• 水溶性天然ガス田における地下微生物の高いメタン生成ポテンシャルを発見
• メタンハイドレート賦存域における深部海底堆積物中のメタン生成菌バイオマーカー
• 枯渇油田におけるメタン生成経路の解明
• 15N安定同位体とＧＣＭＳを使用したアナモックス活性の測定法の開発
• 地下圏微生物を利用した難透水層汚染の浄化方法の発見
• メタンハイドレートの分布とメタン生成菌の関係を解明
• ヒ素蓄積細菌の発見
• 微生物を利用した天然ガス田地域の低コスト地質汚染浄化法の開発
• 陸域地下圏における微生物による嫌気的メタン酸化の発見
• 共生培養を用いたメタン生成菌による水素同位体分別の評価
• 水溶性ガス田から新種のメタン生成菌を探査

水溶性天然ガス田における地下微生物の高いメタン生成ポテンシャルを発見

千葉県には水溶性ガス田が分布し、メタンを主な成分とする天然ガスが産出されています。それらのメタンの起源については、ガスの組成や同位体分析などの地化学的な研究によって微生物によって作られたと推定されていますが、実際、地下における微生物の分布や活動についてはほとんど分かっていません。私たちは、水溶性ガス田における地下微生物のメタン生成ポテンシャルを評価する目的で、ガス田のコア堆積物に14C-トレーサーを添加する培養実験を行い、高いメタン生成活性を検出しました．またコア堆積物と地層水を混ぜたスラリー試料を嫌気条件で長期間培養すると、堆積物中の高分子有機物（ケロジェン）が分解されて大量のメタンが生成されることを発見しました． 参考文献：Yoshioka H, Mochimaru H, Sakata S. Takeda H, Yoshida S. (2015) Chemical Geology 419, 92-101.

ページの先頭へ ▲

メタンハイドレート賦存域における深部海底堆積物中のメタン生成菌バイオマーカー

未来のエネルギー資源として注目されている海洋メタンハイドレートのメタンは主に微生物起源と推定されています。 しかしこのメタン生成活動が地下のどこで行われており、何に支配されているのか分かっていません。この課題に取り組むため、私たちはMH21の一部として、東部南海トラフにおける深部掘削で採取された堆積物コア試料に含まれる極性アーキア脂質を分析する研究を行ないました。その結果、ほとんどの試料からアーキオールやヒドロキシアーキオールを検出し、その炭素同位体組成（メタンとの相違）からメタン生成菌に由来するバイオマーカーであることを明らかにしました。さらにヒドロキシアーキオールの濃度が堆積物中の全有機炭素量と相関性が高いことを見出し、バルクの有機物濃度が堆積物中のメタン生成菌の分布を支配する主たる要因である可能性を示しました。 参考文献：Oba M., Sakata S., Fujii T. (2015) Organic Geochemistry 78, 153-160.

ページの先頭へ ▲

枯渇油田におけるメタン生成経路の解明

油層内微生物の原油分解メタン生成経路を解明するため、秋田県八橋の枯渇油田から採取した油層水と原油を高圧容器に入れて、油層環境を模擬する高温・高圧条件で培養しました。培養が進むに連れて、油層水中の酢酸が消費され、当量のメタンが生成されることや、主なメタン生成経路が炭酸還元であることが分かりました。また、遺伝子解析の結果、酢酸を分解して水素を生成する酢酸分解細菌と、水素を利用して炭酸を還元する水素利用型メタン生成菌が多くなっており、両者が共生することによって、原油分解の中間代謝産物である酢酸からメタンが生成されることを発見しました。この研究成果は、油層微生物を活性化することによって、原油を効率よくメタンに変換できることを示唆しています。 参考文献：Mayumi et al., (2011) Environmental Microbiology 13(8), 1995-2006.

