特許 5793617 環境廃液からの可溶性硫酸塩の微生物による自己持続的解毒

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5793617

(24)【登録日】2015年8月14日

(45)【発行日】2015年10月14日

(54)【発明の名称】環境廃液からの可溶性硫酸塩の微生物による自己持続的解毒

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/34 20060101AFI20150928BHJP

   C02F 3/00 20060101ALI20150928BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20150928BHJP

   C12N 1/20 20060101ALI20150928BHJP

【ＦＩ】

   C02F3/34 Z

   C02F3/00 G

   C12M1/00 D

   C12N1/20 D

【請求項の数】40

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-514157(P2014-514157)

(86)(22)【出願日】2011年7月28日

(65)【公表番号】特表2014-519977(P2014-519977A)

(43)【公表日】2014年8月21日

(86)【国際出願番号】IB2011001743

(87)【国際公開番号】WO2012168754

(87)【国際公開日】20121213

【審査請求日】2013年12月9日

(31)【優先権主張番号】789/KOL/2011

(32)【優先日】2011年6月10日

(33)【優先権主張国】IN

(73)【特許権者】

【識別番号】513275311

【氏名又は名称】ウエスト ベンガル ユニバーシティ オブ テクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109586

【弁理士】

【氏名又は名称】土屋 徹雄

(72)【発明者】

【氏名】レイ チャウドゥリー，シャオン

(72)【発明者】

【氏名】タッカー，アショーク，ランジャン

【審査官】 池田 周士郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２６９２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３９９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−００７７７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ ３／００−３／３４

Ｃ１２Ｍ １／００−３／１０

Ｃ１２Ｎ １／００−７／０８

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ａ）第１のマトリックスに固定された乳酸菌（ＬＡＢ）の培地を含む第１のチャンバーおよび
ｂ）第２のマトリックスに固定された硫酸塩還元菌（ＳＲＢ）の培地を含む第２のチャンバー
を含むシステムであって、
前記第１のチャンバーは前記第２のチャンバーと流体連通しており、
前記第１のチャンバーは第１の培養液を単独でまたは環境廃液と組み合わせて受け入れ、乳酸を含む第１の排出廃液を前記第２のチャンバーに放出するように構成され、
前記第２のチャンバーは前記乳酸を含む第１の排出廃液を単独でまたは環境廃液と組み合わせて受け入れ、第２の排出廃液を放出するように構成され、
前記第１のマトリックスに固定された乳酸菌は、前記第１の培養液および／または環境廃液の成分を代謝して前記乳酸を産生し、
前記環境廃液には硫酸塩が含まれ、
前記硫酸塩還元菌は前記第１のマトリックスに固定された乳酸菌が産生した乳酸を前記硫酸塩の還元に用い、
前記第２の排出廃液の硫酸塩濃度は前記環境廃液に比べて低減されるシステム。

【請求項2】

前記第１の排出廃液が、前記第１のチャンバーの乳酸菌の上清である、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第１の培養液が前記第１のチャンバーの前記乳酸菌の増殖、維持またはその両方に適した栄養素を含む、請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

前記第１の排出廃液が前記第１の培養液または環境廃液よりも高い濃度の乳酸を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項5】

前記第２のチャンバーが前記硫酸塩還元菌の増殖、維持またはその両方に適したＳＲＢ培養液成分を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項6】

前記第２のチャンバー内では前記乳酸菌が増殖できない、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項7】

前記第２の排出廃液中の硫酸塩濃度が前記環境廃液の硫酸塩濃度の９０％未満である、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項8】

前記第２の排出廃液中の硫酸塩濃度が前記環境廃液の硫酸塩濃度の１％未満である、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項9】

前記乳酸菌が種Ｇｉｂｅｌｉｏｎ ｃａｔｌａ、Ｎｉｂｅａ ｓｐ．、Ｌａｂｅｏ ｒｏｈｉｔａ、Ｒａｉａｍａｓ ｂｏｌａ、Ｐｕｎｔｉｕｓ ｓｐ．、Ｏｒｅｏｃｈｒｏｍｉｓ ｎｉｌｏｔｉｃｕｓ、Ｈｅｔｅｒｏｐｎｅｕｔｅｓ ｆｏｓｓｉｌｉｓ、Ｓｕｓ ｓｃｒｏｆａ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ、Ｇａｌｌｕｓ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ、もしくはＣａｐｒａ ａｅｇａｇｒｕｓ ｈｉｒｃｕｓの腸から、または発酵食品、乳製品、柑橘類および腐った果物、葉、もしくは長草から単離された細菌の固有株を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項10】

前記硫酸塩還元菌が属Ａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏａｒｃｕｌｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒａｌｅｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂｏｔｕｌｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂｕｌｂｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｃｏｃｃｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｍｉｃｒｏｂｉｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｍｏｎｉｌｅ、Ｄｅｓｕｌｆｏｎｅｍａ、Ｄｅｓｕｌｆｏｓａｒｃｉｎａ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏｎａｌｅｓ、Ｓｙｎｔｒｏｐｈｏｂａｃｔｅｒａｌｅｓ、Ｔｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、またはＴｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏを含む固有の共同体を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項11】

前記乳酸菌または前記硫酸塩還元菌が、純粋な細菌の集団を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項12】

前記乳酸菌または前記硫酸塩還元菌が、混合された細菌の集団を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項13】

前記第１のマトリックス、前記第２のマトリックス、または前記第１および第２のマトリックスの両方が、天然、合成、または半合成材料を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項14】

前記第１のマトリックス、前記第２のマトリックス、または前記第１および第２のマトリックスの両方が、干し草、麦わら、外皮、おが屑、ふすま、米ぬか、豆かす、木屑、プラスチックシート、プラスチックＯ−リング、金属メッシュ、繊維メッシュ、アルギネートビーズ、または合成アスベストを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項15】

前記第１のチャンバーおよび／または前記第２のチャンバーが円筒を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項16】

前記第１のチャンバーおよび／または前記第２のチャンバーが立方体を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項17】

前記第１のチャンバーおよび／または前記第２のチャンバーが波形シートを含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項18】

環境廃液から硫酸塩を除去する方法であって、
ａ）第１の培養液を単独でまたは硫酸塩を含む環境廃液と組み合わせて、第１のマトリックスに固定された乳酸菌（ＬＡＢ）の培地を含む第１のチャンバーに送り、前記乳酸菌は前記培養液および／または環境廃液の成分を代謝して乳酸を産生し、前記第１のチャンバーは前記乳酸を含む第１の排出廃液を放出すること、
ｂ）前記第１のチャンバーからの前記乳酸を含む第１の排出廃液を単独でまたは環境廃液と組み合わせて、第２のマトリックスに固定された硫酸塩還元菌（ＳＲＢ）の培地を含む第２のチャンバーに送り、前記硫酸塩還元菌は前記第１の排出廃液中に存在する前記乳酸を代謝し、前記第１の排出廃液および／または環境廃液中に存在する硫酸塩を還元して、第２の排出廃液を産生すること、および
ｃ）前記第２の排出廃液を前記第２のチャンバーから放出し、前記第２の排出廃液の硫酸塩濃度は前記環境廃液に比べて低減されること
を含み、
前記第１のチャンバーは前記第２のチャンバーと流体連通している、
方法。

【請求項19】

前記第１の排出廃液が、前記第１のチャンバーの乳酸菌の上清である、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記第２のチャンバーが前記第１の排出廃液に加えて、前記硫酸塩還元菌の増殖、維持またはその両方に適したＳＲＢ培養液成分を含む、請求項１８または１９に記載の方法。

【請求項21】

前記第２のチャンバー内で維持される条件下では前記乳酸菌が増殖できない、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項22】

前記乳酸菌および前記硫酸塩還元菌が、純粋な細菌の集団である、請求項１８から２１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項23】

前記乳酸菌および前記硫酸塩還元菌が、混合された細菌の集団である、請求項１８から２１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項24】

環境廃液中の硫酸塩のバイオレメディエーションのためのシステムであって、
ａ）第１のマトリックスに固定された乳酸菌（ＬＡＢ）の培地を含む第１のチャンバーおよび
ｂ）第２のマトリックスに固定された硫酸塩還元菌（ＳＲＢ）の培地を含む第２のチャンバー
を含み、
前記第１のチャンバーは前記第２のチャンバーと流体連通しており、
前記第１のチャンバーは第１の培養液を単独でまたは硫酸塩を含む環境廃液と組み合わせて受け入れ、乳酸を含む第１の排出廃液を前記第２のチャンバーに送るように構成され、
前記第１のマトリックスに固定された乳酸菌は、前記第１の培養液および／または環境廃液の成分を代謝して前記乳酸を産生し、
前記第２のチャンバーは前記乳酸を含む第１の排出廃液を単独でまたは硫酸塩を含む環境廃液と組み合わせて受け入れ、第２の排出廃液を放出するように構成され、
前記硫酸塩還元菌は前記第１のマトリックスに固定された乳酸菌が産生した乳酸を前記硫酸塩の還元に用い、
前記第２の排出廃液の硫酸塩濃度は前記環境廃液に比べて低減されるシステム。

