説明

栄養源

【課題】ウレアーゼ活性が高くなり、ウレアーゼを生産する微生物に対して効果的な栄養源を提供する。
【解決手段】スクロース、グルコース、マルトース、セロビオース、でんぷん、ガラクトース、フルクトース、ラクトース、ソルビトール、マンニトール、糖蜜、酢酸塩、プロピオン酸塩、酪酸塩、乳酸塩、エタノール、プロパノール、ブタノール、カゼイン、乳清粉末、酵母、酵母エキス、ペプトン、トリプトン、トリプトファン、肉エキス、牛肉エキスのいずれか一つ以上を含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ウレアーゼを産生する微生物のための安価な栄養源に関し、特にはウレアーゼ活性を高め、カルサイトの生成に効果的な微生物のための栄養源に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には土圧密方法に関し、石灰化細菌と脱窒細菌との組み合わせが使用され、a)石灰化細菌の1つ以上の溶液を土に導入する工程;b)土中で前記溶液を循環させる工程;c)石灰化細菌のための1つ以上の栄養溶液を土に導入し、次いで土中で前記溶液を循環させる工程;並びにd)脱窒細菌の1つ以上の溶液を土に導入し、次いで土中で前記溶液を循環させる工程;を含む土圧密方法が開示された。
【0003】
ところで、尿素は、肥料や窒素サイクルにおける微生物の代謝における中間生成物として重要であり、この尿素をアンモニアや二酸化炭素に加水分解する際の触媒となる酵素であるウレアーゼは、多くの土着微生物、地下細菌によって生産される。
【0004】
ウレアーゼを合成する微生物、糸状菌類あるいは放線菌類などは、成長や増殖のための窒素源として尿素を利用する。こうしたウレアーゼを合成する微生物として、非特許文献2にはBacillus, Micrococcus, Pseudomonas, Klebsiella, Corynebacterium, Clostridium が報告されている。これらの微生物において確認されたウレアーゼは、細胞体外で観察されている。
【0005】
これらのウレアーゼ生産微生物は、例えば、土壌など媒体の表面、あるいは透過性媒体を改質するために利用される。この改質プロセスによって、処理媒体の透過性、多孔性を低くし流体の移動性を低減することが可能であり、石油工業において油が漏出した現場において油を回収したり、油汚染の拡大を抑制するためのミネラルによる閉塞を行う方法として知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特表2008−508450号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献2】(artin Alexander, Introduction to Soil Microbiology, 2nd Edition, Krieger Publishing Company, Florida, 1977
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ウレアーゼ生産微生物を利用した各種の処理効率を向上するためにウレアーゼ活性を高くする必要がある。
本発明の目的は、ウレアーゼ活性が高くなり、ウレアーゼを生産する微生物に対して効果的な栄養源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
ウレアーゼ活性は、栄養源の種類と配合により決定づけられる。本発明においては、ウレアーゼ活性が高くなるような物質の組み合わせを見出し、さらにウレアーゼを生産する微生物に対して効果的な配合比を決定した。
【0010】
本発明のウレアーゼ生産微生物のための栄養源は、スクロース、グルコース、マルトース、セロビオース、でんぷん、ガラクトース、フルクトース、ラクトース、ソルビトール、マンニトール、糖蜜、酢酸塩、プロピオン酸塩、酪酸塩、乳酸塩、エタノール、プロパノール、ブタノール、カゼイン、乳清粉末、酵母、酵母エキス、ペプトン、トリプトン、トリプトファン、肉エキス、牛肉エキスのいずれか一つ以上を含むことを特徴とする。
【0011】
