含む、汚泥分解用微生物製剤(以下、「本発明に係る微生物製剤」と記すことがある。)。
 細菌(a1):配列番号1に記載の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する細菌。
[8]細菌(a1)は、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塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する、[7]に記載の汚泥分解用微生物製剤。
[9]細菌(a1)は、配列番号1に記載の塩基配列と97%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する、[7]に記載の汚泥分解用微生物製剤。
[10]細菌(a1)は、配列番号1に記載の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する、[7]に記載の汚泥分解用微生物製剤。
[11]細菌(a1)は、標的微生物分解能を有する、[7]~[10]のいずれかに記載の汚泥分解用微生物製剤。
[12]温度20℃で汚泥を分解する、[7]~[11]のいずれかに記載の汚泥分解用微生物製剤。
[13]細菌(a1)は、受託番号NITE BP-03020として寄託された細菌である、[7]に記載の汚泥分解用微生物製剤。
[14]微生物(a2)をさらに含み、細菌(a1)及び微生物(a2)の総数に対する細菌(a1)数は0.1%以上100%未満である、[7]~[13]のいずれかに記載の汚泥分解用微生物製剤。
 微生物(a2):細菌(a1)と異なる微生物。
[15]微生物(a2)は、配列番号7に記載の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有し、且つ標的微生物分解能を有する細菌、標的微生物分解能を有するバチルス属細菌、及び標的微生物分解能を有するパエニバシラス属細菌からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、[14]に記載の汚泥分解用微生物製剤。
[16]細菌(a1)の培養物を含む、汚泥分解用微生物製剤。
 細菌(a1):配列番号1に記載の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有し、且つ、標的微生物分解能を有する細菌。
[17][1]~[6]のいずれかに記載の細菌又は[7]~[16]のいずれかに記載の汚泥分解用微生物製剤を汚泥に作用させる工程を含む、汚泥分解方法(以下、「本発明に係る分解方法」と記すことがある。)。
[18][1]~[6]のいずれかに記載の細菌又は[7]~[16]のいずれかに記載の汚泥分解用微生物製剤を用いた、汚泥分解装置(以下、「本発明に係る分解装置」と記すことがある。)。
 本発明によれば、汚泥分解用細菌、微生物分解細菌、微生物製剤、微生物の分解方法及び分解装置を提供可能となる。
実験3において、Brevibacillus parabrevis(以下、「Bb.parabrevis」と記載することがある。) NITE BP-03020の形態を示す写真である。 実験3において、Bb.parabrevis NITE BP-03020のグラム染色の結果を示す写真である。 実験4において、Bb.parabrevis NITE BP-03020の標的微生物分解能を示すグラフである。 実験4において、Paenibacillus glycanilyticusの標的微生物分解能を示すグラフである。 実験5において、複数株のBb.parabrevisの培養物を含む微生物製剤の標的微生物分解能を示すグラフである。 実験6において、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物を含む微生物製剤の標的微生物(Micrococcus lysodeikticus)分解能を示すグラフである。 実験6において、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物を含む微生物製剤の標的微生物(Saccharomyces cerevisiae)分解能を示すグラフである。 実験6において、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物を含む微生物製剤の標的微生物(Escherichia coli)分解能を示すグラフである。 実験6において、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物を含む微生物製剤の標的微生物(Brevibacillus parabrevis)分解能を示すグラフである。 実験6において、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物を含む微生物製剤の標的微生物(Gluconobacter oxydans)分解能を示すグラフである。 実験7において、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物を含む微生物製剤の汚泥分解能を示すグラフである。 実験8において、様々な温度条件下におけるBb.parabrevis NITE BP-03020の培養物を含む微生物製剤の標的微生物分解能を示すグラフである。 実験9において、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物と他の細菌の培養物との混合物を含む微生物製剤の汚泥分解能を示すグラフである。 参考実験7において、Tumebacillus sp.(NITE BP-02779)添加後の余剰汚泥の乾燥重量を示した図である。
 以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
 (共通する用語の説明)
 本明細書において、「微生物」とは肉眼では構造が判別できないような微小な生物であり、大型多細胞生物を除く生物である。「標的微生物」とは、本発明に係る細菌又は微生物製剤により分解される微生物である。標的微生物としては細菌、真菌等が挙げられ、中でも細菌が好ましく、余剰汚泥を構成する細菌がより好ましい。標的微生物は、生菌であっても死菌であってもよい。
 「標的細菌」とは、標的微生物となる細菌を指す。標的細菌は、生菌であってもよく、死菌であってもよく、生菌及び死菌を含んでもよい。生菌とは生きている細菌、例えば代謝が行われている細菌を指す。死菌とは死んでいる細菌、例えば代謝が行われていない細菌を指す。生菌と死菌とは、例えばpropidium iodide(PI)等の色素を用いて判別することができる。「標的死細菌」とは、標的細菌のうち死んでいる細菌をいう。標的細菌は、分解効率の観点からは標的死細菌であることが好ましい。余剰汚泥中の微生物の約50%は死菌である。標的死細菌は、例えば標的細菌に対して加熱、高圧蒸気滅菌、紫外線照射、ホルマリン処理、酸処理などを行うことにより得ることもできる。また、標的死細菌は粉砕されたものでもよい。
 標的微生物として、例えばミクロコッカス(Micrococcus)属細菌、バチルス(Bacillus)属細菌、スタフィロコッカス(Staphylococcus)属細菌、パエニバチルス(Paenibacillus)属細菌、ラクトバチルス(Lactobacillus)属細菌などのグラム陽性菌、エスケリキア(Escherichia)属細菌、アセトバクター(Acetobacter)属細菌、グルコノバクター(Gluconobacter)属細菌などのグラム陰性菌、出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)等の真菌類が挙げられる。
 本明細書において、「標的微生物分解能」とは、標的微生物を代謝して、標的微生物を構成する生体分子の一部又は全部を、異なる分子に変換する能力を指す。生体分子としては、例えば糖、タンパク質、核酸、脂質等が挙げられる。
 (本発明に係る汚泥分解用細菌)
 本発明に係る汚泥分解用細菌は、配列番号1に記載の塩基配列と97%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する。配列番号1に記載の塩基配列と97%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する細菌としては、ブレビバチルス(Brevibacillus)属細菌が挙げられる。ブレビバチルス属細菌としては、ブレビバチルス パラブレビス(Brevibacillus parabrevis)、ブレビバチルス チョウシネンシス(Brevibacillus choshinensis)、ブレビバチルス フォーモサス(Brevibacillus formosus)、ブレビバチルス アグリ(Brevibacillus agri)、ブレビバチルス ニトリフィカンス(Brevibacillus nitrificans)、ブレビバチルス ブレビス(Brevibacillus brevis)、ブレビバチルス レウスゼリ(Brevibacillus reuszeri)、ブレビバチルス リムノフィルス(Brevibacillus limnophilus)、ブレビバチルス パナチフミ(Brevibacillus panacihumi)、ブレビバチルス ゲラティニ(Brevibacillus gelatini)が挙げられる。
 本発明に係る汚泥分解用細菌は、配列番号1に記載の塩基配列と比較し、同一性又は相同性が97.5%以上、98%以上、98.5%以上、98.8%以上、99.0%以上、99.3%以上、99.5%以上、99.8%以上又は99.9%以上である塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよい。汚泥分解用細菌は、配列番号1に記載の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する細菌であってもよく、その代表的な菌株としては、後述するBrevibacillus parabrevis(受託番号NITE BP-03020)が挙げられる。本発明に係る汚泥分解用細菌は、本発明に係る細菌を含んでもよい。