【請求項25】

前記第１の排出廃液が、前記第１のチャンバーの乳酸菌の上清である、請求項２４に記載のシステム。

【請求項26】

前記第１の培養液が前記乳酸菌の増殖、維持またはその両方に適した栄養素を含む、請求項２４または２５に記載のシステム。

【請求項27】

前記第１の排出廃液が前記第１の培養液または環境廃液よりも高い濃度の乳酸を含む、請求項２４から２６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項28】

前記第２のチャンバーが前記硫酸塩還元菌の増殖、維持またはその両方に適したＳＲＢ培養液成分を含む、請求項２４から２７のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項29】

前記第２のチャンバー内で維持される条件下では前記乳酸菌が増殖できない、請求項２４から２８のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項30】

前記第２の排出廃液中の硫酸塩濃度が前記環境廃液の硫酸塩濃度の９０％未満である、請求項２４から２９のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項31】

前記第２の排出廃液中の硫酸塩濃度が前記環境廃液の硫酸塩濃度の１％未満である、請求項２４から３０のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項32】

前記乳酸菌が種Ｇｉｂｅｌｉｏｎ ｃａｔｌａ、Ｎｉｂｅａ ｓｐ．、Ｌａｂｅｏ ｒｏｈｉｔａ、Ｒａｉａｍａｓ ｂｏｌａ、Ｐｕｎｔｉｕｓ ｓｐ．、Ｏｒｅｏｃｈｒｏｍｉｓ ｎｉｌｏｔｉｃｕｓ、Ｈｅｔｅｒｏｐｎｅｕｔｅｓ ｆｏｓｓｉｌｉｓ、Ｓｕｓ ｓｃｒｏｆａ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ、Ｇａｌｌｕｓ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ、もしくはＣａｐｒａ ａｅｇａｇｒｕｓ ｈｉｒｃｕｓの腸から、または発酵食品、乳製品、柑橘類および腐った果物、葉、もしくは長草から単離された細菌の固有株を含む、請求項２４から３１のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項33】

前記硫酸塩還元菌が属Ａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏａｒｃｕｌｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒａｌｅｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂｏｔｕｌｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂｕｌｂｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｃｏｃｃｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｍｉｃｒｏｂｉｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｍｏｎｉｌｅ、Ｄｅｓｕｌｆｏｎｅｍａ、Ｄｅｓｕｌｆｏｓａｒｃｉｎａ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏｎａｌｅｓ、Ｓｙｎｔｒｏｐｈｏｂａｃｔｅｒａｌｅｓ、Ｔｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｔｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏを含む固有の共同体を含む、請求項２４から３２のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項34】

前記乳酸菌または前記硫酸塩還元菌が、純粋な細菌の集団を含む、請求項２４から３３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項35】

前記乳酸菌または前記硫酸塩還元菌が、混合された細菌の集団を含む、請求項２４から３３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項36】

前記第１のマトリックス、前記第２のマトリックス、または前記第１および第２のマトリックスの両方が、天然、合成、または半合成材料を含む、請求項２４から３５のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項37】

前記第１のマトリックス、前記第２のマトリックス、または前記第１のマトリックスおよび前記第２のマトリックスの両方が、干し草、麦わら、外皮、おが屑、ふすま、米ぬか、豆かす、木屑、プラスチックシート、プラスチックＯリング、金属メッシュ、繊維メッシュ、アルギネートビーズ、または合成アスベストを含む、請求項２４から３６に記載のシステム。

【請求項38】

前記第１のチャンバーおよび／または前記第２のチャンバーが円筒を含む、請求項２４から３７のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項39】

前記第１のチャンバーおよび／または前記第２のチャンバーが立方体を含む、請求項２４から３７のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項40】

前記第１のチャンバーおよび／または前記第２のチャンバーが波形シートを含む、請求項２４から３９のいずれか一項に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、任意のかつ全ての目的のため、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１１年６月１０日出願のインド特許出願第７０１／ＫＯＬ／２０１１の利益を主張する。

【0002】

概して本技術は環境廃液のバイオレメディエーションのための方法およびシステムに関する。具体的には、本技術は廃液中に存在する可溶性硫酸塩の硫酸塩還元菌による還元に関する。

【背景技術】

【0003】

種々の人的活動により、地下水の硫酸塩汚染はここ数十年間で増大している。鉱山からの排出水は環境に大量の硫酸塩を放出し、そのため水を環境中に排出することまたはヒトに使用することが不適当になっている。また、農業利用による地下水面の低下によって無酸素層に酸素が浸透し、それにより硫化鉄がＦｅ（ＩＩＩ）水酸化物に酸化され、硫酸塩が生成する。硫酸塩は地下水に浸出し、硫酸塩濃度の増大をもたらす。硫酸塩はまた、腐敗する植物および動物等の源から、ならびに農業、繊維産業、および製造業において使用される化学物質から、給水中に浸出する。

【0004】

地下水の硫酸塩汚染はヒトに多くの健康被害をもたらす。硫酸塩が５００ｍｇ／Ｌを超える水を摂取すると緩下剤効果が引き起こされ、腸の不快感、下痢、さらには脱水がもたらされる。また、２５０〜１０００ｍｇ／Ｌの範囲の硫酸塩の存在は、水に不快な味を与える。硫酸塩汚染により表面水の富栄養化がもたらされ、水の腐食性を増大させることがあることも報告されている。

【0005】

硫酸塩汚染を低減させる方法としては、逆浸透による脱塩、蒸留、またはバリウム等の化学物質を用いる沈殿が挙げられる。しかし、脱塩は工業スケールで用いるには実施不可能なほどに高価である。また、塩化バリウムを用いる硫酸塩の化学的低減はかなりの量の重金属の低減をも保証する一方、硫酸塩を効果的に除去するために必要な塩化バリウムの量は極めて多いので、この方法を工業スケールで実施するのは困難である。

【0006】

バイオレメディエーションは地下水の硫酸塩濃度を低減させる代替処理の選択肢である。しかし、硫酸塩還元菌（ＳＲＢ）の共同体を用いる廃水からの可溶性硫酸塩の処理には限界がある。たとえば、ＳＲＢの継続的な供給が維持されなければならず、また細菌は硫酸塩の還元を支持するために基質／電子供与体の継続的な供給を必要とする。乳酸はＳＲＢの極めて効果的な基質であるが、市販の乳酸を用いてリアクターを運転するには大きなコストがかかる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本明細書において、硫酸塩の自己持続的バイオレメディエーションのための方法およびシステムが提供される。該システムには、ＳＲＢの単離培養による異化的硫酸塩還元のための基質／電子供与体として作用する乳酸を産生させるための乳酸菌（ＬＡＢ）の固定培地が含まれる。ＳＲＢ媒介硫酸塩還元を支持するために内部乳酸源を使用することにより、市販の乳酸菌の必要がなくなり、硫酸塩の大スケールのバイオレメディエーションのコストが大幅に低減される。

【課題を解決するための手段】

【0008】

１つの態様においては、水からの可溶性硫酸塩の除去のためのシステムが提供される。概して、該システムには第１のマトリックスに固定された乳酸菌（ＬＡＢ）の培地を含む第１のチャンバーおよび第２のマトリックスに固定された硫酸塩還元菌（ＳＲＢ）の培地を含む第２のチャンバーが含まれる。例示的な実施形態においては、第１のチャンバーは第２のチャンバーと流体連通している。いくつかの実施形態においては、第１のチャンバーは第１の培養液を単独でまたは環境廃液と組み合わせて受け入れ、第１の排出廃液を第２のチャンバーに放出するように構成されている。例示的な実施形態においては、第２のチャンバーは第１の排出廃液を単独でまたは環境廃液と組み合わせて受け入れ、第２の排出廃液を放出するように構成されている。例示的な実施形態においては、環境廃液には硫酸塩が含まれ、第２の排出廃液の硫酸塩濃度は環境廃液に比べて低減される。

【0009】

１つの態様においては、環境廃液から硫酸塩を除去する方法が提供される。例示的な実施形態においては、該方法には第１の培養液を単独でまたは硫酸塩を含む環境廃液と組み合わせて、第１のマトリックスに固定された乳酸菌（ＬＡＢ）の培地を含む第１のチャンバーに送ることが含まれ、乳酸菌は培養液および／または環境廃液の成分を代謝して乳酸を産生し、第１のチャンバーは第１の排出廃液を放出する。例示的な実施形態においては、該方法には第１のチャンバーからの第１の排出廃液を単独でまたは環境廃液と組み合わせて、第２のマトリックスに固定された硫酸塩還元菌（ＳＲＢ）の培地を含む第２のチャンバーに送ることも含まれ、硫酸塩還元菌は第１の排出廃液中に存在する乳酸を代謝し、第１の排出廃液または環境廃液中に存在する硫酸塩を還元して、第２の排出廃液を産生する。例示的な実施形態においては、該方法には第２の排出廃液を第２のチャンバーから放出することも含まれ、第２の排出廃液の硫酸塩濃度は環境廃液に比べて低減される。

