顔写真

クボタ　ケンゴ
久保田　健吾
Kengo Kubota
所属
大学院環境科学研究科　先端環境創成学専攻　太陽地球システム・エネルギー学講座（水資源システム学分野）
職名
准教授
学位

  • 博士（工学）（長岡技術科学大学）

  • 修士（工学）（長岡技術科学大学）

委員歴 8

  • 日本水環境学会 原著論文編集部会 委員

    2023年7月 ～ 継続中

  • 土木学会 環境工学委員会 副幹事長

    2023年4月 ～ 継続中

  • 土木学会 環境工学委員会　委員・幹事

    2021年4月 ～ 継続中

  • 日本水環境学会 微生物生態と水環境工学研究委員会　幹事

    2020年4月 ～ 継続中

  • 土木学会 調査研究部門 土木学会論文集編集委員会 環境・資源編集小委員会(71小委員会)　委員

    2022年6月 ～ 2024年6月

  • 日本水環境学会 微生物生態と水環境工学研究委員会　幹事長

    2016年4月 ～ 2020年3月

  • 日本水環境学会 ポピュレーションダイナミクス研究委員会　幹事長

    2015年4月 ～ 2016年3月

  • 日本水環境学会 ポピュレーションダイナミクス研究委員会　幹事

    2011年1月 ～ 2015年3月

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所属学協会 4

  • International Water Association (IWA)

  • 土木学会

  • 日本微生物生態学会

  • 日本水環境学会

研究キーワード 4

  • 温暖化対策技術

  • 途上国が適用可能な排水処理技術開発

  • 分子生物学的手法開発

  • 環境微生物生態解析

研究分野 2

  • 社会基盤（土木・建築・防災） / 土木環境システム /

  • 環境・農学 / 環境負荷低減技術、保全修復技術 /

受賞 16

  1. 令和5年度下水道協会誌 奨励論文（学術部門）

    2023年6月

  2. 第57回環境工学研究フォーラム 環境技術・プロジェクト賞

    2020年12月　土木学会 環境工学委員会

  3. 第56回環境工学研究フォーラム 優秀ポスター発表賞

    2019年12月　土木学会 環境工学委員会

  4. 平成27年度 科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2015年4月15日　文部科学省

  5. 第51回環境工学研究フォーラム 優秀ポスター発表賞

    2014年12月22日　土木学会 環境工学委員会

  6. 5th International Conference on Microbial Ecology and Water Engineering (the International Water Association) Best Poster Award

    2013年7月10日　the International Water Association

  7. 第48回 環境工学研究フォーラム 論文賞

    2012年11月　土木学会 環境工学委員会

  8. 社団法人 土木学会 第65回年次学術講演会優秀講演者賞受賞

    2010年12月　社団法人 土木学会

  9. 建設工学研究奨励賞

    2010年5月　財団法人 建設工学研究振興会

  10. 第46回環境工学研究フォーラム 優秀ポスター発表賞

    2009年11月　土木学会 環境工学委員会

  11. 土木学会東北支部技術開発賞

    2009年5月15日　社団法人 土木学会 東北支部

  12. グリーンエネルギー革命による環境再生国際シンポジウム 優秀ポスター発表賞受賞

    2006年1月　長岡技術科学大学 21世紀COEプログラム グリーンエネルギー革命による環境再生

  13. 社団法人 土木学会 第60回年次学術講演会優秀講演者賞受賞

    2005年12月　社団法人 土木学会

  14. 社団法人 土木学会 第59回年次学術講演会優秀講演者賞受賞

    2004年12月　社団法人 土木学会

  15. グリーンエネルギー革命による環境再生国際シンポジウム 優秀ポスター発表賞受賞

    2004年1月　長岡技術科学大学 21世紀COEプログラム グリーンエネルギー革命による環境再生

  16. 社団法人 土木学会 第57回年次学術講演会優秀講演者賞受賞

    2002年11月　社団法人 土木学会

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論文 117

  1. Microbiological insights into anaerobic phenol degradation mechanisms and bulking phenomenon in a mesophilic upflow anaerobic sludge blanket reactor in long-term operation

    Kyohei Kuroda, Ryota Maeda, Futaba Shinshima, Kampachiro Urasaki, Kengo Kubota, Masaru K. Nobu, Taro Q.P. Noguchi, Hisashi Satoh, Masahito Yamauchi, Takashi Narihiro, Masayoshi Yamada

    Water Research　121271-121271　2024年2月

    出版者・発行元：Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.watres.2024.121271 　

    ISSN：0043-1354

  2. Dissolved organic matter composition and microbial community dynamics in two-phase multi-staged up-flow anaerobic sludge blanket treatment of tapioca starch processing wastewater 査読有り

    Thanapat Thepubon, Phanwatt Phungsai, Pairaya Choeisai, Kengo Kubota

    Bioresource Technology Reports　24　101660-101660　2023年12月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.biteb.2023.101660 　

    ISSN：2589-014X

  3. A novel method for the whole-cell detection of environmental microorganisms using hemin and tyramide signal amplification (Hemin-TSA) with a desired fluorescent dye 査読有り

    Kampachiro Urasaki, Yu-You Li, Kengo Kubota

    Systematic and Applied Microbiology　46　(6)　126473-126473　2023年11月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.syapm.2023.126473 　

    ISSN：0723-2020

  4. Propidium monoazide - polymerase chain reaction reveals viable microbial community shifts in anaerobic membrane bioreactors treating domestic sewage at low temperature 査読有り

    Jialing Ni, Jiayuan Ji, Yu-You Li, Kengo Kubota

    Bioresource Technology　387　129564　2023年11月

    DOI： 10.1016/j.biortech.2023.129564 　

  5. Improved Properties and Enhancement Strategies of Hydroxyapatite-Based Functional Granular Sludge for a High-Rate Partial Nitritation/Anammox System 査読有り

    Yujie Chen, Gaoxuefeng Feng, Guangze Guo, Kampachiro Urasaki, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Environmental Science & Technology　57　(19)　7624-7633　2023年5月4日

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1021/acs.est.3c00491 　

    ISSN：0013-936X

    eISSN：1520-5851

  6. Anammox upflow hybrid reactor: Nitrogen removal performance and potential for phosphorus recovery 査読有り

    Ying Song, Jialing Ni, Yan Guo, Kengo Kubota, Wei-Kang Qi, Yu-You Li

    Chemosphere　313　137580-137580　2023年2月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.chemosphere.2022.137580 　

    ISSN：0045-6535

  7. Key factors improving the stability and the loading capacity of nitrogen removal in a hydroxyapatite (HAP)-enhanced one-stage partial nitritation/anammox process 査読有り

    Yujie Chen, Yan Guo, Gaoxuefeng Feng, Kampachiro Urasaki, Guangze Guo, Yu Qin, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Chemical Engineering Journal　452　139589-139589　2023年1月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.cej.2022.139589 　

    ISSN：1385-8947

  8. Novel Cross-domain Symbiosis between <I>Candidatus</I> Patescibacteria and Hydrogenotrophic Methanogenic Archaea <I>Methanospirillum</I> Discovered in a Methanogenic Ecosystem 査読有り

    Kyohei Kuroda, Kengo Kubota, Shuka Kagemasa, Ryosuke Nakai, Yuga Hirakata, Kyosuke Yamamoto, Masaru K. Nobu, Takashi Narihiro

    Microbes and Environments　37　(4)　ME22063-n/a　2022年11月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1264/jsme2.me22063 　

    ISSN：1342-6311

    eISSN：1347-4405

  9. Long term operation performance and membrane fouling mechanisms of anaerobic membrane bioreactor treating waste activated sludge at high solid concentration and high flux 査読有り

    Guangze Guo, Yemei Li, Shitong Zhou, Yujie Chen, Kampachiro Urasaki, Yu Qin, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Science of The Total Environment　846　157435-157435　2022年11月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.scitotenv.2022.157435 　

    ISSN：0048-9697

  10. Symbiosis between <i>Candidatus</i> Patescibacteria and Archaea Discovered in Wastewater-Treating Bioreactors 査読有り

    Kyohei Kuroda, Kyosuke Yamamoto, Ryosuke Nakai, Yuga Hirakata, Kengo Kubota, Masaru K. Nobu, Takashi Narihiro

    mBio　13　(5)　e01711-22　2022年10月26日

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1128/mbio.01711-22 　

    eISSN：2150-7511

  11. Fast formation of anammox granules using a nitrification-denitrification sludge and transformation of microbial community 査読有り

    Lan Lin, Zibin Luo, Kyuto Ishida, Kampachiro Urasaki, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Water Research　221　118751-118751　2022年8月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.watres.2022.118751 　

    ISSN：0043-1354

  12. 日本各地の下水処理活性汚泥の微生物群集構造とコア微生物群 査読有り

    久保田健吾, 佐藤幹子, 加藤裕之, 李玉友

    下水道協会誌　59　(717)　132-140　2022年7月

  13. Diversity of <I>Candidatus</i> Patescibacteria in Activated Sludge Revealed by a Size-‍Fractionation Approach 査読有り

    Shuka Kagemasa, Kyohei Kuroda, Ryosuke Nakai, Yu-You Li, Kengo Kubota

    Microbes and Environments　37　(2)　ME22027　2022年6月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1264/jsme2.me22027 　

    ISSN：1342-6311

    eISSN：1347-4405

  14. Sodium hypochlorite induced inhibition in anaerobic digestion and possible approach to maintain methane fermentation performance 査読有り

    Jialing Ni, Jiayuan Ji, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Bioresource Technology　352　127096-127096　2022年5月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.biortech.2022.127096 　

    ISSN：0960-8524

  15. Experimental adaptation of murine norovirus to calcium hydroxide 国際誌 査読有り

    Wakana Oishi, Mikiko Sato, Kengo Kubota, Ryoka Ishiyama, Reiko Takai-Todaka, Kei Haga, Kazuhiko Katayama, Daisuke Sano

    Frontiers in Microbiology, section Virology　13　848439　2022年3月

    DOI： 10.3389/fmicb.2022.848439 　

  16. Niche differentiation of phenol-degrading microorganisms in UASB granular sludge as revealed by fluorescence in situ hybridization 査読有り

    Kengo Kubota, Kei Igarashi, Masayoshi Yamada, Yasuyuki Takemura, Yu-You Li, Hideki Harada

    Engineering　9　61-66　2022年3月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.eng.2021.05.012 　

    ISSN：2095-8099

  17. Full-scale application of a down-flow hanging sponge reactor combined with a primary sedimentation basin for domestic sewage treatment 査読有り

    Tsutomu Okubo, Tadashi Tagawa, Masanobu Takahashi, Akinori Iguchi, Mamoru Oshiki, Nobuo Araki, Kengo Kubota, Ahmed Tawfik, Shigeki Uemura, Hideki Harada

    Bioprocess and Biosystems Engineering　45　701-709　2022年1月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1007/s00449-022-02689-w 　

    ISSN：1615-7591

    eISSN：1615-7605

  18. Microbial characteristics in anaerobic membrane bioreactor treating domestic sewage: Effects of HRT and process performance 査読有り

    Jialing Ni, Jiayuan Ji, Yu-You Li, Kengo Kubota

    Journal of Environmental Sciences　111　392-399　2022年1月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.jes.2021.04.022 　

    ISSN：1001-0742

  19. A successful start-up of an anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) coupled mainstream partial nitritation-anammox (PN/A) system: A pilot-scale study on in-situ NOB elimination, AnAOB growth kinetics, and mainstream treatment performance 査読有り

    Jiang Wu, Zhe Kong, Zibin Luo, Yu Qin, Chao Rong, Tianjie Wang, Taira Hanaoka, Shinichi Sakemi, Masami Ito, Shigeki Kobayashi, Masumi Kobayashi, Kai-Qin Xu, Takuro Kobayashi, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Water Research　207　117783-117783　2021年12月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.watres.2021.117783 　

    ISSN：0043-1354

  20. Efficient phosphorus recovery by enhanced hydroxyapatite formation in a high loading anammox expanded bed reactor at 15 °C 査読有り

    Haiyuan Ma, Yuanfan Zhang, Yi Xue, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Chemical Engineering Journal　425　130636-130636　2021年12月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.cej.2021.130636 　

    ISSN：1385-8947

  21. 食品廃棄物を対象とした省エネルギー型小規模メタン発酵施設の物質・エネルギー収支の評価 査読有り

    丹野淳, 佐川剛史, 久保田健吾, 李玉友

    土木学会論文集G(環境)　77　(7)　III_367-III_373　2021年11月

  22. PMA-PCR法を用いた高温嫌気性消化汚泥の微生物群集構造の解明 査読有り

    阿部天磨, 佐藤幹子, 矢口淳一, 李玉友, 久保田健吾

    土木学会論文集G(環境)　77　(7)　III_103-III_109　2021年11月

  23. The impact of calcium supplementation on methane fermentation and ammonia inhibition of fish processing wastewater 査読有り

    Eli Hendrik Sanjaya, Hui Cheng, Yu Qin, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Bioresource Technology　337　125471-125471　2021年10月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.biortech.2021.125471 　

    ISSN：0960-8524

  24. Sequence-Specific Capture of Oligonucleotide Probes (SCOPE): a Simple and Rapid Microbial rRNA Quantification Method Using a Molecular Weight Cutoff Membrane 国際誌 査読有り

    Yasuyuki Takemura, Yuji Sekiguchi, Kazuaki Syutsubo, Hideki Harada, Tatsuo Omura, Yu-You Li, Kengo Kubota

    Applied and Environmental Microbiology　87　(20)　e01167-21　2021年9月28日

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1128/aem.01167-21 　

    ISSN：0099-2240

    eISSN：1098-5336

  25. Important effects of temperature on treating real municipal wastewater by a submerged anaerobic membrane bioreactor: Removal efficiency, biogas, and microbial community 査読有り

    Jiayuan Ji, Jialing Ni, Akito Ohtsu, Naoko Isozumi, Yisong Hu, Runda Du, Yujie Chen, Yu Qin, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Bioresource Technology　336　125306-125306　2021年9月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.biortech.2021.125306 　

    ISSN：0960-8524

  26. Evaluation of microbial community succession and trophic transfer using microscopic, molecular and stable isotope ratio analysis in a sponge-based sewage treatment system 査読有り

    Takashi Onodera, Yasuyuki Takemura, Kengo Kubota, Rina Kato, Tsutomu Okubo, Gen Kanaya, Kazuaki Syutsubo, Shigeki Uemura

    Biochemical Engineering Journal　171　108002-108002　2021年7月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.bej.2021.108002 　

    ISSN：1369-703X

  27. Achieving superior nitrogen removal performance in low-strength ammonium wastewater treatment by cultivating concentrated, highly dispersive, and easily settleable granule sludge in a one-stage partial nitritation/anammox-HAP reactor 査読有り

    Yan Guo, Chenglei Xie, Yujie Chen, Kampachiro Urasaki, Yu Qin, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Water Research　200　117217-117217　2021年7月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.watres.2021.117217 　

    ISSN：0043-1354

  28. Application of two anaerobic membrane bioreactors with different pore size membranes for municipal wastewater treatment 国際誌 査読有り

    Jiayuan Ji, Satoshi Sakura, Jialing Ni, Yujie Chen, Yisong Hu, Akito Ohtsu, Rong Chen, Hui Cheng, Yu Qin, Toshimasa Hojo, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Science of the Total Environment　745　140903　2020年11月

  29. 環境DNA解析に基づく宮城県名取川水系中流域における水生昆虫群集構造の時系列変化 査読有り

    内田典子, 久保田健吾, 会田俊介, 風間聡

    応用生態工学　23　(1)　21-36　2020年9月

  30. Temperature-phased anaerobic co-digestion of food waste and paper waste with and without recirculation: biogas production and microbial structure 査読有り

    Lu Li, Zhe Kong, Yu Qin, Jing Wu, Arjun Zhu, Benyi Xiao, Jialing Ni, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Science of the Total Environment　724　138168　2020年7月

  31. Effect of treated sewage characteristics on duckweed biomass production and microbial communities 国際誌 査読有り

    Hiroshi Iwano, Syo Hatohara, Tadashi Tagawa, Hideyuki Tamaki, Yu-You Li, Kengo Kubota

    Water Science and Technology　82　(2)　292-302　2020年7月

    DOI： 10.2166/wst.2020.168 　

  32. Aquatic insect community structure revealed by eDNA metabarcoding derives indices for environmental assessment 査読有り

    Noriko Uchida, Kengo Kubota, Shunsuke Aita, So Kazama

    PeerJ　8　e9176　2020年6月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.7717/peerj.9176 　

    ISSN：2167-8359

  33. EDTA-FISH: A simple and effective approach to reduce non-specific adsorption of probes in fluorescence in situ hybridization (FISH) for environmental samples 査読有り

    Yuki Morono, Kengo Kubota, Daisuke Tsukagoshi, Takeshi Terada

    Microbes and Environments　35　(3)　ME20062　2020年6月

    DOI： 10.1264/jsme2.ME20062 　

  34. Uncovering viable microbiome in anaerobic sludge digesters by propidium monoazide (PMA)-PCR 査読有り

    Jialing Ni, Shingo Hatori, Yin Wang, Yu-You Li, Kengo Kubota

    Microbial Ecology　2020年5月

  35. Simultaneous nitrogen removal and phosphorus recovery using an anammox expanded reactor operated at 25˚C 査読有り

    Haitian Ma, Yi Xue, Yuanfan Zhang, Takuro Kobayashi, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Water Research　172　115510　2020年4月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.watres.2020.115510 　

    ISSN：0043-1354

    eISSN：1879-2448

  36. メタバーコーディングと定量PCRから得た水生昆虫環境DNA量と水生昆虫現存量の関係 査読有り

    内田典子, 久保田健吾, 会田俊介, 風間聡

    土木学会論文集G(環境)　75　(7)　III_281-III_288　2019年12月

    出版者・発行元：公益社団法人 土木学会

    DOI： 10.2208/jscejer.75.7_III_281 　

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    <p> 河川水から抽出したDNA（環境DNA）をテンプレートとして無脊椎動物のcytochrome oxidase subunit 1領域の濃度を定量PCRにより定量した．さらに同一の遺伝子領域をメタバーコーディング解析し，得られた全塩基配列数のうち水生昆虫6目（カゲロウ，カワゲラ，トビケラ，ハエ，トンボ，コウチュウ）に属する塩基配列の相対存在比を，定量DNA濃度と掛け合わせ，水生昆虫由来の環境DNA濃度（copies/L）を求めた．捕獲調査により得られた水生昆虫の現存量と相関分析した結果，水生昆虫由来の環境DNA定量値は全採集個体数密度（相関係数0.74，p < 0.01），カゲロウ目，カワゲラ目，ハエ目の個体数密度と正の相関を示した．これらの分類群については回帰式を推定することができ，本手法が環境DNAを用いた水生昆虫量の定量に有効である可能性を示した．</p>

  37. ウキクサ亜科植物を用いた都市下水処理水からのバイオエネルギー生産 査読有り

    岩野寛, 鳩原翔, 多川正, 玉木秀幸, 李玉友, 久保田健吾

    下水道協会誌　56　(685)　127-134　2019年11月

  38. Successful operation performance and syntrophic micro-granule in partial nitritation and anammox reactor treating low-strength ammonia wastewater 査読有り

    Rong Chen, Jiayuan Ji, Yujie Chen, Yasuyuki Takemura, Yuan Liu, Kengo Kubota, Haiyuan Ma, Yu-You Li

    Water Research　155　288-299　2019年5月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.watres.2019.02.041 　

    ISSN：0043-1354

  39. Co-production of biohydrogen and biomethane from food waste and paper waste via recirculated two-phase anaerobic digestion process: Bioenergy yields and metabolic distribution 査読有り

