銅を“鉱石レベル”まで高濃縮する新規微生物を発見~鉄酸化細菌による銅の濃縮機構を解明し、バイオマイニングへ期待~

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2025-12-12 愛媛大学

愛媛大学と理化学研究所などの共同研究グループは、鉱山跡地の中性鉱山排水から、銅を“鉱石レベル”まで高濃縮・固定できる新規の鉄酸化細菌を世界で初めて純粋分離した。この細菌は強力な鉄酸化作用を持ち、その過程で銅が沈殿・集積されることで高濃度濃縮が生じることが分かった。ゲノム解析からは、複数の銅排出遺伝子群を備えた高い銅耐性機構が確認され、毒性の高い銅環境下でも生育可能であることが示された。また本菌は独立栄養菌であり、有機炭素を必要としないため、環境負荷の低い「カーボンニュートラル型」金属回収技術への応用が期待される。本成果は、微生物を利用したバイオマイニングや環境浄化技術の発展に重要な知見を与えるものである。

銅を“鉱石レベル”まで高濃縮する新規微生物を発見~鉄酸化細菌による銅の濃縮機構を解明し、バイオマイニングへ期待~
純粋分離に成功した鉄酸化細菌の電子顕微鏡写真(スケールバー:1 μm)

<関連情報>

銅耐性鉄酸化細菌により引き起こされる中性鉱山排水の高レベル銅濃縮 Percent-Level Copper Mineralisation Promoted by Copper-Tolerant Iron-Oxidising Bacteria in Circumneutral Mine Drainage

Kazuya Tanimoto, Shingo Kato, Kohei Tokunaga, Natsuko Hamamura, Moriya Ohkuma, Satoshi Mitsunobu
Environmental Microbiology  Published: 30 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1111/1462-2920.70212

ABSTRACT

Geomicrobiology of copper (Cu) and iron (Fe) in circumneutral-pH drainage from a Japanese Cu mine was investigated, with a focus on Fe(II)-oxidising microorganisms. Cu in the drainage was rapidly removed through Fe(II) oxidation and subsequent Fe(III) biomineralisation. The resulting Fe(III) biomineral-rich sediment contained up to ~2 wt% Cu, a percent-level high content. XAFS and XRD analyses directly demonstrated that Cu was predominantly associated with poorly crystalline Fe(III) oxyhydroxides. The microbial community in the drainage was dominated by chemolithotrophic Fe(II)-oxidising bacteria of family Gallionellaceae (33.8%), suggesting their key role in Cu and Fe biomineralisation. Using a custom-made medium, Gallionellaceae bacteria were enriched and a representative strain TK5 was isolated. 16S rRNA gene analysis revealed that TK5 was almost identical to the most abundant taxon at the site and likely represents a novel species of genus Sideroxyarcus. Physiological and genomic analyses confirmed its Fe(II) oxidation ability and a relatively high Cu(II) tolerance (up to 50 μM), which is about 20-fold higher than on-site Cu concentration. Strain TK5 is the first known Cu-tolerant Fe(II)-oxidising Gallionellaceae isolate. Batch experiments demonstrated that TK5 effectively promoted Cu deposition via Fe(III) biomineralisation. This study highlights the potential of Fe(II)-oxidising bacteria for Cu bioremediation and biomineralisation under circumneutral-pH conditions.

生物環境工学
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