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微生物の未来 〜 その5 化学肥料と農業と微生物 〜

社員ブログ tsu

こんにちは。ビッグバイオ研究部のtsuです。

 

全国的に梅雨の時期に入りましたね。梅雨の時期はどのようにお過ごしでしょうか?

この時期は程よい湿度と温度でカビは発生しやすくなっています。

微生物を使った防カビに興味がある方は、ぜひ「ビッグバイオ 通販」と検索してみてください。

お役に立てる情報が満載です!

  • はじめに

今回は微生物の未来、その5 化学肥料と農業と微生物と題し、微生物が土を作り、植物を育てる未来を見てくことにしましょう。

読み終わるころには、微生物の新たな可能性を知っていただけると思います!

前回の「その4 微生物が産生するチトクロームP450」をまだご覧になっていない方は、こちらからお読みいただけます。

  • 日本の農業の現状

次のグラフを見てください。

 

Fig. 1 単位面積あたりの農薬使用量の比較

Fig. 2 単位面積あたりの化学肥料使用量の比較

Fig. 1は1haあたりに使われる農薬の量を7ヶ国で比較したグラフです。

日本における農薬の使用量は、国際的にもトップクラスの使用量になっています。

欧米諸国に比べ、非常に多くの農薬を使っていることがわかります。

また、Fig. 2は1haあたりに使われる化学肥料の量を7ヶ国で比較したグラフです。

化学肥料も欧米諸国と比較して多いことがわかります。

 これらの結果からもわかるように、規制の厳しい欧米諸国と比べると、日本の農業は農薬や化学肥料に頼っていると言えます。

ここで問題となるのは、化学肥料や農薬の使用量だけではなく、これらが長い期間使われた土壌についても議論する必要があります。

化学肥料や農薬を長期間に渡って使ってきた土壌は、非常に栄養源が低く、思いも寄らない影響を植物にもたらすことが言われています。

そして土壌に散布された農薬も分解が追いつかず蓄積してくのではと言われており、土が非常に弱った状態になっていると言えるでしょう。

 こういった影響が出ている土壌を使って、いきなり有機農業を始めようとしても、土壌中の栄養の元になる物質が乏しいため、なかなか成果が出ないと考えられます。

有機農業が成功しない一因もここにあるのではないでしょうか?

 最近の報告では、立命館大学生命化学部の久保らによる調査において、「化学肥料と農薬を使ったここ50年間で、ニンジンのビタミンA含有量は約1/3、ほうれん草のビタミンC含有量は約1/4以下に減少している」ということがわかってきています。

 

  • 注目される有機農業とは?

有機農業とは、「農薬や化学肥料に頼らず、自然な土作りをしてから農産物を作る農業形態」です。2006年に「 有機農業推進法」が策定され、この法律の中に次の条件が定義されています。

  • 化学的に合成された肥料や農薬を使用しない
  • 遺伝に組み換え技術を利用しない
  • 農業生産に由来する環境への負荷をできるだけ低減している

この3つの条件をクリアした農法のことになります。

無農薬栽培と混同される方も多いと思われますが、有機農業と無農薬栽培との違いは、無農薬栽培は農産物を作っている期間中に農薬を一切使わないのに対し、

有機農業では、「有機」と認められた農薬のみ使用できます。つまり有機農業=無農薬ということではありません。

有機農業は農林水産省の傘下にある認定機関が許可を出しますが、無農薬栽培は第三者機関による認定はありません。

そのため、優良誤認を防ぐため、「無農薬」や「無化学肥料」などの表示は禁止されています。

  • 微生物が農業を変える!?

