共和環境微生物研

　今治キャンパスでの新しい獣医学部教育の6年間を終えて、東京に戻りました。4月からは共和化工の環境微生物学研究所に勤めることになりました。種々の下水汚泥などを「汚れた泥」と考えて焼いてしまうことはしません。活性汚泥は好気性の細菌や原生動物の塊なのです。従って、もやさないで好気性好熱菌で高熱性生分解（生物学的燃焼？）して、無機肥料にして再生しようという面白い発想の研究所です。以下は、所長としてのあいさつ文です。

好熱菌の権威であった大島泰郎先生の後を継いだ吉川泰弘です。獣医学者として病理学、ウイルス学、人獣共通感染症学、食品安全科学等の分野で経験を積んできました。しかしキャリアの最後に、もう少し社会に貢献できる研究に挑戦しようと決意しました。

地球が誕生して約46億年、生命が誕生してから約40億年と言われます。最初の20億年は細菌だけの世界でしたが、地球環境の変化とともに細菌は分岐し、多様化しました。有機物も酸素もない世界で最初に誕生した細菌は、化学合成・独立栄養・嫌気性・好熱性でした（深海の熱水噴出孔周辺の細菌に似ている？）。その後、有機物を分解し嫌気的に増殖する細菌（発酵細菌）が出現しました。まもなく光合成により糖と酸素を合成する独立栄養細菌（シアノバクテリア）が現れました。その後、大気や海洋の酸素濃度が高まり、好気性従属栄養細菌が繁栄しました。こうして、細菌の食物連鎖と生分解の資源循環が確立されました（図１）。

単細胞真核生物（原生生物）は、約20億年前に出現し、その後の10億年を細菌と原生生物が生物資源（バイオマス）の循環に費やしました。単細胞の独立栄養生物としては、藻類が光合成を行い、アメーバーや鞭毛虫などの従属栄養生物である原生動物は、貪食作用によって細菌群を餌とし、また、細菌によって生分解されることで、共存共栄の環境循環を実現しました。その後5億年をかけて、単細胞生物は膨大な細菌群のゲノムや遺伝子を収集・編集し、異なる機能を持つ細胞を分化させ、多細胞化しました。細菌、原生生物、単純な多細胞生物の世界は約5億年間続きました。

5億4千万年前、カンブリア紀の生物爆発を経て、現在では高等多細胞生物として知られる動物や植物が出現し、5度の大絶滅を乗り越え、4億年前から3億年前にかけて水生生物から陸上生物となり、繁栄しました（図２）。

空気、水、土壌、海水、そして生物の環境循環は、今日でも維持されています。無機物を栄養源とする植物は、二酸化炭素と水から光合成によって糖と酸素を合成し、従属栄養動物は糖と酸素をエネルギー源とし、二酸化炭素と水を排出しています。哺乳類として霊長類から最後に分岐した人類は、その頭脳を駆使して自然を改変しようとしてきました。しかし、今、この環境循環を断ち切る危機が迫っています。持続可能な社会を実現するためには、地球が果たしてきた生物資源の環境循環を維持する戦略を立てる必要があります。大量生産・大量消費、高度経済成長主義をやめ、環境循環を行動の基本に据える必要があります。目に見える生物だけでなく、40億年、地球の生命体を支えてきた目に見えない微生物に目を向けることが重要です。土壌微生物、水生微生物、海洋微生物などがいなければ、植物も動物も存在できません（図３）。

「汚泥」を「肥料」として植物を育てることは、この問題の解決策の一つです。下水汚泥やと畜場汚泥は決して、汚れた「泥」ではありません。40億年前から生息している細菌や原生動物の集合体である微生物資源（マイクロ・バイオマス）です。また、「堆肥化」と呼ばれていますが、実際には高度好熱菌（サーモバクテリア）による微生物資源の高熱生分解です。高熱生分解により有機物を無機物に戻し、独立栄養の植物が利用できる栄養源に変換するプロセスです（動物資源→微生物生分解→植物栄養素）。地球上の生き物が営んできた生物資源の環境循環を、微生物の視線で科学しようというのが「共和化工・環境微生物学研究所」の理念です（図４）。

I am Yasuhiro Yoshikawa, who succeeded Dr Tairo Oshima, an authority on thermophilic bacteria. As a veterinary scientist, I have gained experience in areas such as pathology, virology, zoonosis and food safety science. At the end of my career, however, I decided to try my hand at research that would contribute a little more to society.

