スルファメトキサゾールストレス下のバイオリテンションシステムにおける長期的な窒素およびリンの除去、機能性細菌のシフトおよび耐性遺伝子の動態の研究

スルファメトキサゾールストレス下のバイオリテンションシステムにおける長期的な窒素およびリンの除去、機能性細菌のシフトおよび耐性遺伝子の動態の研究

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36503739/

Yan Xu et al. J Environ Sci (China). 2023 Apr.
詳細を見る

引用

要旨
スルファメトキサゾール（SMX）ストレス下におけるバイオリテンションシステムの長期性能を理解するために、無植林バイオリテンションシステム（BRS）およびヤシ殻活性炭（CAC）とCAC/ゼロ価鉄（Fe0）粒子を用いた2つの改良BRS（CAC-BRSとFe/CAC-BRS）を構築した。CAC-BRSおよびFe/CAC-BRSはともに全窒素（TN）除去においてBRSを有意に上回った（CAC-BRS: 82.48%; Fe/CAC-BRS: 78.08%; BRS: 47.51%）, 全リン（TP）除去においてCAC-BRSは79.36%、Fe/CAC-BRSは10%、BRSは10%であった。 36%; Fe/CAC-BRS: 98.26%; BRS: 41.99%）およびSMX (CAC-BRS: 99.74%, Fe/CAC-BRS: 99.80%; BRS: 23.05%) を長期SMX曝露 (0.8 mg/L, 205 days)下で測定した。ハイスループット解析により、3つのBRSの微生物群集構造は、SMX曝露後に上部ゾーンで大きく変化することが明らかとなった。FAPROTAXデータベースによる機能予測と支配的な属を組み合わせることで、Nitrospira、Rhodoplanes、Desulfomicrobium、Geobacterといった主要機能属が同定された。CAC-BRS と Fe/CAC-BRS において窒素機能遺伝子（nirK, nirS, nosZ）が多く存在することは、この 2 系統でより効率的に TN を除去していることを説明する可能性がある。さらに、抗生物質耐性遺伝子（ARG）であるsulIおよびsulIIの相対量がSMX曝露とともにすべてのBRSで増加し、sul遺伝子を含む細菌が選択されたことが示唆された。また、基質がsul遺伝子のリザーバーとなる傾向が見られた。また、共起ネットワーク解析により、ARGの宿主となりうる属が上部と下部とで異なることが明らかになった。特に、Fe/CAC-BRS は、205 日間の暴露後、排水中のスル遺伝子を 1～2 桁減少させることに成功し、次いで CAC-BRS となった。本研究により、BRSの基質改良は、高効率の栄養塩およびSMX除去を維持し、最終的にSMX廃水処理におけるBRSの寿命を延長するために重要であることが示された。

キーワード バイオリテンションシステム、ココナッツシェル活性炭、スルファメトキサゾール、ゼロ価鉄