また本発明のウレアーゼ生産微生物のための栄養源は、スクロース、グルコース、マルトース、セロビオース、でんぷん、ガラクトース、フルクトース、ラクトース、ソルビトール、マンニトール、糖蜜、酢酸塩、プロピオン酸塩、酪酸塩、乳酸塩、エタノール、プロパノール、ブタノール、カゼイン、乳清粉末のうちの少なくとも一つ以上を含み、かつ酵母、酵母エキス、ペプトン、トリプトン、トリプトファン、肉エキス、牛肉エキスのいずれか一つ以上を含むことを特徴とする。
【0012】
さらに本発明のウレアーゼ生産微生物のための栄養源は、スクロース、グルコース、マルトース、セロビオース、でんぷん、ガラクトース、フルクトース、ラクトース、ソルビトール、マンニトール、糖蜜、酢酸塩、プロピオン酸塩、酪酸塩、乳酸塩、エタノール、プロパノール、ブタノール、カゼイン、乳清粉末のうちの少なくとも一つ以上を重量比で50%以上含み、かつ酵母、酵母エキス、ペプトン、トリプトン、トリプトファン、肉エキス、牛肉エキスのいずれか一つ以上を重量比で50%未満含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明の栄養源により微生物によってウレアーゼを効果的に生産させ、尿素、カルシウムイオンにより、カルサイトの生成を促す事ができる。
【0014】
本発明栄養源の利点として、水との親和性の高い物質を利用しており、一般的に不可欠である対象の媒体との混合攪拌をせずとも適用してカルサイトの生成が可能で、原位置利用がしやすい。
【0015】
また本発明の方法は、カルサイトの結晶構造の中に汚染物質を取り込むなどしての環境における汚染物質の固定化や除去、沿岸部や河川などにおいて浸食からの表面保護や制御などの応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施例1として行った予備試験の結果を示すグラフである。
【図2】本発明の実施例2の結果を示すグラフである。
【図3】本発明の実施例2の結果を示し、各種栄養源材料におけるS.pasteuriiのウレアーゼ活性を示すグラフである。
【図4】本発明の実施例3によるSporosarcina pasteuriiの増殖効果の試験結果を示すグラフである。
【図5】本発明の実施例3によるウレアーゼ活性効果についての試験結果を示すグラフである。
【図6】本発明の実施例4として5種の栄養源培地において培養をし、生成されるカルサイト量を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
ウレアーゼ生産微生物のための栄養源が適用されるウレアーゼ生産微生物としては、必要とされるウレアーゼ活性を示すことのできる微生物であればよく特には限定されない。すなわち斯かる微生物としては、求めるウレアーゼを生産する能力を有していればよく、真正細菌のような原核生物でもよく、細菌、酵母、植物、動物の細胞といったような単細胞性の真核生物でもよい。
【0018】
以下に本発明において利用することのできる、ウレアーゼを生産可能な微生物の一部について例示する。
Sporosarcina sp., Sporosarcina pasteurii, Sporosarcina soli, Sporolacto bacillus, Bacillus massiliensis, Arthrobacter crystallopoietes, Lysinibacillus fusiformis, Myxococcus Xanthus, Micrococcus sp., Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Bacillus amyloliqufaciens, Clostridium and Desulfotomaculum, Deleya halophila, Halomonas eurihalinaなどがウレアーゼ生産能力を有する微生物である。しかし本発明では、これらに限定されず、微生物全般においてウレアーゼを生産する微生物を利用することができる。
【0019】
本発明の栄養源に関してカルサイト生成により評価をする場合、カルサイトの含有量を測定する方法の一つは、対象の物質を酸処理することによって生成する二酸化炭素量を測定する方法である。