【0010】

例示的な実施形態においては、第２のチャンバーには第１の排出廃液に加えて、硫酸塩還元菌の増殖、維持またはその両方に適したＳＲＢ培養液成分が含まれている。例示的な実施形態においては、第２のチャンバー内で維持される条件下では乳酸菌は増殖できない。例示的な実施形態においては、乳酸菌および硫酸塩還元菌は純粋な細菌の集団である。例示的な実施形態においては、乳酸菌および硫酸塩還元菌は混合された細菌の集団である。

【0011】

１つの態様においては、環境廃液中の硫酸塩のバイオレメディエーションのためのシステムが提供される。例示的な実施形態においては、該システムには第１のマトリックスに固定された乳酸菌（ＬＡＢ）の培地を含む第１のチャンバーおよび第２のマトリックスに固定された硫酸塩還元菌（ＳＲＢ）の培地を含む第２のチャンバーが含まれる。例示的な実施形態においては、第１のチャンバーは第２のチャンバーと流体連通している。例示的な実施形態においては、第１のチャンバーは第１の培養液を単独でまたは硫酸塩を含む環境廃液と組み合わせて受け入れ、第１の排出廃液を第２のチャンバーに送るように構成されている。例示的な実施形態においては、第２のチャンバーは第１の排出廃液を単独でまたは環境廃液と組み合わせて受け入れ、第２の排出廃液を放出するように構成されている。例示的な実施形態においては、第２の排出廃液の硫酸塩濃度は環境廃液に比べて低減される。

【0012】

例示的な実施形態においては、第１の培養液には乳酸菌の増殖、維持またはその両方に適した栄養素が含まれている。例示的な実施形態においては、第１の排出廃液には第１の培養液または環境廃液よりも高い濃度の乳酸が含まれている。

【0013】

例示的な実施形態においては、第２のチャンバーには硫酸塩還元菌の増殖、維持またはその両方に適したＳＲＢ培養液成分が含まれている。例示的な実施形態においては、第２のチャンバー内で維持される条件下では乳酸菌は増殖できない。

【0014】

例示的な実施形態においては、第２の排出廃液中の硫酸塩濃度は環境廃液の硫酸塩濃度の９０％未満である。例示的な実施形態においては、第２の排出廃液中の硫酸塩濃度は環境廃液の硫酸塩濃度の１％未満である。１つの実施形態においては、第２の排出廃液中の硫酸塩濃度はほぼゼロである。

【0015】

例示的な実施形態においては、乳酸菌としてＧｉｂｅｌｉｏｎ ｃａｔｌａ、Ｎｉｂｅａ ｓｐ．、Ｌａｂｅｏ ｒｏｈｉｔａ、Ｒａｉａｍａｓ ｂｏｌａ、Ｐｕｎｔｉｕｓ ｓｐ．、Ｏｒｅｏｃｈｒｏｍｉｓ ｎｉｌｏｔｉｃｕｓ、Ｈｅｔｅｒｏｐｎｅｕｔｅｓ ｆｏｓｓｉｌｉｓ、Ｓｕｓ ｓｃｒｏｆａ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ、Ｇａｌｌｕｓ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ、もしくはＣａｐｒａ ａｅｇａｇｒｕｓ ｈｉｒｃｕｓ等の種の腸から、または発酵食品、乳製品、柑橘類および腐った果物、葉、長草、その他から単離された細菌の固有株が挙げられる。

【0016】

例示的な実施形態においては、硫酸塩還元菌としてＡｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏａｒｃｕｌｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒａｌｅｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂｏｔｕｌｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂｕｌｂｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｃｏｃｃｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｍｉｃｒｏｂｉｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｍｏｎｉｌｅ、Ｄｅｓｕｌｆｏｎｅｍａ、Ｄｅｓｕｌｆｏｓａｒｃｉｎａ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏｎａｌｅｓ、Ｓｙｎｔｒｏｐｈｏｂａｃｔｅｒａｌｅｓ、Ｔｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｔｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ、その他の属を含む固有の共同体が挙げられる。

【0017】

例示的な実施形態においては、乳酸菌または硫酸塩還元菌には純粋な細菌の集団が含まれる。例示的な実施形態においては、乳酸菌または硫酸塩還元菌には混合された細菌の集団が含まれる。

【0018】

例示的な実施形態においては、第１のマトリックス、第２のマトリックス、または第１のマトリックスおよび第２のマトリックスの両方には天然、合成、または半合成材料が含まれる。例示的な実施形態においては、第１のマトリックス、第２のマトリックス、または第１のマトリックスおよび第２のマトリックスの両方として干し草、麦わら、外皮、おが屑、ふすま、米ぬか、豆かす、木屑、プラスチックシート、プラスチックＯ−リング、金属メッシュ、繊維メッシュ、アルギネートビーズ、または合成アスベストが挙げられる。

【0019】

例示的な実施形態においては、第１のチャンバーおよび／または第２のチャンバーは円筒を含む。例示的な実施形態においては、第１のチャンバーおよび／または第２のチャンバーは波形シートを含む。例示的な実施形態においては、第１のチャンバーおよび／または第２のチャンバーは立方体を含む。

【0020】

上記の概要は一例にすぎず、多少なりとも限定することを意図していない。上述の例示的な態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴は以下の図面および詳細な説明を参照することによって明確になる。

【0021】

本開示の上記のおよびその他の特徴は、以下の説明および添付した特許請求の範囲を付随する図面と併せることによって、より完全に明確になる。これらの図面は本開示によるいくつかの実施形態を表現するのみであって、その範囲を限定すると考えるべきではないことが理解された上で、付随する図面を用いて、追加的な細目および詳細を含めて本開示を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1A】１つの実施形態による、波形シートバイオリアクターデザインに用いる波形シートの略図である。

【図1B】１つの実施形態による、波形シートバイオリアクターデザインに用いる波形シート細菌増殖チャンバーの略図である。

【図2】１つの実施形態による、ポンプを通じてチャンバー間に流体連通を有する第１および第２の反応チャンバーの相対位置を示す波形シートバイオリアクターの略図である。

【図3】円筒形バイオリアクターデザインに用いる円筒形細菌増殖チャンバーの略図である。

【図4】立方形バイオリアクターデザインに用いる立方形細菌増殖チャンバーの略図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

詳細な説明および特許請求の範囲に記載した実施形態は例示的にすぎず、限定することを意図していない。本明細書に提示した主題の範囲から逸脱することなしに、他の実施形態を用いることもでき、変更することもできる。本明細書に一般的に記載した本開示の態様は様々な異なった構成に配置し、置き換え、組み合わせ、および設計することができ、これらの全てが明示的に意図され、本開示に組み込まれることは容易に理解される。

【0024】

本明細書において用いるいくつかの用語の定義を以下に規定する。他に定義しない限り、本明細書において用いる全ての技術用語および科学用語は本開示が関係する技術における当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。

【0025】

本明細書においては、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈から明白に他が指示されない限り複数の対象物を含む。たとえば、「ａ ｂａｃｔｅｒｉａ」または「ｔｈｅ ｂａｃｔｅｒｉａ」への言及には、２つ以上の細菌の組み合わせ等が含まれる。

【0026】

本明細書においては、「約」は当業者によって理解され、これが用いられる文脈に応じてある程度変動する。当業者にとって明確でない用語の使用がある場合には、これが用いられる文脈に鑑みて、「約」は特定の用語のプラスまたはマイナス１０％までを意味する。

【0027】

本明細書においては、「バイオレメディエーション」は、環境汚染物質を除去するための微生物の使用を意味する。バイオレメディエーション法はインサイチュで実施すること、即ち汚染された物質をその元の場所で処理すること、またはエクスサイチュで実施すること、即ち汚染された物質をその元の場所から移動して他の場所で処理することができる。

【0028】

本明細書においては、「異化的還元」は電子伝達系における最終的電子受容体としての物質の還元を意味する。異化的還元は、栄養摂取の過程における物質の還元に関連する同化的還元とは区別される。

【0029】

本明細書においては、「乳酸菌」および「ＬＡＢ」は、炭水化物の発酵の代謝最終産物として乳酸を産生するグラム陽性、酸耐性、一般に非胞子形成性、非呼吸性細菌の群を意味する。該細菌は分解する植物および乳製品中に見られる。例示的な細菌の属としては、これだけに限らないが、Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ、Ｌｅｕｃｏｎｏｓｔｏｃ、Ｐｅｄｉｏｃｏｃｃｕｓ、Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ａｅｒｏｃｏｃｃｕｓ、Ｃａｒｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ、Ｏｅｎｏｃｏｃｃｕｓ、Ｓｐｏｒｏｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ、Ｔｅｔｒａｇｅｎｏｃｏｃｃｕｓ、Ｖａｇｏｃｏｃｃｕｓ、Ａｔｏｐｏｂｉｕｍ、およびＷｅｉｓｅｌｌａが挙げられる。乳酸菌単離株の例示的な源としては、これだけに限らないが、Ｇｉｂｅｌｉｏｎ ｃａｔｌａ、Ｎｉｂｅａ ｓｐ．、Ｌａｂｅｏ ｒｏｈｉｔａ、Ｒａｉａｍａｓ ｂｏｌａ、Ｐｕｎｔｉｕｓ ｓｐ．、Ｏｒｅｏｃｈｒｏｍｉｓ ｎｉｌｏｔｉｃｕｓ、Ｈｅｔｅｒｏｐｎｅｕｔｅｓ ｆｏｓｓｉｌｉｓ、Ｓｕｓ ｓｃｒｏｆａ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ、Ｇａｌｌｕｓ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ、もしくはＣａｐｒａ ａｅｇａｇｒｕｓ ｈｉｒｃｕｓ等の種の腸、または発酵食品、乳製品、柑橘類および腐った果物、葉、長草、その他が挙げられる。

