廃水処理中に細菌が直面する化学的および物理的ストレスは、細菌間の遺伝子伝達に影響を与える可能性があります。しかし、カルタヘナ科学技術大学の研究者らは、ストレッサーの特定の組み合わせでは遺伝子導入速度が大幅に増加する一方、他の組み合わせでは遺伝子導入速度が低下することを発見した。この発見は、廃水処理と再利用の設計と管理のベストプラクティスに役立つ可能性があります。
キング・アブドラ科学技術大学の研究者らは、廃水処理におけるストレス要因の組み合わせが細菌の遺伝子伝達率に影響を与えることを発見した。彼らの結果は、精密濾過膜が砂濾過よりも細菌濃度と eDNA 濃度を低減する効果が高く、それによって遺伝子導入を最小限に抑えることができることを示しました。画像出典: 2023KAUST;ファン・ヘノ
世界的には、多くの地域が処理済み廃水を潜在的に貴重な淡水資源と考えています。 「サウジ・ビジョン2030の一環として、水の再利用と処理率を高める必要がある」と、研究を主導したホン・ペイイン氏のグループの博士課程学生、ボセイナ・アル・ガシュガリ氏は述べた。 「安全な廃棄と再利用を促進することが不可欠です。」
細菌は周囲環境から細胞外 DNA (eDNA) を自然に吸収し、機能遺伝子を自身のゲノムに組み込むことができます。処理された廃水には、比較的高濃度の細菌と eDNA が含まれる場合があります。また、細菌は、紫外線、消毒化学副産物、薬剤など、eDNA の取り込みと統合を促進することが知られているストレス因子にさらされます。
「いくつかの研究は、塩素化廃水における細菌の水平遺伝子伝達に対する個々のストレッサーの潜在的な影響を強調している」とアル・ガシュガリ氏は述べた。 「しかし、実際の廃水環境では、複数のストレス要因が同時に存在します。私たちの目的は、これらの要因の複合的な影響を理解することでした。」
廃水を処理して安全に再利用すると、貴重な淡水資源が得られます。画像出典: 2023KAUST;ファン・ヘノ
研究者らは、複数のストレッサーが遺伝子導入率に相加的な影響を与えるのではないかと仮説を立てた。しかし驚くべきことに、状況ははるかに複雑です。それらの作用機序に応じて、いくつかの組み合わせは相乗的に遺伝子導入速度を大幅に増加させ、いくつかの組み合わせは中立的な効果をもたらし、その他の組み合わせは遺伝子導入速度を低下させます。
「例えば、細菌の細胞壁の透過性を高めるストレッサー（薬物カルバマゼピンなど）が、DNA損傷を引き起こすストレッサー（日光への曝露など）と順番に組み合わされると、2つのストレッサーが相乗効果をもたらす可能性がある」とアル・ガシュガリ氏は述べた。 「また、ストレッサー（クロロホルムなど）が有害な方法でeDNAと直接相互作用すると、DNAの細菌ゲノムへの組み込みがブロックされ、拮抗作用が生じることもわかりました。」
この複雑さにより、複数のストレス要因の複合的な影響を予測することが困難になり、下流の再利用環境に意図しない結果が生じる可能性があるかどうかを評価する能力が複雑になります。しかし、研究結果は廃水処理に関して明確な結論を導き出しました。
廃水処理プロセスにおける重要な目標は、廃水中の細菌と eDNA の濃度を低く維持し、それによって遺伝子伝達を最小限に抑えることです。
「精密濾過膜は細菌や細胞外DNAを自然の形質転換に有害なレベルまで除去できるため、廃水処理施設には砂濾過ではなく精密濾過膜を設置すべきだと考えています」とホン氏は述べた。 「精密ろ過膜は砂ろ過よりも設置と運用に費用がかかりますが、私たちは電力会社にこの予防措置を講じることを強く勧めます。」