二酸化炭素量は、マノメトリック法やガス容量によりガス圧を測定することにより決定される。既知のサンプル量とガス容量とから最終的にサンプル中のカルサイト量が算出される。カルサイト量を測定する方法については、“Soil Carbonates” in “Australian Laboratory Handbook of Soil and Water Chemical Methods”の19章、by G.E.Rayment & F.R.Higginson, Inkata Press, Sydney, 1992, pages 206−210 に2つの方法が記載されている。
【0020】
栄養源の例として、スクロース、グルコース、マルトース、セロビオース、でんぷん、ガラクトース、フルクトース、ラクトース、ソルビトール、マンニトール、糖蜜、酢酸塩、プロピオン酸塩、酪酸塩、乳酸塩、エタノール、プロパノール、ブタノール、カゼイン、乳清粉末、酵母、酵母エキス、ペプトン、トリプトン、トリプトファン、肉エキス、牛肉エキス、さらには尿素、塩化カルシウム、塩化ナトリウムなどが挙げられる。
【0021】
さらに栄養源として利用可能な物質としては、前記の物質の他にコーンシロップ、ペントース(五炭糖)、ヘキソース(六炭糖)、豆乳、クレアチニン、プロテイン粉末、グアーガム、キサンタンゴム、エチレングリコール類、ショ糖乳酸エステル類、ベータグルカン、カザミノ酸、及びアンモニア、カルシウム、マグネシウム、ナトリウムの塩を使用することができる。
【0022】
本発明の栄養源における各物質の有効な量とその組み合わせについては、実際に利用する状況・用途に応じて、少なくともウレアーゼ生産微生物の利用性に基づいて決定される。その決定においては、各原料の種類とそれらの配合について種々の条件を設定することが望ましく、また微生物に関する専門知識を有する熟練した技術者が実施することが望ましい。
【0023】
実際の適用においては、とりわけウレアーゼ活性レベルが高く、尿素源を利用する微生物が多く確認される方法が望ましい。この点で、実際の適用における反応物の所定量は、事前検討の結果において高いウレアーゼ活性が得られた試験パターンに基づいて決定されることが望ましい。
重要な点として、本発明の栄養源における使用物質及び比率などの構成については、使用者の方で目的や用途に応じてウレアーゼ活性が好適となる方法を選択することが可能である。これにより、本発明の適用範囲は極めて広くなる。
【0024】
各種の物質を添加した培地におけるS.pasteuriiの増殖について24時間以上の検証を実施した結果、スクロースと酵母エキスなどを含む栄養源において良好な増殖が観察された。
さらに栄養源に尿素、塩化カルシウム、アンモニウムイオン、塩化物を含むことが増殖に役立つ。
微生物は、周辺環境のpHを高め、窒素源やエネルギー源として利用するためにウレアーゼにより尿素を加水分解することが知られている。
【0025】
通性嫌気性微生物であるS.parteuriiは、酸素の存在下で速やかに増殖し、その結果、炭酸カルシウムの沈殿反応を示す。
尿素を含む栄養源培地における生化学反応は、以下のように纏められる。
NCONH + 3HO → 2NH + HCO + OH 尿素の加水分解
Ca2+ + Cell → Cell−Ca2+
Cl + HCO + NH → NHCl + CO2−
【0026】
微生物反応によって進む炭酸カルシウムの沈殿の作用は、化学的な沈殿作用と比較しても、さほど複雑なわけではない。B. pasteuriiとしても知られるSporosarcina pasteuriiは、微生物によるカルサイト生成に最もふさわしい微生物である。
【0027】
微生物系において多くの石灰質生物が代謝同化プロセスにおいて水素(陽子)を除去するために石灰化をする。このプロセスにおいて酵素による尿素の加水分解によりアンモニアとさらに二酸化炭素が生成し、周辺環境におけるpHが高くなることによってウレアーゼによるカルサイトの沈殿生成がより加速される。このようにウレアーゼ活性が生化学反応によるカルサイト沈殿の必須要素である。
【0028】