【0030】

本明細書においては、「硫酸塩還元菌」および「ＳＲＢ」は、硫酸塩を硫化物に、特に硫化水素に還元しながら有機化合物または分子状水素の酸化からエネルギーを得る細菌および古細菌を意味する。硫酸塩還元菌を含む細菌属としては、これだけに限らないが、Ａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏａｒｃｕｌｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒａｌｅｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂｏｔｕｌｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂｕｌｂｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｃｏｃｃｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｍｉｃｒｏｂｉｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｍｏｎｉｌｅ、Ｄｅｓｕｌｆｏｎｅｍａ、Ｄｅｓｕｌｆｏｓａｒｃｉｎａ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏｎａｌｅｓ、Ｓｙｎｔｒｏｐｈｏｂａｃｔｅｒａｌｅｓ、Ｔｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｔｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ、その他が挙げられる。

【0031】

本明細書においては、「固有の共同体」（単数または複数）は、本明細書に記載した方法またはシステムが実施される地理的領域を原産とする細菌の集団を意味する。固有の共同体は植物または動物の源から単離することができ、純粋な細菌の集団または混合された細菌の集団を含み得る。

【0032】

本明細書においては、「ＳＲＢ培養液」は、硫酸塩還元菌の増殖、維持、またはその両方に適した培養液を意味する。ＳＲＢ培養液の例としては、これだけに限らないが、Ｄｅｕｔｓｃｈｅ Ｓａｍｍｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ ｕｎｄ Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ ＧｍｂＨ（Ｇｅｒｍａｎ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ ａｎｄ Ｃｅｌｌ Ｃｕｌｔｕｒｅｓ）によって推奨されるＤＳＭＺ Ｍｅｄｉｕｍ ６４１が挙げられる。例示的なＳＲＢ培養液は１リットルあたりＮＨ_４Ｃｌ １．０ｇ、Ｎａ_２ＳＯ_４ ２．０ｇ、チオ硫酸Ｎａ・５Ｈ_２Ｏ １．０ｇ、ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ １．０ｇ、ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ ０．１ｇ、ＫＨ_２ＰＯ_４ ０．５ｇ、微量元素溶液ＳＬ−１０（下記）１．０ｍｌ、ビタミン溶液（下記）１０．０ｍｌ、酵母抽出物 １．０ｇ、ＮａＨＣＯ_３ ２．０ｇ、ピルビン酸Ｎａ １．０ｇ、リンゴ酸Ｎａ １．０ｇ、Ｒｅｓａｚｕｒｉｎ ０．５ｍｇ、Ｎａ_２Ｓ・９Ｈ_２Ｏ ７５．０ｍｇを含む。成分は（微量元素、ビタミン、重炭酸塩、ピルビン酸塩、リンゴ酸塩および硫化ナトリウムを除いて）水に溶解し、１分間煮沸し、室温に冷却し、血清ボトルに分注する。オートクレーブ処理後、培養液は残りの成分を加えることによって完成する。培養液のｐＨは７．０〜７．２に調整する。微量元素溶液ＳＬ−１０は１リットルあたりＨＣｌ（２５％、７．７Ｍ）１０．００ｍｌ、ＦｅＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ １．５０ｇ、ＺｎＣｌ_２ ７０．００ｍｇ、ＭｎＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ １００．００ｍｇ、Ｈ_３ＢＯ_３ ６．００ｍｇ、ＣｏＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ １９０．００ｍｇ、ＣｕＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ ２．００ｍｇ、ＮｉＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ ２４．００ｍｇ、Ｎａ_２ＭｏＯ_４・２Ｈ_２Ｏ ３６．００ｍｇを含む。最初にＦｅＣｌ_２をＨＣｌに溶解し、次いで水で希釈した後に他の塩を加える。ビタミン溶液は１リットルあたりビオチン２．００ｍｇ、葉酸２．００ｍｇ、ピリドキシン−ＨＣｌ １０．００ｍｇ、チアミン−ＨＣｌ・２Ｈ_２Ｏ ５．００ｍｇ、リボフラビン５．００ｍｇ、ニコチン酸５．００ｍｇ、ｄ−ｃａ−パントテン酸５．００ｍｇ、ビタミンＢ_１２ ０．１０ｍｇ、ｐ−アミノ安息香酸５．００ｍｇ、リポ酸５．００ｍｇを含む。

【0033】

本明細書においては、「環境廃液」は、環境中に排出される、環境に有害な物質を含む廃水を意味する。環境廃液の例としては、これだけに限らないが、汚染された地下水、鉱山の操業からの廃水、処理場からの廃液排出、下水道、または工業用パイプ、その他が挙げられる。本明細書においては、この用語は処理済みおよび未処理の水の両方を包含する。

【0034】

本明細書においては、「排出廃液」は、本明細書に記載した細菌培地の上清を意味する。用語「第１の排出廃液」は、第１のチャンバーの乳酸菌の上清を意味する。第１の排出廃液は第１のチャンバーの乳酸菌によって産生された乳酸を含み、第２のチャンバーに送られる。用語「第２の排出廃液」は、第２のチャンバーの硫酸塩還元菌の上清を意味する。第２の排出廃液中の硫酸塩濃度は第１の排出廃液および環境廃液の硫酸塩濃度に比べて低い。

【0035】

本明細書においては、「硫酸塩」は、実験式ＳＯ_４^２−を有する多原子アニオンを含む硫酸の可溶性塩を意味する。本明細書に記載した方法およびシステムに適した硫酸塩としては、全ての水溶性硫酸塩が挙げられる。

【0036】

本明細書において、「マトリックス」は、本明細書に記載した細菌が付着でき、本明細書に記載した培養条件に適合した任意の天然、合成、または半合成材料を意味する。例示的な実施形態においては、マトリックス材料としては天然、合成、または半合成材料が挙げられる。例示的な天然のマトリックス材料としては、これだけに限らないが、干し草、麦わら、外皮、おが屑、ふすま、米ぬか、豆かす、木屑、天然アスベスト、およびアルギネートビーズが挙げられる。例示的な合成のマトリックス材料としては、これだけに限らないが、合成アスベスト、合成ゴム、ベークライト（ポリオキシベンジルメチレングリコール無水物）、ネオプレン、ナイロン、ＰＶＣ、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ＰＶＢ、およびシリコーンが挙げられる。例示的な半合成のマトリックス材料としては、これだけに限らないが、加硫ゴム、火薬綿、およびセルロースジアセテートが挙げられる。マトリックス材料はシート、Ｏ−リング、メッシュ、またはビーズ等、用いられる特定の培養条件に適合した任意の形態を取り得る。

【0037】

本明細書に記載した技術を実施する際には、化学、生化学、および微生物学の多くの従来手技が用いられる。これらの手技は当技術においてよく知られており、Ｔｈｅ Ｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ：Ｓｙｍｂｉｏｔｉｃ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｓ、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ、Ｍａｒｔｉｎ編、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ（２００６）；Ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ、２巻、Ｓｈｅｅｈａｎ編、Ｈｕｍａｎａ Ｐｒｅｓｓ（１９９７）；Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ、１９巻、Ｂｅｒｇａｎ編、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ（１９８４）；ＮｏｒｒｉｓおよびＲｉｂｂｏｎｓ、Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ（１９７１）等の入手可能な出版物のいずれにも提供されている。

【0038】

環境廃液中の硫酸塩の除去またはバイオレメディエーションのための方法およびシステムが提供される。概して、本明細書に記載する方法およびシステムには、マトリックスに固定された乳酸菌（ＬＡＢ）の培地およびマトリックスに固定されたＳＲＢの共同体が含まれ、固定されたＬＡＢおよびＳＲＢは個別のバイオリアクターに維持されており、バイオリアクターは流体連通している。概して、該方法には乳酸の産生に適した培養液をＬＡＢの培地に供給すること、およびさらにその乳酸をＳＲＢ共同体に送って環境廃液中の可溶性硫酸塩の異化的還元における基質／電子供与体として用いることが含まれる。

【0039】

例示的な実施形態においては、本明細書に記載したシステムには、第１のマトリックスに固定されたＬＡＢの培地を含む第１のチャンバーおよび第２のマトリックスに固定されたＳＲＢの培地を含む第２のチャンバーが含まれる。例示的な実施形態においては、第１のチャンバーは第２のチャンバーと流体連通している。第１のチャンバーは第１の培養液を単独でまたは硫酸塩を含む環境廃液と組み合わせて受け入れ、第１の排出廃液を放出するように構成されている。第１のチャンバーにはさらに、ＬＡＢの増殖および／または維持に適した第１の培養液が含まれている。第２のチャンバーは第１の排出廃液を単独でまたは硫酸塩を含む環境廃液と組み合わせて受け入れ、第２の排出廃液を放出するように構成されている。第２のチャンバーにはさらに、ＳＲＢの増殖および／または維持に適した第２の培養液が含まれている。例示的な実施形態においては、ＳＲＢ培養液は乳酸を含まない。