    Yu Qin, Lu Li, Jing Wu, Benyi Xiao, Toshimasa Hojo, Kengo Kubota, Jun Cheng, Yu-You Li

    Bioresource Technology　276　325-334　2019年3月

  40. Health impact of agricultural drainage water for farmers in the West Nile Delta 査読有り

    Tsutomu Okubo, Akinori Iguchi, Shuya Tanaka, Shota Uchida, Tadashi Tagawa, Mamoru Oshiki, Nobuo Araki, Ahmed Tawfik, Masanobu Takahashi, Kengo Kubota, Hideki Harada, Shigeki Uemura

    International Journal of Environmental Research　13　319-325　2019年3月

  41. Characterization of microbial community and main functional groups of prokaryotes in thermophilic anaerobic co-digestion of food waste and paper waste 査読有り

    Lu Li, Yu Qin, Zhe Kong, Jing Wu, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Science of The Total Environment　652　709-717　2019年2月

  42. Using partial nitrification and anammox to remove nitrogen from low-strength wastewater by co-immobilizing biofilm inside a moving bed bioreactor 査読有り

    Rong Chen, Yasuyuki Takemura, Yuan Liu, Jiayuan Ji, Satoshi Sakuma, Kengo Kubota, Haiyuan Ma, Yu-You Li

    ACS Sustainable Chemistry & Engineering　7　(1)　1353-1361　2019年1月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1021/acssuschemeng.8b05055 　

    ISSN：2168-0485

    eISSN：2168-0485

  43. 最初沈殿池+DHSシステムに付加する下水処理水の灌漑利用のための消毒システムの開発 査読有り

    景政柊蘭, 長町晃宏, 井口晃徳, 久保田健吾, 高橋優信, 原田秀樹, 押木守, 荒木信夫, 大久保努, 上村繁樹, 多川正

    土木学会論文集G(環境)　74　(7)　III_333-III_340　2018年12月

  44. Anaerobic treatment of N, N-dimethylformamide-containing wastewater by co-culturing two sources of inoculum 査読有り

    Zhe Kong, Lu Li, Rei Kurihara, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Water Research　139　228-239　2018年8月1日

    出版者・発行元：Elsevier Ltd

    DOI： 10.1016/j.watres.2018.03.078 　

    ISSN：1879-2448 0043-1354

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    The complete methanogenic degradation of N, N-dimethylformamide (DMF) was achieved in this study. Initially, DMF was found to be feebly degradable by a lab-scale submerged anaerobic membrane bioreactor (SAnMBR) using normal anaerobic digestion sludge (ADS) even after 120-day's culturing. However, aerobic DMF-degrading activated sludge (AS) was rapidly cultivated in a continuous aeration reactor (CAR). A specially designed anaerobic co-cultured sludge (ACS) made by artificially mixing AS with ADS was successfully domesticated by a long term repeated batch experiment. The results demonstrated that ACS could effectively degrade over 5000 mg L−1 DMF for methane recovery. The metabolic pathway and stoichiometric equation of DMF methanogenic degradation were also revealed and verified in detail. It was confirmed that under the anaerobic condition, with the help of enzyme, DMF converts into dimethylamine and formic acid, and the intermediates are effectively fermented through methylotrophic/hydrogenotrophic methanogenesis. Analysis of the microbial community suggested that some facultatively anaerobic bacteria played the key roles in methanogenic degradation due to their DMF-hydrolyzing ability. By co-culturing two sources of inoculum under the anaerobic condition, the symbiosis of facultatively anaerobic DMF-hydrolyzing bacteria and methylotrophic/hydrogenotrophic methanogens makes methanogenic degradation of DMF available. This study also provides a novel sludge cultivation method for anaerobic treatment of degradation-resistant organics.

  45. Response of morphology and microbial community structure of granules to influent COD/SO42 – ratios in an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor treating starch wastewater 査読有り

    Xueqin Lu, Jialing Ni, Guangyin Zhen, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Bioresource Technology　256　456-465　2018年5月1日

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.biortech.2018.02.055 　

    ISSN：1873-2976 0960-8524

  46. Defining microbial community composition and seasonal variation in a sewage treatment plant in India using a down-flow hanging sponge reactor 査読有り

    Naoki Nomoto, Masashi Hatamoto, Yuga Hirakata, Muntjeer Ali, Komal Jayaswal, Akinori Iguchi, Tsutomu Okubo, Masanobu Takahashi, Kengo Kubota, Tadashi Tagawa, Shigeki Uemura, Takashi Yamaguchi, Hideki Harada

    APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY　102　(10)　4381-4392　2018年5月

    出版者・発行元：SPRINGER

    DOI： 10.1007/s00253-018-8864-1 　

    ISSN：0175-7598

    eISSN：1432-0614

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    The characteristics of the microbial community in a practical-scale down-flow hanging sponge (DHS) reactor, high in organic matter and sulfate ion concentration, and the seasonal variation of the microbial community composition were investigated. Microorganisms related to sulfur oxidation and reduction (2-27%), as well as Leucobacter (7.50%), were abundant in the reactor. Anaerobic bacteria (27-38% in the first layer) were also in abundance and were found to contribute to the removal of organic matter from the sewage in the reactor. By comparing the Simpson index, the abundance-based coverage estimator (ACE) index, and the species composition of the microbial community across seasons (summer/dry, summer/rainy, autumn/dry, and winter/dry), the microbial community was found to change in composition only during the winter season. In addition to the estimation of seasonal variation, the difference in the microbial community composition along the axes of the DHS reactor was investigated for the first time. Although the abundance of each bacterial species differed along both axes of the reactor, the change of the community composition in the reactor was found to be greater along the vertical axis than the horizontal axis of the DHS reactor.

  47. Microfluidic PCR amplification and MiSeq amplicon sequencing techniques for high-throughput detection and genotyping of human pathogenic RNA viruses in human feces, sewage, and oysters 査読有り

    Mamoru Oshiki, Takayuki Miura, Shinobu Kazama, Takahiro Segawa, Satoshi Ishii, Masashi Hatamoto, Takashi Yamaguchi, Kengo Kubota, Akinori Iguchi, Tadashi Tagawa, Tsutomu Okubo, Shigeki Uemura, Hideki Harada, Naohiro Kobayashi, Nobuo Araki, Daisuke Sano

    Frontiers in Microbiology　9　830　2018年4月27日

    出版者・発行元：Frontiers Media S.A.

    DOI： 10.3389/fmicb.2018.00830 　

    ISSN：1664-302X

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    Detection and genotyping of pathogenic RNA viruses in human and environmental samples are useful for monitoring the circulation and prevalence of these pathogens, whereas a conventional PCR assay followed by Sanger sequencing is time-consuming and laborious. The present study aimed to develop a high-throughput detection-and-genotyping tool for 11 human RNA viruses [Aichi virus astrovirus enterovirus norovirus genogroup I (GI), GII, and GIV hepatitis A virus hepatitis E virus rotavirus sapovirus and human parechovirus] using a microfluidic device and next-generation sequencer. Microfluidic nested PCR was carried out on a 48.48 Access Array chip, and the amplicons were recovered and used for MiSeq sequencing (Illumina, Tokyo, Japan) genotyping was conducted by homology searching and phylogenetic analysis of the obtained sequence reads. The detection limit of the 11 tested viruses ranged from 100 to 103 copies/μL in cDNA sample, corresponding to 101-104 copies/mL-sewage, 105-108 copies/g-human feces, and 102-105 copies/g-digestive tissues of oyster. The developed assay was successfully applied for simultaneous detection and genotyping of RNA viruses to samples of human feces, sewage, and artificially contaminated oysters. Microfluidic nested PCR followed by MiSeq sequencing enables efficient tracking of the fate of multiple RNA viruses in various environments, which is essential for a better understanding of the circulation of human pathogenic RNA viruses in the human population.

  48. Corrigendum to: Characteristics of DO, organic matter, and ammonium profile for practical-scale DHS reactor under various organic load and temperature conditions (Environmental Technology, (2018), 39, 7, (907-916), 10.1080/09593330.2017.1316319) 査読有り

    Naoki Nomoto, Muntjeer Ali, Komal Jayaswal, Akinori Iguchi, Masashi Hatamoto, Tsutomu Okubo, Masanobu Takahashi, Kengo Kubota, Tadashi Tagawa, Shigeki Uemura, Takashi Yamaguchi, Hideki Harada

    Environmental Technology (United Kingdom)　39　(7)　907-916　2018年4月3日

    出版者・発行元：Taylor and Francis Ltd.

    DOI： 10.1080/09593330.2017.1316319 　

    ISSN：0959-3330 1479-487X

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    Profile analysis of the down-flow hanging sponge (DHS) reactor was conducted under various temperature and organic load conditions to understand the organic removal and nitrification process for sewage treatment. Under high organic load conditions (3.21–7.89 kg-COD m−3day−1), dissolved oxygen (DO) on the upper layer of the reactor was affected by organic matter concentration and water temperature, and sometimes reaches around zero. Almost half of the CODCr was removed by the first layer, which could be attributed to the adsorption of organic matter on sponge media. After the first layer, organic removal proceeded along the first-order reaction equation from the second to the fourth layers. The ammoniacal nitrogen removal ratio decreased under high organic matter concentration (above 100 mg L−1) and low DO (less than 1 mg L−1) condition. Ammoniacal nitrogen removal proceeded via a zero-order reaction equation along the reactor height. In addition, the profile results of DO, CODCr, and NH3-N were different in the horizontal direction. Thus, it is thought the concentration of these items and microbial activities were not in a uniform state even in the same sponge layer of the DHS reactor.

  49. エジプトの高校生を対象とした「水」に関する環境教育プログラムの開発と実践 査読有り

    大久保勉, 上村繁樹, 井口晃徳, 多川正, 押木守, 久保田健吾, 荒木信夫, 原田秀樹, Ahmed Tawfik, 市村禎二郎

    下水道協会誌　55　(665)　76-82　2018年3月

  50. Characterization of sludge properties for sewage treatment in a practical-scale down-flow hanging sponge reactor: Oxygen consumption and removal of organic matter, ammonium, and sulfur 査読有り

    Naoki Nomoto, Masashi Hatamoto, Muntjeer Ali, Komal Jayaswal, Akinori Iguchi, Tsutomu Okubo, Masanobu Takahashi, Kengo Kubota, Tadashi Tagawa, Shigeki Uemura, Takashi Yamaguchi, Hideki Harada

    Water Science and Technology　77　(3)　608-616　2018年2月1日

    出版者・発行元：IWA Publishing

    DOI： 10.2166/wst.2017.557 　

    ISSN：0273-1223

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    The characteristics of sludge retained in a down-flow hanging sponge reactor were investigated to provide a better understanding of the sewage treatment process in the reactor. The organic removal and sulfur oxidation conditions were found to differ between the first layer and the following three layers. It was found that 63% and 59% of the organic matter was removed in the first layer, even though the hydraulic retention time was only 0.2 h. It is thought that the organic removal resulted from aerobic and anaerobic biodegradation on the sponge medium. The sulfate concentration increased 1.5-1.9-fold in the first layer, with almost no subsequent change in the second to fourth layers. It was shown that oxidation of sulfide in the influent was completed in the first layer. The result of the oxygen uptake rate test with an ammonium nitrogen substrate suggested that the ammonium oxidation rate was affected by the condition of dissolved oxygen (DO) or oxidation-reduction potential (ORP).

  51. Phase separation and microbial distribution in the hyperthermophilic-mesophilic-type temperature-phased anaerobic digestion (TPAD) of waste activated sludge (WAS) 査読有り

    Yu Qin, Atsushi Higashimori, Li-Jie Wu, Toshimasa Hojo, Kengo Kubota, Yu-You Li

    BIORESOURCE TECHNOLOGY　245　401-410　2017年12月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCI LTD

    DOI： 10.1016/j.biortech.2017.08.124 　

    ISSN：0960-8524

    eISSN：1873-2976

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    In order to investigate the phase separation and microbial distribution in the TPAD, the conventional thermophilic-mesophilic type (TM-TPAD) and the hyperthermophilic-mesophilic type (HM-TPAD) were operated with a single-stage mesophilic anaerobic digestion (MAD) as control. HM-TPAD accomplished the volatile solids destruction 14.5% higher than MAD. Calculating conversion efficiencies distinguished the separation of acidogenic and methanogenic phases in HM-TPAD, which was not found in TM-TPAD. The differences on microbial distributions also reflected the phase separation in HM-TPAD. The protein degraders, Coprothermobacter had higher abundance in the first stage than the second stage of HM-TPAD but it had similar abundance between the two stages of TM-TPAD. Also, the archaeal communities from the two stages of HM-TPAD shared the least similarity but those from the two stages of TM-TPAD were closely similar.

  52. Treatment performance of practical-scale down-flow hanging sponge reactor using sixth-generation hard sponge media 査読有り

    Tsutomu Okubo, Akinori Iguchi, Masanobu Takahashi, Kengo Kubota, Shigeki Uemura, Hideki Harada

    DESALINATION AND WATER TREATMENT　91　48-54　2017年10月

    出版者・発行元：DESALINATION PUBL

    DOI： 10.5004/dwt.2017.20815 　

    ISSN：1944-3994

    eISSN：1944-3986

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    A down-flow hanging sponge (DHS) reactor with a lateral partition was filled with sixth-generation sponge media (DHS-G6), polyethylene sponges stiffened with epoxy resin, and third-generation sponge media (DHS-G3), polyethylene sponges wrapped in a plastic net, in a continuous experiment at a sewage treatment plant in India to assess and compare the treatment performances of the two sponge media. No clear differences between the different media were found in the removal of biochemical oxygen demand (BOD), ammonium nitrogen, and fecal coliform. The best performance was obtained at a hydraulic retention time of 2 h. The concentrations of respective components in the water treated by the DHS-G3 and DHS-G6 were as follows: BOD, 5 and 7 mg L-1; ammonium nitrogen, 4 and 6 mg N L-1; and fecal coliform, 3.2 x 10(4) 100 mL(-1) and 3.9 x 10(4) 100 mL(-1). Performance levels fully satisfying the Indian discharge standards were obtained for removal of BOD and ammonium nitrogen, but not fecal coliform.

  53. Phylogenetic diversity and in situ detection of eukaryotes in anaerobic sludge digesters 査読有り

    Miri Matsubayashi, Yusuke Shimada, Yu-You Li, Hideki Harada, Kengo Kubota

    PLOS ONE　12　(3)　e0172888　2017年3月

    出版者・発行元：PUBLIC LIBRARY SCIENCE

    DOI： 10.1371/journal.pone.0172888 　

    ISSN：1932-6203

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    Eukaryotic communities in aerobic wastewater treatment processes are well characterized, but little is known about them in anaerobic processes. In this study, abundance, diversity and morphology of eukaryotes in anaerobic sludge digesters were investigated by quantitative real-time PCR (qPCR), 18S rRNA gene clone library construction and catalyzed reporter deposition-fluorescence in situ hybridization (CARD-FISH). Samples were taken from four different anaerobic sludge digesters in Japan. Results of qPCR of rRNA genes revealed that Eukarya accounted from 0.1% to 1.4% of the total number of microbial rRNA gene copy numbers. The phylogenetic affiliations of a total of 251 clones were Fungi, Alveolata, Viridiplantae, Amoebozoa, Rhizaria, Stramenopiles and Metazoa. Eighty-five percent of the clones showed less than 97.0% sequence identity to described eukaryotes, indicating most of the eukaryotes in anaerobic sludge digesters are largely unknown. Clones belonging to the uncultured lineage LKM11 in Cryptomycota of Fungi were most abundant in anaerobic sludge, which accounted for 50% of the total clones. The most dominant OTU in each library belonged to either the LKM11 lineage or the uncultured lineage A31 in Alveolata. Principal coordinate analysis indicated that the eukaryotic and prokaryotic community structures were related. The detection of anaerobic eukaryotes, including the members of the LKM11 and A31 lineages in anaerobic sludge digesters, by CARD-FISH revealed their sizes in the range of 2-8 mu m. The diverse and uncultured eukaryotes in the LKM11 and the A31 lineages are common and ecologically relevant members in anaerobic sludge digester.

  54. Removal of human pathogenic viruses in a down-flow hanging sponge (DHS) reactor treating municipal wastewater and health risks associated with utilization of the effluent for agricultural irrigation 査読有り

    Naohiro Kobayashi, Mamoru Oshiki, Toshihiro Ito, Takahiro Segawa, Masashi Hatamoto, Tsuyoshi Kato, Takashi Yamaguchi, Kengo Kubota, Masanobu Takahashi, Akinori Iguchi, Tadashi Tagawa, Tsutomu Okubo, Shigeki Uemura, Hideki Harada, Toshiki Motoyama, Nobuo Araki, Daisuke Sano

    WATER RESEARCH　110　389-398　2017年3月

    出版者・発行元：PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI： 10.1016/j.watres.2016.10.054 　

    ISSN：0043-1354

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    A down-flow hanging sponge (DHS) reactor has been developed as a cost-effective wastewater treatment system that is adaptable to local conditions in low-income countries. A pilot-scale DHS reactor previously demonstrated stable reduction efficiencies for chemical oxygen demand (COD) and ammonium nitrogen over a year at ambient temperature, but the pathogen reduction efficiency of the DHS reactor has yet to be investigated. In the present study, the reduction efficiency of a pilot-scale DHS reactor fed with municipal wastewater was investigated for 10 types of human pathogenic viruses (norovirus GI, GII and GIV, aichivirus, astrovirus, enterovirus, hepatitis A and E viruses, rotavirus, and sapovirus). DHS influent and effluent were collected weekly or biweekly for 337 days, and concentrations of viral genomes were determined by microfluidic quantitative PCR. Aichivirus, norovirus GI and GII, enterovirus, and sapovirus were frequently detected in DHS influent, and the logio reduction (LR) of these viruses ranged from 1.5 to 3.7. The LR values for aichivirus and norovirus Gil were also calculated using a Bayesian estimation model, and the average LR (standard deviation) values for aichivirus and norovirus GII were estimated to be 1.4 (1.5) and 1.8 (2.5), respectively. Quantitative microbial risk assessment was conducted to calculate a threshold reduction level for norovirus Gil that would be required for the use of DHS effluent for agricultural irrigation, and it was found that LRs of 2.6 and 3.7 for norovirus GII in the DHS effluent were required in order to not exceed the tolerable burden of disease at 10(-4) and 10(-6) disability-adjusted life years loss per person per year, respectively, for 95% of the exposed population during wastewater reuse for irrigation. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  55. Sulfidogenesis process to strengthen re-granulation for biodegradation of methanolic wastewater and microorganisms evolution in an UASB reactor 査読有り

    Xueqin Lu, Guangyin Zhen, Jialing Ni, Kengo Kubota, Yu-You Li

    WATER RESEARCH　108　137-150　2017年1月

    出版者・発行元：PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI： 10.1016/j.watres.2016.10.073 　