バチルス属は、多量のウレアーゼを産生する微生物として知られており、土壌環境における砂の閉塞のためのカルサイト沈殿などに利用される。
以下に本発明の栄養源について具体的な実施内容を例示するが、実際の適用方法、適用範囲については、これらに限定されるものではない。
【実施例1】
【0029】
実施例1として予備試験を行った。
5gの塩化ナトリウム(0.5%)、2%の尿素、25ミリモルの塩化カルシウム、100ミリモルのミネラル混合液(マグネシウム、亜鉛、鉄など含む)の培地におけるスクロース濃度を2.5、5.0、7.5、10%とし、Sporosarcina pasteuriiの増殖試験を実施した。培地に尿素、塩化カルシウムを添加して培養を開始する前に1Mの塩酸により培地のpHを6.5に調整した。また、尿素と塩化カルシウムについてはフィルター滅菌して加えた。そして、B. pasteuriiとしても知られるSporosarcina pasteuriiの培地における増殖については、摂氏37度において一夜培養し、定期的に吸光度(OD600)を測定し、菌数cfu/mlを求めて評価した。
【0030】
その結果、図1に示すようにいずれの濃度でも効果が認められた。スクロース添加濃度が高いほどSporosarcina pasteuriiの増殖の効果が高いが、5〜10%の間では効果の差が大きくない。この結果に基づき実施例2以降の試験における材料添加濃度(対培地)を5%に決定した。
【実施例2】
【0031】
下記の5つの培地にてSporosarcina pasteuriiの増殖、ウレアーゼ活性について試験を実施した。
i)スクロース培地:スクロース5%、塩化ナトリウム0.5%(5g)、尿素2%、25mmol/L塩化カルシウム
ii)ラクトース培地:ラクトース5%、塩化ナトリウム0.5%(5g)、尿素2%、25mmol/L塩化カルシウム
iii)乳酸ナトリウム培地:乳酸ナトリウム5%、塩化ナトリウム0.5%(5g)、尿素2%、25mmol/L塩化カルシウム
iv)乳清培地:乳清5%、塩化ナトリウム0.5%(5g)、尿素2%、25mmol/L塩化カルシウム
v)糖蜜培地:糖蜜5%、塩化ナトリウム0.5%(5g)、尿素2%、25mmol/L塩化カルシウム
【0032】
5gの塩化ナトリウム(0.5%)、2%の尿素、25ミリモルの塩化カルシウム、100ミリモルのミネラル混合液(マグネシウム、亜鉛、鉄など含む)の培地において上記5種の栄養源を加え、Sporosarcina pasteuriiの増殖試験を実施した。培地に尿素、塩化カルシウムを添加して培養を開始する前に1Mの塩酸により培地のpHを6.5に調整した。また、尿素と塩化カルシウムについてはフィルター滅菌して加えた。そして、B. pasteuriiとしても知られるSporosarcina pasteuriiの培地における増殖については、摂氏37度において一夜培養し、定期的に吸光度(OD600)を測定し、菌数cfu/mlを求めて評価した。
【0033】
その結果を図2に示す。いずれの物質でもSporosarcina pasteuriiの増殖効果が認められた。さらには、同一濃度で添加した場合、スクロース、乳清、ラクトース、乳酸ナトリウム、糖蜜の順で増殖効果が高い。
ウレアーゼ活性は、K.R. Natarajan “Kinetic study of the enzyme urease from Dolichos biflorus”, Journal of Chemical Education, 1995 72, 556−57に記載のphenol−hypochlorite assay methodにより決定した。50から1,000マイクロモルの塩化アンモニウムを標準として使用した。
【0034】
各種栄養源を使用して一定時間培養後の培地1ミリリットルを遠心して、菌を沈殿させる。菌を沈殿させた後、上澄み(培地)を取り除いた。その後、沈殿した菌を生理食塩水で懸濁し、再度遠心し、菌を沈殿させ、上澄み液を取り除くことにより、培地成分を取り除き、菌を洗浄した。0.1Mの尿素0.7ミリリットルにpH8の0.1Mのリン酸カルシウム0.3ミリリットルで懸濁した菌を加えた。37℃で25分間反応させた後、波長626ナノメートルの吸光度を測定しウレアーゼ活性を求めた。1分間当たり、1マイクロモルの尿素をアンモニアに変換する酵素量を1ユニット(U)とした。その結果を図3に示す。
