硝化活性汚泥中の鎮痛剤アセトアミノフェンの阻害機構と運命

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J. Hazard. Mater..2020 Jun;399:123104. S0304-3894(20)31093-1. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.123104.Epub 2020-06-04.

硝化活性汚泥中の鎮痛剤アセトアミノフェンの阻害機構と運命

Inhibitory mechanisms and fate of the analgesic drug acetaminophen in nitrifying activated sludge.

Sangeun Park
Oh Seungdae

PMID: 32544770 DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123104.

抄録

本研究では，アセトアミノフェン(N-アセチル-p-アミノフェノール，APAP)の活性汚泥(AS)に対する硝化および好気性条件下での阻害効果と運命を調べた．APAPは用量依存的に2段階の生物学的硝化プロセスを破壊した。100mg/L APAPはアンモニア酸化（硝化の第一段階）を阻害し、相対的な豊富さでニトロソモナス・オリゴトロファの有意な減少（> 80%）を伴った。50mg/LのAPAPはアンモニア酸化には有意な影響を与えなかったが、亜硝酸酸化（硝化の第二段階）を阻害し、Candidatus Nitrospira defluviiを90%以上減少させた。APAPは硝化活性汚泥中で主に生物変換経路を介して除去された。硝化剤と従属栄養微生物の両方がAPAPの全体的な除去に寄与した。ASバイオリアクターは、APAP代謝従属栄養微生物と微生物群集を豊かにするために、炭素、窒素、エネルギーの唯一の供給源として100mg/L APAPに順応させた。馴化期間中には、生物群集の表現型にダイナミックな変化が見られ、種の豊富さと多様性が大幅に減少した。群集の順化はAPAPの生物変換率を有意に増加させた。16S rRNA遺伝子に基づいた群集のプロファイリングにより、APAPAP代謝能力を有するシュードモナスとスフィンゴモナスが選択的に濃縮されていることが明らかになった。

This work investigated the inhibitory effects and fate of acetaminophen (N-acetyl-p-aminophenol, APAP) on activated sludge (AS) under nitrifying and aerobic conditions. APAP disrupted the two-step biological nitrification process in a dose-dependent manner. 100 mg/L APAP inhibited ammonia oxidation (the first step of nitrification) accompanied by a significant reduction (> 80 %) of Nitrosomonas oligotropha in relative abundance. 50 mg/L of APAP had no significant effects on ammonia oxidation but interrupted nitrite oxidation (the second step of nitrification) with more than 90 % reduction of Candidatus Nitrospira defluvii. APAP was removed in nitrifying activated sludge via largely the biotransformation route. Both nitrifiers and heterotrophic microorganisms contributed to overall APAP removal. An AS bioreactor was acclimated to 100 mg/L APAP as the sole source of carbon, nitrogen, and energy to enrich the microbial community with APAP-metabolizing heterotrophs. During acclimation, dynamic changes in community phenotypes occurred with significant reduction in species richness and diversity. Community acclimation significantly increased APAP biotransformation rates. 16S rRNA gene-based community profiling showed selective enrichment for Pseudomonas and Sphingomonas, both with demonstrated APAP metabolic capacity.