 本発明に係る汚泥分解用細菌は、配列番号1に記載の塩基配列と比較し、1塩基又は数塩基の置換、欠失又は付加が起こった塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよい。1塩基又は数塩基とは、例えば1~25塩基であってもよく、1~10塩基であってもよく、1~5塩基であってもよい。上記の変異は、16S rRNAの発現及び機能が失われない変異である。
 本発明に係る汚泥分解用細菌は、配列番号1に記載の塩基配列に含まれる、約15塩基以上、好ましくは約18~約500塩基、より好ましくは約18~約200塩基、さらに好ましくは約18~約50塩基の連続した配列又はその相補配列にストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよい。ストリンジェントな条件とは、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいい、例えば60℃、1×SSC、0.1% SDS、好ましくは68℃、0.1×SSC、0.1% SDS中で1回以上洗浄する条件等が挙げられる。
 本発明に係る汚泥分解用細菌は、汚泥分解能を有する。汚泥は、好ましくは余剰汚泥である。汚泥分解能は、反応条件(汚泥及び汚泥に含まれる標的微生物の種類及び濃度、汚泥分解用細菌を含む溶液の組成、温度、pH、細菌数等)によって変化し得る。汚泥分解能を有するかどうかを調べる方法としては、例えば汚泥と汚泥分解能を調べたい細菌とを適切な培地又は緩衝液中で一定時間反応させた後、培地又は緩衝液中における汚泥の分解を調べる方法が挙げられる。分解を調べる方法としては、特に限定されないが、例えば汚泥の濁度を測定する方法、SLP試薬により汚泥に含まれる標的微生物を検出する方法、PCRにより汚泥に含まれる標的微生物のDNAを検出する方法、汚泥の乾燥重量を測定する方法、汚泥に含まれる標的微生物の乾燥重量を測定する方法、高速液体クロマトグラフィー(HPLC);質量分析法(MS);薄層クロマトグラフィー(TLC);核磁気共鳴(NMR);ガスクロマトグラフィー(GC)等を用いて汚泥に含まれる標的微生物由来の分解物を検出する方法が挙げられる。
 濁度により汚泥分解能を調べる場合、汚泥分解能を有するとは、汚泥に汚泥分解用細菌を添加してから所定時間経過後の濁度が添加前の濁度よりも有意に低下していることをいう。添加後の濁度は、例えば添加前の濁度の80%以下であり、好ましくは50%以下であり、より好ましくは30%以下である。乾燥重量により汚泥分解能を調べる場合、汚泥分解能を有するとは、例えば添加後の乾燥汚泥重量が添加前の乾燥汚泥重量よりも有意に低下しており、例えば添加後の乾燥汚泥重量は、添加前の95%以下であり、好ましくは90%以下である。一般に、細菌が標的微生物分解能を有するとき、汚泥分解能を有する。
 (本発明に係る細菌)
 本発明に係る細菌は、配列番号1に記載の塩基配列に対して、塩基の変異数が2塩基以下である16S rRNA遺伝子を有し、且つ、標的微生物分解能を有する。本明細書において、16S rRNA遺伝子は、細菌が本来有している内在性の16S rRNA遺伝子であることが好ましい。人工的に変異が誘発された16S rRNAであってもよい。配列番号1に記載の塩基配列に対して、塩基の変異数が2塩基以下である16S rRNA遺伝子を有する細菌として、ブレビバチルス(Brevibacillus)属細菌が挙げられ、ブレビバチルス パラブレビス(Brevibacillus parabrevis)が挙げられる。本発明に係る細菌は、本発明に係る汚泥分解用細菌を含んでもよい。
 本発明に係る細菌の一実施形態としては、配列番号1に記載の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有し、且つ、標的微生物分解能を有する細菌が挙げられる。
 配列番号1に記載の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する細菌の代表的な菌株としては、Brevibacillus parabrevis(受託番号NITE BP-03020、原寄託日:2019年9月17日)として、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(NPMD、住所:〒292-0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8 122号室)にブダペスト条約に基づいて寄託されている菌株を挙げることができる。該菌株の菌学的性質については後述する。
 本発明に係る細菌は、配列番号1に記載の塩基配列と比較し、同一性又は相同性が98.5%以上、98.8%以上、99.0%以上、99.3%以上、99.5%以上、99.8%以上、99.9%以上である塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよく、配列番号1に記載の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよい。
 配列番号1に記載の塩基配列に対して、塩基の変異数が2塩基以下である細菌は、配列番号1に記載の塩基配列と比較し、1塩基又は2塩基の置換、欠失又は付加が起こった塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよい。上記の変異は、16S rRNAの発現及び機能が失われない変異である。
 本発明に係る細菌は、配列番号1に記載の塩基配列に含まれる、約15塩基以上、好ましくは約18~約500塩基、より好ましくは約18~約200塩基、さらに好ましくは約18~約50塩基の連続した配列又はその相補配列にストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよい。ストリンジェントな条件とは、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいい、例えば60℃、1×SSC、0.1% SDS、好ましくは68℃、0.1×SSC、0.1% SDS中で1回以上洗浄する条件等が挙げられる。
 本発明に係る細菌の標的微生物分解能は、反応条件(標的微生物の種類及び濃度、細菌を含む溶液の組成、温度、pH、細菌数等)によって変化し得る。標的微生物は、例えば標的細菌であり、好ましくは標的死細菌である。
 例えば、本発明に係る細菌の代表的菌株Bb.parabrevis NITE BP-03020とミクロコッカス属細菌死菌とをそれぞれ濁度(OD660)0.2に調製し、体積比1:100で混合後、20~35℃の温度条件下で6.5~8.0のpH条件下で反応させることにより、1週間後の濁度を50%程度低下させ、ミクロコッカス属細菌を分解することができる。
 本発明に係る細菌は、対象微生物(本発明に係る細菌であるかを調べたい微生物)の16S rRNA遺伝子の塩基配列の解析、及び標的微生物の分解能の測定により、特定することができる。具体的には、対象微生物が、配列番号1に記載の塩基配列に対して、塩基の変異数が2塩基以下である16S rRNA遺伝子を有し、且つ、標的微生物分解能を有していれば、その微生物は本発明に係る細菌であると特定できる。
 16S rRNA遺伝子の塩基配列の解析は、例えば以下の方法で行うことができる。まず、公知の方法を用いて、対象微生物からゲノムDNAを抽出し、16S rRNA遺伝子を増幅させる。16S rRNA遺伝子を増幅させる方法としては、特に制限されるものではなく、当業者が通常用いるユニバーサルプライマーを用いたPCR法等が挙げられる。PCR法により得られた増幅産物を、必要に応じて精製し、DNAシークエンサー等に供して、塩基配列を決定することができる。得られた塩基配列と配列番号1に記載の配列との比較を行う。
 標的微生物分解能を有するかどうかを調べる方法としては、例えば、対象微生物と標的微生物とを適切な培地又は緩衝液中で一定時間反応させた後、培地又は緩衝液中における標的微生物の分解を調べる方法が挙げられる。分解を調べる方法は、特に限定されないが、例えば標的微生物を含む溶液の濁度を測定する方法、SLP試薬により標的微生物を検出する方法、PCRにより標的微生物のDNAを検出する方法、標的微生物の乾燥菌体重量を測定する方法、高速液体クロマトグラフィー(HPLC);質量分析法(MS);薄層クロマトグラフィー(TLC);核磁気共鳴(NMR);ガスクロマトグラフィー(GC)等を用いて標的微生物由来の分解物を検出する方法が挙げられる。
 濁度により標的微生物の分解を調べる場合、標的微生物分解能を有するとは、標的微生物を含む溶液に本発明に係る細菌を添加してから所定時間経過後の濁度が添加前の濁度よりも有意に低下することをいう。添加後の濁度は、例えば添加前の濁度の80%以下であり、好ましくは50%以下であり、より好ましくは30%以下である。乾燥菌体重量により標的微生物の分解を調べる場合、標的微生物分解能を有するとは、例えば添加後の乾燥菌体重量が添加前の乾燥菌体重量よりも有意に低下しており、例えば添加後の乾燥菌体重量は、添加前の95%以下であり、好ましくは90%以下である。一般に、細菌が汚泥分解能を有するとき、標的微生物分解能を有する。
 これらの塩基配列解析及び標的微生物分解能の測定の結果に基づき、対象微生物が本発明に係る細菌であるかを判断できる。
 (本発明に係る微生物製剤)
 本発明に係る微生物製剤の一実施形態は、以下の細菌(a1)を含む。
 <細菌(a1)>