    ISSN：0043-1354

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    A lab-scale methanolic wastewater-fed (3000 mg COD L-1) UASB reactor was operated for 235 days to evaluate the influence of the sulfidogenesis process on metabolic routes, the re-granulation of dispersed granules and long-term process performance. Various sulfidogenesis scenarios were created by stepwise decreasing the influent COD/SO42- ratio from 20 to 0.5 at a fixed organic loading rate (OLR) of 12 g COD L-1 d(-1). It was shown that the conversion of methanol to methane was stable at a wide COD/SO42- range of &gt;= 2, attaining high biogas production rate of 3.78 +/- 0.32 L L-1 d(-1) with efficient concurrent removal of the total COD (96.5 +/- 4.4%) and sulfate (56.3 +/- 13.0%). The methane content in biogas remained relatively stable at 81.5 +/- 1.6% for all COD/SO42- ratios tested. The particle size of the granules was shown to clearly increase as the COD/SO42- ratios decreased. A slight linear decline was noted in the number of electrons utilized by methane producing archaea (MPA) (from 98.5 +/- 0.5% to 80.0 +/- 2.4%), whereas consumption by sulfate reducing bacteria (SRB) increased (from 1.5 +/- 0.5% to 20.0 +/- 2.4%) with the decreasing COD/SO42- ratio. According to the results of activity tests and microbial community analysis, the conversion of methanol to methane at a low COD/SO42- ratio, except from Methanomethylovorans sp., depends not only on low levels of acetoclastic and hydrogenotrophic methanogens, but also on incomplete oxidizer SRB species (e.g. Desulfovibrio sp.) that utilize H-2-CO2 with acetate to mineralize the methanol. This serves to diversify the metabolic pathway of methanol. Further analysis through scanning electron microscopy (SEM) revealed that a lower COD/SO42- ratio favored the sulfidogenesis process and diversified the microbial community inside the reactor. The benefical sulfidogenesis process subsequently invoked the formation of a sufficient, rigid [-Fe-EPS-](n) network (EPS: extracellular polymeric substances), binding and immobilizing the sludge, and resulting in the re-granulation of the dispersed granules. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  56. 開発途上国における実機スケールDHSリアクターのスタートアップ特性および高有機物負荷条件下における有機物処理性能 査読有り

    野本 直樹, 久保田 健吾, 多川 正, 上村 繁樹, 山口 隆司, 原田 秀樹, Tyagi Vinay Kumar, Ali Muntjeer, Jayaswal Komal, Maharjan Namita, 井口 晃徳, 幡本 将史, 大久保 努, 高橋 優信

    水環境学会誌　40　(1)　11-19　2017年

    出版者・発行元：公益社団法人 日本水環境学会

    DOI： 10.2965/jswe.40.11 　

    ISSN：0916-8958

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    UASB (Up-flow Anaerobic Sludge Blanket) -DHS (Down-flow Hanging Sponge) システムの実規模下水処理プラントをインド国に建設し, 実証試験を行った。運転開始3か月目に, DHSリアクターのCOD<sub>Cr</sub>除去率は月平均60％に達した。その後リアクター停止, 流入水量変動等種々の影響を受けながら9か月目に定常状態になった。9～12か月目は, DHS処理水は平均COD<sub>Cr</sub> 92 (&plusmn;20) mg L<sup>-1</sup>を示した。定常状態後も, 有機物負荷は2.59～12.59 kg-COD<sub>Cr</sub> m<sup>-3</sup> day<sup>-1</sup>と変動し, かつ高負荷であったが, COD<sub>Cr</sub>負荷と除去量は比例関係を示し, 高有機物負荷流入時も有機物処理性能を維持することが明示された。また, 本リアクターは開発途上国で生じ得る様々な問題に遭遇しながらも特別な維持管理を行わずにスタートアップに成功し, 開発途上国における適性が示された。

  57. PMA-qPCR法へのLED光源の適用とろ過濃縮の影響 査読有り

    類家渉, 山本歩, 矢口淳一, 久保田健吾, 李玉友

    土木学会論文集G(環境)　72　(7)　III_315-III_323　2016年12月

    DOI： 10.2208/jscejer.72.III_315 　

  58. 一次沈澱+DHSシステムによる衛生指標微生物の処理性能評価 査読有り

    長町晃宏, 井口晃徳, 瀬戸雄太, 久保田健吾, 押木守, 荒木信夫, 大久保努, 上村繁樹, 高橋優信, 原田秀樹, 多川正

    土木学会論文集G(環境)　72　(7)　III_187-III_195　2016年12月

    DOI： 10.2208/jscejer.72.III_187 　

  59. Development of a new non-aeration-based sewage treatment technology: Performance evaluation of a full-scale down-flow hanging sponge reactor employing third-generation sponge carriers 査読有り

    Tsutomu Okubo, Kengo Kubota, Takashi Yamaguchi, Shigeki Uemura, Hideki Harada

    WATER RESEARCH　102　(October)　138-146　2016年10月

    出版者・発行元：PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI： 10.1016/j.watres.2016.06.035 　

    ISSN：0043-1354

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    A practical-scale down-flow hanging sponge (DHS) reactor using third-generation (G3) sponge was applied for treatment of the effluent from an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) treating municipal sewage. The process performance of the DHS reactor filled with G3 sponge (DHS-G3) was evaluated by conducting an on-site experiment in India over one year. The performance the DHS-G3 for removal of organic matter and ammonium-nitrogen at a relatively short retention time (HRT) of only 0.66 h satisfied the Indian effluent quality standards except for fecal form. The removal rate constants for total biochemical oxygen demand (BOD) and fecal determined based on the water quality profiles along the DHS-G3 almost reached equilibrium imately four months after the start of operation, i.e., 2.45 h(-1) for BOD and 2.30 h(-1) for fecal respectively. The oxygen utilization activity of retained sludge was determined to assess the of heterotrophic and autotrophic bacteria along the DHS-G3. Nitrification was promoted in the portion of the DHS-G3 reactor in the duration with low organic load, while it decreased when the load was increased, probably due to proliferation of heterotrophic bacteria. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  60. Effects of Predation by Protists on Prokaryotic Community Function, Structure, and Diversity in Anaerobic Granular Sludge 査読有り

    Yuga Hirakata, Mamoru Oshiki, Kyohei Kuroda, Masashi Hatamoto, Kengo Kubota, Takashi Yamaguchi, Hideki Harada, Nobuo Araki

    MICROBES AND ENVIRONMENTS　31　(3)　279-287　2016年9月

    出版者・発行元：JAPANESE SOC MICROBIAL ECOLOGY, DEPT BIORESOURCE SCIENCE

    DOI： 10.1264/jsme2.ME16067 　

    ISSN：1342-6311

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    Predation by protists is top-down pressure that regulates prokaryotic abundance, community function, structure, and diversity in natural and artificial ecosystems. Although the effects of predation by protists have been studied in aerobic ecosystems, they are poorly understood in anoxic environments. We herein studied the influence of predation by Metopus and Caenomorpha ciliates-ciliates frequently found in anoxic ecosystems-on prokaryotic community function, structure, and diversity. Metopus and Caenomorpha ciliates were cocultivated with prokaryotic assemblages (i.e., anaerobic granular sludge) in an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor for 171 d. Predation by these ciliates increased the methanogenic activities of granular sludge, which constituted 155% of those found in a UASB reactor without the ciliates (i.e., control reactor). Sequencing of 16S rRNA gene amplicons using Illumina MiSeq revealed that the prokaryotic community in the UASB reactor with the ciliates was more diverse than that in the control reactor; 2,885-3,190 and 2,387-2,426 operational taxonomic units (>97% sequence similarities), respectively. The effects of predation by protists in anaerobic engineered systems have mostly been overlooked, and our results show that the influence of predation by protists needs to be examined and considered in the future for a better understanding of prokaryotic community structure and function.

  61. Effect of influent COD/SO42- ratios on biodegradation behaviors of starch wastewater in an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor 査読有り

    Xueqin Lu, Guangyin Zhen, Jialing Ni, Toshimasa Hojo, Kengo Kubota, Yu-You Li

    BIORESOURCE TECHNOLOGY　214　(August)　175-183　2016年8月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCI LTD

    DOI： 10.1016/j.biortech.2016.04.100 　

    ISSN：0960-8524

    eISSN：1873-2976

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    A lab-scale upflow anaerobic sludge blanket (UASB) has been run for 250 days to investigate the influence of influent COD/SO42- ratios on the biodegradation behavior of starch wastewater and process performance. Stepwise decreasing COD/SO42- ratio enhanced sulfidogenesis, complicating starch degradation routes and improving process stability. The reactor exhibited satisfactory performance at a wide COD/SO42- range &gt;= 2, attaining stable biogas production of 1.15-1.17 L L-1 d(-1) with efficient simultaneous removal of total COD (73.5-80.3%) and sulfate (82.6 +/- 6.4%). Adding sulfate favored sulfidogenesis process and diversified microbial community, invoking hydrolysis-acidification of starch and propionate degradation and subsequent acetoclastic methanogenesis; whereas excessively enhanced sulfidogenesis (COD/SO42- ratios &lt;2) would suppress methanogenesis through electrons competition and sulfide inhibition, deteriorating methane conversion. This research in-depth elucidated the role of sulfidogenesis in bioenergy recovery and sulfate removal, advancing the applications of UASB technology in water industry from basic science. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  62. Long-term operation performance and variation of substrate tolerance ability in an anammox attached film expanded bed (AAFEB) reactor 査読有り

    Yanlong Zhang, Qigui Niu, Haiyuan Ma, Shilong He, Kengo Kubota, Yu-You Li

    BIORESOURCE TECHNOLOGY　211　31-40　2016年7月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCI LTD

    DOI： 10.1016/j.biortech.2016.03.055 　

    ISSN：0960-8524

    eISSN：1873-2976

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    An anammox attached film expanded bed (AAFEB) reactor was operated to study the long-term performance and the variation of substrate tolerance ability. The results indicated that the nitrogen loading potential (NLP) was significantly enhanced from 13.56 gN.(L.d)(-1) to 20.95 gN.(L.d)(-1) during the stable operation period. The inhibitory concentration of 10% (IC10) for free ammonia (FA), free nitrous acid (FNA) and SNinf (diluted substrate concentration) increased from 18 mg/L, 12 mu g L-1 and 370 mg NL-1 to 31 mg/L, 19 mu g L-1 and 670 mg NL-1, respectively. However, the substrate shock of 2500 mg NL-1 for 24 h terribly weakened the treatment performance and substrate tolerance ability of the reactor. The results of batch tests indicated that the existence of lag phase made the AAFEB reactor more vulnerable to substrate variation. The SNinf was accurate to be used to monitor the reactor performance and should be maintained below 320 mg NL-1 to ensure the absolute stable operation. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  63. Upgrading of mesophilic anaerobic digestion of waste activated sludge by thermophilic pre-fermentation and recycle: Process performance and microbial community analysis 査読有り

    Li-Jie Wu, Atsushi Higashimori, Yu Qin, Toshimasa Hojo, Kengo Kubota, Yu-You Li

    FUEL　169　(April)　7-14　2016年4月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCI LTD

    DOI： 10.1016/j.fuel.2015.11.091 　

    ISSN：0016-2361

    eISSN：1873-7153

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    In order to upgrade the conventional mesophilic anaerobic (MD) of waste activated sludge (WAS), a thermophilic pre-fermentation and a recycle system were introduced to form continuous thermophilic-mesophilic temperature-phased anaerobic digestion (TPAD) and TPAD with recycling capability (TPAD-R). The synchronous operation, with the MD as control, indicated significant improvements in reduction of solids and the ability to produce methane in the TPAD and TPAD-R, with a similar amount of improvement in both systems. VS reduction was improved from about 40% in the MD to 50%, and the methane recovery rates were improved from 0.53 L/g VS destroyed in the MD to 0.63 L/g VS destroyed accordingly. The thermophilic stage in the TPAD and TPAD-R made a large contribution to organic matter degradation and solubilization, and the specific hydrolysis rate in thermophilic stage attained 0.2 gCOD/g VS/d. Furthermore, under experimental conditions, the thermophilic stage in the TPAD and TPAD-R also played an important role in acidogenesis and methanogenesis. The thermophilic pre-fermentation made Firmicutes and Methanosarcina become the main phylum and genus in the mesophilic stage, accounting for 44% and 54%, respectively. The recycle system improved the diversity of bacteria and archaea in the thermophilic stage of the TPAD-R. The TPAD and TPAD-R also achieved about twice the net energy of the MD. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  64. Comparison of hyper-thermophilic-mesophilic two-stage with single-stage mesophilic anaerobic digestion of waste activated sludge: Process performance and microbial community analysis 査読有り

    Li-Jie Wu, Atsushi Higashimori, Yu Qin, Toshimasa Hojo, Kengo Kubota, Yu-You Li

    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL　290　(April)　290-301　2016年4月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE SA

    DOI： 10.1016/j.cej.2016.01.067 　

    ISSN：1385-8947

    eISSN：1873-3212

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    The conventional mesophilic digestion of waste activated sludge (WAS) is challenged by the updated wastewater treatment process. A hyper-thermophilic (70 degrees C)-mesophilic (35 degrees C) temperature-phased two-stage systems without and with recirculation were employed to upgrade the single-stage mesophilic digestion of waste activated sludge in this study. The solid reduction increased by more than 10% in the two-stage systems. Similar methane production was observed in the single-stage system and two-stage systems, with a methane yield of 0.24 L/g VS added. In the case of two-stage system without recirculation, hyper-thermophilic stage played an important role in COD solubilization, with 34.4% of the WAS solubilized in that stage, while mesophilic stage contributed more in methane production, with 36.2% of COD in the WAS produced as methane in the mesophilic stage. Firmicutes became the most dominant bacteria phylum in the mesophilic stages of two-stage systems as compared to the dominant phylum Proteobacteria in single-stage system, with the genus Methanothermobacter cardinal in the hyper-thermophilic stage. The recirculation in the two-stage system increased the microbial community diversity in the hyper-thermophilic stage, which was one factor to result in improved methane production in the hyper-thermophilic stage. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.

  65. Evaluation of water distribution and oxygen mass transfer in sponge support media for a down-flow hanging sponge reactor 査読有り

    Uemura, S, Okubo, T, Maeno, K, Takahashi, M, Kubota, K, Harada, H

    International Journal of Environmental Research　10　(2)　265-272　2016年4月

  66. Effect of ammonia inhibition on microbial community dynamic and process functional resilience in mesophilic methane fermentation of chicken manure 査読有り

    Qigui Niu, Kengo Kubota, Wei Qiao, Zhaoqian Jing, Yanlong Zhang, Li Yu-You

    JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY　90　(12)　2161-2169　2015年12月

    出版者・発行元：WILEY-BLACKWELL

    DOI： 10.1002/jctb.4527 　

    ISSN：0268-2575

    eISSN：1097-4660

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    BACKGROUNDAmmonia nitrogen affects the methane fermentation of chicken manure, both the process resilience and the functional microbial community dynamics. In this study, a mesophilic continuous stirred-tank reactor (CSTR) was investigated with total ammonia nitrogen (TAN) varied from 2000 mg L-1 to 16000 mg L-1. RESULTS16S-rDNA cloning and TRFLP results revealed that the microbial community shifts significantly responding to TAN. Aceticlastic Methanosarcina acetivorans increased gradually from 17% in the steady stage to 72% in the recovered stage with high resistance compared with aceticlastic Methanosaeta, which almost disappeared at high TAN. In contrast, hydrogenotrophic Methanoculleus increased from 2% in the steady stage to 30% in the inhibited stage and decreased to 13% in the recovered stage. The abundances of the dominant Firmicutes were 74% and 92%, with and without inhibition, and 58% in the recovered stage. Bacteroidetes decreased from 17% in the steady stage to 4% in the inhibited stage and thrived to 31% in the recovered stage. CONCLUSIONProcess resilience was proven even after serious inhibition. Recoverable shifted archaeal and chaotic shifted bacterial communities with functional stability were observed. This result reveals that TAN has an obvious effect on microbial community shifts and the functional resilience of the process. (c) 2014 Society of Chemical Industry

  67. Biocatalysis conversion of methanol to methane in an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor: Long-term performance and inherent deficiencies 査読有り

    Xueqin Lu, Guangyin Zhen, Mo Chen, Kengo Kubota, Yu-You Li

    BIORESOURCE TECHNOLOGY　198　691-700　2015年12月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.biortech.2015.09.073 　

    ISSN：0960-8524

    eISSN：1873-2976

  68. Identification and Detection of Prokaryotic Symbionts in the Ciliate Metopus from Anaerobic Granular Sludge 査読有り

    Yuga Hirakata, Mamoru Oshiki, Kyohei Kuroda, Masashi Hatamoto, Kengo Kubota, Takashi Yamaguchi, Hideki Harada, Nobuo Araki

    MICROBES AND ENVIRONMENTS　30　(4)　335-338　2015年12月

    出版者・発行元：JAPANESE SOC MICROBIAL ECOLOGY, DEPT BIORESOURCE SCIENCE

    DOI： 10.1264/jsme2.ME15154 　

    ISSN：1342-6311

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    The aim of the present study was to investigate the prokaryotic community structure of the anaerobic ciliate, Metopus sp. using rRNA sequencing, fluorescence in situ hybridization ( FISH), and transmission electron microscopy (TEM). Metopus sp. was physically separated from anaerobic granular sludge in a domestic wastewater treatment plant and anoxically cultivated for 7 d. 16S rRNA gene sequences from the prokaryotes Methanoregula boonei and Clostridium aminobutyricum were abundantly detected in Metopus ciliates. The FISH analysis using the oligonucleotide probes Mg1200b and Cla568 demonstrated that these prokaryotes were localized within Metopus cells. These results identify M. boonei- and C. aminobutyricum-like prokaryotes as novel endosymbionts of Metopus ciliates.

  69. Hythane (H-2 + CH4) production from petrochemical wastewater containing mono-ethylene glycol via stepped anaerobic baffled reactor 査読有り

    Ahmed Elreedy, Ahmed Tawfik, Kengo Kubota, Yusuke Shimada, Hideki Harada

    INTERNATIONAL BIODETERIORATION & BIODEGRADATION　105　252-261　2015年11月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCI LTD

    DOI： 10.1016/j.ibiod.2015.09.015 　

    ISSN：0964-8305

    eISSN：1879-0208

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    Hythane (H-2 + CH4) production from petrochemical wastewater containing mono-ethylene glycol (MEG) via a novel stepped anaerobic baffled (SAB) reactor was investigated. The reactor was continuously operated for five months at constant hydraulic retention time (HRT) of 72 h and different organic loading rates (OLRs) of 0.33, 0.67 and 1.67 gCOD l(-1) d(-1). The maximum H-2 yield of 359.01 +/- 33.46 ml H-2 gCOD(removed)(-1) and H-2 production rate of 5.12 +/- 0.48 l d(-1) were obtained at OLR of 1.67 gCOD l(-1) d(-1). Nevertheless, the maximum methane yield of 159.11 +/- 14.72 ml CH4 gCOD(removed)(-1) and methane production rate of 2.48 +/- 0.22 l d(-1) were recorded at OLR of 0.67 gCOD l(-1) d(-1). The maximum CH4 and H-2 content of 52.08 and 49.84% were achieved at OLR of 0.33 and 1.67 gCOD l(-1) d(-1), respectively. Compartment-wise hythane profiles were assessed to optimize the production rate. Microbial community analysis was conducted and showed the dominant bacteria of Proteobacteria (44.3%), Firmicutes (28.9%), Chloroflexi (8.9%), Actinobacteria (5.7%), and Bacteroidetes (5.6%). (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  70. UASB型ANAMMOXプロセスの処理性能に及ぼす基質濃度変化の影響 査読有り

    馬海元, 張彦隆, 何士龍, 牛啓桂, 久保田健吾, 李玉友

    土木学会論文集G(環境)　71　(7)　III_397-III_404　2015年11月

    DOI： 10.2208/jscejer.71.III_397 　

  71. Evaluation of functional microbial community’s difference in full-scale and lab-scale anaerobic digesters feeding with different organic solid waste: Effects of substrate and operation factors 査読有り

    Qigui Niu, Takuro Kobayashi, Yasuyuki Takemura, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Bioresource Technology　193　110-118　2015年10月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.biortech.2015.05.107 　

    ISSN：0960-8524

    eISSN：1873-2976

  72. Comparing mesophilic and thermophilic anaerobic digestion of chicken manure: Microbial community dynamics and process resilience 査読有り

    Qigui Niu, Yasuyuki Takemura, Kengo Kubota, Yu-You Li

    Waste Management　43　114-122　2015年9月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.wasman.2015.05.012 　

    ISSN：0956-053X

  73. Rapid and sensitive identification of marine bacteria by an improved in situ DNA hybridization chain reaction (quickHCR-FISH) 査読有り

    Tsuyoshi Yamaguchi, Bernhard Maximilian Fuchs, Rudolf Amann, Shuji Kawakami, Kengo Kubota, Masashi Hatamoto, Takashi Yamaguchi

    SYSTEMATIC AND APPLIED MICROBIOLOGY　38　(6)　400-405　2015年9月

    出版者・発行元：ELSEVIER GMBH, URBAN & FISCHER VERLAG

    DOI： 10.1016/j.syapm.2015.06.007 　

    ISSN：0723-2020

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    Catalyzed reporter deposition-fluorescence in situ hybridization (CARD-FISH) with rRNA-targeted oligonucleotide probes has significantly improved the identification of microorganisms in various environmental samples. However, one of the major constraints of CARD-FISH is the low probe penetration due to the high molecular weight of the horseradish peroxidase (HRP) label. Recently, this limitation has been overcome by a novel signal amplification approach termed in situ DNA-hybridization chain reaction (in situ DNA-HCR). In this study, we present an improved and accelerated in situ DNA-HCR protocol (quickHCR-FISH) with increased signal intensity, which was approximately 2 times higher than that of standard in situ DNA-HCR. In addition, the amplification time was only 15 min for the extension of amplifier probes from the initiator probe compared to 2 h in the original protocol. The quickHCR-FISH was successfully tested for the quantification of marine bacteria with low rRNA contents in both seawater and sediment samples. It was possible to detect the same number of marine bacteria with quickHCR-FISH compared to CARD-FISH within only 3 h. Thus, this newly developed protocol could be an attractive alternative to CARD-FISH for the detection and visualization of microorganisms in their environmental context. (C) 2015 Elsevier GmbH. All rights reserved.