化学肥料を慢性的に使用した土壌と人の手が入っていない自然の土壌との大きな違いは「微生物」と言われています。

 かつては、落ち葉や糞尿などの有機物を土壌中の微生物が無機物に分解し、その分解物を使って植物が育っていました。

しかしながら、化学肥料は分解されずに植物に吸収されるため、土壌中には微生物の餌になる有機物がなくなります。

そのため、微生物が生きていけない環境になっているということになります。

先述の立命館大学生命化学部の久保らによる調査によると、日本には微生物が計測できない農地が少なくないと言っています。

その結果、微生物がいない土壌では植物病原菌や害虫が出やすくなるということになります。

これらのことから、先述したように、いきなり有機農業を始めても農産物が育たないので、持続的な農業ができないということになります。

 農業は収穫物の収量も大事ですが、持続することも非常に重要です。

それを解決するための中心的な存在として、「微生物」が重要なキーパーソンと言えるでしょう。

 弊社では「バイオの恵み」という土壌改良材を持っています。

BB菌という微生物の複合体を使った土壌改良材です。

今後、大きな改良を加えて、より多くの農家様にご利用いただけるように考えています。


tsu

研究部 技術開発課に所属するtsuです。時々、社内SEもしています。 研究開発に従事する傍ら、データ分析やアプリケーション開発、データサイエンス関係もしています。研究分野とIT分野を融合するような活動も していきたいですね。 専門はバイオテクノロジーです。

微生物の未来 〜 その4 微生物が産生するチトクロームP450 〜

社員ブログ tsu

タイトル:微生物の未来 〜 その4 微生物が産生するチトクロームP450 〜

 

こんにちは。ビッグバイオ研究部のtsuです。

2022年最初のブログになります。遅くなりましたが、本年もよろしくお願いします!

 

世界情勢が大きく動いて、いろいろと考えることが多くなったのではないでしょうか?

これに関連しているのかどうか不明ですが、急激にサイバー攻撃も増えてきていますね。

どこで何が繋がっているかわからないもので、ちょっとしたことが、ニュースの尻尾になるかもしれませんよ!

 

・ はじめに

今回は微生物の未来、その4 微生物が産生するチトクロームP450と題し、チトクロームP450というタンパク質について見ていくことにしましょう。きっと、微生物のさらなる可能性を感じて、微生物をより理解していただけると思います!

 

前回の「その3 微生物と2021年のノーベル化学賞」をまだご覧になっていない方は、こちらからお読みいただけます。

 

・ チトクロームP450とは?

Fig. 1 チトクロームP450の高次構造

リンクによる

 

チトクロームP450は、有機化合物に一原子酸素を導入するモノオキシゲナーゼ反応を触媒する酵素の総称です。単にP450やCYP(シップ)と呼ばれることがあります

(以下P450とする)。異物代謝や二次代謝産物の生合成など多岐にわたる生命現象を支えており、カビ、酵母、植物、昆虫、魚類、および哺乳動物にいたるまであらゆる生物に存在しています。

還元状態で一酸化炭素と結合したとき、450nm(可視光線の青色に近い波長)に吸収極大を示すことから、チトクロームP450という名前がつけられました。チトクロームとは、ヘモグロビンと類似した構造を持つタンパク質で、細胞呼吸における電子伝達系に関与しています。ところが、チトクロームP450は従来のチトクロームとは本質的に異なります。

チトクロームP450は生体内で多くの生理機能を持っています。例えば、ステロイドホルモンの生合成、胆汁酸の生合成、プロスタグランジン、トロンボキサン、ロイコトリエンなどの生理活性物質の合成、活性型ビタミンD3の生合成などに関与しています。このことから、薬物代謝のための酵素として考えられた時代もあるようです、現在は、薬物代謝のみならず、非常に有用性のある酵素であると認識されています。この酵素の反応パターンは、芳香環の水酸化、側鎖の水酸化、o-脱アルキル、脱ニトロ、脱ハロゲンなど多種多様で、生物の有機化合物分解にとってとても都合の良い反応系になります。

 

・ 微生物とチトクロームP450

P450を作り出す微生物として、Bacillus属、Streptomyces属、Mycobacterium属、Rhodococcus属、Pseudomonas属などが報告されています。

属を超えて広く分布していると考えられていますので、今後さらに多くの微生物にP450が発見されることが期待されます。

ここで、実際にどのような場面で役立っているのか例を見ていきましょう。

 

1. 農薬の分解

防虫剤として使われているカンフルはPseudomonas属により、酢酸とイソ酪酸にまで分解されます。

また、除草剤であるスルホニルウレアはStreptomyces属によって代謝されます。

 