【0040】

例示的な実施形態においては、第１のチャンバーのＬＡＢは第１の培養液中に存在する炭水化物を代謝して乳酸を産生し、それにより第１の排出廃液の乳酸濃度は第１の培養液または環境廃液よりも高い。第１の排出廃液は第２のチャンバーに送られる。第２のチャンバーのＳＲＢは第１の排出廃液の乳酸を環境廃液中に存在する硫酸塩の異化的還元のための基質／電子供与体として用い、それにより第２の排出廃液中の硫酸塩濃度は第１の排出廃液および環境廃液に比べて低減される。

【0041】

第２の排出廃液の硫酸塩濃度は当技術で既知の方法によってモニターされる。硫酸塩低減を測定するための例示的な方法を実施例１に示す。例示的な実施形態においては、第２の排出廃液中の硫酸塩濃度は環境廃液中の硫酸塩濃度の９０％未満である。種々の実施形態においては、第２の排出廃液中の硫酸塩濃度は環境廃液中の硫酸塩濃度の５０％、２５％、１０％、または５％未満である。代替の実施形態においては、第２の排出廃液中の硫酸塩濃度は環境廃液中の硫酸塩濃度の１％未満である。理想的な実施形態においては、第２の排出廃液中の硫酸塩濃度はほぼゼロである。

【0042】

可溶性硫酸塩を含む任意の廃液が上述のシステムおよび方法の対象となり得る。大量の可溶性硫酸塩を産生する既知の例示的な業務としては、これだけに限らないが、鉱山の操業、硫酸アンモニウム肥料の使用、硫酸アルミニウムを用いる水処理、繊維の染色における硫酸銅の使用、皮革のなめし、化石燃料の燃焼、および金属の溶錬等の工業活動が挙げられる。本方法は環境廃液の産生の現場で実施する（インサイチュ）ことができ、または廃液を移動させて別の場所で処理する（エクスサイチュ）ことができる。

【0043】

本方法およびシステムは、環境廃液からの硫酸塩の除去またはバイオレメディエーションにおいて、運転コストおよび効率の点で有利である。マトリックス材料に細菌培地を固定することにより、開始培地の連続的産生に伴うコストが低減される。ＬＡＢの場合には、固定培地を使用することにより、長期的な乳酸産生の一貫性が改善される。また、システム内で乳酸が産生されるので、市販の乳酸の必要がなくなり、ＳＲＢ培養液のコストが大幅に低減される。これらの特徴により、特に本明細書に記載した方法およびシステムは大スケールの操業のために実現可能で、しかも費用効果性が高い。

【0044】

乳酸菌（ＬＡＢ）
本明細書に記載した方法およびシステムには、硫酸塩の異化的還元においてＳＲＢの基質／電子供与体として作用する乳酸の産生のためのＬＡＢが含まれる。ＬＡＢは炭水化物発酵の代謝最終産生物として乳酸を産生する。ＬＡＢを含む例示的な属としては、これだけに限らないが、Ａｔｏｐｏｂｉｕｍ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ、Ｌｅｕｃｏｎｏｓｔｏｃ、Ｐｅｄｉｏｃｏｃｃｕｓ、Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ａｅｒｏｃｏｃｃｕｓ、Ｃａｒｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ、Ｏｅｎｏｃｏｃｃｕｓ、Ｓｐｏｒｏｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ、Ｔｅｔｒａｇｅｎｏｃｏｃｃｕｓ、Ｖａｇｏｃｏｃｃｕｓ、およびＷｅｉｓｅｌｌａが挙げられる。

【0045】

ＬＡＢは炭水化物発酵に用いる代謝経路によって分類される。典型的には、ＬＡＢは２つの経路の１つを用いる。過剰のグルコースおよび制限された酸素の条件下では、ホモ乳酸性ＬＡＢはＥｍｂｄｅｎ−Ｍｅｙｅｒｈｏｆ−Ｐａｒｎａｓ（ＥＭＰ）経路において１モルのグルコースを異化して２モルのピルビン酸塩を産生する。ピルビン酸塩の乳酸への還元に伴い、ＮＡＤＨの酸化によって細胞内酸化還元バランスが維持される。典型的には、ホモ発酵の最終産生物には８５％を超える乳酸が含まれる。

【0046】

ヘテロ発酵性ＬＡＢはペントースリン酸経路（別名ペントースホスホケトラーゼ経路）を用いる。ここでは１モルのグルコース−６−リン酸が脱水素されて６−ホスホグルコン酸になり、脱カルボキシル化されて１モルのＣＯ_２を産生する。生成するペントース−５−リン酸は次に開裂して１モルのグリセルアルデヒドリン酸（ＧＡＰ）および１モルのアセチルリン酸を生じる。ＧＡＰはさらに代謝されて乳酸塩になり、アセチルリン酸は還元されてエタノールになる。典型的には、ヘテロ発酵性最終産生物には乳酸５０％およびかなりの量のエタノールおよびＣＯ_２が含まれる。

【0047】

代表的なホモ乳酸性ＬＡＢ属としては、Ｌａｃｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ｅｎｔｅｒｏｃｏｃｃｕｓ、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ、Ｐｅｄｉｏｃｏｃｃｕｓ、ならびにＬ．ａｃｉｄｏｐｈｉｌｕｓ、Ｌ．ｄｅｌｂｒｕｅｃｋｉｉ、Ｌ．ｈｅｌｖｅｔｉｃｕｓ、およびＬ．ｓａｌｉｖａｒｉｕｓ等のＩ群乳酸菌が挙げられる。必須のヘテロ発酵性ＬＡＢとしては、Ｌｅｕｃｏｎｏｓｔｏｃ、Ｏｅｎｏｃｏｃｃｕｓ、Ｗｅｉｓｓｅｌｌａ、ならびにＬ．ｂｒｅｖｉｓ、Ｌ．ｂｕｃｈｎｅｒｉ、Ｌ．ｆｅｒｍｅｎｔｕｍ、およびＬ．ｒｅｕｔｅｒｉ等のＩＩＩ群乳酸菌が挙げられる。条件的ホモ発酵性細菌としては、Ｌ．ｃａｓｅｉ、Ｌ．ｃｕｒｖａｔｕｓ、Ｌ ｐｌａｎｔａｒｕｍ、およびＬ．ｓａｋｅｉ等のＩＩ群乳酸菌が挙げられる。ＬＡＢの両群は本方法に適合している。

【0048】

本明細書に記載した方法およびシステムは任意に、ＬＡＢの純粋な集団または混合された集団を含み得る。本方法は任意に、確立された源から取得された既知の同一性を有するＬＡＢまたは固有のもしくはその他の源から新たに単離されたＬＡＢを含み得る。ＬＡＢの株は当技術で既知の方法を用いて単離し、特性解析することができる。乳酸菌単離株の例示的な源としては、これだけに限らないが、Ｇｉｂｅｌｉｏｎ ｃａｔｌａ、Ｎｉｂｅａ ｓｐ．、Ｌａｂｅｏ ｒｏｈｉｔａ、Ｒａｉａｍａｓ ｂｏｌａ、Ｐｕｎｔｉｕｓ ｓｐ．、Ｏｒｅｏｃｈｒｏｍｉｓ ｎｉｌｏｔｉｃｕｓ、Ｈｅｔｅｒｏｐｎｅｕｔｅｓ ｆｏｓｓｉｌｉｓ、Ｓｕｓ ｓｃｒｏｆａ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ、Ｇａｌｌｕｓ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ、およびＣａｐｒａ ａｅｇａｇｒｕｓ ｈｉｒｃｕｓ等の種の腸が挙げられる。ＬＡＢは発酵食品、乳製品、柑橘類および腐った果物、葉、長草、その他から単離することもできる。ＬＡＢの単離および特性解析の例示的な方法を実施例１に示す。

【0049】

本方法およびシステムにおける使用のためのＬＡＢ株（単数または複数）の選択はいくつかの要素によって決まる。ＬＡＢは第２のチャンバーの固定化ＳＲＢを持続させるために充分なレベルで乳酸を産生する必要がある。ＬＡＢは好ましくは産生される全ての滴定可能な酸の少なくとも４．０％から少なくとも３０％の範囲のレベルで乳酸を産生する。ＬＡＢの乳酸レベルを試験する方法は当技術で既知である。細菌による乳酸産生を測定するための例示的な方法を実施例１に示す。

【0050】

さらに、ＬＡＢはＳＲＢによる硫酸塩の異化的還元を支持する能力に基づいて選択される。常にではないがしばしば、異化的硫酸塩還元を支持する能力は高い乳酸産生レベルと相関することになる。したがって、ＬＡＢはその乳酸産生レベルに加えて、かつそれとは関係なしに、この点に関して特性解析する必要がある。ＬＡＢの異化的硫酸塩還元を支持する能力を測定する方法は当技術で既知である。例示的方法を実施例１に示す。