ページの先頭へ ▲

15N安定同位体とＧＣＭＳを使用したアナモックス活性の測定法の開発

アナモックス微生物は、無酸素条件で亜硝酸とアンモニアから窒素を生成する新規微生物群で、始めは廃水処理装置で見つけられましたたが、最近多くの環境中でその存在が確認され自然環境中の窒素循環において重要な役割を持つと考えられています。 我々は、従来の同位体比質量分析装置(IRMS)の代わりに、より使いやすいガスクロ質量分析装置(GCMS)を検出器に使用するアナモックス活性測定システムを開発しました。　本システムにより、迅速かつ低コストに試料中のアナモックス活性を測定できるようになりました。　 参考文献：Yoshinaga et al., (2011) Microbes and Environments 26(3), 189-197.

ページの先頭へ ▲

地下圏微生物を利用した難透水層汚染の浄化方法の発見

トリクロロエチレンなどの揮発性有機塩素化合物による地質汚染（土壌・地下水汚染）は重要な環境問題の一つで、汚染が進むと貴重な地下水資源を使えなくしてしまっています。地下圏は、地下水が通りやすい地層（砂礫などから成る透水層）と通りにくい地層（粘土などから成る難透水層）が複雑に重なり合っています。これまでの研究により、透水層の汚染は様々な方法で浄化することが可能になってきました。一方、揮発性有機塩素化合物は動粘性係数が低いため、難透水層にも浸透します。このような地層に入り込んだ汚染に対しては、有効な浄化方法がないだけでなく、汚染された難透水層から周囲の透水層へ少しずつ汚染物質が拡散する場合には地下水汚染の長期化を引き起こす原因にもなります。私たちは、わずかな空隙しか存在しない汚染難透水層中でも嫌気性脱塩素微生物による自然浄化が生じているケースがあることを発見しました。どのような地層で自然浄化が生じうるのか、さらに微生物による自然浄化活動を促進させるためにどうしたらよいのか、民間企業と共同で研究を続けています。 参考文献：Takeuchi et al. (2011) Journal of Contaminant Hydrology 124, 14-24.

ページの先頭へ ▲

メタンハイドレートの分布とメタン生成菌の関係を解明

海洋の大陸棚斜面の地下深くには、メタンハイドレートが広く分布しているのが見つかり、新しいエネルギー資源として注目されています。メタンハイドレートに含まれるメタンの起源について、多くのものが地下に生息する微生物によって作られたと推定されていますが、実際に地下のどこで作られているのか分かっていません。私たちは、IODP航海311に参加し、カナダ・バンクーバー島沖合のカスカディア縁辺域におけるメタンハイドレートの分布や深海堆積物中に生息する微生物について調査しました。我々は、遺伝子解析によってメタンハイドレートの分布している深度にメタン生成菌の機能遺伝子が多く含まれることや、トレーサー実験によって微生物活動によるメタン生成活性が高いことを発見しました。今後は、地下微生物の活動がメタンハイドレートの形成にどのように寄与しているのか解明することが重要な課題となると考えています。 参考文献：Yoshioka et al., (2010) Geobiology 8, 223-233.

ページの先頭へ ▲

ヒ素蓄積細菌の発見

ヒ素による地下水環境の汚染（地質汚染）を原因とする健康被害はアジアを中心に広範囲に生じています。ヒ素で汚染された地下水を浄化できる微生物、例えばヒ素蓄積細菌が存在する場合にはバイオレメディエーションに有効に利用できると期待されます。私たちは、海洋細菌のMarinomonas communis がヒ素に高い耐性を持ち、かつヒ素を高濃度に蓄積できることを世界で初めて発見しました。この微生物はヒ素を積極的に体内に取り入れ、細胞膜や細胞質にもヒ素を取りこんでいました。2010年にNASAのグループが、系統的に近い微生物がヒ素だけを与えた場合（リン酸を与えない環境で）にも増殖できることを報告しましたが、このようなヒ素蓄積細菌は、基礎研究としての先端研究であるとともに、これからの環境バイオテクノロジーに有効に利用できると期待されます。 参考文献：Takeuchi et al. (2007) Journal of Biotechnology 127, 434-442.