  74. In situ DNA-hybridization chain reaction (HCR): a facilitated in situ HCR system for the detection of environmental microorganisms 査読有り

    Tsuyoshi Yamaguchi, Shuji Kawakami, Masashi Hatamoto, Hiroyuki Imachi, Masanobu Takahashi, Nobuo Araki, Takashi Yamaguchi, Kengo Kubota

    ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY　17　(7)　2532-2541　2015年7月

    出版者・発行元：WILEY

    DOI： 10.1111/1462-2920.12745 　

    ISSN：1462-2912

    eISSN：1462-2920

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    In situ detection of microorganisms by fluorescence in situ hybridization (FISH) is a powerful tool for environmental microbiology, but analyses can be hampered by low rRNA content in target organisms, especially in oligotrophic environments. Here, we present a non-enzymatic, hybridization chain reaction (HCR)-based signal amplified in situ whole-cell detection technique (in situ DNA-HCR). The components of the amplification buffer were optimized to polymerize DNA amplifier probes for in situ DNA-HCR. In situ hybridization of initiator probes followed by signal amplification via HCR produced bright signals with high specificity and probe permeation into cells. The detection rates for Bacteria in a seawater sample and Archaea in anaerobic sludge samples were comparable with or greater than those obtained by catalyzed reporter deposition (CARD)-FISH or standard FISH. Detection of multiple organisms (Bacteria, Archaea and Methanosaetaceae) in an anaerobic sludge sample was achieved by simultaneous in situ DNA-HCR. In summary, in situ DNA-HCR is a simple and easy technique for detecting single microbial cells and enhancing understanding of the ecology and behaviour of environmental microorganisms in situ.

  75. Operation performance and granule characterization of upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor treating wastewater with starch as the sole carbon source 査読有り

    Xueqin Lu, Guangyin Zhen, Adriana Ledezma Estrada, Mo Chen, Jialing Ni, Toshimasa Hojo, Kengo Kubota, Yu-You Li

    BIORESOURCE TECHNOLOGY　180　264-273　2015年3月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCI LTD

    DOI： 10.1016/j.biortech.2015.01.010 　

    ISSN：0960-8524

    eISSN：1873-2976

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    Long-term performance of a lab-scale UASB reactor treating starch wastewater was investigated under different hydraulic retention times (HRT). Successful start-up could be achieved after 15 days' operation. The optimal HRT was 6 h with organic loading rate (OLR) 4 g COD/L d at COD concentration 1000 mg/L, attaining 81.1-98.7% total COD removal with methane production rate of 0.33 L CH4/g CODremoved. Specific methane activity tests demonstrated that methane formation via H-2-CO2 and acetate were the principal degradation pathways. Vertical characterizations revealed that main reactions including starch hydrolysis, acidification and methanogenesis occurred at the lower part of reactor ("main reaction zone''); comparatively, at the up converting acetate into methane predominated ("substrate-shortage zone''). Further reducing HRT to 3 h caused volatile fatty acids accumulation, sludge floating and performance deterioration. Sludge floating was ascribed to the excess polysaccharides in extracellular polymeric substances (EPS). More efforts are required to overcome sludge floating-related issues. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  76. 途上国のための新規下水処理装置”DHS”におけるスポンジ担体の水の流れと酸素の取込特性の評価 査読有り

    大久保努, 高橋優信, 久保田健吾, 原田秀樹, 時田政輝, 上村繁樹, 前野一夫

    実験力学　15　(1)　30-37　2015年3月

    DOI： 10.11395/jjsem.15.30 　

  77. Molecular Diversity of Eukaryotes in Municipal Wastewater Treatment Processes as Revealed by 18S rRNA Gene Analysis 査読有り

    Kengo Matsunaga, Kengo Kubota, Hideki Harada

    MICROBES AND ENVIRONMENTS　29　(4)　401-407　2014年12月

    出版者・発行元：JAPANESE SOC MICROBIAL ECOLOGY, DEPT BIORESOURCE SCIENCE

    DOI： 10.1264/jsme2.ME14112 　

    ISSN：1342-6311

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    Eukaryotic communities involved in sewage treatment processes have been investigated by morphological identification, but have not yet been well-characterized using molecular approaches. In the present study, eukaryotic communities were characterized by constructing 18S rRNA gene clone libraries. The phylogenetic affiliations of a total of 843 clones were Alveolata, Fungi, Rhizaria, Euglenozoa, Stramenopiles, Amoebozoa, and Viridiplantae as protozoans and Rotifera, Gastrotricha, and Nematoda as metazoans. Sixty percent of the clones had &lt;97% sequence identity to described eukaryotes, indicating the greater diversity of eukaryotes than previously recognized. A core OTU closely related to Epistylis chrysemydis was identified, and several OTUs were shared by 4-8 libraries. Members of the uncultured lineage LKM11 in Cryptomycota were predominant fungi in sewage treatment processes. This comparative study represents an initial step in furthering understanding of the diversity and role of eukaryotes in sewage treatment processes.

  78. Metagenomic characterization of ‘Candidatus Defluviicoccus tetraformis strain TFO71’, a tetrad-forming organism, predominant in an anaerobic–aerobic membrane bioreactor with deteriorated biological phosphorus removal 査読有り

    Nobu, M, H. Tamaki, K. Kubota, W.-T. Liu

    Environmental Microbiology　16　(9)　2739-2751　2014年9月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1111/1462-2920.12383 　

    ISSN：1462-2912

    eISSN：1462-2920

  79. 実証規模DHSリアクターの処理性能と硝化細菌群に及ぼすスポンジ担体の影響 査読有り

    大久保努, 井口晃德, 久保田健吾, 山口隆司, 上村繁樹, 原田秀樹

    下水道協会誌　51　(623)　121-128　2014年9月

  80. Metaproteomic Identification of Diazotrophic Methanotrophs and Their Localization in Root Tissues of Field-Grown Rice Plants

    Zhihua Bao, Takashi Okubo, Kengo Kubota, Yasuhiro Kasahara, Hirohito Tsurumaru, Mizue Anda, Seishi Ikeda, Kiwamu Minamisawa

    Applied and Environmental Microbiology　80　(16)　5043-5052　2014年8月

  81. Gold-ISH: a nano-size gold particle-based phylogenetic identification compatible with NanoSIMS. 国際誌 査読有り

    Kengo Kubota, Yuki Morono, Motoo Ito, Takeshi Terada, Shogo Itezono, Hideki Harada, Fumio Inagaki

    Systematic and applied microbiology　37　(4)　261-6　2014年6月

    DOI： 10.1016/j.syapm.2014.02.003 　

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    The linkage of microbial phylogenetic and metabolic analyses by combining ion imaging analysis with nano-scale secondary ion mass spectrometry (NanoSIMS) has become a powerful means of exploring the metabolic functions of environmental microorganisms. Phylogenetic identification using NanoSIMS typically involves probing by horseradish peroxidase-mediated deposition of halogenated fluorescent tyramides, which permits highly sensitive detection of specific microbial cells. However, the methods require permeabilization of target microbial cells and inactivation of endogenous peroxidase activity, and the use of halogens as the target atom is limited because of heavy background signals due to the presence of halogenated minerals in soil and sediment samples. Here, we present "Gold-ISH," a non-halogen phylogenetic probing method in which oligonucleotide probes are directly labeled with Undecagold, an ultra-small gold nanoparticle. Undecagold-labeled probes were generated using a thiol-maleimide chemical coupling reaction and they were purified by polyacrylamide gel electrophoresis. The method was optimized with a mixture of axenic (13)C-labeled Escherichia coli and Methanococcus maripaludis cells and applied to investigate sulfate-reducing bacteria in an anaerobic sludge sample. Clear gold-derived target signals were detected in microbial cells using NanoSIMS ion imaging. It was concluded that Gold-ISH can be a useful approach for metabolic studies of naturally occurring microbial ecosystems using NanoSIMS.

  82. Microbial community composition of a down-flow hanging sponge (DHS) reactor combined with an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor for the treatment of municipal sewage 査読有り

    Kengo Kubota, Mikio Hayashi, Kengo Matsunaga, Akinori Iguchi, Akiyoshi Ohashi, Yu-You Li, Takashi Yamaguchi, Hideki Harada

    BIORESOURCE TECHNOLOGY　151　(January)　144-150　2014年1月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCI LTD

    DOI： 10.1016/j.biortech.2013.10.058 　

    ISSN：0960-8524

    eISSN：1873-2976

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    The microbial community composition of a down-flow hanging sponge (OHS) reactor in an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB)-DHS system used for the treatment of municipal sewage was investigated. The clone libraries showed marked differences in microbial community composition at different reactor heights and in different seasons. The dominant phylotypes residing in the upper part of the reactor were likely responsible for removing organic matters because a significant reduction in organic matter in the upper part was observed. Quantification of the amoA genes revealed that the proportions of ammonia oxidizing bacteria (AOB) varied along the vertical length of the reactor, with more AOB colonizing the middle and lower parts of the reactor than the top of the reactor. The findings indicated that sewage treatment was achieved by a separation of microbial habitats responsible for organic matter removal and nitrification in the DHS reactor. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  83. Kinetic analysis on gaseous and aqueous product formation by mixed anaerobic hydrogen-producing cultures 査読有り

    Fang Fang, Yang Mu, Guo-Ping Sheng, Han-Qing Yu, Yu-You Li, Kengo Kubota, Hideki Harada

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY　38　(35)　15590-15597　2013年11月

    出版者・発行元：PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI： 10.1016/j.ijhydene.2013.03.157 　

    ISSN：0360-3199

    eISSN：1879-3487

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    Anaerobic hydrogen production by mixed cultures is a complex process, and information about its kinetic analysis is sparse. In this study, an integrated approach with the weighted nonlinear least-squares analysis and accelerating genetic algorithm is proposed to evaluate the kinetic parameters of biohydrogen production from a sucrose by mixed anaerobic cultures. The weighted nonlinear least-squares analysis is used to calculate the differences in gaseous and aqueous product concentrations between the predicted and the measured results, while the accelerating genetic algorithm is utilized to optimize the objective function by minimizing the total sum of the squared weighted errors. The kinetic parameters for specific maximum substrate uptake rate, substrate uptake affinity constant, yield coefficient are calculated with this approach, and are validated by the results of the independent experimental results reported in literature. This integrated approach is effective and rapid to estimate the anaerobic hydrogen production kinetics by mixed cultures. Copyright (C) 2013, Hydrogen Energy Publications, LLC. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

  84. 実証規模下水処理UASB-DHSシステムにおける後段DHSリアクターの微生物群集構造解析と脱窒細菌群の定量 査読有り

    井口晃德, 大久保努, 立花真, 永井寛之, 上村繁樹, 山口隆司, 久保田健吾, 原田秀樹

    土木学会論文集G (環境)　69　(7)　III_539-III_546　2013年11月

    出版者・発行元：Japan Society of Civil Engineers

    DOI： 10.2208/jscejer.69.III_539 　

    ISSN：2185-6648

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    下水処理システムとして導入が検討されているUASB-DHSシステムにおける, 第三世代型(G3)と第六世代型(G6)担体を充填した実証規模下水処理DHSリアクターの微生物群集構造を, rRNA遺伝子クローニング法およびリアルタイムPCR法を用いて解析した. クローン解析による結果は, 流入水温の異なる期間において微生物群集構造が異なっていることを示しており, 高水温時において微生物多様性は高く, 低水温時において多様性は低かった. リアルタイムPCR法による<i>nirS</i>, <i>nirK</i>遺伝子を標的とした脱窒細菌群の定量の結果, 多くの場合においてリアクターの高さ方向における脱窒細菌群の存在割合は, ほぼ一定で推移していた. またその存在率から, 活性汚泥プロセスと同程度の脱窒細菌群を保持している可能性が示された.

  85. パームオイル工場廃液を処理するラグーンシステムからのメタンガス放出量の測定 査読有り

    谷川大輔, 久保田健吾, 佐瀬信哉, 珠坪一晃, Chen Sau Soon, Yunus Mohammed, Faisal Mohammed, 山口隆司, 原田秀樹

    土木学会論文集G (環境)　69　(4)　157-165　2013年11月

    DOI： 10.2208/jscejer.69.157 　

  86. Characterization of the retained sludge in a down-flow hanging sponge (DHS) reactor with emphasis on its low excess sludge production 査読有り

    Takashi Onodera, Kengo Matsunaga, Kengo Kubota, Ryoko Taniguchi, Hideki Harada, Kazuaki Syutsubo, Tsutomu Okubo, Shigeki Uemura, Nobuo Araki, Masayoshi Yamada, Masahito Yamauchi, Takashi Yamaguchi

    Bioresource Technology　136　169-175　2013年

    出版者・発行元：Elsevier Ltd

    DOI： 10.1016/j.biortech.2013.02.096 　

    ISSN：1873-2976 0960-8524

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    Experiments to characterize retained sludge in a down-flow hanging sponge (DHS) reactor fed with upflow anaerobic sludge blanket (UASB) treated sewage under moderate conditions were conducted. Plenty of oxygen was supplied through the DHS reactor without aeration and the effluent qualities after the reactor were comparable to activated sludge processes. The average excess sludge production rate was 0.09g SS g-1 COD removed. The DHS reactor maintained a high sludge concentration of 26.9g VSS L-1 sponge, resulting in a low loading rate of 0.032g COD g-1 VSS day-1. The endogenous respiration rate of DHS sludge was comparable to previously reported aerobic sludges. The numbers of microfauna were one order of magnitude greater than those in activated sludge. The results indicated that low excess sludge production was attributable to the high sludge concentration, sufficient oxygen supply, adequate endogenous respiration rate, and a high density and diversity of microfauna. © 2013.

  87. 嫌気無酸素回分式リアクターを用いた都市下水からの栄養塩除去とリン回収 査読有り

    坂本 健一, 山口 隆司, 幡本 将史, 高橋 優信, 久保田 健吾, 荒木 信夫, 山崎 慎一, 大久保 努, 上村 繁樹, 原田 秀樹

    土木学会論文集G（環境）　69　(7)　III_121-III_127　2013年

    出版者・発行元：公益社団法人 土木学会

    DOI： 10.2208/jscejer.69.III_121 　

    ISSN：2185-6648

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    脱窒性リン蓄積細菌(DPAOs)を用いた嫌気・無酸素回分式リアクター(A<sub>2</sub>SBR)と物理化学的リン回収法によるリン回収リアクターを用い, 都市下水処理水の高度処理およびリン回収実験を行った. その結果, 流入下水中からのリン除去率は83±6.3%, 窒素除去率は75±15%であり, A<sub>2</sub>SBRを用いた下水からの栄養塩除去システムの構築に成功した. Fluorescence in situ hybridization法を用いたA<sub>2</sub>SBR槽内のリン蓄積細菌(PAOs)の存在割合を定量したところ, 安定的な処理が行われている期間では, PAOsの存在割合が15%以上であることが確認された. また, リン回収リアクターにより, 溶液中から98%のリンを除去することができた. A<sub>2</sub>SBRで濃縮したリン溶液に物理化学的リン回収法を適応することで, 流入下水中のリン量に対して29%のリンを回収することができた.

  88. 高塩濃度環境下においてニッケルが微生物群集構造に与える影響の評価とニッケル耐性細菌の分離・培養 査読有り

    渋谷 幸子, 石川 愛弓, 玉木 秀幸, 原田 秀樹, 久保田 健吾

    土木学会論文集G（環境）　69　(7)　III_241-III_248　2013年

    出版者・発行元：公益社団法人 土木学会

    DOI： 10.2208/jscejer.69.III_241 　

    ISSN：2185-6648

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    浸出水に塩化ニッケル(II)を添加することで, ニッケル濃度を段階的に上昇させながらリアクターを連続運転し, 高塩濃度環境下においてニッケルイオンが微生物群集に与える影響の評価, およびニッケル耐性細菌の分離・培養を試みた. 塩化ニッケル(II)添加濃度の上昇に伴い阻害が生じ, 有機物分解およびバイオマスの維持ができなくなったが, HRTを延ばすことで2mMまで連続運転が可能であった. 微生物群集構造は, 添加塩化ニッケル(II)濃度の上昇とともに綱レベルで変動した. 属レベルでは, これまでにニッケル耐性が報告されていない<i>Nitratireductor</i>属が0.5-2 mMの添加濃度で優占した. また, リアクター汚泥から, <i>Nitratireductor</i>属を始め, 多様なニッケル耐性細菌を分離・培養することができた.