 細菌(a1)は、配列番号1に記載の塩基配列と比較し、90%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する。
 細菌(a1)は、配列番号1に記載の塩基配列と比較し、同一性又は相同性が93%以上、95%以上、97%以上、98%以上、99%以上、99.5%以上、99.9%以上の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよく、配列番号1に記載の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよい。細菌(a1)として、ブレビバチルス(Brevibacillus)属細菌が挙げられ、ブレビバチルス パラブレビス(Brevibacillus parabrevis)であってもよい。細菌(a1)は、受託番号NITE BP-03020として寄託された細菌であってもよい。
 また、細菌(a1)は、配列番号1に記載の塩基配列と比較し、1塩基又は数塩基の置換、欠失又は付加が起こった塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよい。1塩基又は数塩基とは、例えば1~135塩基であってもよく、1~100塩基であってもよく、1~50塩基であってもよく、1~25塩基であってもよく、1~5塩基であってもよい。上記の変異は、16S rRNAの発現及び機能が失われない変異である。
 細菌(a1)は、配列番号1に記載の塩基配列に含まれる、約15塩基以上、好ましくは約18~約500塩基、より好ましくは約18~約200塩基、さらに好ましくは約18~約50塩基の連続した配列又はその相補配列にストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよい。
 細菌(a1)の16S rRNA遺伝子の塩基配列の解析は、上述の本発明に係る細菌と同様にして行うことができる。
 細菌(a1)は、標的微生物分解能を有することが好ましい。細菌(a1)の標的微生物分解能は、上述の本発明に係る細菌と同様にして評価することができる。
 標的微生物分解能が良好であることから、細菌(a1)としては、Brevibacillus parabrevis、本発明に係る汚泥分解用細菌、本発明に係る細菌、及び以下A群の細菌より選ばれる少なくとも1種の細菌を含むことが好ましい。細菌(a1)は、単一の細菌であってもよいし、複数種の細菌であってもよい。
 A群:ブレビバチルス インボカツス(Brevibacillus invocatus)、ブレビバチルス セントロスポルス(Brevibacillus centrosporus)、ブレビバチルス ボルステレンシス(Brevibacillus borstelensis)、ブレビバチルス レヴィクキィ(Brevibacillus levickii)、ブレビバチルス マスシリエンシス(Brevibacillus massiliensis)、ブレビバチルス ジンセンジソリ(Brevibacillus ginsengisoli)、ブレビバチルス ラテロスポラス(Brevibacillus laterosporus)、ブレビバチルス フルバス(Brevibacillus fulvus)、ブレビバチルス フルミニス(Brevibacillus fluminis)、ブレビバチルス セディミニス(Brevibacillus sediminis)、ブレビバチルス サーモルバー(Brevibacillus thermoruber)、ブレビバチルス アイディノグルエンシス(Brevibacillus aydinogluensis)。
 本発明に係る微生物製剤は、汚泥分解能を有する。汚泥分解能は、上述の本発明に係る汚泥分解用細菌の欄に記載の方法で評価することができる。微生物製剤の汚泥分解能は、微生物製剤に含まれる細菌(a1)もしくは微生物(a2)又はこれらの培養物に由来することが好ましい。微生物製剤は、温度37℃以下、温度30℃、温度25℃又は温度20℃で汚泥分解を分解することができ、温度20℃~40℃の範囲で汚泥分解可能であってもよい。例えば、本発明に係る微生物製剤を標的微生物を含む溶液に添加してから5日目の溶液の濁度は、温度25℃においては温度30℃の溶液の濁度の2倍以下であり、温度20℃においては温度30℃の溶液の濁度の3倍以下であり、好ましくは2.5倍以下である。
 微生物製剤は、細菌(a1)の他に、細菌(a1)の培養物、微生物(a2)、添加剤(b)、担体(c)等を含むことができる。微生物製剤の具体例としては、細菌(a1)、微生物(a2)、添加剤(b)及び担体(c)を含む微生物製剤を挙げることができる。
 <細菌(a1)の培養物>
 本発明に係る微生物製剤の一実施形態は、細菌(a1)の培養物を含む。細菌(a1)の培養物は、例えば細菌(a1)の分泌物、代謝物、細菌(a1)から産生されるタンパク質、糖、酵素及びこれらが懸濁した液体培地が含まれる。具体的には、培養物は、制御された条件下で所定の液体培地中、又は炭素源及び窒素源を含む液体培地中で増殖させた細菌(a1)の培養物が含まれる。細菌(a1)の培養物を含む標的微生物分解用製剤には、細菌(a1)の生菌が含まれていてもよい。細菌(a1)の培養物は、細菌(a1)を培養した上清であってもよい。培養上清は、例えば細菌(a1)を培養した液体培地から遠心分離、濾過操作等で細菌(a1)を除いて得ることができる。また、培養物は、細菌(a1)の断片を含んでいてもよい。細菌(a1)の断片は、例えば細菌(a1)を超音波破砕、ビーズ摩砕、化学的溶解処理により得ることもできる。細菌(a1)の培養物は、好ましくは標的微生物分解能を有する。
 <微生物(a2)>
 微生物(a2)は、細菌(a1)と異なる微生物である。微生物(a2)は、微生物製剤の汚泥分解能を失わせるような微生物でなければ特に制限されるものではない。微生物(a2)は、単一の微生物であってもよいし、複数種の微生物であってもよい。微生物(a2)は、細菌(a1)の増殖能又は安定性を向上させる細菌であってもよいし、細菌(a1)の培養物の安定性を向上させる細菌であってもよい。
 微生物(a2)は、微生物の16S rRNA遺伝子の塩基配列の解析、生理生化学性状試験等により、特定することができる。微生物(a2)は、標的微生物分解能を有していてもよいし、有していなくてもよい。対象微生物の16S rRNA遺伝子の塩基配列の解析、及び標的微生物分解能の測定は、上述の本発明に係る細菌と同様にして行うことができる。
 微生物(a2)としては、グラム陰性菌又はグラム陽性菌であってもよく、例えばチューメバチルス(Tumebacillus)属細菌、パエニバチルス属細菌、バチルス属細菌、アセトバクタ-属細菌、グルコノバクター属細菌、ラクトバチルス属細菌、ゴルドニア(Gordonia)属細菌、ミクロバクテリウム(Microbacterium)属細菌、ロドコッカス(Rhodococcus)属細菌、スフィンゴモナス(Sphingomonas)属細菌、エスケリキア属細菌、出芽酵母が挙げられる。
 微生物(a2)は、標的微生物分解能を有する細菌を含むことが好ましく、例えば配列番号7に記載の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有し、且つ標的微生物分解能を有する細菌(以下、「細菌(a21)」と記載することがある。)、標的微生物分解能を有するバチルス属細菌、及び標的微生物分解能を有するパエニバチルス属細菌からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。
 配列番号7に記載の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有し、且つ標的微生物分解能を有する細菌としては、チューメバチルス(Tumebacillus)属細菌が挙げられる。細菌(a21)は、配列番号7に記載の塩基配列と比較し、同一性又は相同性が93%以上、95%以上、98%以上、99%以上、99.5%以上、99.9%以上の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよく、配列番号7に記載の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有していてもよい。細菌(a21)は、Tumebacillus sp.(受託番号NITE BP-02779、原寄託日:2018年9月11日)として、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(NPMD、住所:〒292-0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8 122号室)にブダペスト条約に基づいて寄託されている菌であってもよい。該菌株の菌学的性質については、後述する表6~表9に示す。
 細菌(a21)は、例えばチューメバチルス アルギファエシス(Tumebacillus algifaecis)、チューメバチルス アビウム(Tumebacillus avium)、チューメバチルス フラゲラテス(Tumebacillus flagellates)、チューメバチルス ギンセンギソリ(Tumebacillus ginsengisoli)、チューメバチルス リポリティカス(Tumebacillus lipolyticus)、チューメバチルス ルテオラス(Tumebacillus luteolus)、チューメバチルス パーマメンティフリゴリス(Tumebacillus permanentifrigoris)、チューメバチルス ソリ(Tumebacillus soli)であってもよい。
 標的微生物分解能を有するバチルス属細菌としては、例えばバチルス サブチリス(Bacillus subtilis)、バチルス アミロリケファシエンス(Bacillus amyloliquefaciens)、バチルス スファエリカス(Bacillus sphaericus)、バチルス リケニフォルミス(Bacillus licheniformis)が挙げられる。
