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最新の科学で水道水の微生物管理を変えたい!

RESEARCHER
水源が人・動物の糞便や下水によって汚染されると、例えばクリプトスポリジウム、ジアルジアといった病原性原虫の汚染が懸念される。このような水質汚染に対して、大腸菌のような指標菌がこれまで活用されてきた。しかし、これらの菌は、ヒト、ブタ、反芻動物など、どのような動物からも検出される上に、動物の糞便に由来しないものもある。そのため、原虫が存在しない水源でも検出されやすく、汚染の過大評価につながってきた。そこで、これまでの指標菌に代わる新しい汚染指標を提示することを目指している。

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例えば「HF183遺伝子を持ったバクテロイデス属細菌はヒトからしか排出されない」というように、特定の宿主動物をもつ微生物や遺伝子が提案されている。この研究ではヒトを宿主としてもつ微生物に着目して、原虫汚染の指標性について検討している。

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水道水の微生物リスクを評価するためには、水源にどのような病原微生物がいるかを調べる必要がある。特に細菌には多種多様な病原種があるため、遺伝子解析によってそれらを一斉に検出し、河川中の相対濃度を明らかにした。 これまでは1つ1つの病原細菌に的を絞って測定していたが、遺伝子解析を用いることで複数の病原細菌を一気に検出できるようになり、微生物リスクの中身がより詳細に分かってきた。

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調査を行っている琵琶湖・淀川水系での河川水に占める下水処理水の混入割合(推算値)。この水系では中流域から上流域に下水処理場が点在しており、下水処理水が河川に放流されています。下流の浄水場では、放流の影響を受けた河川水を原水として取水しており、意図しない「水の再生利用」が行われています。 研究では、このような下水処理水の混入の影響を調べるために、様々な混入割合の地点で河川水を採水し、指標菌や病原微生物(原虫や細菌)を測定しています。

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調査研究の風景:琵琶湖から流れる瀬田川での採水の様子

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調査研究の風景:河川水から検出されたジアルジア(病原性原虫)の蛍光顕微鏡写真

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調査研究の風景:採水した河川水の大腸菌の培養(紫色のコロニーが大腸菌を示す。)

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調査研究の風景:水道水の従属栄養細菌の培養

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調査研究の風景:リアルタイムPCR。水中の様々な微生物の濃度を定量できる。

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査研究の風景:デジタルPCR。微生物の濃度を非常に正確に定量できる。

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調査研究の風景:水中の微生物のDNAを網羅的に解読できる機器。病原細菌の一斉検出に利用している。

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水質測定を行った河川水(採取場所:高野川、桂川)。※展示用に減菌済。 ジアルジアなどの病原微生物や、新しい指標候補であるHF183(ヒト由来のバクテロイデス属細菌に特有の遺伝子マーカー)やトウガラシ微斑ウイルスが含まれている。なお、雨天時に採水したサンプルのため濁って見えるが、晴天時はこれよりも濁りが薄い。

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どんなタネ?

水道水の水質に関して、主に微生物からみた安全性確保に関する研究を行っています。

上水道システム全体(水源から蛇口まで)にわたって広く研究の対象にしていますが、例えば水源での病原微生物のリスク管理に関する研究をしています。病原微生物は測定が大変なので、大腸菌のような簡単に測れる微生物によって水質が評価されています。しかし、これらは病原微生物が存在しない水源でも検出されやすく、汚染の過大評価につながってしまいます。

そこで、より正しく汚染レベルを示唆できるような指標微生物を探しています。まだ研究途中ですが、大腸菌よりも原虫汚染を正確に示唆できる可能性をもった有望な微生物が挙げられつつあります。

なぜ研究を始めた?

幼い頃から環境問題に関心をもっており、何かしら解決に貢献できればと思っていました。大学4年生のときに今の研究室に配属された当時、実はそれほど水道に興味を持っていたわけではありませんでした。しかし、いざ水道界を垣間見れば、水道水にも実は一般には知られていないような重要な水質の問題があることを知りました。少なくとも日本では水道は当たり前の存在になっていますが、安全で快適な水道水を常に大量に供給することは大変だと思います。今では研究を通してこのような水質課題の解決に少しでも貢献したいと考えています。

なにを変える?

水道局や衛生部局の現場での水質管理に少しでも役立つ知見や技術を集めていきたいと思っています。

例えば、病原微生物は低濃度で濃縮しないと検出できないため、測定に大変な手間がかかります。病原微生物と同じような挙動を示し、簡単に測定できる新たな指標微生物を提案できれば、より簡便に微生物リスクの大きさを評価できるようになるかもしれません。

一方で、病原微生物そのものについての研究も重要です。現状では十分に安全な水道水が供給されていると思いますが、気候変動が進んでいく中で、瞬間的にリスクを増大させるような微生物や特殊な状況があるかもしれません。将来起こるかもしれない水質課題を未然に防ぐ、という視点に立って研究を進めていきたいと思います。

なにが必要?

水道の研究では水源、浄水場、水道管といった様々な場所を扱いますが、大学の実験室にはその「現場」がありません。水道局の方々にご協力いただき、浄水場で試料採取・実験させて頂くことはありますが、そう頻繁にお願いできることではありません。特に給配水の過程での水質変化を調べる際には、地中に埋まっている水道管が現場となり、アクセスできないことがほとんどです。また、「水道の病原微生物」という話題自体がセンシティブな内容で、気軽に測定しづらいことも現場を遠ざける一因となっています。好きなように運転管理や実験・採水ができる小型の浄水場があれば、と思うことが多いです。

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チップ上で血管網を構築し、生体材料のものづくりをする。

藤本 和也
工学研究科 マイクロエンジニアリング専攻