Microbial populations stimulated by lanthanoids in groundwater of Pliocene diatomaceous mudstone of northernmost Japan

ランタノイドによって活性化された日本最北の鮮新世の珪藻泥岩地下水に存在する微生物群集

天野 由記   ; 遠藤 貴志; 根本 一昭; 舘 幸男  

Amano, Yuki; Endo, Takashi; Nemoto, Kazuaki; Tachi, Yukio

本研究では、天然環境においてアクチノイドのアナログ元素となるランタノイドに活性化される微生物群集に関する調査を行った。幌延深地層研究センター地下施設内に掘削されたボーリング孔から地下水を採取し、地下水中に存在する微生物を嫌気条件下でランタノイドとともに培養した。培養試験中、添加したランタノイド元素, 鉄, 硫黄の濃度を吸光光度法およびICP-MSを用いて測定するとともに、微生物群集組成について次世代シーケンサーを用いた解析を行った。その結果、初期の地下水と培養後の地下水中の微生物群集組成は異なることが示され、培養前の地下水はFirmicutes, Proteobacteria,およびChloroflexi等が優占する多様な微生物群で構成されていたのに対し、ランタノイド添加後の地下水は、金属還元能力を有することで知られているChlostridium, GeorgfuchsiaもしくはRodobacter spp.に近縁な種が増殖していることが明らかになった。これらの結果は、高レベル放射性廃棄物の地層処分システムにおいて、微生物とアクチノイドの相互作用が起こる可能性を示唆している。

High-level radioactive waste (HLW) from nuclear power generation must be disposed in a safe manner for at least 100,000 years until the radiation dose is reduced to the levels of natural radiation dose in subsurface environments. Interaction of long-lived radionuclides with subsurface microorganisms has been studied to evaluate the effect of radionuclides migration in subsurface environments. However, the microbial activities and their mechanisms of radionuclide transformation are poorly understood. In this study, we investigated microbial populations stimulated by lanthanoids as analogue elements for actinides in natural systems. Groundwater samples collected from boreholes in the subsurface environment at Horonobe Underground Research Laboratory, Japan, were incubated anaerobically with lanthanoids. During the incubation experiments, concentrations of lanthanoids, total Fe, Fe, S were measured by absorption spectrophotometry and ICP-MS. Microbial community compositions were analyzed by next generation sequencing the V4 region of the 16S rRNA gene on an Illumina Miseq. Phylogenetic analyses obtained from the original and incubated groundwaters revealed that microbial populations were changed from the original one. The original groundwater showed diverse microbial community structure with the dominant phylotypes clustered within the phylum Firmicutes, Proteobacteria, and Chloroflexi. In the lanthanoids added systems, microorganisms related to Chlostridium, Georgfuchsia or Rodobacter spp. increased by the incubation. These results indicate that interaction between microorganisms and actinides may effect on radionuclide migration in HLW systems.