 標的微生物分解能を有するパエニバチルス属細菌としては、例えばパエニバチルス ポリミキサ(Paenibacillus polymyxa)が挙げられる。
 標的微生物分解能の観点から、細菌(a1)及び微生物(a2)の総数に対する細菌(a1)数は、0.1%以上であってもよく、1%以上であってもよく、10%以上であってもよく、50%以上であってもよく、75%以上であってもよく、90%以上であってもよく、95%以上であってもよく、100%以下であってもよく、100%未満であってもよい。
 細菌(a1)及び微生物(a2)の総数に対する細菌(a1)数とは、微生物製剤に含まれる全細菌に対する細菌(a1)の割合であることが好ましい。細菌(a1)及び微生物(a2)の総数に対する細菌(a1)数を算出する方法としては、クローンライブラリー法、次世代シーケンサー解析、定量PCRにより算出する方法等が挙げられる。
 クローンライブラリー法及び次世代シーケンサー解析により細菌の存在割合を算出する方法として、具体的には、微生物製剤に含まれる細菌(a1)及び微生物(a2)からゲノムDNAを抽出して16S rRNA遺伝子の塩基配列を複数取得し(以下、取得した複数の塩基配列数をリード数と記す。)、取得した塩基配列が細菌(a1)又は微生物(a2)のいずれに由来する塩基配列であるかをそれぞれ決定する。次に、リード数に対する細菌(a1)に由来する塩基配列数を算出し、細菌(a1)及び微生物(a2)の総数に対する細菌(a1)数とすることができる。
 次世代シーケンサー解析で用いる次世代シーケンサーとしては、DNA断片をテンプレートとし、1塩基ずつ再合成する時の蛍光強度を検出し、塩基配列を決定できれば特に制限されるものではない。次世代シーケンサーとしては、例えば、MiSeq、HiSeq 2500(イルミナ社製)、5500xl SOLiDTM、Ion ProtonTM、Ion PGMTM(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)、GS FLX+(ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社製)等が挙げられる。
 定量PCRにより細菌の存在割合を算出する方法として、具体的には、微生物製剤に含まれる細菌(a1)の16S rRNA遺伝子コピー数と、細菌(a1)及び微生物(a2)の16S rRNA遺伝子コピー数をそれぞれ算出する。次に細菌(a1)及び微生物(a2)の16S rRNA遺伝子コピー数に対する細菌(a1)の16S rRNA遺伝子コピー数を算出し、細菌(a1)及び微生物(a2)の総数に対する細菌(a1)数とすることができる。
 定量PCRで用いるリアルタイムPCR装置としては、DNAをPCRにより増幅することができるサーマルサイクラーと、増幅産物を検出するための分光蛍光光度計と、を備えていれば、特に制限されるものではない。リアルタイムPCR装置としては、例えば、StepOnePlus(Applied Biosystems社製)、Thermal Cycler Dice Real Time System(タカラバイオ株式会社製)、LightCycler 96 System(ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社製)等が挙げられる。
 定量PCRに用いるマスターミックスとしてはFast SYBR Green Master Mix、Power SYBR Green Master Mix、SYBR Select Master Mix、PowerUp SYBR Green Master Mix(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)等が挙げられる。
 <添加剤(b)>
 添加剤(b)としては、例えば、界面活性剤、分散剤、補助剤、保護剤等が挙げられる。添加剤(b)の種類及び濃度は、細菌(a1)が死滅しない、又は当該細菌が有する標的微生物分解能が失われない条件で適宜決定することができる。
 <担体(c)>
 担体(c)としては、例えば、無機微粒子担体が挙げられる。無機微粒子担体としては、金属及びその無機塩類又は酸化物であってもよく、炭素を含有するものであっても化学的に無機物に分類されるものであってもよい。また、有機態炭素の含有量が1%程度未満の純物質又は混合物であってもよい。
 無機微粒子担体の中心粒子径は、好ましくは1μm~100μmであり、より好ましくは4μm~75μmであり、さらに好ましくは13μm~25μmである。中心粒子径がこのような範囲にある場合、細菌(a1)が無機微粒子担体に担持されやすくなる傾向にある。ここで、中心粒子径とは、レーザー回折・光散乱法に基づく体積基準の粒度分布におけるメジアン径(D50)を指す。無機微粒子担体の比重は、特に制限されないが、1.2~3.5であることが好ましい。
 無機微粒子担体は、培養初期の歩留まりを向上させることを目的として、必要に応じて、各種凝集剤を用いて凝集させてもよい。凝集剤としては、例えば、ノニオン性、カチオン性、アニオン性の高分子凝集剤等が挙げられる。
 微生物製剤の製造方法としては、例えば、細菌(a1)と無機微粒子担体とを混合し、無機微粒子担体上に細菌(a1)を担持させ、これを培養して得られる微生物製剤を回収する方法が挙げられる。
 培養方法としては、回分、半回分、流加、連続のいずれの方式を用いてもよい。培養方法としては、例えば、増殖が遅く菌体収率の低い微生物を効率的に調製するという観点から、特開平9-187272号公報に記載されるように、微生物を培養する容器(以下、反応槽という)へ供給する対象化合物の濃度を培養時間の経過に伴い、対数増加させる連続培養方式を用いてもよい。
 本発明において、微生物の製剤化手段は、細菌(a1)の標的微生物分解能が失われない限り特に限定されず、公知の製剤化手段を利用することができる。微生物製剤の形態としては、液体又は固体(カプセル封入体、寒天状、粉末状等を含む)であってもよく、それらの凍結体、凍結乾燥体等であってもよい。微生物製剤が液体である場合は、培地、緩衝液、生理的食塩水等に懸濁された菌懸濁液としてもよい。液体は、酸性又は中性であってもよい。微生物製剤が固体又は凍結乾燥体である場合は、例えば培養された細菌を濃縮した後、適当な乾燥又は凍結乾燥を行い、固体又は凍結乾燥体としてもよい。その際、賦形剤などを添加してもよい。
 (汚泥分解方法)
 本発明に係る分解方法は、本発明に係る汚泥分解用細菌、本発明に係る細菌又は本発明に係る微生物製剤を汚泥に作用させる工程を含む。本発明に係る汚泥分解用細菌、本発明に係る細菌及び本発明に係る微生物製剤が有する標的微生物分解能は、標的微生物を含む余剰汚泥の処理に有用であり、本発明に係る分解方法により、余剰汚泥を減容化することができる。
 本発明に係る汚泥分解用細菌、本発明に係る細菌又は本発明に係る微生物製剤を汚泥に作用させるとは、例えば本発明に係る汚泥分解用細菌、本発明に係る細菌もしくは本発明に係る微生物製剤又はこれらを懸濁した溶液と、汚泥とを接触させることをいう。本発明に係る汚泥分解用細菌、本発明に係る細菌又は本発明に係る微生物製剤が汚泥に含まれる標的微生物を分解することで、汚泥が分解される。
 本発明に係る汚泥分解用細菌、本発明に係る細菌又は本発明に係る微生物製剤を汚泥に作用させる工程は、本発明に係る汚泥分解用細菌、本発明に係る細菌又は細菌(a1)が死滅しない、又は当該細菌が有する標的微生物分解能が失われない条件であれば、特に制限されるものではない。当該工程は、例えば、温度が20~40℃の条件下であってもよく、25~30℃の条件下であってもよい。また、pHは6.5~8.0の条件下であってもよく、7.0~7.5の条件下であってもよい。
 汚泥に対する本発明に係る汚泥分解用細菌、本発明に係る細菌又は本発明に係る微生物製剤の添加量は、標的微生物の種類及び濃度、反応系の容積等を考慮し、適宜設定することができる。
 本発明に係る分解方法において、汚泥が分解されていることの確認方法は、特に制限されるものではなく、当業者が通常用いることができる方法により行われる。このような確認方法としては、例えば、上述の汚泥分解能の評価方法又は標的微生物分解能の評価方法が挙げられる。
 (汚泥分解装置)
 汚泥分解装置としては、本発明に係る汚泥分解用細菌、本発明に係る細菌又は本発明に係る微生物製剤を用いて余剰汚泥を削減できる装置であれば特に限定されないが、例えば余剰汚泥が発生する汚泥処理装置、排水処理装置等が挙げられる。また、例えば余剰汚泥が存在する既存の汚泥処理装置、排水処理装置等に本発明に係る汚泥分解用細菌、本発明に係る細菌又は本発明に係る微生物製剤を添加して、汚泥分解装置とすることもできる。
 従来、余剰汚泥を分解するために、オゾン、アルカリ、次亜塩素酸等の化学的処理、ビーズミル、超音波破砕等の物理的処理、高温条件下又はアルカリ条件下で働く微生物を用いた生物学的処理等が行われていたが、これらの処理を行うためには、余剰汚泥を別のタンクに移す必要があり、設備コスト及びランニングコストが多くかかっていた。本発明に係る汚泥分解用細菌、本発明に係る細菌及び本発明に係る微生物製剤は、余剰汚泥中に直接投入することができるため、新たな設備を整えるコストを抑えることができるとともに、従来行われている汚泥分解方法を変更する必要もない。
 [実験1.標的微生物分解能を有する微生物の探索]
 (方法)
 環境(水)中に存在する微生物群から数菌株を単離した。
 (結果)
 単離した菌株ごとにミクロコッカス属細菌分解能を調べたところ、1つの菌株にミクロコッカス属細菌分解能が認められた。以下、ミクロコッカス属細菌分解能が認められた菌株を「菌株A」と記す。
 [実験2.ミクロコッカス属細菌分解能を有する菌株の16S rRNA遺伝子の塩基配列解析]