【0051】

さらに、本方法およびシステムのためのＬＡＢは、固定化されたＳＲＢ培地およびＳＲＢ培養液を含む第２のチャンバーの中で維持された培養条件がＬＡＢの増殖に最適でないように選択され得る。この特徴により、第１の排出廃液中に意図せずに含まれる自由浮遊ＬＡＢによる第２のチャンバーの相互汚染が制限されることになる。ＬＡＢはさらに、その株に対する周囲の増殖条件が、用いるＳＲＢ株の増殖条件と同様になるように選択され得る。

【0052】

本明細書に記載した方法およびシステムのためのＬＡＢの培養条件は、用いる正確な株（単数または複数）によって決まる。しかし、条件には一般にグルコース、ラクトース、または乳酸に変換され得る等価物を含む培養液が含まれる。例示的な実施形態においては、ＬＡＢは１％デキストロース含有Ｌｕｒｉａ Ｂｅｒｔａｎｉ（ＬＢ）培養液中で増殖する。細菌は温度１５℃〜５５℃で、酸性から弱アルカリ性のｐＨで増殖できる。用いるＬＡＢの株によって、条件は好気的、微好気的、または嫌気的であり得る。ＬＡＢを培養するための一般的な方法は当技術で既知である。例示的なＬＡＢの培養条件を実施例１および実施例２に示す。

【0053】

第１のチャンバーにおけるＬＡＢによる乳酸の産生は、当技術で既知の方法を用いて定期的にモニターされ得る。乳酸産生のレベルおよび効率はＬＡＢ培養の健常性および培地の増強または置換の必要性を示すものと解釈される。細菌培養上清中の乳酸を測定するための例示的な方法を実施例１に示す。

【0054】

硫酸塩還元菌（ＳＲＢ）
本方法およびシステムには、環境廃液からの硫酸塩の異化的還元のためのＳＲＢが含まれる。ＳＲＢは終末電子受容体として硫酸塩を利用する厳密なまたは条件的な嫌気性菌である。ＳＲＢによる硫酸塩の還元により、硫化物、特に硫化水素ガスが産生される。ＳＲＢを包含する細菌属としては、これだけに限らないが、Ａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏａｒｃｕｌｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒａｌｅｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂｏｔｕｌｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｂｕｌｂｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｃｏｃｃｕｓ、Ｄｅｓｕｌｆｏｍｉｃｒｏｂｉｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｍｏｎｉｌｅ、Ｄｅｓｕｌｆｏｎｅｍａ、Ｄｅｓｕｌｆｏｓａｒｃｉｎａ、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏｎａｌｅｓ、Ｓｙｎｔｒｏｐｈｏｂａｃｔｅｒａｌｅｓ、Ｔｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、Ｔｈｅｒｍｏｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ、その他が挙げられる。

【0055】

本方法およびシステムは任意に、ＳＲＢの純粋な集団または混合された集団を含み得る。本方法は任意に、確立された源から取得された既知の同一性を有するＳＲＢまたは固有のもしくはその他の源から新たに単離されたＳＲＢを含み得る。ＳＲＢの株は当技術で既知の方法を用いて単離し、特性解析することができる。ＳＲＢ単離株の例示的な源としては、これだけに限らないが、廃水養魚池、湿地、温泉、皮革なめし廃水、およびごみ投棄場が挙げられる。例示的な実施形態においては、ＳＲＢはインド、カルカッタのＥａｓｔ Ｃａｌｃｕｔｔａ Ｗｅｔｌａｎｄから単離された。

【0056】

本明細書に記載した方法のためのＳＲＢの培養条件は、用いる正確な株（単数または複数）によって決まる。全てのＳＲＢについて、条件は厳密に嫌気的でなければならず、ＳＲＢ培養液は窒素で脱ガスしなければならない。本方法においては、ＳＲＢ培養液は乳酸を含まないように調製される。例示的な実施形態においては、ＳＲＢ培養液はＤｅｕｔｓｃｈｅ Ｓａｍｍｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｍｉｋｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｅｎ ｕｎｄ Ｚｅｌｌｋｕｌｔｕｒｅｎ ＧｍｂＨ （Ｇｅｒｍａｎ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ ａｎｄ Ｃｅｌｌ Ｃｕｌｔｕｒｅｓ）によって推奨され、乳酸を含まないように改変されたＤＳＭＺ Ｍｅｄｉｕｍ ６４１である。ＳＲＢ株は、環境の増殖条件が用いるＬＡＢ株の増殖条件と同様になるように選択され得る。

【0057】

第２のチャンバーにおけるＳＲＢによる硫酸塩の還元は、当技術で既知の方法を用いて定期的にモニターされ得る。硫酸塩還元のレベルおよび効率はＳＲＢ培養の健常性および培地の増強または置換の必要性を示すものと解釈される。硫酸塩還元を測定するための例示的な方法を実施例１に示す。

【0058】

システムおよびバイオリアクターの設計
本システムには第１のチャンバーおよび第２のチャンバーが含まれ、第１のチャンバーは第２のチャンバーと流体連通している。概して、第１のチャンバーは第１の培養液を単独でまたは硫酸塩を含む環境廃液と組み合わせて受け入れ、第１の排出廃液を放出するように構成されている。第２のチャンバーは第１の排出廃液を単独でまたは硫酸塩を含む環境廃液と組み合わせて受け入れ、第２の排出廃液を放出するように構成されている。概して、システムは第１のチャンバーから第２のチャンバーへの流体の一方向流れが存在するように設計されている。

【0059】

本明細書に記載したチャンバーは任意にアクリル、ガラス、または乳酸によって腐食されない他の材料から構成され得る。

【0060】

第１および第２のチャンバーは、細菌の増殖および維持の助けとなり、その中で廃液の流れを効率的に制御するのに適した形状であり得る。したがって、１つの実施形態においては、第１および／または第２のチャンバーは円筒形である。他の実施形態においては、第１および／または第２のチャンバーは立方形である。代替の実施形態においては、第１および／または第２のチャンバーはパイプの長さだけ離された波形シートである。リアクターの波形シート部分１０を図１Ａに示す。一般的に上述したように、波形シート部分１０はパイピングまたはダボ３０によって離されたシート２０を含む。パイピングまたはダボ３０は、シートが互いにつぶれて、それによってリアクター中でシートが流体と効率良く接触することを妨げないように、シート２０を単離する。図１Ｂはリアクター本体４０の中に配置された波形シート部分１０の図である。リアクター本体４０はバルブ５０、５１、５２、および５３のうち２つ以上も含む。バルブは入口バルブまたは出口バルブであり得る。いくつかの実施形態においては、リアクターを通る廃液の流れは底部から上部に向かう。そのような実施形態においては、バルブ５０は入口バルブであり、バルブ５１は出口バルブであり得る。他の実施形態においては、廃液の流れは底部から上部に向かい、したがってバルブ５１は入口バルブであり、バルブ５１、５２、および５３のうち１つまたは複数が出口バルブであり得る。さらに他の実施形態においては、リアクターを通る廃液の流れは、バルブ５１を入口バルブ、バルブ５３を出口バルブとする交叉型様式であり得る。正確な流れの設計は、種々のリアクターシステムおよび実施に適合するように改変し得る。

【0061】

図２はＬＡＢリアクター１４０およびＳＲＢリアクター２４０を有するリアクターシステム１００の図である。リアクター１４０、２４０のそれぞれの構造は図１に記載したモデルリアクターと同様である。図２において、リアクターシステム１００は、廃液流をリアクターの底部から上部へと送るように図示されている。廃液は入口バルブ１５０に入り、固定化ＬＡＢ細菌を支持する波形シートシステム１１０を通って上向きに流れる。次いで廃液は出口バルブ１５１から流出し、ポンプ１６０によってＳＲＢリアクター２４０に送られる。廃液は入口バルブ２５０を通ってＳＲＢリアクター２４０に入り、波形シートシステム２１０を通って上向きに流れ、出口バルブ２５１から出る。ポンプは当技術で既知の任意のものでよい。たとえば、ポンプは蠕動ポンプであってよい。

【0062】

他のリアクターデザインを図３および図４に示す。図３には円筒形リアクター３００を示す。リアクター３００にはリアクター中の細菌を支持するマトリックス材料３１０が充填されている。マトリックス材料はまた孔線３２０を有しており、そのため流体の移動およびマトリックス材料３１０との全体にわたる接触が可能である。バルブ３５０、３５１はリアクター３００を通して廃液流を送る。図４には立方形リアクター４００を示す。リアクター４００にはリアクター中の細菌を支持するマトリックス材料４１０が充填されている。マトリックス材料はまた孔４２０または孔線を有しており、そのため流体の移動およびマトリックス材料４１０との全体にわたる接触が可能である。バルブ４５０、４５１はリアクター４００を通して廃液流を送る。