  89. 18S rRNA遺伝子情報を用いた排水処理汚泥の真核生物群集構造解析 査読有り

    松永健吾, 久保田健吾, Erica Vonasek, 竹村泰幸, 原田秀樹

    土木学会論文集G (環境)　68　(7)　III_13-III_20　2012年11月

    出版者・発行元：Japan Society of Civil Engineers

    DOI： 10.2208/jscejer.68.III_13 　

    ISSN：2185-6648

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    嫌気/好気活性汚泥法およびDown-flow Hanging Sponge (DHS)法の汚泥中に存在する真核生物の群集構造を，18S rRNA遺伝子情報を用いて解析した．嫌気/好気活性汚泥法では濁度の除去に寄与する繊毛虫亜門<i>Opercularia</i>属に近縁なクローンが優占していた．一方DHS法では，節足動物門に近縁なクローンが全体の50%以上を占めた．遺伝子解析結果を既報の顕微鏡観察結果と比較すると，活性汚泥においては相関が見られたが，より高次な生態系が構築されていると推察されるDHS汚泥においては結果が異なり，遺伝子解析と顕微鏡観察を相補的に用いる必要性が示唆された．また，遺伝子解析より綱レベルで未知な配列が回収され，顕微鏡観察に比べ未知の真核生物群を評価できる可能性が示唆された．

  90. Detection of single-copy functional genes in prokaryotic cells by two-pass TSA-FISH with polynucleotide probes 査読有り

    Shuji Kawakami, Takuya Hasegawa, Hiroyuki Imachi, Takashi Yamaguchi, Hideki Harada, Akiyoshi Ohashi, Kengo Kubota

    JOURNAL OF MICROBIOLOGICAL METHODS　88　(2)　218-223　2012年2月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI： 10.1016/j.mimet.2011.11.014 　

    ISSN：0167-7012

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    In situ detection of functional genes with single-cell resolution is currently of interest to microbiologists. Here, we developed a two-pass tyramide signal amplification (TSA)-fluorescence in situ hybridization (FISH) protocol with PCR-derived polynucleotide probes for the detection of single-copy genes in prokaryotic cells. The mcrA gene and the apsA gene in methanogens and sulfate-reducing bacteria, respectively, were targeted. The protocol showed bright fluorescence with a good signal-to-noise ratio and achieved a high efficiency of detection (&gt;98%). The discrimination threshold was approximately 82-89% sequence identity. Microorganisms possessing the mcrA or apsA gene in anaerobic sludge samples were successfully detected by two-pass TSA-FISH with polynucleotide probes. The developed protocol is useful for identifying single microbial cells based on functional gene sequences. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

  91. Characterization of sulfide-oxidizing microbial mats developed inside a full-scale anaerobic digester employing biological desulfurization 査読有り

    Takuro Kobayashi, Yu-You Li, Kengo Kubota, Hideki Harada, Takeki Maeda, Han-Qing Yu

    APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY　93　(2)　847-857　2012年1月

    出版者・発行元：SPRINGER

    DOI： 10.1007/s00253-011-3445-6 　

    ISSN：0175-7598

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    The microbial mats responsible for biological desulfurization from biogas in a full-scale anaerobic digester were characterized in terms of their structure, as well as their chemical and microbial properties. Filament-shaped elemental sulfur 100-500 mu m in length was shown to cover the mats, which cover the entire headspace of the digester. This is the first report on filamentous sulfur production in a non-marine environment. The results of the analysis of the mats suggest that the key players in the sulfide oxidation and sulfur production in the bio-desulfurization in the headspace of the digester were likely to be two sulfide-oxidizing bacteria (SOB) species related to Halothiobacillus neapolitanus and Sulfurimonas denitrificans, and that the microbial community, cell density, activity for sulfide oxidation varied according to the environmental conditions at the various locations of the mats. Since the water and nutrients necessary for the SOB were provided by the digested sludge droplets deposited on the mats, and our results show that a higher rate of sulfide oxidation occurred with more frequent digested sludge deposition, the habitat of the SOB needs to be made in the lower part of the headspace near the liquid level of the digested sludge to maintain optimal conditions.

  92. 分子生物学的手法及び培養法による埋立地浸出水処理微生物群集の構造解析 査読有り

    石川 愛弓, 渋谷 幸子, 玉木 秀幸, 原田 秀樹, 久保田 健吾

    土木学会論文集G（環境）　68　(7)　III_21-III_30　2012年

    出版者・発行元：公益社団法人 土木学会

    DOI： 10.2208/jscejer.68.III_21 　

    ISSN：2185-6648

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    難分解性有機物やアンモニア態窒素，無機塩類を多く含む浸出水処理硝化槽内の微生物群集構造を分子生物学的手法と培養法により調査した．クローンライブラリーの65%が<i>Proteobacteria</i>門に属するクローンで構成されていたが，この他にCandidate Division TM7，OD1，TM6に属するクローンが多数検出された．また，難分解性有機物分解菌や海洋性のアンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌に近縁なクローンが検出された．培養では，ゲル化剤として寒天およびジェランガムを用いて合計312株を分離した．クローンライブラリーで優占していた機能が未知なグループに近縁な株や多環芳香族炭化水素分解菌に近縁な株が分離された．また，新属以上での提案が可能と考えられる新規性の高い株が得られるなど，埋立地浸出水処理に関わる微生物群集構造の一部を明らかにすることが出来た．

  93. Hybridization Chain Reaction (HCR) 法を用いた新規高感度FISH法の開発 査読有り

    山口剛士, 川上周司, 幡本将史, 高橋優信, 久保田健吾, 井町寛之, 荒木信夫, 山口隆司

    土木学会論文集G (環境)　67　(7)　III_93-III_98　2011年11月

  94. 分子量分画膜を用いた迅速・簡便な配列特異的rRNA定量法の開発 査読有り

    竹村泰幸, 関口勇地, 原田秀樹, 久保田健吾

    土木学会論文集G (環境)　67　(7)　III_85-III_92　2011年11月

  95. UASB-DHSシステムによる高濃度フェノール廃水の連続処理特性とUASB内微生物叢解析 査読有り

    山田真義, 久保田健吾, 高橋優信, 田中秀治, 山口隆司, 長野晃弘, 原田秀樹, 山内正仁

    土木学会論文集G (環境)　67　(7)　III_75-III_84　2011年11月

  96. パームオイル圧搾廃液 (POME) を処理する密閉型嫌気性消化槽の処理特性と微生物群集構造 査読有り

    渋谷幸子, 久保田健吾, 谷川大輔, 射手園章吾, 珠坪一晃, 山口隆司, 関口勇地, S. S. Chen, M. F, M. Yunus, 原田秀樹

    土木学会論文集G (環境)　67　(7)　III_59-III_68　2011年11月

  97. 微生物コミュニティレベルでみる高級脂肪酸阻害メカニズム 査読有り

    射手園章吾, 久保田健吾, 谷川大輔, 珠坪一晃, 関口勇地, 山口隆司, 原田秀樹

    土木学会論文集G (環境)　67　(7)　III_51-III_58　2011年11月

  98. Novel Online Monitoring and Alert System for Anaerobic Digestion Reactors 査読有り

    Fang Dong, Quan-Bao Zhao, Wen-Wei Li, Guo-Ping Sheng, Jin-Bao Zhao, Yong Tang, Han-Qing Yu, Kengo Kubota, Yu-You Li, Hideki Harada

    ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY　45　(20)　9093-9100　2011年10月

    出版者・発行元：AMER CHEMICAL SOC

    DOI： 10.1021/es202245f 　

    ISSN：0013-936X

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    Effective monitoring and diagnosis of anaerobic digestion processes is a great challenge for anaerobic digestion reactors, which limits their stable operation. In this work, an online monitoring and alert system for upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors is developed on the basis of a set of novel evaluating indexes. The two indexes, i.e., stability index S and auxiliary index a, which incorporate both gas- and liquid-phase parameters for UASB, enable a quantitative and comprehensive evaluation of reactor status. A series of shock tests is conducted to evaluate the response of the monitoring and alert system to organic overloading, hydraulic, temperature, and toxicant shocks. The results show that this system enables an accurate and rapid monitoring and diagnosis of the reactor status, and offers reliable early warnings on the potential risks. As the core of this system, the evaluating indexes are demonstrated to be of high accuracy and sensitivity in process evaluation and good adaptability to the artificial intelligence and automated control apparatus. This online monitoring and alert system presents a valuable effort to promote the automated monitoring and control of anaerobic digestion process, and holds a high promise for application.

  99. Anaerobic degradation of palm oil mill effluent (POME) 査読有り

    W. Yoochatchaval, S. Kumakura, D. Tanikawa, T. Yamaguchi, M. F. M. Yunus, S. S. Chen, K. Kubota, H. Harada, K. Syutsubo

    WATER SCIENCE AND TECHNOLOGY　64　(10)　2001-2008　2011年

    出版者・発行元：IWA PUBLISHING

    DOI： 10.2166/wst.2011.782 　

    ISSN：0273-1223

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    The biodegradation characteristics of palm oil mill effluent (POME) and the related microbial community were studied in both actual sequential anaerobic ponds in Malaysia and enrichment cultures. The significant degradation of the POME was observed in the second pond, in which the temperature was 35-37 degrees C. In this pond, biodegradation of major long chain fatty acids (LCFA), such as palmitic acid (C16:0) and oleic acid (C18:1), was also confirmed. The enrichment culture experiment was conducted with different feeding substrates, i.e. POME, C16: 0 and C18:1, at 35 W C. Good recovery of methane indicated biodegradation of feeds in the POME and C16: 0 enrichments. The methane production rate of the C18:1 enrichment was slower than other substrates and inhibition of methanogenesis was frequently observed. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) analyses indicated the existence of LCFA-degrading bacteria, such as the genus Syntrophus and Syntorophomonas, in all enrichment cultures operated at 35 degrees C. Anaerobic degradation of the POME under mesophilic conditions was stably processed as compared with thermophilic conditions.

  100. 無曝気方式の新規下水処理技術の開発 −第三世代型担体を適用した実規模DHSリアクターの処理性能評価− 査読有り

    大久保努, 山口隆司, 久保田健吾, 原田秀樹

    土木学会論文集G　66　149-158　2010年9月

    DOI： 10.2208/jscejg.66.149 　

  101. 都市下水処理UASB-DHSシステムにおけるG3型DHSリアクターの微生物群集構造解析 査読有り

    久保田健吾, 林幹大, 松永健吾, 大橋晶良, 李玉友, 山口隆司, 原田秀樹

    土木学会論文集G　66　56-64　2010年3月

    DOI： 10.2208/jscejg.66.56 　

  102. DHS-USB方式による埋立地浸出水の省エネルギー型窒素除去システムの開発 査読有り

    大久保努, 渡辺悠介, 大浦一恵, 久保田健吾, 李玉友, 原田秀樹

    土木学会論文集G　66　9-16　2010年2月

    DOI： 10.2208/jscejg.66.9 　

  103. Detection of single copy genes by two-pass tyramide signal amplification fluorescence in situ hybridization (two-pass TSA-FISH) with single oligonucleotide probes 査読有り

    Shuji Kawakami, Kengo Kubota, Hiroyuki Imachi, Takashi Yamaguchi, Hideki Harada, Akiyoshi Ohashi

    Microbes and Environments　25　(1)　15-21　2010年

    DOI： 10.1264/jsme2.ME09180 　

    ISSN：1342-6311

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    In situ detection of functional genes is informative for understanding microbial physiology. Most methods of detecting functional genes employ multiple oligonucleotides or polynucleotide probes. However, single oligonucleotide probes are superior in terms of specificity and flexibility in probe design. Here we describe the detection of a single copy functional gene, the methyl coenzyme M reductase gene, in a methanogen by two-pass tyramide signal amplification-fluorescence in situ hybridization (two-pass TSA-FISH) with a single oligonucleotide probe without pre-amplification of target nucleic acids. Locked-nucleic-acid-incorporated DNA probes were employed to achieve high specificity and affinity. Although problems associated with non-removable nonspecific binding of the antibody could not be overcome completely, single copy gene detection was carried out with single mismatch descriminatable specificity however, only around 15% of cells were detected. The detection rate increased when a multiple copy gene like rrn in Escherichia coli was targeted, indicating that a certain number of target molecules are necessary to achieve a high detection rate. Although possible applications of this technique to environmental samples remain restricted, the results presented the potential of gene detection by FISH with single oligonucleotide probes.

  104. Characterization of start-up performance and archaeal community shifts during anaerobic self-degradation of waste-activated sludge 査読有り

    Takuro Kobayashi, Daisuke Yasuda, Yu-You Li, Kengo Kubota, Hideki Harada, Han-Qing Yu

    BIORESOURCE TECHNOLOGY　100　(21)　4981-4988　2009年11月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCI LTD

    DOI： 10.1016/j.biortech.2009.05.043 　

    ISSN：0960-8524

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    Successful start-up strategy for anaerobic digestion of waste-activated sludge using internal inoculum and relationship between the shift of methanogenic community and the digester performance during start-up was investigated. Combination of TS control of inoculum and batch operation during early days enabled the successful start-up operation without serious volatile fatty acid accumulation, followed by the stable continuous operation. However, the propionate degradation was rate-limiting step during the batch operation. The results of real-time quantitative polymerase chain reaction analysis suggested that there was a correlation between the population of the genus Methanosarcina and the methane production rate coupled with acetate consumption during batch operation, and the results of terminal-restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) revealed that the increasing intensity of T-RF peaks of hydrogenotrophic methanogens was associated with a decrease in the level of C3-acids. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  105. 下水処理UASB後段のDHSにおける余剰汚泥量の抑制要因の評価 査読有り

    松永健吾, 小野寺崇, 上村繁樹, 山田真義, 山内正仁, 高橋優信, 久保田健吾, 原田秀樹, 山口隆司

    環境工学研究論文集　46　623-628　2009年11月

  106. 機能遺伝子を標的としたtwo-pass TSA-FISH法による環境中未培養微生物の機能推定 査読有り

    長谷川拓也, 川上周司, 久保田健吾, 井町寛之, 大橋晶良, 原田秀樹

    環境工学研究論文集　46　537-544　2009年11月

  107. バイオガスの生物脱硫に寄与する硫黄マットの反応環境と微生物生態 査読有り

    小林拓朗, 李玉友, 久保田健吾, 原田秀樹

    環境技術　38　(9)　642-651　2009年9月

    出版者・発行元：Society of Environmental Conservation Engineering

    DOI： 10.5956/jriet.38.642 　

    ISSN：0388-9459

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    バイオガス中の硫化水素は，発酵槽へ微量の空気吹き込みを行うことで硫黄酸化細菌の働きによって除去することが可能であり，この生物脱硫法は簡易かつ経済的な手法として注目されている．生物脱硫の実証実験を行っているバイオガスプラントにおいて，発酵槽内部ではフィラメント状の硫黄を蓄積した生物マットが形成された．生物脱硫においてこうした発酵槽内部での反応環境および微生物生態に関してはほとんど知られていない．本研究では，微小電極測定と分子生物学的手法を用いてマットの内部および環境微生物生態の解明を試みた．微小電極測定の結果から，硫黄蓄積の反応制御因子であるマット内への供給O<sub>2</sub>/S<sup>2－</sup><sub>tot</sub>比（S<sup>2－</sup><sub>tot</sub>＝H<sub>2</sub>S＋ HS<sup>－</sup>＋S<sup>2－</sup>）は0.45であり硫黄蓄積に適した環境であった．また，CARD-FISHの結果から，マット内で硫化水素からの硫黄生成を行っていると考えられるアクティブな硫黄酸化細菌は<I>Sulfurimonas</I>属に近縁な細菌であり，それらの細菌がフィラメント硫黄形成に関与している可能性が示唆された．

  108. 硫黄酸化細菌を利用したメタン発酵槽の微好気環境下におけるバイオガス脱硫 査読有り

    小林拓朗, 李玉友, 久保田健吾, 原田秀樹, 前田武己, 河合和保, 吉田尊彦

    土木学会論文集G　65　(2)　104-113　2009年6月

    出版者・発行元：Japan Society of Civil Engineers

    DOI： 10.2208/jscejg.65.104 　

    ISSN：1880-6082

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    メタン発酵プラントにおいて，発酵槽気相部へ微量の空気を吹き込むことによるバイオガスの生物学的脱硫の実証実験を行った．発酵槽のHRT25日で平均3500ppm程度の濃度であったバイオガス中の硫化水素は，空気吹き込み開始後は平均1100ppm程度の低水準で推移し，生物脱硫が乾式脱硫の負荷軽減に実用可能であることが実証された．発酵槽内部にはTS比90%程度のS<sup>0</sup>を高度に蓄積したsulfur matが形成された．微生物群構造解析から，mat内では硫黄酸化細菌<i>Halothiobacillus neapolitanus</i>と<i>Sulfurimonas denitrifiacans</i>に近縁な細菌が微好気環境で硫黄生成を行っていることが示唆された．活性試験の結果，水分含量の大きいmatの方が高い脱硫活性を持つことから，微生物の生息環境として最適な脱硫スペースの設計の必要性が示唆された．

  109. Effects of seed sludge on fermentative characteristics and microbial community structures in thermophilic hydrogen fermentation of starch 査読有り

    Yohei Akutsu, Yu-You Li, Madan Tandukar, Kengo Kubota, Hideki Harada

    INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY　33　(22)　6541-6548　2008年11月

    出版者・発行元：PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI： 10.1016/j.ijhydene.2008.08.038 　

    ISSN：0360-3199

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    In this work, effects of seed sludge on thermophilic hydrogen fermentation were investigated. Five different kinds of sludge were separately inoculated in completely stirred tank reactors (CSTRs), without any pretreatment. The reactors were operated in parallel with starch as substrate under thermophilic condition (55 degrees C) at a hydraulic retention time (HRT) of 24 h for 50 days. Stable hydrogen production was achieved in all reactors. The highest hydrogen yield (2.32 mol H(2)/mol glucose) was obtained from the reactor seeded with thermophilically digested activated sludge The stoichiometric equation of hydrogen. fermentation calculated using the data obtained in this study was expressed as follows: starch ([C(6)H(10)O(5)]n) -&gt; 2.32n H(2) + 2.14n CO(2) + 0.50n acetate + 0.63n butyrate + 0.11n cell (C(5)H(7)NO(2)). Microbial community structure was analyzed by polymerase chain reaction-denaturing gel gradient electrophoresis (PCR-DGGE) and 16S rRNA gene cloning. Close relatives of the Thermoanaerobacterium were found to be the most predominated one in all reactors. (C) 2008 International Association for Hydrogen Energy. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved

  110. DHSリアクターによる無曝気方式硝化プロセスの処理特性 査読有り

    服部賢, 小地沢俊宏, 渡辺悠介, タンドカール・マダン, 久保田健吾, 李玉友, 原田秀樹

    環境工学研究論文集　45　317-324　2008年11月

    出版者・発行元：Japan Society of Civil Engineers

    DOI： 10.11532/proes1992.45.317 　

    ISSN：1341-5115

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    DHSリアクターの最大の特徴はスポンジ担体が空気に曝されているため, 曝気が不要であるということである. 本研究は常温・無曝気運転で高濃度アンモニア性窒素含有人工廃水を処理することによりDHSリアクターの硝化能力を把握することを目的とした. 約1年間の実験期間は4つのphaseに分けられ, アンモニア負荷を段階的にあげた. アンモニア負荷が2.00kg-N/m3/dのとき, 最大アンモニア除去速度1.78kg-N/m3/d, アンモニア除去率90%を得た.さらにこのとき最大酸素利用速度66g-O2/kg-VSS/hを示した. アンモニアはリアクター上部から除去されており, 各stageに保持された汚泥の硝化活性を調べると平均0.67kg-N/kg-VSS/dであった.

  111. 余剰活性汚泥の嫌気性自己分解によるメタン発酵スタートアップ方法およびその過程における微生物群構造の変化 査読有り

    小林拓朗, 安田大介, 李玉友, 久保田健吾, 原田秀樹, 岡庭良安

    水環境学会誌　31　(9)　525-532　2008年9月

    出版者・発行元：Japan Society on Water Environment

    DOI： 10.2965/jswe.31.525 　

    ISSN：0916-8958

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    The start-up of mesophilic anaerobic digestion from waste activated sludge with internal inoculum was carried out in a laboratory-scale completely mixed reactor. The microbial community shift during the start-up period was monitored by molecular techniques. The self-degradation period, when the digester was operated in batch mode, consists of two characteristic phases, acidogenic (A) phase and methanogenic (M) phase. During the A phase, Volatile Fatty Acid (VFA) accumulation and a low level of methane production were observed. On the other hand, during the M phase, rapid VFA degradation and an increase in methane production were observed. Clone analysis results suggest that after self-degradation, <i>Methanosarcina</i> and <i>Methanoregula</i> were predominant at day 30, while the former was detected at low level (4%) and the latter was not detected at day 0. The population dynamics of the archaeal community were investigated by Real-time PCR. During the transition from A phase to M phase, the digester showed a significant increase by one order in the <i>Methanosarcina</i> rRNA gene. A significant positive correlation between the population of <i>Methanosarcina</i> and methane production rate was observed.