 (材料)
 ・802培地:10g ポリペプトン、2g 酵母エキス、1g 硫酸マグネシウム七水和物を超純水に溶解し、pHを7.0に調節した後、1000mLに調製し、高圧蒸気滅菌した培地
 ・クローニング用フォワードプライマー(27f:配列番号2)
 ・クローニング用リバースプライマー(1492r:配列番号3)
 ・シークエンス解析用プライマー(339F:配列番号4、536R:配列番号5、907F:配列番号6)
 (方法)
 菌株Aからイージー・エクストラクト for DNA(エーエムアール株式会社製)を用いてDNAを抽出し、PCRにより16S rRNA遺伝子を増幅させるための鋳型DNAとして用いた。
 PCRは以下の条件で行った。25.0μLの2×PCR buffer for KOD FX(東洋紡株式会社製)、10.0μLのdNTP mix(2mM)、1.5μLのクローニング用フォワードプライマー及びクローニング用リバースプライマー(それぞれ10pmol/μL)、0.58μLの鋳型DNA、10.4μLの滅菌水、1.0μLのDNAポリメラーゼ(KOD FX、1U/μL、東洋紡株式会社製)を、マイクロチューブに加え、混合した。マイクロチューブをPCR装置に供し、鋳型DNAの増幅反応を行った。反応は、(1)94℃、2分間、(2)98℃、10秒間、(3)50℃、30秒間、(4)68℃、1.5分間で行い、(2)~(4)の工程は35サイクル繰り返し行った。PCR後の増幅産物を精製した。
 精製したPCR後の増幅産物150ng相当量と、シークエンス解析用プライマー(10μM)0.32μLと、BigDye Terminator v3.1(Applied Biosystems社製)8.0μLとを混合し、これに滅菌超純水を加えて液量を20.0μLとした反応液を調製した。この反応液をPCR装置に供し、増幅反応を行った。反応は、(1)96℃、1分間、(2)96℃、10秒間、(3)50℃、5秒間、(4)60℃、4分間で行い、(2)~(4)の工程は25サイクル繰り返し行った。得られた反応液を精製し、精製液をDNAシーケンス解析(3730xl DNA Analyzer)に供して、菌株Aから抽出した鋳型DNAの16S rRNA遺伝子の塩基配列を決定した。
 (結果)
 得られた塩基配列を国際塩基配列データベース(DDBJ/ENA(EMBL)/GenBank)に対してホモロジー解析を行った。基準株の中では、Brevibacillus parabrevis IFO12334の16S rRNA遺伝子の塩基配列に対し、99.8%の同一性を示した。しかし、得られた塩基配列と完全に一致する16S rRNA遺伝子を有する微生物は存在しなかった。
 このときの16S rRNA遺伝子の塩基配列を配列番号1に示す。以上より、配列番号1に記載の塩基配列を有する16S rRNA遺伝子を有する細菌は、標的微生物分解能を有することが示唆された。
 [実験3.配列番号1に記載の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有するBb.parabrevisの形態観察及び生理・生化学的性状試験]
 (方法)
 菌株Aについて、形態観察及び生理・生化学的性状試験を行った。これらの試験は、光学顕微鏡による形態観察、BARROWらの方法(Cowan and Steel’s Manual for the Identification of Medical Bacteria 3rd Edition 1993、Cambridge University Press.)及びAPI50CHB(bioMerieux社製、Lyon、France)によって行った。試験結果を表1~表3に示す。
 (結果)
 図1に示すように、菌株Aのコロニーは、円形でクリーム状の形態を有していた。また、図2に示すように、菌株Aは桿菌であり、グラム染色に陰性であった。菌株Aは、表4に示す点で、16S rRNA遺伝子の相同性が最も高いBb.parabrevis IFO12334と異なる特徴を有していた。そのため、菌株Aは、従来のBb.parabrevisとは異なる、新種の株であることが示唆された。菌株AをBrevibacillus parabrevis NITE BP-03020として寄託した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 [実験4.Bb.parabrevis NITE BP-03020の標的微生物分解能評価]
 (材料)
 ・802培地:10g ポリペプトン、2g 酵母エキス、1g 硫酸マグネシウム七水和物を超純水に溶解し、pHを7.0に調節した後、1000mLに調製し、高圧蒸気滅菌した培地
 ・A液:4.35g リン酸水素二カリウム、1.70g リン酸二水素一カリウム、8.92g リン酸水素二ナトリウム12水和物、0.34g 塩化アンモニウムを超純水に溶解後、200mLに調製し、高圧蒸気滅菌を行った溶液
 ・B液:4.50g 硫酸マグネシウム7水和物を超純水に溶解後、200mLに調製し、高圧蒸気滅菌を行った溶液
 ・C液:5.50g 塩化カルシウム無水物を超純水に溶解後、200mLに調製し、高圧蒸気滅菌を行った溶液
 ・D液:0.05g 塩化鉄6水和物を超純水に溶解後、200mLに調製し、0.2μmのシリンジフィルターで濾過滅菌を行った溶液
 (方法)
 ミクロコッカス(標的微生物)を802培地で温度25℃で培養し、集菌及び洗浄後、超純水986mLに対し、濁度(OD660)0.2となるように混合し、高圧蒸気滅菌を行い、基質溶液を得た。986mLの基質溶液に3.0mL A液、3.0mL B液、3.0mL C液、3.0mL D液、及び1.8mL 1%リン酸溶液を混合し、無機培地を溶媒とする標的微生物含有溶液を得た。標的微生物含有溶液に含まれる標的微生物は標的死細菌である。
 Bb.parabrevis NITE BP-03020を802培地に播種し、30℃で24~48時間培養した。培養後、標的微生物含有溶液5.0mLに対してBb.parabrevis NITE BP-03020の培養液50μLを添加し、25℃、200rpmで振とうし、経時的に試験管の濁度(OD660)を簡易濁度計(簡易ODモニター、miniphoto 518R、TAITEC社製)で測定した。結果を図3に示す。また、同じ方法で培養したパエニバチルス グリカニリティカス(Paenibacillus glycanilyticus)の培養液50μLを標的微生物含有溶液50mLに添加して、濁度を測定した結果を図4に示す。陰性対照は、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養液を添加していない標的微生物含有溶液の濁度(OD660)である。
 図3に示すように、陰性対照では、標的微生物含有溶液の濁度がほとんど変化しないのに対して、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養液を添加した標的微生物含有溶液では、添加前の50%以下にまで濁度が低下した。また、図4に示すように、Paenibacillus sp.の培養液を添加した標的微生物含有溶液では、濁度の低下は見られなかった。以上の結果より、Bb.parabrevisは標的微生物分解能を有することがわかった。
 [実験5.Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物を含む微生物製剤の標的微生物分解能評価]
 (方法)
 Bb.parabrevis NITE BP-03020、Bb.parabrevis NBRC3331、Bb.parabrevis NBRC12333、Bb.parabrevis NBRC12334、Bb.parabrevis NBRC12374をそれぞれ802培地に播種し、30℃で24~48時間培養した。培養後、培養液を0.2μmのシリンジフィルターで濾過し、培養上清(培養物)を得た。標的微生物含有溶液5.0mLに対して培養上清50μLを添加し、25℃、200rpmで振とうし、経時的に試験管の濁度(OD660)を簡易濁度計(簡易ODモニター、miniphoto 518R、TAITEC社製)で測定した。結果を図5に示す。陰性対照はBb.Parabrevisの培養上清を添加していない標的微生物含有溶液の濁度(OD660)である。標的微生物含有溶液は、実験4と同じ溶液を用いた。Bb.parabrevis NBRC3331、Bb.parabrevis NBRC12333、Bb.parabrevis NBRC12334、及びBb.parabrevis NBRC12374は独立行政法人製品評価技術基盤機構から取得した。
 (結果)
 Bb.parabrevis NITE BP-03020以外の各Bb.parabrevis株についても、培養上清を添加することで、標的微生物含有溶液の濁度が低下していた。よって、Bb.parabrevis NITE BP-03020以外のBb.parabrevisも、標的微生物分解能を有していることがわかった。また、Bb.parabrevisの培養物も、標的微生物分解能を有していることがわかった。
 さらに、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養上清を添加した標的微生物含有溶液は、他のBb.parabrevis株の培養上清を添加した標的微生物含有溶液よりも濁度が低下していた。Bb.parabrevis NITE BP-03020は、他のBb.parabrevis株よりも標的微生物分解能に優れていることがわかった。
 [実験6.Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物を含む微生物製剤の複数の標的微生物に対する分解能評価]
 (材料)
 ・LB液体培地:500mLの超純水に対し、LB Broth,1.1G PER TABLET(SIGMA社製)を10個の割合で溶解し、高圧蒸気滅菌をした培地