【0063】

上述のように、細菌は波形システムのシート等のマトリックス材料に固定され得る。マトリックスを使用することによって、細菌の増殖に利用可能なチャンバー内の表面積を増大させることと、細菌を固定してチャンバーを出て行く排出廃液中に細菌が含まれないようにすることの二重の目的が果たされる。開示した方法に適合する任意のマトリックス材料を用いることができ、第１および第２のマトリックスは、第１および第２のチャンバー中に維持される条件に基づいて独立に選択され得る。例示的な実施形態においては、マトリックス材料としては天然、合成、または半合成材料が挙げられる。例示的な天然のマトリックス材料としては、これだけに限らないが、干し草、麦わら、外皮、おが屑、ふすま、米ぬか、豆かす、木屑、天然アスベスト、およびアルギネートビーズが挙げられる。例示的な合成のマトリックス材料としては、これだけに限らないが、合成アスベスト、合成ゴム、ベークライト（ポリオキシベンジルメチレングリコール無水物）、ネオプレン、ナイロン、ＰＶＣ、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ＰＶＢ、およびシリコーンが挙げられる。例示的な半合成のマトリックス材料としては、これだけに限らないが、加硫ゴム、火薬綿、およびセルロースジアセテートが挙げられる。

【0064】

マトリックス材料は、これだけに限らないが、シート、Ｏ−リング、メッシュ、またはビーズ等、用いられる特定の培養条件に適合した任意の三次元形態を取り得る。例示的な実施形態においては、マトリックス材料が最初にチャンバーに加えられ、続いて細菌培地が加えられる。代替の実施形態においては、マトリックス材料が細菌と組み合わされ、次いでチャンバーに加えられる。

【0065】

特定のマトリックス材料の選択は、用いる細菌の特徴および操作者の好みによって決まる。たとえば、マトリックス材料は、それに付着する特定の細菌の容量に基づいて、または用いる培養条件下において予期される寿命に基づいて選択される。

【実施例】

【0066】

本明細書に開示した方法およびシステムを、以下の実施例によってさらに説明するが、これらの実施例は決して限定的なものと解釈すべきではない。

【実施例1】

【0067】

ＬＡＢ株の単離および特性解析
要旨：４５種類の動物、植物、および食物源についてＬＡＢの存在を試験した。それぞれの源の水性試料を、炭酸カルシウムを添加したＬｕｒｉａ Ｂｅｒｔａｎｉ（ＬＢ）プレート上で培養した。ＬＡＢ１６株を単離し、ＢａｒｋｅｒおよびＳｕｍｍｅｒｓｏｎ、１３８ Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．５３５（１９４１）の改変法によって乳酸の産生について分析した。ＬＡＢ単離株１６株中、３株（表１）の、インド、カルカッタのＥａｓｔ Ｃａｌｃｕｔｔａ Ｗｅｔｌａｎｄから得られたＳＲＢによる可溶性硫酸塩還元を支持する能力についてさらにスクリーニングした（表２）。ＳＲＢ活性を支持する能力が最も大きいＬＡＢ株を、標準の微生物学的、生化学的、および分子生物学的方法を用いて詳しく特性解析した。株のプロファイルは、以前に報告された株のいずれのプロファイルとも一致しない（表３）。

【0068】

Ａ．ＬＡＢ株の単離および乳酸の測定
以下の４５種の源をＬＡＢ株の存在について試験した。ミルク、チーズ、果実ジュース、サンバー、チャツネ、甘味ヨーグルト、酸味ヨーグルト、地酒、イドリ生地、Ｌａｂｅｏ ｒｏｈｉｔａ（腸）、Ｒａｉａｍａｓ ｂｏｌａ（腸）、 Ｇｉｂｅｌｉｏｎ ｃａｔｌａ（腸）、Ｐｅｎａｅｕｓ ｉｎｄｉｃｕｓ（肉）、 プロバイオティック（プロウェル）、プロバイオティック（Ｌａｖｉｅｓｔ）、プロバイオティック（Ｂｉｎｉｆｉｔ）、パケットミルク（低温殺菌）、ペストリー、バターミルク、マンゴーピックル、チリピックル、ピックルフィラー、Ｓｏｌａｎｕｍ ｔｕｂｅｒｏｓｕｍ、Ｓｏｌａｎｕｍ ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｕｍ、Ｍａｌｕｓ ｄｏｍｅｓｔｉｃａ（ジュース）、Ｍｕｓａ ａｃｕｍｉｎａｔａ（腐ったもの）、ブドウ（腐ったもの）、Ｍａｎｇｉｆｅｒａ ｉｎｄｉｃａ（腐ったもの）、Ｓｏｌａｎｕｍ ｍｅｌｏｎｇｅｎａ（腐ったもの）、Ａｌｌｉｕｍ ｃｅｐａ、Ｏｒｅｏｃｈｒｏｍｉｓ ｎｉｌｏｔｉｃｕｓ ｎｉｌｏｔｉｃｕｓ（腸）、Ｈｅｔｅｒｏｐｎｅｕｔｅｓ ｆｏｓｓｉｌｉｓ（腸）、Ｓｕｓ ｓｃｒｏｆａ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ（肉）、Ｓｕｓ ｓｃｒｏｆａ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ（腸）、 Ｃｈａｒａｐｏｎａ（腸）、Ｐｕｎｔｉｕｓ ｓｐ．（腸）、Ｇａｌｌｕｓ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ（肉）、Ｇａｌｌｕｓ ｄｏｍｅｓｔｉｃｕｓ（腸）、Ｃａｐｒａ ｈｉｒｃｕｓ（肉）、Ｃａｐｒａ ｈｉｒｃｕｓ（腸）、長草、草（芽）、ニガウリ草、カリー葉、およびトマト葉。少量の各試料を滅菌したリン酸塩緩衝液（ＰＢＳ）と混合した。葉の試料は最大周波数で１４分間、超音波処理した。試料を１：１×１０^−８まで段階希釈し、各５０μｌを０．４％ＣａＣＯ_３含有ＬＢ寒天プレート（１％トリプトン、０．５％酵母抽出物、０．５％ＮａＣｌ、１％寒天）上に広げた。プレートを逆転して一夜３７℃で培養した。乳酸菌は、コロニーを取り巻くゾーンにおける培地の透明化によって同定した。ＬＡＢ１６株を単離し、ＢａｒｋｅｒおよびＳｕｍｍｅｒｓｏｎ（１９４１）から改変した以下のプロトコルを用いて、乳酸の産生について分析した。

【0069】

試薬：細菌培養上清中の乳酸を測定するため、以下の試薬を用いた。ＣｕＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏの２０％溶液、ＣｕＳＯ_４・５Ｈ_２Ｏの４％溶液、粉末化した固体状水酸化カルシウム、濃硫酸（比重１．８４）、０．５％ＮａＯＨ中ｐ−ヒドロキシジフェニルの１．５％溶液。

【0070】

銅およびカルシウムによる処理：０．４％ＣａＣＯ_３を添加した液体ＬＢ培養液中で、ＬＡＢ単離株を一夜培養した。細胞を含まない濾液５．０ｍｌを２０％の硫酸銅溶液１．０ｍｌに加え、さらに水４．０ｍｌを加えて溶液を希釈した。粉末化した水酸化カルシウム約１．０ｇを加え、混合物を直ちに激しく振盪した。混合物を時々振盪しながら室温に０．５時間放置し、次いで９０００ｒｐｍで１０分間遠心した。上清を以下に記載するように最終的な発色に用いた。分析のために分割量を取り出す際には、表面フィルムに存在する固体物質がいくらかでも混入するのを避けるように注意した。分割量は表面フィルムの下側から取り出し、ピペットの外側を拭ってきれいにした。

【0071】

発色：銅−カルシウム処理後の上清液体１．０ｍｌを太い試験管に移し、４％硫酸銅溶液５０μｌを加えた。次いで濃硫酸６．０ｍｌを、酸を加える間、試験管の内容物を混合しながら加えた。酸を添加した後、試験管を立てて沸騰水浴中に５分間置いた。次いで試験管を取り出し、冷水中に置いて２０℃未満まで冷却した。試験管の内容物が充分に冷却された後、ｐ−ヒドロキシジフェニルのアルカリ溶液１００μｌを加えた。沈殿した試薬を溶液全体にわたってできるだけ速やかにかつ均一に分散させ、試験管を時々振盪しながら３０℃で３０分間水浴中に置いた。次いで試験管を９０秒間沸騰水浴中に置き、取り出して室温になるまで冷水中で放冷した。沸騰水中で９０秒間加熱することによって過剰の試薬が溶解し、透明な溶液が残る。５９０ｎｍの光学密度（ＯＤ）を測定し、市販の乳酸および乳酸リチウムを用いて別々に調製した曲線によって濃度を決定した。

【0072】

結果：ＬＡＢ１６株による乳酸の産生を表１に示す。産生は滴定可能な全ての酸のうち４．５１％〜２９．８４％の範囲であった。株１０が最大百分率の乳酸を産生し、株２および株１２がこれに次いだ。それらの株の高い乳酸産生レベルに基づき、株２、株１０、および株１２についてＳＲＢ共同体による可溶性硫酸塩還元を支持する能力を試験した（下記パートＢ）。