It is said that the earth has been around 4.6 billion years since the birth of the earth and life has been around 4 billion years since the birth of life. For the first two billion years, the world was a world of only bacteria, but as the global environment changed, bacteria branched off and diversified. The first bacteria that emerged in a world without organic matter and oxygen were chemosynthetic, autotrophic, anaerobic and thermophilic (similar to bacteria around hydrothermal vents in the deep sea?) Later, bacteria that decomposed organic matter and grew anaerobically (fermentative bacteria) emerged. Shortly afterwards, autotrophic bacteria (cyanobacteria) appeared, which synthetized sugars and oxygen through photosynthesis. Subsequently, aerobic heterotrophic bacteria flourished as oxygen levels in the atmosphere and oceans increased. Thus, a bacterial food chain and a resource cycle of biodegradation were established (Fig. 1).

Figure 1 Evolution of bacteria during the Great Ancient Period (2 billion years after the beginning of life).

Unicellular eukaryotes (protists) emerged about 2 billion years ago and spent the next billion years cycling biological resources (biomass) between bacteria and protists. As unicellular autotrophs, algae carried out photosynthesis, while heterotrophic protists such as amoebae and flagellates fed on the bacterial population through phagocytosis and were also biodegraded by the bacteria, thus creating an environmental cycle of co-existence and co-prosperity. Over the next 500 million years, unicellular organisms collected and edited the genomes and genes of vast groups of bacteria, differentiated cells with different functions and became multicellular. The world of bacteria, protists and simple multicellular organisms continued for about 500 million years.

540 million years ago, following the Cambrian biological explosion, animals and plants, now known as higher multicellular organisms, emerged, survived five major extinctions and went from aquatic to terrestrial life between 400 and 300 million years ago and flourished (Figure 2).

Figure 2 Diversification of the prokaryotic kingdom to the unicellular eukaryotic kingdom to the multicellular kingdom. Transition of autotrophs and heterotrophs.

Environmental cycles of air, water, soil, seawater and living organisms are still maintained today. Plants, using inorganic matter as a nutrient source, do synthesis sugar and oxygen from carbon dioxide and water through photosynthesis, while heterotrophs use sugar and oxygen as their energy source and emit carbon dioxide and water. As the last to diverge from primates as mammals, humans have tried to use their brains to modify nature. 　　

However, we are now in danger of breaking this environmental cycle. In order to realize a sustainable society, we need to develop strategies to maintain the environmental cycles of biological resources that the Earth has fulfilled. We need to stop mass production, mass consumption and high economic growth and put environmental cycles at the basis of our actions. It is important to look not only at visible organisms, but also at the invisible micro-organisms that have supported life on Earth for four billion years. Without soil, aquatic and marine micro-organisms, neither plants nor animals could exist (Fig. 3).

Fig. 3 Human survival is based on the maintenance of the environment by micro-organisms and the environmental cycle of biological resources.

Growing plants from 'sludge' as 'compost' is one solution to this problem. Sewage sludge and slaughterhouse sludge are not dirty 'mud' at all - they are microbiological resources (micro-biomass), an aggregate of bacteria and protozoa that have inhabited the earth for four billion years. And although it is called 'composting', it is actually the hyperthermal biodegradation of microbial resources by highly thermophilic bacteria (thermobacteria). High-thermal biodegradation converts organic matter back into inorganic matter, a process that converts it into a source of nutrients that can be used by autotrophic plants (animal resources → microbial biodegradation → plant nutrients). The philosophy of the ”Kyowa-kako, Institute of Environmental Microbiology" is to scientifically investigate the environmental cycles of biological resources that have been carried out by living organisms on the earth from the perspective of micro-organisms (Fig. 4).

Fig. 4 Composting of slaughterhouse sewage and sludge from a microbial perspective reveals a different world.