 ・802培地:実験4と同じ
 ・細菌用培地:20g グルコース、5g ポリペプトン、3g 酵母エキス、3g 肉エキス、2g 硫酸アンモニウム、1g リン酸二水素一カリウム、0.5g 硫酸マグネシウム七水和物を超純水に溶解し、pHを7.0に調節した後、1000mLに調製し、高圧蒸気滅菌した培地
 ・YM培地:20g グルコース、5g ペプトン、 3g 酵母エキス、3gモルトエキスを超純水に溶解し、高圧蒸気滅菌した培地
 表5に記載の標的微生物を同表に記載の培地及び培養温度で培養し、集菌及び洗浄後、超純水986mLに対し、濁度(OD660)0.2~0.3となるように混合し、高圧蒸気滅菌を行い、基質溶液を得た。基質溶液に実験4と同じA液~D液及びリン酸溶液を混合し、様々な種類の細菌(死菌)を標的微生物とする標的微生物含有溶液を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 標的微生物含有溶の種類以外は実験5と同じ方法で、各標的微生物含有溶液にBb.parabrevis NITE BP-03020の培養上清を添加し、濁度を経時的に測定した。結果を図6~図10に示す。
 (結果)
 Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養上清を添加した標的微生物含有溶液は、いずれも陰性対照に比べて濁度が低下しており、Bb.parabrevis及びその培養物は、様々な種の標的微生物を分解できることがわかった。
 [実験7.Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物を含む微生物製剤の汚泥分解能評価]
 (材料)
 余剰汚泥を洗浄後、超純水986mLに対し、濁度(OD660)0.2となるように混合し、高圧蒸気滅菌を行い、余剰汚泥基質溶液を得た。余剰汚泥基質溶液中の標的微生物は、死菌である。986mL 余剰汚泥基質溶液に、3.0mL A液、3.0mL B液、3.0mL C液、3.0mL D液、及び1.8mL 1%リン酸を混合した余剰汚泥含有溶液を準備した。
 (方法)
 標的微生物を含む溶液として余剰汚泥含有溶液を用いたこと以外は実験5と同じ方法で、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養上清を余剰汚泥含有溶液に添加し、余剰汚泥含有溶液の濁度を経時的に測定した。
 (結果)
 図11に示すように、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養上清を添加することにより、余剰汚泥含有溶液の濁度の低下が認められた。従って、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物は汚泥分解能を有することがわかった。
 [実験8.Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物を含む微生物製剤の標的微生物分解能の温度感受性評価]
 (方法)
 Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養上清を標的微生物含有溶液に添加した後の振とう温度を変化させた以外は実験5と同じ方法で、標的微生物含有溶液の濁度を経時的に測定した。振とう温度は、20℃、25℃、30℃又は37℃であった。
 (結果)
 図12に示すように、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養上清を添加した標的微生物含有溶液は、振とう温度20℃~37℃において、濁度が低下していた。Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物を含む微生物製剤は、温度20℃でも標的微生物分解能を有していることがわかった。
 [実験9.Bb.parabrevis NITE BP-03020、B.subtilis subsp.inaquosorum DSM022148、及びTumebacillus sp. NITE BP-02779の各培養物上清を含む複合微生物製剤の汚泥分解能評価]
 (材料)
 余剰汚泥を洗浄後、超純水986mLに対し、濁度(OD660)0.15となるように混合し、高圧蒸気滅菌を行い、余剰汚泥基質溶液を得た。余剰汚泥基質溶液中の標的微生物は、死菌である。986mL 余剰汚泥基質溶液に、3.0mL A液、3.0mL B液、3.0mL C液、3.0mL D液、及び1.8mL 1%リン酸を混合した余剰汚泥含有溶液を準備した。
 B.subtilis subsp.inaquosorum DSM022148は、環境中から単離された細菌を用いた。B.subtilis subsp.inaquosorum DSM022148の16S rRNA遺伝子の塩基配列を配列番号8に示す。Bb.parabrevis NITE BP-03020とTumebacillus sp. NITE BP-02779との16S rRNA遺伝子配列の同一性は87%、Bb.parabrevis NITE BP-03020とB.subtilis subsp.inaquosorum DSM022148との16S rRNA遺伝子配列の同一性は89%であった。
 (方法)
 Bb.parabrevis NITE BP-03020を802培地に播種し、30℃で24~48時間培養した。B.subtilis subsp.inaquosorum DSM022148を802培地に播種し、37℃で24~48時間培養した。Tumebacillus sp. NITE BP-02779をR2A培地に播種し、25℃で24~48時間培養した。培養終了後、培養液を0.2μmのシリンジフィルターで濾過し、培養上清(培養物)を得た。余剰汚泥含有溶液5.0mLに対して各培養上清50μLを添加し、25℃、200rpmで振とうし、経時的に試験管の濁度(OD660)を簡易濁度計(簡易ODモニター、miniphoto 518R、TAITEC社製)で測定した。3種混合上清添加区では、各培養上清を16.7μLずつ添加した。結果を図13に示す。陰性対照は培養上清を添加していない標的微生物含有溶液の濁度(OD660)である。
 (結果)
 図13に示すように、Bb.parabrevis NITE BP-03020、B.subtilis subsp.inaquosorum DSM022148、及びTumebacillus sp. NITE BP-02779の培養上清を単独で添加するよりも、それぞれを混合して添加することにより余剰汚泥含有溶液の大きな濁度の低下が認められた。従って、Bb.parabrevis NITE BP-03020の培養物及び他2菌を含む複合微生物製剤も汚泥分解能を有することがわかった。
 [参考実験1.標的微生物分解能を有する微生物の探索]
 (方法)
 ミクロコッカス(Micrococcus)属細菌を炭素源とした培地を用いて、環境(水)中に存在する微生物群を培養することにより、ミクロコッカス(Micrococcus)属細菌を分解する微生物を集積培養した。次に、集積培養された微生物群から、増殖が良好であった数菌株を単離した。
 (結果)
 単離した菌株ごとにミクロコッカス属細菌分解能を調べたところ、1つの菌株にミクロコッカス属細菌分解能が認められた。以下、ミクロコッカス属細菌分解能が認められた菌株を「菌株B」と記すことがある。
 [参考実験2.ミクロコッカス属細菌分解能を有する菌株の16S rRNA遺伝子の塩基配列解析]
 (材料)
 ・R2A培地:1000mLの超純水に対し、R2A Broth, DAIGO(日本製薬株式会社製)を3.2gの割合で溶解し、高圧蒸気滅菌をした培地
 ・クローニング用フォワードプライマー(27f:配列番号2)
 ・クローニング用リバースプライマー(1492r:配列番号3)
 ・シークエンス解析用プライマー(339F:配列番号4、536R:配列番号5、907F:配列番号6)
 (方法)
 菌株Bからイージー・エクストラクト for DNA(エーエムアール株式会社製)を用いてDNAを抽出し、PCRにより16S rRNA遺伝子を増幅させるための鋳型DNAとして用いた。
 PCRは以下の条件で行った。25.0μLの2×PCR buffer for KOD FX(東洋紡株式会社製)、10.0μLのdNTP mix(2mM)、1.5μLのクローニング用フォワードプライマー及びクローニング用リバースプライマー(それぞれ10pmol/μL)、0.58μLの鋳型DNA、10.4μLの滅菌水、1.0μLのDNAポリメラーゼ(KOD FX、1U/μL、東洋紡株式会社製)を、マイクロチューブに加え、混合した。マイクロチューブをPCR装置に供し、鋳型DNAの増幅反応を行った。反応は、(1)94℃、2分間、(2)98℃、10秒間、(3)50℃、30秒間、(4)68℃、1.5分間で行い、(2)~(4)の工程は35サイクル繰り返し行った。PCR後の増幅産物を精製した。
 精製したPCR後の増幅産物150ng相当量と、シークエンス解析用プライマー(10μM)0.32μLと、BigDye Terminator v3.1 (Applied Biosystems社製)8.0μLとを混合し、これに滅菌超純水を加えて液量を20.0μLとした反応液を調製した。この反応液をPCR装置に供し、増幅反応を行った。反応は、(1)96℃、1分間、(2)96℃、10秒間、(3)50℃、5秒間、(4)60℃、4分間で行い、(2)~(4)の工程は25サイクル繰り返し行った。得られた反応液を精製し、精製液をDNAシーケンス解析(3730xl DNA Analyzer)に供して、菌株Bから抽出した鋳型DNAの16S rRNA遺伝子の塩基配列を決定した。
 (結果)