  112. デンプンの高温水素発酵細菌群の構造解析 査読有り

    堆洋平, 李玉友, 久保田健吾, 原田秀樹

    生物工学会誌　86　(4)　157-163　2008年4月

    出版者・発行元：日本生物工学会

    ISSN：0919-3758

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    高温水素発酵細菌群の構造をPCR-DGGE法,リアルタイムPCR法およびクローニング法を用いて解析した.解析に使用したサンプルは,5つの異なる植種源をデンプンを基質として完全混合型高温水素発酵槽(55℃,HRT24h)により馴養したものである.実験の結果,すべての反応槽において典型的な水素生成細菌として知られているThermoanaerobacterium属細菌に近縁な細菌が優占していることが分かった.また水素発酵の特性が異なっていたそれぞれの反応槽の細菌群構造には差異が見られた.本研究から植種源は高温水素発酵特性を決定するパラメータの1つであることが明らかになった.

  113. Evaluation of enzymatic cell treatments for application of CARD-FISH to methanogens 査読有り

    Kengo Kubota, Hiroyuki Imachi, Shuji Kawakami, Kohei Nakamura, Hideki Harada, Akiyoshi Ohashi

    JOURNAL OF MICROBIOLOGICAL METHODS　72　(1)　54-59　2008年1月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI： 10.1016/j.mimet.2007.10.006 　

    ISSN：0167-7012

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    Several enzymatic permeabilization protocols (utilizing lysozyme, protemase K, achromopeptidase, or recombinant pseudomurein endopeptidase [PeiW]) were evaluated for application of in situ hybridization with horseradish peroxidase-labeled oligonucleotide probes and catalyzed reporter deposition (CARD-FISH) to methanogens. In this study, twelve methanogens were selected that have typical cell surface structures: pseudomurein, surface layer, methanochondroitin and sheath. Among the treatments tested, PeiW treatment was observed to be the most effective one, although methanogens having a sheath were stained heterogeneously and methanogens having methanochondroitin were not permeabilized. On the other hand, lysozyme, protemase K. and achromopeptidase treatments were ineffective or caused cell-lysis, resulting in weak or no signals. Applicability of PeiW treatment was further evaluated using an anaerobic granular sludge sample. The detection rate of Archaea by CARD-FISH increased remarkably after the treatment. Based on the results obtained in this study, we propose PeiW treatment as a novel permeabilization method for CARD-FISH application to methanogens. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

  114. Two-pass TSA-FISH法によるメタン生成古細菌のmcr遺伝子の検出 査読有り

    川上周司, 久保田健吾, 井町寛之, 原田秀樹, 大橋晶良

    環境工学研究論文集　43　143-148　2006年11月

    出版者・発行元：Japan Society of Civil Engineers

    DOI： 10.11532/proes1992.43.143 　

    ISSN：1341-5115

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    ポリデオキシリボヌクレオチドプローブとtwo-pass tyramide signal amplification-fluorescence <I>in situ</I>hybridization (two-pass TSA-FISH) 法を用いてメタン生成古細菌<I>Methanococcus vannielii</I>のmethyl coenzyme Mreductase遺伝子の検出を試みた. プローブはPCR法を用いて合成し, PCR反応液中のハプテン標識ヌクレオチド, Mg<SUP>2+</SUP>濃度を最適化する事で, プローブにより多くのハプテンを標識することが可能となった. 合成したプローブを用いてtwo-pass TSA-FISH法を適用したところ, <I>M.vannielii</I>からシグナルを得ることができた. このシグナルはDNase処理, プローブの洗浄条件を強めることで消失したため, 標的遺伝子に交雑したプローブ由来であることが示唆された. しかし, プローブとの相同性が60%以下の<I>Methanoulles bourgensis, Escherichia coli</I>に対し本手法を適用したところ, 一部菌体からシグナルが得られた.

  115. Visualization of mcr mRNA in a methanogen by fluorescence in situ hybridization with an oligonucleotide probe and two-pass tyramide signal amplification (two-pass TSA-FISH) 査読有り

    Kengo Kubota, Akiyoshi Ohashi, Hiroyuki Imachi, Hideki Harada

    JOURNAL OF MICROBIOLOGICAL METHODS　66　(3)　521-528　2006年9月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI： 10.1016/j.mimet.2006.02.002 　

    ISSN：0167-7012

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    Two-pass tyramide signal amplification- fluorescence in situ hybridization (two-pass TSA-FISH) with a horseradish peroxidase (HRP)-labeled oligonucleotide probe was applied to detect prokaryotic mRNA. In this study, mRNA of a key enzyme for methanogenesis, methyl coenzyme M reductase (mer), in Methanococcus vannielii was targeted. Applicability of mRNA-targeted probes to in situ hybridization was verified by Clone-FISH. It was observed that sensitivity of two-pass TSA-FISH was significantly higher than that of TSA-FISH, which was further increased by the addition of dextran sulphate in TSA working solution. Signals from two-pass TSA-FISH were more reliable compared to the weak, spotty signals yielded by TSA-FISH. (c) 2006 Elsevier B.V All rights reserved.

  116. Improved in situ hybridization efficiency with locked-nucleic-acid-incorporated DNA probes 査読有り

    Kengo Kubota, Akiyoshi Ohashi, Hiroyuki Imachi, Hideki Harada

    APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY　72　(8)　5311-5317　2006年8月

    出版者・発行元：AMER SOC MICROBIOLOGY

    DOI： 10.1128/AEM.03039-05 　

    ISSN：0099-2240

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    Low signal intensity due to poor probe hybridization efficiency is one of the major drawbacks of rRNA-targeted in situ hybridization. There are two major factors affecting the hybridization efficiency: probe accessibility and affinity to the targeted rRNA molecules. In this study, we demonstrate remarkable improvement in in situ hybridization efficiency by applying locked-nucleic-acid (LNA)-incorporated oligodeoxynucleotide probes (LNA/DNA probes) without compromising specificity. Fluorescently labeled LNA/DNA probes with two to four LNA substitutions exhibited strong fluorescence intensities equal to or greater than that of probe Eub338, although these probes did not show bright signals when they were synthesized as DNA probes; for example, the fluorescence intensity of probe Eco468 increased by 22-fold after three LNA bases were substituted for DNA bases. Dissociation profiles of the probes revealed that the dissociation temperature was directly related to the number of LNA substitutions and the fluorescence intensity. These results suggest that the introduction of LNA residues in DNA probes will be a useful approach for effectively enhancing probe hybridization efficiency.

  117. メタン生成古細菌にCARD-FISH法を適用するための細胞壁処理 査読有り

    久保田健吾, 大橋晶良, 井町寛之, 原田秀樹

    環境工学研究論文集　40　363-371　2003年11月

    出版者・発行元：Japan Society of Civil Engineers

    DOI： 10.11532/proes1992.40.363 　

    ISSN：1341-5115

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    Cell wall treatment methods were investigated to apply CARD (catalyzed reporter deposition)-FISH (fluorescence in situ hybridization) technique for the detection of methanogenic archaea. To determine the effective treatment for enhancing the cell wall permeability, we employed purely cultured methanogens, which have any one of four different types of cell wall: s-layer, pseudomurein, sheath and methanochondroitin, and tested pretreatments such as lysozyme-EDTA, detergents, proteinase K, pseudomurein endopeptidase extracted from <I>Methanothermobacter wolfei</I>, and freeze and thaw cycle. Of eight tested methanogens, six species were successfully detected by CARD-FISH, but some of them stained heterogeneously. Applicability of CARD-FISH with the treatments, proteinase K and pseudomurein endopeptidase, was evaluated using anaerobic digested sludge. As results, CARD-FISH was successfully applied for the detection of methanogens in anaerobic digested sludge with proteinase K treatment.

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MISC 32

  1. Microscopic and metatranscriptomic analyses revealed unique cross-domain symbiosis between<i>Candidatus</i>Patescibacteria/candidate phyla radiation (CPR) and methanogenic archaea in anaerobic ecosystems

    bioRxiv　2023年8月25日

    出版者・発行元：Cold Spring Harbor Laboratory

    DOI： 10.1101/2023.08.25.554742 　

  2. Candidate phyla radiation (CPR)/<i>Candidatus</i> Patescibacteriaの実態を廃水処理システムの視点から理解する

    黒田 恭平, 成廣 隆, 藤井 直樹, 中島 芽梨, 景政 柊蘭, 中井 亮佑, 佐藤 久, 久保田 健吾, 金田一 智規

    日本微生物生態学会誌　38　(1)　2-13　2023年3月1日

    出版者・発行元：日本微生物生態学会

    DOI： 10.20709/jsmeja.38.1_2 　

    eISSN：2424-1989

  3. 水処理システムの微生物群の全容を診る解析技術の進展 査読有り

    寺田昭彦, 堀知行, 久保田健吾, 栗栖太, 春日郁朗, 金田一智規, 伊藤司

    水環境学会誌　45　(3)　91-105　2022年5月

    出版者・発行元：Japan Society on Water Environment

    DOI： 10.2965/jswe.45.91 　

    ISSN：0916-8958

    eISSN：1881-3690

  4. Microbial community dynamics in anaerobic digesters treating organic fraction of municipal solid waste 査読有り

    Vinay Kumar Tyagi, Akansha Bhatia, Kengo Kubota, Ankur Rajpal, Banafsha Ahmed, Abid Ali Khan, A.A. Kazmi, Manish Kumar

    Environmental Technology & Innovation　21　101303-101303　2021年2月

    出版者・発行元：Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.eti.2020.101303 　

    ISSN：2352-1864

  5. Characterization of downflow hanging sponge reactors with regard to structure, process function, and microbial community compositions 招待有り 査読有り

    Masashi Hatamoto, Tsutomu Okubo, Kengo Kubota, Takashi Yamaguchi

    Applied Microbiology and Biotechnology　102　(24)　10345-10352　2018年12月1日

    DOI： 10.1007/s00253-018-9406-6 　

    ISSN：0175-7598

    eISSN：1432-0614

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    © 2018, Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature. The activated sludge (AS) process has been the most widely used process for wastewater treatment despite it has several limitations for its further application and adoption worldwide, owing to unsustainable properties such as high-energy consumption and the production of large amount of excess sludge. To overcome the drawbacks of the AS process, the downflow hanging sponge (DHS) has been developed as an energy-saving and easy-to-maintain alternative. To date, six types of different sponge configurations have been developed and their performances have been evaluated in practical- to full-scale DHS reactors. A large number of studies have been carried out in order to enhance the performance and expand the application fields of the DHS. Transition of this process to the deployment and diffusion stage from the research and development phase is now ongoing in India and Egypt as well as in Japan. Under this situation, concise and state-of-the art review is important for enhancing DHS research and future applications. Herein, we summarize and present the DHS concerning the history of development, the mechanism of treatment, recent studies on its use in the field of wastewater treatment, and the features of microbial community structure.

  6. 嫌気性処理における微生物群集構造解析 招待有り

    久保田健吾

    環境システム計測制御学会　22　(4)　36-40　2018年3月

  7. Construction of a Cell Surface Engineered Yeast Aims to Selectively Recover Molybdenum, a Rare Metal 査読有り

    Mei-Fang Chien, Naoya Ikeda, Kengo Kubota, Chihiro Inoue

    Solid State Phenomena　262　421-424　2017年9月

  8. 微生物生態と水環境工学に関する最新研究動向

    栗栖太, 伊藤司, 青井議輝, 久保田健吾, 佐藤弘泰, 金田一智規, 井上謙吾, 寺田昭彦

    水環境学会誌　39　(12)　444-451　2016年12月

  9. 総論 水処理分野における顕微鏡観察 招待有り

    久保田健吾

    水環境学会誌　38　(10)　360-364　2015年10月

    出版者・発行元：日本水環境学会 ; 1992-

    ISSN：0916-8958

  10. 加圧浮上法と可逆流嫌気性バッフル反応器を組み合わせたパームオイル工場廃液の高速処理

    谷川大輔, ROAF Azhar Abdul, CHEN Sau Soon, 久保田健吾, 原田秀樹, 山口隆司, 珠坪一晃, 関口勇地, YUNUS Mohammed Faisal Mohammed

    日本水環境学会シンポジウム講演集　17th　2014年

  11. CARD-FISH for environmental microorganisms: Technical advancement and future applications 招待有り 査読有り

    Kengo Kubota

    Microbes and Environments　28　(1)　3-12　2013年

    DOI： 10.1264/jsme2.ME12107 　

    ISSN：1342-6311 1347-4405

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    Fluorescence in situ hybridization (FISH) has become a standard technique in environmental microbiology. More than 20 years have passed since this technique was first described, and it is currently used for the detection of ribosomal RNA, messenger RNA, and functional genes encoded on chromosomes. This review focuses on the advancement and applications of FISH combined with catalyzed reporter deposition (CARD, also known as tyramide signal amplification or TSA), in the detection of environmental microorganisms. Significant methodological improvements have been made in CARD-FISH technology, including its combination with other techniques and instruments.

  12. パームオイル圧搾廃液(POME)を処理する密閉型嫌気性消化槽の処理特性と微生物群集構造—Performance and microbial community of anaerobic closed digester treating palm oil mill effluent (POME)

    渋谷 幸子, 久保田 健吾, 谷川 大輔, 射手園 章吾, 珠坪 一晃, 山口 隆司, 関口 勇地, S. S. Chen, M. F. M. Yunus, 原田 秀樹

    環境工学研究論文集 = Environmental research / 土木学会環境工学委員会 編　48　Ⅲ_59-67　2011年

    出版者・発行元：土木学会

    ISSN：1341-5115

  13. 微生物コミュニティレベルでみる高級脂肪酸阻害メカニズム

    射手園章吾, 射手園章吾, 久保田健吾, 谷川大輔, 谷川大輔, 珠坪一晃, 関口勇地, 山口隆司, 原田秀樹

    環境工学研究論文集　48　2011年

    ISSN：1341-5115

  14. パームオイル製造廃水(POME)処理RABR(可逆流嫌気性バッフルリアクター)内の微生物群集構造解析

    中村明靖, 山口隆司, 関口勇地, 珠坪一晃, 谷川大輔, 久保田健吾, 原田秀樹

    日本水環境学会年会講演集　45th　2011年

  15. 微生物コミュニティレベルで診る高級脂肪酸阻害特性

    射手園章吾, 谷川大輔, 久保田健吾, 原田秀樹, 珠坪一晃, 関口勇地, 山口隆司

    日本水環境学会年会講演集　45th　2011年

  16. パーム油製造廃水(POME)の嫌気分解特性の評価

    珠坪一晃, 窪田恵一, 中村明靖, 山口隆司, 関口勇地, 谷川大輔, 久保田健吾, 原田秀樹

    日本水環境学会年会講演集　45th　2011年

  17. 可逆流嫌気性バッフル反応器(RABR)を用いたパームオイル圧搾廃液(POME)の連続高速処理

    谷川大輔, 久保田健吾, 原田秀樹, 山口隆司, 珠坪一晃, 関口勇地, CHEN Sau Soon, YUNUS M.F.M.

    日本水環境学会年会講演集　45th　2011年

  18. 密閉型嫌気性消化槽によるパームオイル圧搾廃液の処理特性

    渋谷幸子, 久保田健吾, 谷川大輔, 射手園章吾, 原田秀樹, 珠坪一晃, 山口隆司, 関口勇地

    土木学会年次学術講演会講演概要集(CD-ROM)　66th　2011年

  19. パームオイル圧搾廃液を処理する密閉型嫌気性消化槽の処理性能評価と微生物群集構造解析

    渋谷幸子, 久保田健吾, 谷川大輔, 射手園章吾, 原田秀樹, 珠坪一晃, 山口隆司, 関口勇地, CHEN Sau Soon, YONUS M.F.M.

    日本水環境学会年会講演集　45th　2011年

  20. パームオイル圧搾廃液(POME)を処理する密閉型嫌気性消化槽の処理特性と微生物群集構造

    渋谷幸子, 久保田健吾, 谷川大輔, 谷川大輔, 射手園章吾, 珠坪一晃, 山口隆司, 関口勇地, CHEN S.S., YUNUS M.F.M., 原田秀樹

    環境工学研究論文集　48　2011年

    ISSN：1341-5115

  21. 微生物群集構造から診る高級脂肪酸阻害耐性メカニズム

    久保田健吾, 射手園章吾, 谷川大輔, 原田秀樹, 珠坪一晃, 山口隆司, 関口勇地

    土木学会年次学術講演会講演概要集(CD-ROM)　66th　2011年

  22. 実規模密閉型嫌気性消化槽によるパームオイル圧搾廃液処理

    渋谷幸子, 久保田健吾, 谷川大輔, 射手園章吾, 原田秀樹, 珠坪一晃, 山口隆司, 関口勇地, CHEN Sau Soon, YUNUS M.F.M.

