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微生物によるヒ素の環境動態変化に及ぼす抗生物質の影響の解明(平成 23年度)
Effect of antibiotics on the microbial arsenic mobilization and immobilization

予算区分
CD 文科-科研費
研究課題コード
1114CD002
開始/終了年度
2011~2014年
キーワード(日本語)
ヒ酸塩還元,亜ヒ酸塩酸化,ヒ素可溶化,医薬品
キーワード(英語)
Arsenate reduction, Arsenite oxidation, Arsenic mobilization, Pharmaceuticals

研究概要

 抗生物質を含めた医薬品が広範な水環境から検出されており、環境中における薬剤耐性細菌の発生や耐性遺伝子の伝播・拡大が憂慮されている。一方、その影響は環境微生物の群集構造にも及び、物質の挙動を大きく変化させる可能性がある。特に、ヒ素のような毒性を持つ微量元素の場合は、微生物を介した環境動態の変化がヒトの健康影響に直結する恐れがある。即ち、抗生物質の環境中への流入には、ヒ素による水環境汚染を助長する新たなリスクが潜在するが、これまでにその可能性に着目した研究は報告されていない。
 本研究では、環境中におけるヒ素の可溶化/不溶化に関与するヒ素および鉄の酸化・還元に着目し、これらを担う微生物反応に及ぼす各種抗生物質の影響を評価する。それとともに、微生物相の変遷をモニターし、抗生物質が各微生物反応に影響を与えるメカニズムを解明したうえで、そのリスクを詳細に評価する。

研究の性格

  • 主たるもの:基礎科学研究
  • 従たるもの:

全体計画

 本研究では、まず、抗生物質によって活性が大きく変化すると考えられるヒ酸塩還元とヒ素耐性細菌に着目し、それらの優先化に寄与する抗生物質をフラスコレベルの実験系でスクリーニングする。実験系内からは、優先化した耐性細菌の単離も行い、培養法と遺伝子解析の併用により詳細な特徴づけを行うことによって、その裏付けとなる知見を得る。次に、スクリーニングにより選定された抗生物質を用い、国内各地から採取したヒ素濃度の異なる多様な土壌・底泥サンプルを対象として、ヒ素の可溶化/不溶化に関与する各微生物反応(ヒ酸塩還元、亜ヒ酸塩酸化、Fe(III)還元、Fe(II)酸化)に与える影響を個別の活性試験により網羅的に評価する。並行して、各サンプルのヒ素可溶化ポテンシャルに与える影響を調べ、ヒ素の環境動態変化に影響を与えるメカニズムを推定する。最終年度には、実環境を模した反応槽を用いて、以上で得られた知見の検証・リスク評価を試みる。

今年度の研究概要

 国立環境研究所構内及び近隣から採取した数種類の土壌・底泥サンプルを植種源として用い、現在利用されている様々な抗生物質が、ヒ酸塩還元能を持つヒ素耐性細菌の優先化にどの程度寄与するかを調べる。具体的には、ヒ酸塩を含む無機塩培地に各抗生物質を加え、各植種源を接種して好気・嫌気の両条件下で培養を行う。
 培養開始後、経時的にサンプルを採取し、ヒ酸塩・亜ヒ酸塩濃度(イオンクロマトグラフィー)及び細菌数の変化(全菌数:核酸染色、ヒ素/抗生物質耐性細菌数:培養法)を測定する。得られた結果を抗生物質を加えていない対照系と比較することによって、各抗生物質によるヒ酸塩還元活性の変化の程度を明らかとし、ヒ素及び抗生物質耐性細菌数との関連を評価する。なお、実験には、作用機序及び抗菌スペクトルの異なる様々な抗生物質を用い、濃度を変化させた複数の系列で実施する。これらの実験により、ヒ酸塩還元活性の促進並びにヒ素耐性細菌の優先化に高い効果を持つ抗生物質をスクリーニングし、実験条件を最適化することで、多数の環境サンプルを取り扱う次年度以降の研究の礎を築く。

関連する研究課題
  • 0 : 地域環境研究分野における研究課題

課題代表者

山村 茂樹

  • 地域環境研究センター
    土壌環境研究室
  • 主任研究員
  • 博士(工学)
  • 生物工学,土木工学
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