本発明栄養源に使用する各種の安価な材料において添加によるウレアーゼ活性が認められた。
【実施例3】
【0035】
実施例3として実施例1と同様の手順で、下記の5つの栄養源培地においてSporosarcina pasteuriiの増殖ならびにウレアーゼ活性について検証した。
i)スクロース培地:スクロース5%、塩化ナトリウム0.5%(5g)、尿素2%、25mmol/L塩化カルシウム
ii)酵母エキス培地:酵母エキス5%、塩化ナトリウム0.5%(5g)、尿素2%、25mmol/L塩化カルシウム
iii)ペプトン培地:ペプトン5%、塩化ナトリウム0.5%(5g)、尿素2%、25mmol/L塩化カルシウム
iv)スクロース+酵母エキス培地:スクロース4%、酵母エキス1%、塩化ナトリウム0.5%(5g)、尿素2%、25mmol/L塩化カルシウム
v)スクロース+ペプトン培地:スクロース4%、ペプトン1%、塩化ナトリウム0.5%(5g)、尿素2%、25mmol/L塩化カルシウム
【0036】
Sporosarcina pasteuriiの増殖効果の試験結果を図4に示す。ウレアーゼ活性効果については、図5に示す。
その結果、酵母エキス、ペプトンなど高価な材料のみでのSporosarcina pasteurii増殖効果が最も高いが、それらと比較して前記物質の一部を安価なスクロースに振り替えたものの効果も高いことが示された。また、ウレアーゼ活性についても、酵母エキス、ペプトンなど高価な材料のみでのウレアーゼ活性が最も高いが、それらと比較して前記物質の一部を安価なスクロースに振り替えたものの効果も十分に高いことが示された。
【実施例4】
【0037】
実施例4として実施例2において使用した5種の栄養源培地において培養をし、生成されるカルサイト量を測定した。その結果を図6に示す。
結果としてカルサイト生成に関しては、5種の栄養源のうち酵母エキス、ペプトンなど高価な材料のみでの効果が最も高いが、前記物質の一部を安価なスクロースに振り替えたものの効果も十分に高いことが示された。
以上の試験結果より酵母エキスやペプトンなどの一部をスクロース等の安価な原料で振り替えた材料によりウレアーゼ生産及びカルサイト生成に寄与する微生物の栄養源として効果が示された。



【特許請求の範囲】
【請求項1】
スクロース、グルコース、マルトース、セロビオース、でんぷん、ガラクトース、フルクトース、ラクトース、ソルビトール、マンニトール、糖蜜、酢酸塩、プロピオン酸塩、酪酸塩、乳酸塩、エタノール、プロパノール、ブタノール、カゼイン、乳清粉末、酵母、酵母エキス、ペプトン、トリプトン、トリプトファン、肉エキス、牛肉エキスのいずれか一つ以上を含むことを特徴とするウレアーゼ生産微生物のための栄養源。

【請求項2】
スクロース、グルコース、マルトース、セロビオース、でんぷん、ガラクトース、フルクトース、ラクトース、ソルビトール、マンニトール、糖蜜、酢酸塩、プロピオン酸塩、酪酸塩、乳酸塩、エタノール、プロパノール、ブタノール、カゼイン、乳清粉末のうちの少なくとも一つ以上を含み、かつ酵母、酵母エキス、ペプトン、トリプトン、トリプトファン、肉エキス、牛肉エキスのいずれか一つ以上を含むことを特徴とするウレアーゼ生産微生物のための栄養源。
【請求項3】
スクロース、グルコース、マルトース、セロビオース、でんぷん、ガラクトース、フルクトース、ラクトース、ソルビトール、マンニトール、糖蜜、酢酸塩、プロピオン酸塩、酪酸塩、乳酸塩、エタノール、プロパノール、ブタノール、カゼイン、乳清粉末のうちの少なくとも一つ以上を重量比で50%以上含み、かつ酵母、酵母エキス、ペプトン、トリプトン、トリプトファン、肉エキス、牛肉エキスのいずれか一つ以上を重量比で50%未満含むことを特徴とするウレアーゼ生産微生物のための栄養源。



【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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