バイオレメディエーション

バイオレメディエーション（bioremediation）は微生物や菌類や植物、あるいはそれらの酵素を用いて有害物質で汚染された自然環境（土壌汚染の状態）を、有害物質を含まない元の状態に戻す処理のことである。

バイオレメディエーションの典型例は、劣化した有機塩素化合物のような特定の土壌汚染物質を、微生物によって処理するような場合である。より一般的なアプローチの例としては、重油等で汚染された土地において、その土地に常在する、または外来のバクテリアによる重油の分解を促進させるため、窒素や硫黄肥料を施用することにより、油流出の浄化を図るような場合がある。

[編集] 概要と適用

自然界で作用しているバイオレメディエーションとファイトレメディエーション（Phytoremediation）は何世紀にも渡り利用されてきた。例えばファイトレメディエーションによる農地の塩分除去などは古くから行われてきた方法である。微生物を用いたバイオレメディエーション技術はGeorge M. Robinsonにより初めて包括的に紹介された。彼はカリフォルニア州サンタマリアの石油エンジニア助手であった。彼は1960年代の空き時間を汚らしい壺や様々な微生物の混合物と過ごした。

バイオレメディエーション技術は一般に現場型と 施設型に分類できる。 現場型バイオレメディエーションはその場所における汚染された物質の処理を指し、原位置浄化と呼ばれる。一方施設型は別の場所で処理するために汚染された物質を除去するものを指す。バイオレメディエーション技術の例としてはバイオベンティング, landfarming, バイオリアクター, 堆肥化, bioaugmentation, ファイトレメディエーション, biostimulationなどがある。

しかしながら、全ての汚染物質が微生物を用いたバイオレメディエーションによって容易に処理できるわけではない。例えば、カドミウムや鉛のような重金属は微生物によって容易には吸収されたり捕捉されたりしない。水銀のような金属の食物連鎖への混入は事態を悪化させる。多くの植物はそれらの毒物を地上部に生物濃縮することができ、それらは収穫によって除去できるため、ファイトレメディエーションはそのような状況で役立つ。収穫された植物体内の重金属は、燃焼で灰の形にすることにより、さらに濃縮できる。

[編集] 遺伝子工学的アプローチ

バイオレメディエーションに特に役立つような微生物の作出における遺伝子工学の利用^[1]は、大きな可能性を秘めている。 Deinococcus radiodurans (知られている中で最も放射能耐性の高い微生物)というバクテリアは、放射能の高い核廃棄物^[2]からトルエンや水銀イオンを吸収し消化するように改良されてきた。

[編集] 利点

バイオレメディエーションには、掘削なしにはアクセス不能な区域に採用できる多くのコスト上および効率上の利点がある。例えば、炭化水素（とりわけ石油）の漏出やある種の塩素系溶剤が地下水を汚染する場合があり、適切な電子受容体あるいは電子供与体改良剤の導入は、順化に要する一定のタイムラグの後、汚染物質濃度をかなり減少させうる。これは掘削とその後の別の場所への投棄や焼却処理やその他の「施設型」処理法に比べはるかに安上がりであり、炭化水素が地下水を汚染した場所で一般的に行われている「汲み上げ処理」の必要性を大きく下げる。

[編集] バイオレメディエーションのモニタリング

バイオレメディエーションの進行状況は土壌や地下水の「酸化還元電位(redox)」やpH、温度、DOまたは酸素濃度、電子受容体/供与体濃度、分解生成物（例、二酸化炭素）などを測定することにより間接的に監視できる。下の表は生物学的分解速度と酸化還元電位の関係を示している。

過程	反応	酸化還元電位 (E_h in mV)
好気:	O₂ + 4e^- + 4H⁺ → 2H₂O	600 — 400
嫌気:
脱窒	2NO₃^- + 10e^- + 12H⁺ → N₂ + 6H₂O	500 — 200
第4マンガンの還元	MnO₂ + 2e^- + 4H⁺ → Mn₂⁺ + 2H₂O	400 — 200
第3鉄の還元	Fe(OH)₃ + e^- + 3H⁺ → Fe²⁺ + 3H₂O	300 — 100
硫黄の還元	SO₄2^- +8e^- +10H⁺ → H₂S + 4H₂O	0 — -150
発酵	2CH₂O → CO₂ + CH₄	-150 — -220

ある場所においてそれ自体は修復の進行状況についてほとんど情報を与えない。

汚染された場所およびその周囲で、酸化還元電位の等値線を引くのに十分な数のサンプルをとる必要がある。等値線はふつうクリッギング内挿などができる特殊なソフトウェアを用いて作成される。
もし酸化還元電位の全ての測定値が電子受容体が使い果たされていることを示していたら、微生物の全活動が実質的に完了していることを意味している。汚染物質の濃度とその分解生成物が環境基準を下回っているかどうかを判定するには化学分析もまた求められる。
微生物が活性化しているかどうかはATP分析や酸素消費量等を調べる。

[編集] 引用文献

^ Lovley, DR (2003). “Cleaning up with genomics: applying molecular biology to bioremediation”. NATURE REVIEWS. MICROBIOLOGY. 1 (1): 35–44. PMID 15040178.
^ Brim H, McFarlan SC, Fredrickson JK, Minton KW, Zhai M, Wackett LP, Daly MJ (2000). “Engineering Deinococcus radiodurans for metal remediation in radioactive mixed waste environments”. NATURE BIOTECHNOLOGY 18 (1): 85–90. PMID 16645051.