 得られた塩基配列を国際塩基配列データベース(DDBJ/ENA(EMBL)/GenBank)に対してホモロジー解析を行った。基準株の中では、Tumebacillus permanentifrigoris Eurl_9.5の16S rRNA遺伝子の塩基配列に対し、同一性98.1%を示した。しかし、得られた塩基配列と完全に一致する16S rRNA遺伝子を持つ微生物は存在しなかった。
 得られた16S rRNA遺伝子の塩基配列を配列番号7に示す。このことから、配列番号7に記載の塩基配列を有する16S rRNA遺伝子を有する細菌は、微生物分解能を持つことが示唆された。
 [参考実験3.配列番号7に記載の塩基配列を有する16S rRNA遺伝子を有するチューメバチルス(Tumebacillus)属細菌の形態観察及び生理・生化学的性状試験]
 (方法)
 菌株Bについて、形態観察及び生理・生化学的性状試験を行った。これらの試験は、光学顕微鏡による形態観察、BARROWらの方法(Cowan and Steel’s Manual for the Identification of Medical Bacteria 3rd Edition 1993、Cambridge University Press.)及びAPI50CHB(bioMerieux社製、Lyon、France)によって行った。試験結果を表6~表9に示す。
 (結果)
 菌株Bは、10℃で生育しなかったが、16S rRNA遺伝子の相同性が最も高いTumebacillus permanentifrigoris Eurl_9.5にはこのような特徴がみられなかった。そのため、菌株Bは、従来のTumebacillusとは異なる、新種であることが示唆された。菌株BをTumebacillus sp.NITE BP-02779として寄託した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 [参考実験4.Tumebacillus sp.NITE BP-02779の標的細菌(死菌)に対する分解能評価]
 (材料)
 ・R2A培地:1000mLの超純水に対し、R2A Broth, DAIGO(日本製薬株式会社製)を3.2gの割合で溶解し,高圧蒸気滅菌をした培地
 ・LB液体培地:500mLの超純水に対し、LB Broth,1.1G PER TABLET(SIGMA社製)を10個の割合で溶解し、高圧蒸気滅菌をした培地
 ・802培地:10g ポリペプトン、2g 酵母エキス、1g 硫酸マグネシウム七水和物を超純水に溶解し、pHを7.0に調節した後、1000mLに調製し、高圧蒸気滅菌した培地
 ・細菌用培地:20g グルコース、5g ポリペプトン、3g 酵母エキス、3g 肉エキス、2g 硫酸アンモニウム、1g リン酸二水素一カリウム、0.5g 硫酸マグネシウム七水和物を超純水に溶解し、pHを7.0に調節した後、1000mLに調製し、高圧蒸気滅菌した培地
 ・標的細菌(死菌)含有無機培地:986mL 基質溶液、3.0mL A液、3.0mL B液、3.0mL C液、3.0mL D液、及び1.8mL 1%リン酸を混合した培地
 なお、上記の基質溶液及びA液~D液としては、以下のものを用いた。
  基質溶液:表10記載の標的細菌を同表記載の条件で培養し、集菌及び洗浄後、超純水986mLに対し、濁度(OD660)0.2となるように混合し、高圧蒸気滅菌を行った溶液
  A液:4.35g リン酸水素二カリウム、1.70g リン酸二水素一カリウム、8.92g リン酸水素二ナトリウム12水和物、0.34g 塩化アンモニウムを超純水に溶解後、200mLに調製し、高圧蒸気滅菌を行った溶液
  B液:4.50g 硫酸マグネシウム7水和物を超純水に溶解後、200mLに調製し、高圧蒸気滅菌を行った溶液
  C液:5.50g 塩化カルシウム無水物を超純水に溶解後、200mLに調製し、高圧蒸気滅菌を行った溶液
  D液:0.05g 塩化鉄6水和物を超純水に溶解後、200mLに調製し、0.2μmのシリンジフィルターで濾過滅菌を行った溶液
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 (方法)
 Tumebacillus sp.NITE BP-02779をR2A培地に播種し、25℃で24時間~48時間培養した。
 培養終了後、Tumebacillus sp.NITE BP-02779培養液50μLと標的細菌(死菌)含有無機培地5.0mLとを試験管に添加して、25℃、200rpmにて反応させ、経時的に試験管の濁度(OD660)を簡易濁度計(簡易ODモニター miniphoto 518R、TAITEC社製)で測定した。標的細菌(死菌)含有無機培地の濁度(OD660)が、陰性対照の濁度(OD660)の50%を示す経過日数を算出し、以下の基準で分解能の有無を判定した。
 A:0日以上2.0日未満
 B:2.0日以上5.0日未満
 C:5.0日以上
 なお、陰性対照はTumebacillus sp.NITE BP-02779無添加の標的細菌(死菌)含有無機培地の濁度(OD660)を用いた。
 (結果)
 結果を表11に示す。Tumebacillus sp.NITE BP-02779を添加することにより、標的細菌(死菌)含有無機培地の濁度の低下が認められた。従って、Tumebacillus sp.NITE BP-02779は標的微生物(標的死細菌)を分解可能であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
 [参考実験5.Tumebacillus sp.NITE BP-02779の標的細菌(生菌)に対する分解能評価]
 (材料)
 ・標的細菌(生菌)含有無機培地:986mL 滅菌水、3.0mL A液、3.0mL B液、3.0mL C液、3.0mL D液、1.8mL 1%リン酸、及び標的細菌(生菌)を混合した溶液
 なお、A液~D液としては参考実験4と同じものを用いた。また、標的細菌(生菌)含有無機培地の濁度(OD660)は0.2となるように標的細菌(生菌)を混合した。
 (方法)
 標的細菌(生菌)含有無機培地を用いたこと以外は、参考実験4と同じ方法でTumebacillus sp.NITE BP-02779の標的細菌(生菌)に対する分解能を評価した。
 (結果)
 結果を表12に示す。Tumebacillus sp.NITE BP-02779を添加することにより、標的細菌(生菌)含有無機培地の濁度の低下が認められた。従って、Tumebacillus sp.NITE BP-02779は標的細菌(生菌)を分解可能であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 [参考実験6.Tumebacillus sp.NITE BP-02779の余剰汚泥(死菌)に対する分解能評価(1)]
 ・余剰汚泥(死菌)含有無機培地:986mL 基質溶液、3.0mL A液、3.0mL B液、3.0mL C液、3.0mL D液、及び1.8mL 1%リン酸を混合した培地
  基質溶液:余剰汚泥を洗浄後、超純水986mLに対し、濁度(OD660)0.2となるように混合し、高圧蒸気滅菌を行った溶液
 基質溶液として上記のものを用いたこと以外は、参考実験4と同じものを用いた。
 (方法)
 余剰汚泥(死菌)含有無機培地を用いたこと以外は、参考実験4と同じ方法でTumebacillus sp.NITE BP-02779の余剰汚泥(死菌)に対する分解能を評価した。
 (結果)
 結果を表13に示す。Tumebacillus sp.NITE BP-02779を添加することにより、余剰汚泥(死菌)の濁度の低下が認められた。従って、Tumebacillus sp.NITE BP-02779は余剰汚泥(死菌)を分解可能であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
 [参考実験7.Tumebacillus sp.NITE BP-02779の余剰汚泥(死菌)に対する分解能評価(2)]
 (材料)
 参考実験6と同じものを用いた。
 (方法)
 参考実験4と同じ方法で反応を行った。反応は5連で行い、反応開始後4日目に試験管中に残存する余剰汚泥を全量回収した。回収した余剰汚泥を乾燥後、余剰汚泥の乾燥重量を測定し、陰性対照群とTumebacillus sp.NITE BP-02779添加群とで有意差検定(t検定、片側)を行った。
 (結果)
 結果を図14に示す。陰性対照群と比較してTumebacillus sp.NITE BP-02779添加群では余剰汚泥の乾燥重量の有意な低下(p<0.01)が認められた。従って、Tumebacillus sp.NITE BP-02779を添加することにより余剰汚泥を削減可能であった。
 [参考実験8.様々な細菌のMicrococcus属細菌に対する分解能評価]
 (材料)
 標的細菌含有無機培地として、参考実験4で用いたMicrococcus属細菌を標的細菌として含む標的細菌(死菌)含有無機培地を準備した。微生物分解能の有無を評価する細菌として表14に示す細菌を準備した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
 (方法)
 参考実験4と同じ方法で、標的細菌含有無機培地と評価対象となる細菌を含む培養液とを混ぜ、評価対象となる細菌の微生物分解能を評価した。標的細菌含有無機培地の濁度(OD660)が、陰性対照の濁度(OD660)の50%を示す経過日数を算出し、以下の基準で微生物分解能の有無を判定した。
 A:0日以上1.0日未満
 B:1.0日以上4.0日未満
 C:4.0日以上
 なお、陰性対照は評価対象となる細菌を含む培養液を添加しなかった標的細菌含有無機培地の濁度(OD660)を用いた。
 (結果)