    日本水環境学会シンポジウム講演集　14th　2011年

  23. Two-pass TSA-FISH法を用いた微生物機能遺伝子の視覚的検出技術 査読有り

    長谷川拓也, 川上周司, 井町寛之, 大橋晶良, 原田秀樹, 久保田健吾

    環境バイオテクノロジー学会誌　10　(2)　97-103　2010年12月

    出版者・発行元：環境バイオテクノロジー学会

    ISSN：1347-1856

  24. パームオイル圧搾廃液(POME)を処理する嫌気性ラグーンの微生物群集構告

    川内真, 久保田健吾, 谷川大輔, LI Yu-You, 原田英樹, 珠坪一晃, 山口隆司, 関口勇地

    日本水環境学会年会講演集　44th　2010年

  25. パームオイル圧搾廃液処理嫌気性ラグーンの微生物群集構造解析

    久保田健吾, 川内真, 谷川大輔, 原田秀樹, 珠坪一晃, 山口隆司, 関口勇地

    土木学会年次学術講演会講演概要集(CD-ROM)　65th　2010年

  26. パームオイル圧搾廃水処理ラグーンからのガス発生量とその微生物群集構造

    久保田健吾, 谷川大輔, 川内真, 珠坪一晃, 関口勇地, 山口隆司, 原田秀樹

    環境バイオテクノロジー学会大会プログラム講演要旨集　40th　2010年

  27. バイオガスの生物脱硫に寄与する硫黄マットの解析

    李 玉友, 小林 拓朗, 久保田 健吾, 原田 秀樹

    財団法人建設工学研究振興会年報　44　17-20　2009年4月1日

    出版者・発行元：東北大学

    ISSN：0288-9994

  28. 嫌気性酸化池におけるパーム椰子圧搾廃液由来温室効果ガス排出特性の評価

    久保田健吾, 谷川大輔, 原田秀樹, SOON Chen Sau, 佐瀬信哉, 山口隆司, 珠坪一晃, 関口勇地

    日本水環境学会シンポジウム講演集　12th　2009年

  29. パームオイル圧搾廃液(POME)を処理する嫌気性ラグーンの調査

    川内真, 久保田健吾, 谷川大輔, LI Yu-You, 原田秀樹, 珠坪一晃, 山口隆司, 関口勇地, CHEN Sau Soon

    日本水環境学会年会講演集　43rd　2009年

  30. 嫌気性ラグーンにおけるパームオイル圧搾廃液(POME)の分解挙動

    川内真, 久保田健吾, 谷川大輔, 李玉友, 原田秀樹, 珠坪一晃, 山口隆司, 関口勇地

    土木学会年次学術講演会講演概要集(CD-ROM)　64th　(Disk 2)　2009年

  31. パームオイル製造廃液(POME)の嫌気分解特性の評価

    珠坪一晃, YOOCHATCHAVAL Wilasinee, 窪田恵一, 窪田恵一, 熊倉真也, 山口隆司, 谷川大輔, 久保田健吾, 原田秀樹

    環境工学研究フォーラム講演集　46th　2009年

  32. 硫酸還元機能遺伝子apsA mRNAを標的としたFISH法の法泥サンプルへの適用

    大塚勇輝, 荒木信夫, 珠坪一晃, 山口隆司, 久保田健吾, 川上周司, 阿部憲一

    日本水環境学会年会講演集　42nd　2008年

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書籍等出版物 6

  1. Visualization of Microorganisms in Bioprocesses

    Tsuyoshi Yamaguchi, Kengo Kubota

    2018年1月

  2. Nanoscale Secondary-Ion Mass Spectrometry Imaging of Biological Structures

    Kengo Kubota, Yuki Morono, Motoo Ito

    2017年3月25日

  3. Protocol for in situ detection of functional genes of microorganisms by two-pass TSA-FISH

    Kengo Kubota, Shuji Kawakami

    2016年

  4. 顕微鏡の基礎, 進化する顕微鏡, 嫌気性廃水処理の微生物

    久保田健吾

    2014年7月

  5. 微生物検出向け新規高感度FISH法の開発

    山口隆司, 山口剛士, 幡本将史, 中村明靖, 川上周司, 久保田健吾

    2013年10月

  6. 水浄化技術の最新動向

    山口隆司, 高橋優信, 幡本将史, 川上周司, 久保田健吾, 原田秀樹, 山田真義, 山内正仁, 荒木信夫, 山崎慎一

    2011年6月

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講演・口頭発表等 85

  1. PMA-PCR 法を用いた高温嫌気性消化汚泥の微生物群集構造解析

    阿部天磨, 李玉友, 久保田健吾

    第55回日本水環境学会　2021年3月10日

  2. 水道管路網の時空間ピンポイント劣化予測に用いる水質情報の同定に関する研究

    三浦耀平, 久保田健吾, 丸尾知佳子, 水谷大二郎, 佐野大輔

    第55回日本水環境学会　2021年3月10日

  3. サイズ分画した活性汚泥の微生物学的特性把握

    景政柊蘭, 久保田健吾, 李玉友, 黒田恭平, 中井亮佑

    第55回日本水環境学会　2021年3月10日

  4. 最初沈殿池+ウキクサ亜科植物培養池+DHSリアクターを用いた実下水処理およびバイオマス生産のオンサイト実験

    大谷尭, 神拓海, 李玉友, 久保田健吾

    第55回日本水環境学会　2021年3月10日

  5. Heminを用いた微生物の新規視覚的検出法の開発

    浦崎幹八郎, 李玉友, 久保田健吾

    第55回日本水環境学会　2021年3月10日

  6. 下水処理プロセス中のテトラサイクリン系耐性菌の探索

    丸山涼介, 久保田健吾, 李玉友

    第55回日本水環境学会　2021年3月10日

  7. PMA-PCR法を⽤いた嫌気性消化汚泥の微⽣物叢解析：中温と⾼温の⽐較

    阿部天磨, 矢口淳一, 李玉友, 久保田健吾

    令和2年度 土木学会東北支部 技術研究発表会　2021年3月6日

  8. 異なる産業廃⽔を処理するグラニュール汚泥の微⽣物群集の⽐較

    三浦花梨, 針生紗雪, 浦崎幹八郎, 庄子俊男, 久保田健吾

    令和2年度 土木学会東北支部 技術研究発表会　2021年3月6日

  9. 活性汚泥中に存在しているPatescibacteriaの多様性と代謝特性

    景政柊蘭, LI Yu-You, 久保田健吾, 黒田恭平, 中井亮佑

    日本水環境学会シンポジウム講演集　2021年

  10. 長期連続メタン発酵処理による初沈汚泥とウキクサのエネルギー資源化

    神拓海, 岩野寛, 大谷尭, 李玉友, 久保田健吾

    第57回環境工学研究フォーラム　2020年12月10日

  11. 最初沈殿池+ウキクサ亜科植物培養槽+DHSリアクターを用いた下水処理およびバイオマス生産のオンサイト実証実験

    大谷尭, 神拓海, 李玉友, 久保田健吾

    第57回環境工学研究フォーラム　2020年12月10日

  12. 初沈汚泥とウキクサの連続メタン発酵によるエネルギー資源化

    神拓海, 大谷尭, 岩野寛, 李玉友, 久保田健吾

    第54回日本水環境学会　2020年3月16日

  13. 日本各地の下水処理場における微生物群集構造の比較解析

    久保田健吾, 佐藤幹子, 李玉友, 加藤裕之

    54回日本水環境学会　2020年3月17日

  14. 最初沈殿池+ウキクサ亜科植物+DHS を用いた下水処理システムの屋外実証実験

    大谷尭, 神拓海, 李玉友, 久保田健吾

    第54回日本水環境学会　2020年3月18日

  15. Gene-FISH法を用いた薬剤耐性関連遺伝子の視覚的検出の試み

    丸山涼介, 久保田健吾, 李玉友

    第54回日本水環境学会　2020年3月16日

  16. メタン発酵に及ぼすヘキサンの影響

    丹野淳, 久保田健吾, 覃宇, 李玉友

    第54回日本水環境学会　2020年3月16日

  17. 0.2 µm分画した活性汚泥の微生物学的特性の把握

    景政柊蘭, 久保田健吾, 李玉友

    第54回日本水環境学会　2020年3月16日

  18. 精密質量分析を用いた下水処理における溶存有機物の動態解明

    高橋真, 久保田健吾, 佐藤幹子, 李玉友, 石井淑大, 栗栖太

    第54回日本水環境学会　2020年3月16日

  19. 季節別運転管理に伴う活性汚泥の微生物群集構造の変遷

    大野裕之, 佐藤幹子, 李玉友, 久保田健吾

    第54回日本水環境学会　2020年3月16日

  20. 微生物群集の空間分布可視化のための元素標識技術の開発

    浦崎幹八郎, 李玉友, 浦本豪一郎, 諸野祐樹, 久保田健吾

    第54回日本水環境学会　2020年3月16日

  21. 環境DNAによる河川生物群集の時空間特性解析

    内田典子, 風間聡, 会田俊介, 久保田健吾

    令和元年度 土木学会東北支部 技術研究発表会　2020年3月7日

  22. ウキクサと初沈汚泥の連続メタン発酵処理によるエネルギー資源化

    神拓海, 大谷尭, 岩野寛, 李玉友, 久保田健吾

    令和元年度 土木学会東北支部 技術研究発表会　2020年3月7日

  23. 日本各地の下水処理場を対象とした溶存有機物と微生物群集の関係性の評価

    高橋真, 石井淑大, 栗栖太, 佐藤幹子, 李玉友, 久保田健吾

    第56回環境工学研究フォーラム　2019年12月3日

  24. Characteristics of dissolved DNA in activated sludge

    S. Kagemasa, Y.-Y. Li, K. Kubota

    8th IWA Microbial Ecology and Water Engineering Specialist Conference　2019年11月18日

  25. Detection and quantification of viable microbiome in anaerobic sludge digester using propidium monoazide (PMA)-PCR

    J. Ni, S. Hatori, Y. Wang, Y.Y. Li, K. Kubota

    8th IWA Microbial Ecology and Water Engineering Specialist Conference　2019年11月18日

  26. 最初沈殿池越流水を供するウキクサ亜科植物培養槽における溶存有機物の消長

    大谷尭, 岩野寛, 石井淑大, 栗栖太, 久保田健吾, 李玉友

    第56回下水道研究発表会　2019年8月7日

  27. 下水処理プロセスにおける微生物群集構造と溶存有機物組成の関係性の解明

    高橋真, 久保田健吾, 佐藤幹子, 李玉友, 石井淑大, 栗栖太

    平成30年度 土木学会東北支部 技術研究発表会　2019年3月

  28. 下水一次処理水中のウキクサ亜科植物の生長に影響を与える物質の探索

    大谷尭, 岩野寛, 久保田健吾, 李玉友, 栗栖太, 石井淑大

    平成30年度 土木学会東北支部 技術研究発表会　2019年3月

  29. DHS担体付着汚泥の微生物群集構造の遷移

    加藤莉奈, 大久保努, 上村繁樹, 久保田健吾, 小野寺崇, 竹村泰幸

    第53回日本水環境学会　2019年3月

  30. 連続流式一槽式アナモックスプロセスによる常温低濃度アンモニア排水の処理

    陳玉潔, 陳栄, 竹村泰幸, 紀佳淵, 佐久間智士, 久保田健吾, 李玉友

    第53回日本水環境学会　2019年3月

  31. 下水一次処理水に含まれるウキクサ亜科植物の生長に影響を与える物質の探索

    大谷尭, 岩野寛, 石井淑大, 李玉友, 栗栖太, 久保田健吾

    第53回日本水環境学会　2019年3月

  32. 活性汚泥中の溶存態DNA解析による微生物群集の動態解明

    景政柊蘭, 久保田健吾, 李玉友

    第53回日本水環境学会　2019年3月

  33. 下水処理における微生物群集構造と溶存有機物組成の関係性の解明

    高橋真, 久保田健吾, 佐藤幹子, 李玉友, 石井淑大, 栗栖太

    第53回日本水環境学会　2019年3月

  34. ウキクサ亜科植物を用いたエネルギー自立型下水処理システムの適用性の評価

    岩野寛, 大谷尭, 多川正, 玉木秀幸, 李玉友, 久保田健吾

    第53回日本水環境学会　2019年3月

  35. 最初沈殿池+DHSシステムに付加する下水処理水の灌漑利用のための消毒システムの開発

    景政柊蘭, 長町晃宏, 井口晃徳, 久保田健吾, 高橋優信, 原田秀樹, 押木守, 荒木信夫, 大久保努, 上村繁樹, 多川正

    第55回環境工学研究フォーラム　2018年12月

  36. Duckweed for advanced sewage treatment and bioenergy production 国際会議

    Hiroshi Iwano, Syo Hatohara, Tadashi Tagawa, Hideyuki Tamaki, Yu-You Li, Kengo Kubota

    15th Specialized Conference on Small Water & Wastewater Systems and 7th Specialized Conference on Resources Oriented Sanitation　2018年10月

  37. A Novel Sewage Treatment System Using Duckweed 国際会議

    Hiroshi Iwano, Syo Hatohara, Tadashi Tagawa, Hideyuki Tamaki, Yu-You Li, Kengo Kubota

    Water and Environment Technology Conference 2018　2018年7月

  38. ウキクサ亜科植物による下水処理水からの健康関連微生物除去の評価

    鳩原翔, 岩野寛, 久保田健吾, 李玉友, 多川正, 玉木秀幸

    平成29年度 土木学会東北支部 技術研究発表会　2018年3月

  39. ウキクサ亜科植物を用いた下水処理における健康関連微生物除去性能の評価

    鳩原翔, 岩野寛, 久保田健吾, 多川正, 玉木秀幸, 李玉友

    第52回日本水環境学会　2018年3月

  40. 分子量分画膜を用いた迅速・簡便な新規rRNA直接定量法による環境微生物群のマルチプレックス定量

    竹村泰幸, 李玉友, 原田秀樹, 関口勇地, 久保田健吾

    第52回日本水環境学会　2018年3月

  41. 嫌気性消化槽におけるPMA-PCR法を用いた生菌由来DNAに基づく微生物群集構造の解析

    倪 嘉苓, 久保田健吾, 羽鳥伸吾, 李玉友

    第52回日本水環境学会　2018年3月

  42. 初沈+DHS下水処理システムにおける安全な処理水の再利用を実現する消毒システムの開発

    景政柊蘭, 長町晃宏, 多川正, 井口晃徳, 久保田健吾, 原田秀樹, 押木守, 荒木信夫, 大久保努, 上村繁樹

    第52回日本水環境学会　2018年3月

  43. ウキクサ亜科植物を用いたエネルギー自立型下水処理システムの開発

    岩野寛, 鳩原翔, 久保田健吾, 多川正, 玉木秀幸, 李玉友

    第52回日本水環境学会　2018年3月

  44. ウキクサ亜科植物を用いた下水処理水からのバイオエネルギー生産

    岩野寛, 久保田健吾, 玉木秀幸, 李玉友

    第72回土木学会年次学術講演会　2017年9月

  45. 一槽式アナッモクスプロセスに及ぼす有機酸の影響

    郭延, 牛啓桂, 北條俊昌, 久保田健吾, 李玉友

    第20回日本水環境学会シンポジウム　2017年9月

  46. PMA-PCR法を用いた生菌由来DNAに基づく嫌気性消化槽内微生物群集構造解析

    倪嘉苓, 久保田健吾, 羽鳥伸吾, 李玉友

    第20回日本水環境学会シンポジウム　2017年9月

  47. 微生物可視化技術の新展開 招待有り

    久保田健吾

    【東日本支部】2017年度 生物工学フォーラム「微生物のシングルセル解析」　2017年8月21日

  48. ウキクサを介した下水処理水からのバイオエネルギー生産

    岩野寛, 久保田健吾, 玉木秀幸, 李玉友

    第54回下水道研究発表会　2017年8月

  49. Diversity of phages in an anaerobic sludge digester 国際会議

    Jialing Ni, Kengo Kubota, Shinobu Kazama, Yu-You Li

    IUMS2017　2017年7月

  50. Comparison of three primer sets for eukaryotic diversity study in wastewater treatment plant 国際会議

    Lu Li, Kengo Kubota, Jialing Ni, Yu-You Li

    IUMS2017　2017年7月

  51. Long-term Monitoring of Anaerobic Sludge Digester: Microbial Dynamics during Restart-up Period and Steady State 国際会議

    Kengo KUBOTA, Yusuke SHIMADA, Kyohei KURODA, Hideki HARADA, Yu-You LI

    WET (Water and Environment Technology Conference) 2017　2017年7月

  52. P-46 廃水汚泥内apsA mRNA発現微生物群の高感度FISH法による検出(ポスター発表)

    大塚 勇輝, 久保田 健吾, 山口 隆司, 荒木 信夫, 原田 秀樹, 川上 周司

    日本微生物生態学会講演要旨集　2009年

  53. P-123 機能遺伝子を標的としたtwo-pass TSA-FISH法による環境中未培養微生物の検出(ポスター発表)

    長谷川 拓也, 川上 周司, 久保田 健吾, 井町 寛之, 大橋 晶良, 原田 秀樹

    日本微生物生態学会講演要旨集　2009年

  54. P-79 生物脱硫を行うメタン発酵槽に存在するフィラメント硫黄生成細菌(ポスター発表)

    小林 拓朗, 李 玉友, 久保田 健吾, 原田 秀樹

    日本微生物生態学会講演要旨集　2009年

  55. 都市下水処理UASB+DHSシステムにおけるDHSリアクターの微生物叢解析

    久保田健吾, 林幹大, タンドカール マダン, 山口隆司, 原田秀樹

    土木学会第63回年次学術講演会　2008年9月

  56. Microbial community structure in a down-flow hanging sponge reactor 国際会議

    M. Hayashi, M. Tandular, T. Yamaguchi, H. Harada

    12th international symposium on microbial ecology　2008年8月

  57. 機能遺伝子に基づく微生物のシングルセルレベルでの視覚的検出技術の開発

    農芸化学会2008年度大会　2008年3月

  58. 10-188 微好気環境下で硫化水素をS0フィラメントに変換する微生物マットの解析(群集構造解析,研究発表)

    小林 拓朗, 李 玉友, 久保田 健吾, 原田 秀樹

    日本微生物生態学会講演要旨集　2008年

  59. LNA/DNAプローブのFISH法への適用 -交雑効率の改善と特異性評価-

    大橋晶良, 大河原正博, 井町寛之, 原田秀樹

    第62回 土木学会全国大会　2007年9月

  60. PB-29 In situ visualization of single copy genes at the cellular level by ultra sensitive two-pass TSA-FISH with oligonucleotide probes(Monitoring,Poster presentation B) :

    Kawakami Shuji, Kubota Kengo, Imachi Hiroyuki, Harada Hideki, Yamguchi Takashi, Ohashi Akiyoshi

    日本微生物生態学会講演要旨集　2007年

  61. PB-16 Microbial community shift during cultivating a inoculum for mesophilic anaerobic digestion from waste activated sludge and cattle manure(Waste water treatment ecosystem,Poster presentation B) :

    Kobayashi Takuro, Yasuda Daisuke, Kubota Kengo, Li Yu-You, Harada Hideki

    日本微生物生態学会講演要旨集　2007年

  62. Improvement of in situ hybridization efficiency of rRNA-targeted probes using locked nucleic acid 国際会議

    A. Ohashi, H. Imachi, H. Harada

    11th International Symposium on Microbial Ecology　2006年8月

  63. FISH法における低交雑サイトへのLNA/DNAプローブの適用

    大橋晶良, 井町寛之, 原田秀樹

    第40回日本水環境学会　2006年3月

  64. Enhanced in situ hybridization efficiency with LNA-incorporated probes 国際会議

    A. Ohashi, H. Imachi, H. Harada

    The 6th international symposium on Green Energy Revolution　2006年1月

  65. 人工核酸プローブを用いたFISH法

    大橋晶良, 井町寛之, 原田秀樹

    第21回日本微生物生態学会　2005年11月

  66. Two-pass TSA-FISH法によるmRNAの検出

    大橋晶良, 井町寛之, 原田秀樹

    日本農芸化学会関東支部2005年度大会　2005年10月

  67. Two-pass TSA-FISH法による微生物genome上のシングルコピー遺伝子の検出

    大橋晶良, 井町寛之, 原田秀樹

    第60回土木学会全国大会　2005年9月

  68. CARD-FISH for Detection of Functional Gene of Methanogens 国際会議

    A. Ohashi, H. Imachi, H. Harada

    The ASM 105th General Meeting　2005年6月

  69. Dual TSA-FISH法による機能遺伝子の検出

    大橋晶良, 井町寛之, 原田秀樹

    第39回日本水環境学会　2005年3月

  70. A-21 人工核酸プローブを用いたFISH法(モニタリング,口頭発表)

    久保田 健吾, 大橋 晶良, 井町 寛之, 原田 秀樹

    日本微生物生態学会講演要旨集　2005年

  71. Detection of mRNA by CARD-FISH for physiological identification of prokaryotes 国際会議

    A. Ohashi, H. Imachi, H. Harada

    The 4th international symposium on Green Energy Revolution　2005年1月

  72. CARD-FISH法によるシングルセルレベルでのmRNAの視覚化

    大橋晶良, 井町寛之, 原田秀樹

    第20回日本微生物生態学会　2004年11月

  73. Detection and Visualization of Methanogen by Fluorescence in situ Hybridization and Catalyzed Reporter Deposition with 16S rRNA- or mcr mRNA-targeted Oligonucleotide Probe 国際会議

    The 3rd international symposium on Green Energy Revolution　2004年9月

  74. 機能遺伝子を標的としたCARD-FISH法による微生物の特異的検出

    大橋晶良, 井町寛之, 原田秀樹

    第59回土木学会全国大会　2004年9月

  75. Detection and identification of methanogens by CARD-FISH targeting mcrA mRNA 国際会議

    A. Ohashi, H. Imachi, H. Harada

    10th International Symposium on Microbial Ecology　2004年8月

  76. Applicability of catalyzed reporter deposition and fluorescence in situ hybridization (CARD-FISH) for visualization of methanogens 国際会議

    A. Ohashi, H. Imachi, H. Harada

    10th World Congress of Anaerobic Digestion　2004年8月

  77. CARD-FISH法による機能遺伝子mcrA検出の試み

    大橋晶良, 井町寛之, 原田秀樹

    第38回日本水環境学会　2004年3月

  78. A-23 CARD-FISH法によるシングルセルレベルでのmRNAの視覚化(モニタリング,口頭発表)

    久保田 健吾, 大橋 晶良, 井町 寛之, 原田 秀樹

    日本微生物生態学会講演要旨集　2004年

  79. Specific identification of methanogens by CARD-FISH 国際会議

    A. Ohashi, H. Imachi, H. Harada

    The 1st international symposium on Green Energy Revolution　2004年1月

  80. メタン生成古細菌にCARD-FISH法を適用するための細胞壁処理

    大橋晶良, 井町寛之, 原田秀樹

    第40回環境フォーラム　2003年11月

  81. Fluorescence in situ hybridization combined with catalyzed reporter deposition for in situ analysis of metanogens in anaerobic digested sludge 国際会議