ページの先頭へ ▲

微生物を利用した天然ガス田地域の低コスト地質汚染浄化法の開発

高濃度のメタンを含むガス田地域では、断層などを通じてメタンが地表近くまででてきており、農作物への影響や爆発リスク、地球温暖化の観点で問題になっています。一方、このようなガス田地域の浅層地下水では、地下から供給されるメタンと大気や表層水から供給される酸素が共存するため、好気性メタン酸化細菌が多く存在する場合があることがわかりました。好気性メタン酸化細菌は揮発性有機塩素化合物を分解する能力を持っていることから、この好気性メタン酸化細菌を豊富に含む天然資源を有効に活用した低コストな地質汚染浄化法が可能と考えられています。これが可能になれば、汚染浄化が促進されるだけでなく、問題視されていた表層メタンを有効に活用することができます。現在この技術を実用化するためのさらに詳細な研究を民間企業と共同で行っています。 参考文献：Takeuchi et al. (2004) Environmental Geology 45, 891-898.

ページの先頭へ ▲

陸域地下圏における微生物による嫌気的メタン酸化の発見

メタンは主要な地球温暖化ガスの一つです。海底地下圏では深いところでメタン生成菌によって生成されたメタンが、表層に達する前に嫌気的メタン酸化古細菌(ANME)によって酸化され、大気への放出が大きく抑制されていることが知られています。一方、陸域地下圏における嫌気的メタン酸化活動についてはほとんど知られていませんでしたが、私たちの研究により、海底のANMEとは系統的に異なるサブグループの古細菌(ANME-1aFW)が、淡水を含む沖積層の陸域地下圏において嫌気的メタン酸化に関与していることが明らかになってきました。これにより、陸域地下圏においても嫌気的メタン酸化が行われている事が初めて証明されました。これらの微生物が陸域地下圏の炭素循環においてどの程度寄与しているのか、興味深いところです。 参考文献：Takeuchi et al. (2011) Environmental Microbiology 13(12), 3206-3218.

ページの先頭へ ▲

共生培養を用いたメタン生成菌による水素同位体分別の評価

多くの油田やガス田、メタンハイドレートには、微生物によって作られたメタンガスが含まれています。それら微生物起源のメタンの水素同位体比は、環境によって様々な値を取ることが知られています。これまで地球化学的な研究によって、メタンの水素同位体比は微生物によるメタン生成経路の違いを反映していると解釈されてきましたが、微生物を用いた培養実験では自然環境中の値と大きく異なる結果しか得られていませんでした。私たちは、自然環境を模擬した共生培養によってメタン生成実験を行いました。メタン生成菌による水素同位体分別を調べた結果、共生培養によって作られたメタンの水素は水から来ていることが分かりました。また、メタンと水の水素同位体比の関係は、淡水環境で作られるメタンと水の水素同位体比の関係に類似していたことから、共生培養がより忠実に自然を模擬した系になっていることが分かりました。 参考文献： Yoshioka et al.,(2008) Geochimica et Cosmochimica Acta 72, 2687-2694

ページの先頭へ ▲

水溶性ガス田から新種のメタン生成菌を探査

近年、地下深部に微生物（地下微生物と呼びます）が分布していることが分かってきました。私たちは、千葉や新潟の水溶性ガス田の地下に微生物、特に、メタン生成菌がいないか調べています。地下は太陽光が届かないので光合成もできず物質の流れもほとんど無い環境なので、表層の微生物とは異なった系統の微生物が存在していると考えられ、微生物学的にたいへん興味深い環境です。一方で、水溶性ガス田には微生物が作ったメタンが溜まっていることから、ガス田の成因を解明するためには、どんな微生物がいるのか知ることはとても重要です。私たちは、千葉の水溶性天然ガス井から、メタノール、メチルアミン類を利用する新種のメタン生成菌を発見しました。この菌の他にも千葉のガス田からもう1種、新潟のガス田から1種、新種提案予定のメタン生成菌の分離に成功しています。 参考文献：Mochimaru et al., (2009) IJSEM 59, 714-718.

ページの先頭へ ▲