 結果を表15に示す。また、表14に記載の評価対象の細菌の16S rRNA遺伝子の塩基配列とTumebacillus sp.NITE BP-02779の16S rRNA遺伝子の塩基配列(配列番号7)との相同性検索を行い、算出された同一性割合を表15に示す。表15に記載の細菌の16S rRNA遺伝子の塩基配列を、配列番号9~18として示す。これらは独立行政法人製品評価技術基盤機構バイオテクノロジーセンター(NBRC)オンラインカタログ<https://www.nite.go.jp/nbrc/catalogue/NBRCDispSearchServlet?lang=jp>又は国立生物工学情報センター(NCBI)データベースカタログ<https://www.ncbi.nlm.nih.gov/>に収載されている配列である。
 Tumebacillus sp.NITE BP-02779及びTumebacillus algifaecis NBRC108765tはA判定であったが、Bacillus属細菌及びPaenibacillus属細菌はB判定又はC判定であった。従って、Tumebacillus sp.NITE BP-02779及びTumebacillus algifaecis NBRC108765tはBacillus属細菌及びPaenibacillus属細菌よりも標的微生物(標的死細菌)分解能が優れていた。
 Tumebacillus sp.NITE BP-02779の16S rRNA遺伝子の塩基配列とTumebacillus algifaecis NBRC108765tの16S rRNA遺伝子の塩基配列との同一性は、92.8%であった。一方、Tumebacillus sp.NITE BP-02779の16S rRNA遺伝子の塩基配列とBacillus属細菌又はPaenibacillus属細菌の16S rRNA遺伝子の塩基配列との同一性は、90%未満であった。このことから、16S rRNA遺伝子の塩基配列の同一性が、Tumebacillus sp.NITE BP-02779と90%以上である細菌は、標的微生物分解能が優れていると考えられた。Tumebacillus algifaecis NBRC108765tはNBRCから入手可能であり、その16S rRNA遺伝子の塩基配列はGenBank/EMBL/DDBJデータベースにAccession No.JX110710として収載されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
 [参考実験9.Tumebacillus sp.NITE BP-02779とEscherichia coliとを含む混合溶液の標的微生物分解能評価]
 (材料)
 標的細菌含有無機培地として、参考実験4で用いたMicrococcus属細菌を標的細菌として含む標的細菌(死菌)含有無機培地を準備した。また、Tumebacillus sp.NITE BP-02779とEscherichia coli DH5αとを含む溶液を準備した。
 (方法)
 まず、Tumebacillus sp.NITE BP-02779を25℃で24時間、Escherichia coli DH5αを37℃で24時間培養した。
 培養後、Tumebacillus sp.NITE BP-02779培養液(OD660=0.2に調製)とEscherichia coli DH5α培養液(OD660=0.2に調製)とを表16に示す比率で混合した混合溶液を準備した。調製した微生物製剤50μLと標的細菌含有無機培地5.0mLとを試験管に添加して、25℃、200rpmにて反応させ、2日後に混合液の濁度(OD660)を簡易濁度計(簡易ODモニター、miniphoto 518R、TAITEC社製)で測定した。陰性対照の濁度(OD660)に対する、微生物製剤を添加した標的細菌含有無機培地の濁度(OD660)の割合を標的微生物の残存率として算出し、以下の基準で標的微生物分解能を評価した。
 A:0%以上50%未満
 B:50%以上70%未満
 C:70%以上
 なお、陰性対照は混合溶液無添加の標的細菌含有無機培地の濁度(OD660)を用いた。
 (結果)
 結果を表16に示す。Tumebacillus sp.NITE BP-02779とEscherichia coliとを含む溶液は、良好な標的微生物分解能を示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
 [参考実験10.Tumebacillus sp.NITE BP-02779培養物の標的微生物分解能評価]
 (材料)
 標的細菌(生菌)含有リン酸緩衝液として66mMリン酸カリウム緩衝液(pH6.24)10mL、及びMicrococcus属細菌乾燥菌体(SIGMA-ALDRICH社製)10mgを混合した溶液を用いた。
 (方法)
 まず、Tumebacillus sp.NITE BP-02779をR2A培地で一定時間、培養した。
 培養後、培養液を遠心分離して、菌体を除いた培養上清を回収した。96穴プレートに回収した培養上清100μLと標的細菌含有リン酸緩衝液100μLとを添加して、マイクロプレートリーダー(Molecular Device社製)を用いてABS450nmを経時的に測定した。Micrococcus属細菌分解能(UNITS/mL)を算出し、以下の基準で標的微生物分解能を評価した。
 S:200(UNITS/mL)以上
 A:100(UNITS/mL)以上200(UNITS/mL)未満
 B:20(UNITS/mL)以上100(UNITS/mL)未満
 C:20(UNITS/mL)未満
 なお、Micrococcus属細菌分解能(UNITS/mL)は以下の式を用いて算出した。
 Micrococcus属細菌分解能(UNITS/mL)
  ={ΔABS450nm/分(培養上清を添加した標的細菌含有リン酸緩衝液)-ΔABS450nm/分(培養上清無添加の標的細菌含有リン酸緩衝液)}/(0.001×0.1)
 (結果)
 結果を表17に示す。Tumebacillus sp.NITE BP-02779を一定時間培養した培養上清は、標的微生物分解能を有していることがわかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017

Claims (18)

  1.  配列番号1に記載の塩基配列と97%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する、汚泥分解用細菌。
  2.  配列番号1に記載の塩基配列に対して、塩基の変異数が2塩基以下である16S rRNA遺伝子を有し、且つ、標的微生物分解能を有する細菌。
  3.  前記標的微生物が標的細菌である、請求項2に記載の細菌。
  4.  前記標的微生物が標的死細菌である、請求項2又は3に記載の細菌。
  5.  配列番号1に記載の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する、請求項1~4のいずれか1項に記載の細菌。
  6.  受託番号NITE BP-03020として寄託された細菌。
  7.  細菌(a1)を含む、汚泥分解用微生物製剤。
     細菌(a1):配列番号1に記載の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する細菌。
  8.  前記細菌(a1)は、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塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する、請求項7に記載の汚泥分解用微生物製剤。
  9.  前記細菌(a1)は、配列番号1に記載の塩基配列と97%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する、請求項7に記載の汚泥分解用微生物製剤。
  10.  前記細菌(a1)は、配列番号1に記載の塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有する、請求項7に記載の汚泥分解用微生物製剤。
  11.  前記細菌(a1)は、標的微生物分解能を有する、請求項7~10のいずれか1項に記載の汚泥分解用微生物製剤。
  12.  温度20℃で汚泥を分解する、請求項7~11のいずれか1項に記載の汚泥分解用微生物製剤。
  13.  前記細菌(a1)は、受託番号NITE BP-03020として寄託された細菌である、請求項7に記載の汚泥分解用微生物製剤。
  14.  微生物(a2)をさらに含み、前記細菌(a1)及び前記微生物(a2)の総数に対する前記細菌(a1)数は0.1%以上100%未満である、請求項7~13のいずれか1項に記載の汚泥分解用微生物製剤。
     微生物(a2):細菌(a1)と異なる微生物。
  15.  前記微生物(a2)は、配列番号7に記載の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有し、且つ標的微生物分解能を有する細菌、標的微生物分解能を有するバチルス属細菌、及び標的微生物分解能を有するパエニバチルス属細菌からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、請求項14に記載の汚泥分解用微生物製剤。
  16.  細菌(a1)の培養物を含む、汚泥分解用微生物製剤。
     細菌(a1):配列番号1に記載の塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列を含む16S rRNA遺伝子を有し、且つ、標的微生物分解能を有する細菌。
  17.  請求項1~6のいずれか1項に記載の細菌又は請求項7~16のいずれか1項に記載の汚泥分解用微生物製剤を汚泥に作用させる工程を含む、汚泥分解方法。
  18.  請求項1~6のいずれか1項に記載の細菌又は請求項7~16のいずれか1項に記載の汚泥分解用微生物製剤を用いた、汚泥分解装置。
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