2.有機塩素化合物の分解

Rhodococcus chlorophenolicusによって、ポリクロロフェノールを代謝する事が知られており、クロロフェノールはMycobacterium fortuitumによって代謝されることがわかっています。

また、土壌を燻蒸消毒する農薬であるクロルピクリンやBTM(ブロモトリクロロメタン)、DBPC(1,2-ジブロモ-3-クロロプロパン)なども代謝されることがわかっています。

 

3.芳香族炭化水素類の代謝

殺虫剤であるプレコセン2やベンゾピレン、エリスロマイシン、ワーファリン、テストステロンなどを代謝することがわかっています。

 

4.その他の有機化合物の分解

石油成分であるアルカン類を分解することがわかっています。オクタンやヘキサデカンなどが対象になるようです。

 

このように、さまざまな種類の有機化合物が対象になることがおわかりになることでしょう。

 

・ 最後に・・・・・

現在、日常的に何万種類という化学物質が使用されていると言われています。これら化学物質はさまざまな過程で環境中に放出され、大気圏や水圏、土壌などから検出されています。

環境中に放出された化学物質を除去することは非常に困難で、除去するため新たな化学物質を使用することもあります。ところが、一部の自然界に放たれた化学物質は、微生物が作用して分解・除去され環境に戻されていることも事実です。例えば、クロロホルム(1)、トリクロロエチレン(2)、テトラクロロエチレン(3)、ジクロロメタン(4)を始め、有機塩素化合物やポリビニルアルコール(5)、有機水銀(6)、有機スズ(7)、PCB(8)などを分解することも知られています。これら化学物質の分解に関与しているのが、今回のテーマであるチトクロームP450なのです。

ビッグバイオではBB菌を環境修復技術として利用しています。昨今、さまざまなバイオレメディエーション技術が注目される中、ビッグバイオは20年以上に渡り、微生物による環境浄化技術を開発、実践してきました。今回紹介してきたチトクロームP450に関する知見は、日々更新されていますが、推測の域を超えきれていない知見もたくさんあります。環境中で微生物がチトクロームP450をどのように作り出しているのか不明点が多いため、もし解明することができれば、環境浄化技術をより確かな技術として確立できると期待できます。

 

参考文献

  1.  Bagley, D. M. and Gossett, J. M.(1995)Chloroform degradation in methanogenic methanol enrichment cultures and by Methanosaricina barkeri 227.Appl .Environ. Microbiol.61 : 3195-3201
  2. Arciero, D., Vannelliti, T., Logan, M. and Hooper, A. B. (1989)Degradation of trichloroethylene by the ammonia- oxidizing bacterium Nitrosomonas europaea. Biochem. Biophys. Res. Commun. 159 : 640-643
  3. Freedman, D. L. and Gossett, J. M.(1989)Biological reductive dechlorination of tetrachloroethylene and trichloroethylene to ethylene under methanogenic conditions. Appl. Environ. Microbiol . 55 : 2144-2151
  4. Vannelli, T., Logan, M., Arciero, D. M. and Hooper, A. B.(1990)Degradation of halogenated aliphatic compounds by the ammonia-oxidizing bacterium Nitrosomonas europaea. Appl. Environ. Microbiol . 56 : 1169-1171
  5. Sakazawa, C., Shimano, M., Tanigichi, Y. and Kato, N.(1981)Symbiotic utilization of polyvinyl alcohol by mixed culture. Appl. Environ. Microbiol .37 : 747-756
  6. Olson, B. H., Barkay, T. and Colwell, R. R.(1979)Role of plasmids in mercury transformation by bacteria isolated from the aquatic environment. Appl. Environ. Micribiol .38 : 478-485
  7. 篠田純男, 大 木宏 有機スズ化合物と微生物 水環境学会誌15:505-510
  8. Ahmed, M. and Focht, D. D.(1973)Degradation of polychlorinated biphenyls by two species of Achromobacter. Can. J .Microbiol .19 : 47-52

tsu

研究部 技術開発課に所属するtsuです。時々、社内SEもしています。 研究開発に従事する傍ら、データ分析やアプリケーション開発、データサイエンス関係もしています。研究分野とIT分野を融合するような活動も していきたいですね。 専門はバイオテクノロジーです。