    A. Ohashi, H. Imachi, H. Harada

    IWA ASIAN WATERQUAL2003　2003年10月

  82. 高感度CARD-FISH法による16S rRNA含量の少ない環境微生物の検出

    大橋晶良, 原田秀樹

    第37回日本水環境学会　2003年3月

  83. Tyramide Signal Amplificationによるメタン生成古細菌の検出

    大橋晶良, 原田秀樹

    第57回土木学会全国大会　2002年9月

  84. 高感度FISH法による低16S rRNA含量微生物の検出

    大橋晶良, 原田秀樹

    第36回日本水環境学会　2002年3月

  85. Digoxigeninを標識したDNAプローブを用いた微生物の検出

    大橋晶良, 原田秀樹

    第19回土木学会関東支部新潟会　2001年10月

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共同研究・競争的資金等の研究課題 22

  1. 極小未知細菌群の実態を解明する -活性汚泥から切り拓く微生物新世界-

    中井 亮佑, 久保田 健吾, 黒田 恭平, 景政 柊蘭

    2023年4月1日 ～ 2027年3月31日

  2. 脱炭素化に向けた創エネ・リン資源回収型下水高度処理システムの開発

    李 玉友, 北條 俊昌, 安井 英斉, 増田 周平, 久保田 健吾, 佐野 大輔, 覃 宇

    2022年4月1日 ～ 2025年3月31日

  3. 都市下水から薬を創り出す：棄てられたヒト免疫細胞由来遺伝子を活用した抗体医薬開発

    佐野 大輔, 野地 智法, 斉藤 繭子, 久保田 健吾

    2021年7月9日 ～ 2025年3月31日

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    本研究は、都市下水から回収した抗体遺伝子を用いて抗体医薬の合成を行う手法の開発に取り組むものである。研究初年度である令和3年度においては、文献情報をもとに免疫細胞由来遺伝子を増幅するためのプライマーを設計し、都市下水から抽出した総DNAを鋳型として用いたPCRを行い、都市下水から免疫細胞由来遺伝子の増幅産物を取得することを試みた。都市下水は3000xgで30分遠心分離し、得られた沈殿物を下水濃縮サンプルとした。プライマーは複数の組み合わせを合成し、試行錯誤的に下水濃縮サンプルから抽出した総DNAに適用した。その結果、目的遺伝子と思われる増幅産物を得ることに成功した。得られた増幅産物に対して配列解析を行ったところ、ヒト免疫グロブリン由来の遺伝子配列が得られていることが確認された。この結果により、都市下水中に免疫細胞由来遺伝子が存在していることが証明され、本研究のコンセプトが成立可能であることが示された。続いて、得られた増幅産物に対して次世代シーケンシングを行うための前処理を行なった。最終的に、十分な量と純度を持つサンプルが得られたため、次世代シーケンス解析を開始した。

  4. 未培養微小真核生物群の生態・機能解明による活性汚泥食物環モデルの再構築

    久保田 健吾, 山田 剛史

    2021年4月1日 ～ 2024年3月31日

  5. 進化型分子生物工学手法の導入による新規金属資源回収技術の実現

    簡 梅芳, 菅原 一輝, 久保田 健吾, 飯塚 淳

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

    研究機関：Tohoku University

    2019年10月7日 ～ 2023年3月31日

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    2019年末からコロナウィルスによる感染症の世界的流行により、人的交流が強く規制され、本研究が計画した技術取得・技術移転のための研究代表者の簡と学生の台湾渡航がいまだに実施できていない。そのため、まず日本国内にて、金属応答性のある生物機能の探索と、既存の遺伝子工学手法による金属吸着微生物の構築を継続した。 カドミウムの超蓄積植物であるハクサンハタザオ（Arabidopsis halleri ssp. gemmifera)の持つ重金属のトランスポーター遺伝子HMA4と鉄イオンのトランスポーター遺伝子IRT3のカドミウムと亜鉛イオンに対する応答性を調査した。ハクサンハタザオの根において、HMA4はカドミウムと亜鉛に応答して転写量が増加し、一方IRT3は恒常的に転写することを確認した。これらの遺伝子発現制御の情報は、生物学的金属回収微生物の構築に使用する機能遺伝子の選択に知見を提供した。その他、レアメタルのセレンを含有する環境試料を採取でき、その試料からセレン回収に資する微生物の集積培養を開始した。 一方、インターネットを通じた台湾との交流を継続し、今年度は研究協力者の黄先生に招聘され、オンライン形式で国立中興大学生命科学科にてレクチャーを行い、また生命科学院の院長の陳先生に招かれ、台湾でハイブリッド形式で開催された国際会議にで招待講演を行った（オンライン講演）。演題として、前者は生物機能の解明から生物学的環境技術の開発までの道のり、後者は生物工学手法による金属資源回収の研究および持続可能な金属資源の利用について紹介した。

  6. 未知廃水処理微生物群のメタゲノム解析による統合代謝ネットワークの解明

    久保田 健吾

    2021年 ～ 2023年

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    本研究では、廃水処理に関与する微生物群およびそれらの代謝を明らかにすることを目的の１つとしている。基課題研究で、廃水処理汚泥中には普遍的だが存在率が少ない微生物群が存在することを明らかにした。これらの微生物群の代謝機能をメタゲノム解析により解析しようとした場合、解析に十分なクオリティのゲノムビンの構築が通常のメタゲノム解析では困難である。しかしながら廃水処理微生物群を包括的に理解するためには、それらの微生物群を無視することはできない。そこでそれらの微生物群のゲノムビンを獲得し、ゲノム情報に基づいた代謝機能を解明するために、標的とする微生物群のシーケンスデータ回収量を増やす方法について検討を行った。存在量が少ないとはいえ、サンプル間によってその割合が大きく変わるため、まずは標的とする微生物群が多く存在しているサンプルを選定した。下水および産業廃水を処理するバイオリアクターからサンプリングした汚泥を、アンプリコンシーケンシングにより解析し、汚泥内に存在する微生物群の相対存在率を求めた。その結果、一部において他よりも高い相対存在率を示すサンプルが見られたため、これらのバイオリアクター内の汚泥を標的として実験を進めることとした。次に、シーケンス解析においてより多くのリード数を得るための前処理方法について検討を行った。前処理方法の詳細については、現在も検討中であるため詳細は割愛する。この前処理方法により、これまでゲノムビンを構築できなかった様々な微生物群についても代謝機能を推定することが可能となり、廃水処理汚泥内での役割を解明できるようになると考えられる。

  7. 微生物による有機物代謝の集成としての生物学的廃水処理プロセスのモデル化

    栗栖 太, 久保田 健吾

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

    研究機関：The University of Tokyo

    2019年6月28日 ～ 2022年3月31日

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    下水処理場から流入下水と処理水、および活性汚泥を採取し、溶存有機物を高分解能精密質量分析計により化合物種レベルで分析するとともに、有機物分解反応を担う微生物群集について解析した。その結果、微生物群集構造は、流入水組成とは関連性が見いだせなかったのに対し、処理水との関連性が示されたことから、微生物代謝産物としての処理水と微生物組成との関連を示すことができた。また、下水処理水中の有機物のうち、微生物が利用する物質の推定を行う方法を確立することができた。

  8. 金属応答性生物資源の開発によるレアメタル回収技術の基盤構築

    簡 梅芳, 井上 千弘, 菅原 一輝, 飯塚 淳, 久保田 健吾

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2019年4月1日 ～ 2022年3月31日

    詳細を見る 詳細を閉じる

    本研究は、金属応答生物資源の探索、新規金属資源回収微生物の構築およびその金属回収微生物の利用展開を目的として行った。生物資源の探索について、微生物からレアメタルのモリブデン、ニッケルの吸着遺伝子の取得、有毒金属のヒ素と水銀の解毒遺伝子群を特殊な構造で併せ持つ微生物の発見、また、超蓄積植物からヒ素、カドミウム、亜鉛の取込に寄与する遺伝子の発現解析に成功した。金属回収微生物の構築について、モリブデン吸着酵母とニッケル・コバルト吸着大腸菌の作製に成功したうえ、これらの微生物の固定担体についても検討できた。これらの成果は学術論文として7報掲載し、学会発表を７件行った。

  9. 嫌気性微生物を用いた創エネルギー・低炭素型下水処理システムの開発

    李 玉友, 北條 俊昌, 安井 英斉, 増田 周平, 矢口 淳一, 久保田 健吾

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Tohoku University

    2019年4月1日 ～ 2022年3月31日

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    本研究は、水質確保とエネルギー回収の両立を実現できる省エネルギー・低炭素型で下水処理システムを開発するために、嫌気性膜分離法（AnMBR）と担体添加型一槽式アナモックス(Anammox)法を融合した新しいシステムを構築し、実排水を用いた小規模連続試験とパイロット試験を通してその性能を評価した。前段のAnMBRユニットについてHRTと温度を変化させて実験した結果、異なる条件における処理水質、バイオガス生成量、余剰汚泥発生量を把握した。また後段の一槽式Anammoxは、滞留時間2時間で処理水のBODを10mg/L以下に、窒素（T-N）も10mg/L以下にすることができ目標を達成した。

  10. メタゲノム解析と微生物活性可視化技術を用いた下水処理微生物機能の全容解明

    久保田 健吾, 黒田 恭平, 帆秋 利洋

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2018年4月1日 ～ 2021年3月31日

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    本研究では、メタゲノム解析により下水処理微生物の遺伝子情報に基づく代謝機能を解明するとともに、微生物活性可視化技術によって処理に貢献している微生物を検出することで、下水処理に関与する微生物群を解明することを目的とした。日本の下水処理活性汚泥の微生物群集構造およびコア微生物群を明らかにした。またPatescibacteriaなどの未培養微生物群のメタゲノム解析を行い、その機能推定を行った。PMAを用いた細胞生死判断基準法により生きている微生物群の解析を行った。またヘミンを用いた微生物検出技術の開発を行った。

  11. 表面増強ラマン散乱の生体内分子への適用法の開発とそれを用いた微生物代謝機能解明

    久保田 健吾, 羽鳥 伸吾

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関：Tohoku University

    2016年4月1日 ～ 2019年3月31日

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    本研究では微生物代謝解明のためにラマン散乱光を利用する方法に着目し、重水素を用いた培養によるC-D結合に基づいた代謝解明とそのピークを表面増強ラマン散乱 (SERS: Surface Enhanced Raman Scattering) により高感度化する技術開発について検討した。その結果、過剰な金ナノ粒子の洗浄後、エンハンサーを加えて金増感反応を行ったところ、SERS効果によるC-D結合由来のラマンスペクトルが増強された。一方で、金ナノ粒子の発光による大腸菌細胞由来のラマンスペクトルの消失も見られたため、実験プロトコルのさらなる最適化が必要である。

  12. トランスクリプトーム解析による大腸菌の塩耐性獲得機構の解明

    真砂 佳史, 佐野 大輔, 久保田 健吾, 稲葉 愛美

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    2015年4月1日 ～ 2018年3月31日

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    本研究では「大腸菌は海域において塩耐性を獲得し，通常の測定法で検出されるより高濃度で広く存在している」という仮説を立て，その検証を行った。下水処理水の影響を受けている国内の沿岸海域を対象とした現地調査により，夏季に塩を添加した培地の方がコロニー数が高い傾向が認められた。しかし現地試料から単離した大腸菌株であっても，塩添加培地における増殖速度は非添加培地に比べ著しく遅く，塩の存在は生育に負の影響を与えていると考えられた。以上より，環境中の大腸菌の一部は塩耐性を持ち，条件が整えば塩存在下でも増殖できることが示された。これは，海域において大腸菌の見かけの減衰速度が遅くなることを示唆している。

  13. 水環境中の未知ウイルス発見のための選択的メタゲノム解析技術の開発

    真砂 佳史, 原本 英司, 久保田 健吾, 大瀧 雅寛, 斉藤 繭子, 風間 しのぶ

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    2015年4月1日 ～ 2018年3月31日

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    本研究は効率的な新興病原ウイルスの発見に適した検出手法の開発を目標とした。下水中のウイルスゲノム群から解析対象のゲノムのみを選択的に回収し，次世代シーケンシング法によりその塩基配列を決定することで，下水中の存在量が低いウイルスであってもゲノム解析を可能にする手法を開発した。また，下水中のウイルスを対象としたメタゲノム解析を行い，得たほとんどの配列がデータベースに近縁配列がないことを確認した。メタゲノムで得た塩基配列で得た塩基配列をもとに，未知のウイルスによると考えられるコンティグを作成し，その配列を持つウイルスゲノムが国内下水に常在する可能性を示した。

  14. 嫌気性膜分離リアクターを用いた下水処理技術の革新に関する研究

    李 玉友, 北條 俊昌, 久保田 健吾

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2014年4月1日 ～ 2017年3月31日

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    本研究は、低炭素社会に対応した革新的下水処理システムを開発することを目的として、嫌気性処理と機能性分離膜を融合させることで、水質確保とエネルギー回収の両立を実現できる創エネルギー型下水処理システムの確立を目指すものである。AnMBRを用いた下水処理における温度,滞留時間および下水組成の影響を検討することを目的として,人工下水の連続処理実験を行い, 処理性能, 物質収支, 膜性能に及ぼす影響を評価した。また平膜と中空糸膜の２種類の分離膜の機能も評価した。人工下水に対してCOD除去率は95-97%と高かった。一方、界面活性剤AEの除去率が90%以上であったが、LASの除去率が約50%と低かった。

  15. 超高感度FISH法を利用した未知メタン菌の生理・遺伝学的特徴の解明

    井町 寛之, 久保田 健吾, 斎藤 弥生

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関：Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology

    2013年4月1日 ～ 2016年3月31日

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    本研究では系統分類学的に目や綱レベルで未知のメタン菌の生理・遺伝学的な特徴を明らかにするため、超高感度FISH法を利用した方法論を用いて、未知メタン菌細胞を特異的に回収し、最終的にはゲノム配列の決定ならびに分離株の取得を目指すことを目的とした。 mcrA遺伝子に基づいたクローン解析により嫌気性廃水処理汚泥に目レベルで未培養なメタン菌群を発見した。このメタン菌細胞を視覚的に検出するためにDNAポリプローブを利用した超高感度FISH法を行った。様々な細胞壁処理と組み合わせて行ったが、最終的に標的とするメタン菌細胞の視覚的な検出をすることができなかった。

  16. 金粒子を用いた新規微生物検出法の開発:nanoSIMSを用いた微生物代謝機能解明

    久保田 健吾, 諸野 祐樹

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関：Tohoku University

    2013年4月1日 ～ 2016年3月31日

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    本研究では、NanoSIMSを用いた微生物解析時の微生物同定法として、ナノサイズの超微金粒子を用いて微生物を検出する方法の開発を試みた。その結果、金ナノ粒子を直接オリゴヌクレオチドに標識したプローブを用いてISHを行ったのち、NanoSIMS解析を行う一連の技術を開発することが出来、Gold-ISH法として提案した。本技術を用いて、嫌気性処理プロセスにおいて乳酸を資化する硫酸還元菌群を同定することが出来た。

  17. 革新的な無曝気・超省エネ型の好気性廃水処理バイオリアクターの開発と適用性拡大

    原田 秀樹, 上村 繁樹, 久保田 健吾, 大久保 努

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Tohoku University

    2011年4月1日 ～ 2016年3月31日

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    DHS技術の更なる展開のために（1）DHS 技術の適用性拡大と（2）DHS技術の浄化機構の解明のふたつに大別され、主に埋立地浸出水処理、フェノールを含む排水の硝化、硝化と塩濃度の関係、酸素移動特性、微生物群集構造解析と微生物利用について研究を行った。その結果、DHSリアクターの様々な廃水種およびプロセスへの適用可能性が示唆された。また物理化学的、微生物学的なアプローチによりその一部の機構解明することができた。

  18. バクテリオファージの宿主域は正しく評価できているのか?:新規宿主域評価法の開発

    井町 寛之, 久保田 健吾

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関：Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology

    2011年 ～ 2012年

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    本研究課題では、以下の4 つのステップから構成される新規なファージの宿主域同定技術を開発した。(i) EdU (5-ethynyl-2'-deoxyuridine) で標識したファージを微生物叢に感染させ、宿主微生物を光らせる。(ii) 宿主微生物細胞をFACS で回収する。(iii) 回収した微生物細胞の16S rRNA 遺伝子を決定し、宿主微生物の同定をおこなう。(iv) その確認として、宿主微生物の16S rRNA に特異的なDNA プローブを用いたFISH 法とEdU によるファージ標識による2 重染色を行う。

  19. 遺伝子配列特異的微生物回収技術の開発とそれを用いた廃水処理微生物群集の機能解明

    久保田 健吾

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    研究機関：Tohoku University

    2010年 ～ 2011年

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    サンプルをフィルトレーションし、CARD-FISH法を適用した後、フィルターを溶解し、配列特異的に微生物を回収する技術の開発を行った。フィルターを溶解する溶媒やその量、微生物群集構造への影響を評価した。また廃水処理プロセスとしてフェノール処理バイオリアクターの微生物群集構造を解析した。主要3グループについてFISHプローブを設計し、それを用いてグラニュール内の空間分布を明らかにした。

  20. アジア開発途上国における水と衛生の未来予想図と環境政策シナリオの構築

    原田 秀樹, 四蔵 茂雄, 上村 繁樹, 久保田 健吾, 山田 真義

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2008年 ～ 2010年

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    主たるアジアの対象国として、インド、ウズベキスタン、マレーシア、ベトナム等を選択し、水と衛生関係の調査を行った。各国の経済的・社会的特徴を踏まえ、それぞれ、インドでは都市下水と河川の水質汚濁、ウズベキスタンでは農業と灌漑用水の塩害、マレーシア、ベトナムでは地域の重要産業であるパームオイルとゴム製造業からの廃水による水質汚濁に重点を置いて調査した。調査結果より現状分析を行い、環境政策シナリオを提言した。

  21. 活性汚泥法に取って代わる無曝気・超省エネ方式の次世代型下廃水処理システムの創成

    原田 秀樹, 李 玉友, 久保田 健吾, 大橋 晶良, 李 玉友, 久保田 健吾

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Tohoku University

    2007年 ～ 2010年

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    国内においてパイロットスケールのUASB-DHSシステムを運転し、下水処理におけるUASBおよびDHSにおける余剰汚泥発生メカニズム、微生物群集構造解析などの基礎的研究を行い、そのメカニズムを明らかにした。また、DHS単独あるいはDHS-USBシステムを用いて、高濃度アンモニア性窒素含有廃水および埋立地浸出水処理へのDHSリアクターの適用性拡大を行った。また、インドにおいては、現地のプラクティカルな条件下で、新型担体のスタートアップ特性および処理性能を明らかにした。

  22. 環境微生物の機能解明に不可欠なシングルセルレベルでの視覚的な遺伝子検出技術の開発

    久保田 健吾

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)

    研究機関：Tohoku University

    2008年 ～ 2009年

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    微生物の機能遺伝子を細胞を破壊せず視覚的に検出可能な技術を開発することを目的とした。その結果、我々が開発したtwo-pass TSA-FISH法とオリゴヌクレオチドプローブあるいはポリヌクレオチドプローブを用いて、検出可能な技術を開発した。技術の特異性など様々な特徴を調査した。また環境サンプルに適用することで、技術の将来性を示すことが出来た。

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