【0073】

【表1】

【0074】

Ｂ．ＳＲＢによる可溶性硫酸塩還元を支持するＬＡＢ単離株の能力
ＬＡＢ単離株２、１０、および１２について、インド、カルカッタのＥａｓｔ Ｃａｌｃｕｔｔａ Ｗｅｔｌａｎｄから得られたＳＲＢ共同体による可溶性硫酸塩還元を支持する能力を試験した。共同体は可溶性硫酸塩の異化的還元における電子供与体としてＤ−Ｌ乳酸ナトリウムを利用し、Ｎａｓｉｐｕｒｉら、６ Ａｍ．Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｓｃｉ．１５２（２０１０）において以前報告された２５の細菌株からなっている。該株の部分的１６ＳリボソーマルＲＮＡ配列はＧｅｎＢａｎｋ Ａｃｃｅｓｓｉｏｎ Ｎｏｓ．ＧＱ５０３８５４−ＧＱ５０３８７８に報告されている。

【0075】

図２に示すデザインにより、波形シートバイオリアクター中でＬＡＢおよびＳＲＢの培養を行なった。培地は煮沸した干し草を固定マトリックスとして、周囲条件下（温度、ｐＨ、嫌気性を調節しない）で維持した。ＬＡＢは１％デキストロース含有ＬＢ培養液で増殖させた。ＳＲＢはＤＳＭＺ培養液６４１中で増殖させた。ＬＡＢまたはＳＲＢの１％接種材料をそれぞれの培養液に添加し、バイオリアクター中の固定マトリックスを１２時間浸漬した。次いで培地から水を抜き、マトリックスを６時間風乾して、細菌がマトリックスに付着するようにした。新鮮な培養液をバイオリアクターに添加し、乳酸の産生または硫酸塩の還元を２４時間で測定した（表２）。可溶性硫酸塩の源として硫酸ナトリウム（２．０ｇ／Ｌ）および硫酸マグネシウム（１．０ｇ／Ｌ）をＳＲＢ培地に添加した。以前発表された濁度測定（Ｉｃｇｅｎら、１５７（８） Ｒｅｓ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．７８４−９１（２００６））に僅かな改変を加えて硫酸塩を測定した。硫酸塩は塩酸媒体中で塩化バリウムによって沈殿して不溶性の硫酸バリウム結晶を形成した。改変した状態調節試薬は１リットルあたりグリセロール（１０４．１６ｍＬ）、濃塩酸（６０．２５ｍＬ）、および９５％イソプロピルアルコール（２０８．３３ｍＬ）を含んでいた。それぞれの反応について、２５０ｍＬ三角フラスコ中で、細胞を含まない上清２．０ｍＬを超純水で５０倍に希釈し、状態調節試薬５．０ｍＬを添加した。懸濁液を撹拌してよく混合した。塩化バリウム結晶約１ｇを添加し、１．０分、撹拌を継続した。混合物を２．０分、放置して沈殿させた後に、４２０ｎｍで分光学的に濁度を測定した。０〜４０ｐｐｍの範囲のＮａ_２ＳＯ_４標準を用いて調製した標準曲線から、硫酸塩濃度を決定した。

【0076】

結果：ＬＡＢ株によって得られる濃度の２倍の最終濃度で市販の乳酸基質を添加したにも関わらず、ＬＡＢ株１０および株１２は市販の乳酸対照と同程度のレベルで可溶性硫酸塩還元を支持した（表２）。ＬＡＢ株２は、株１０および株１２と同程度の乳酸レベルが得られたにも拘わらず、硫酸塩還元を全く支持しなかった（表２）。

【0077】

【表2】

【0078】

これらの結果に基づいて、標準的な微生物学的、生化学的、および分子生物学的方法を用いる詳細な特性解析のために株１２を選択した。株１２を選択したのは、これがＳＲＢ培養液中では増殖できず、したがってＬＡＢバイオリアクターから意図せずに放出される自由浮遊細胞からのＳＲＢバイオリアクターの相互汚染が起こらないことを保証できるからでもある。

【0079】

Ｃ．ＬＡＢ株１２（ＳＲＣｋｋ．０１）の特性解析
標準的な微生物学的、生化学的、および分子生物学的方法を用いてＬＡＢ株１２の特性解析を行なった（表３）。株のプロファイルは、以前に報告された株のいずれのプロファイルとも一致しない。

【0080】

【表3】

【実施例2】

【0081】

３種の異なったバイオリアクターデザインにおけるＬＡＢによる乳酸産生の比較
要旨：ＬＡＢ株１２（上述）を用いる乳酸産生について３種のバイオリアクターデザインを比較した。

【0082】

Ａ．バイオリアクターデザイン
ＬＡＢによる乳酸産生の効率について、３種のバイオリアクターデザインを比較した。バイオリアクターは表４に示す仕様に従ってアクリルから構成した。

【0083】

【表4】

【0084】

Ｂ．乳酸産生
３種のバイオリアクターデザインのそれぞれにおいてＬＡＢ株１２を増殖させた。円筒形および立方形デザインについては、マトリックス材料として干し草を用いた（表５）。それぞれのバイオリアクターについて１％のＬＡＢ接種材料を用いた。細菌は１％デキストロース含有ＬＢ培養液中で増殖させた。接種の２４、３６、４８、および６０時間後に、ＢａｒｋｅｒおよびＳｕｍｍｅｒｓｏｎ（１９４１）の改変法（上述）を用いて乳酸を測定した。

【0085】

結果：立方形バイオリアクターデザインは、円筒形および波形シートデザインに比べて全ての時点で大幅に高いレベルの乳酸デザインを示した（表５）。

【0086】

【表5】

【0087】

等価物
いくつかの実施形態を説明し記述したが、以下の特許請求の範囲に定義されるより広い態様における技術から逸脱することなく、当技術における通常の技能に従い、その中において変更および改変することが可能であることを理解されたい。

【0088】

本明細書において例示的に記載した実施形態は、本明細書に具体的に開示されていないいかなる要素（単数または複数）、限定（単数または複数）なしに適切に実施することができる。したがって、たとえば用語「含む」（「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」等）は、拡張的にかつ限定なく読むべきである。さらに、本明細書において使用した用語および表現は限定の用語ではなく説明の用語として使用しており、そのような用語および表現の使用において、提示し記述した特徴またはその部分のいかなる等価物をも除外する意図はなく、特許を請求する技術の範囲内において種々の改変が可能であることが認識される。さらに、「基本的に〜からなる」という語句は、具体的に列挙した要素ならびに特許を請求する技術の基礎的および新規な特徴に実質的に影響しない追加的な要素を含むものと理解されよう。「〜からなる」という語句は、特定されていないいかなる要素も除外する。

【0089】

本開示は、本出願に記載した特定の実施形態に関して限定するべきではない。当業者には明白なように、その精神および範囲から逸脱することなく、多くの改変および変化が可能である。本開示の範囲内の機能的に等価な方法および組成は、本明細書に列挙したものに加えて、上記の記述から当業者には明白であろう。そのような改変および変化は、添付した特許請求の範囲に含まれることが意図されている。本開示は、添付した特許請求の範囲に権利が与えられる全ての範囲の等価物とともに、特許請求の範囲の用語によってのみ限定されるべきである。本開示は、当然変動し得る特定の方法、試薬、化合物、組成物または生物学的システムに限定されないと理解すべきである。本明細書において使用した用語は特定の実施形態を説明するためのみであって、限定することを意図するものではないことも理解すべきである。

【0090】

本明細書において言及した全ての出版物、特許出願、発行特許、および他の書類は、それぞれの個別の出版物、特許出願、発行特許、および他の書類が全体として参照により組み込まれると具体的かつ個別に示されているかのように、参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれたテキストに含まれる定義は、それらが本開示における定義と矛盾する限りにおいては除外される。

【0091】

さらに、本開示の特徴または態様がマーカッシュグループに関して記述される場合には、したがって本開示もマーカッシュグループの任意の個別の構成要素または構成要素のサブグループに関して記載されていることを、当業者は認識するであろう。

【0092】

当業者には理解されるように、任意のかつ全ての目的のため、特に書面による明細書の提供に関して、本明細書に開示した全ての範囲は、任意のかつ全ての可能な小範囲およびその小範囲の組み合わせをも包含する。列挙されたいかなる範囲も充分に説明しており、同じ範囲を少なくとも等価の半分、三分の一、四分の一、五分の一、十分の一等に分割することができることが容易に認識できる。非限定的な例として、本明細書において検討したそれぞれの範囲は、低位三分の一、中位三分の一および高位三分の一等に容易に分割できる。また当業者には理解されるように、「まで」、「少なくとも」、「より大きい」、「より少ない」等の全ての用語は言及した数を含み、上で検討したように、引き続いて小範囲に分割することができる範囲を意味する。最後に、当業者には理解されるように、範囲はそれぞれの個別の構成要素を含む。

【0093】

種々の態様および実施形態を本明細書に開示したが、当業者には他の態様および実施形態は明白であろう。本明細書に開示した種々の態様および実施形態は説明のためのものであって限定することを意図するものではなく、真の範囲および精神は以下の特許請求の範囲に示されている。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】