マイコメディエーション

マイコリメディエーション（古代ギリシャ語の μύκης ( mukēs )、「菌類」とラテン語の接尾辞-remediumから成り、「バランスの回復」を意味する）は、真菌ベースの修復方法を使用して環境を浄化するバイオレメディエーションの一形態です。^{[1]菌類は、損傷した環境や}廃水からさまざまな汚染物質を除去するための、安価で効果的で環境に優しい方法であることが証明されています。これらの汚染物質には、陸地、淡水、海洋環境中の重金属、有機汚染物質、繊維染料、皮革なめし用化学薬品と廃水、石油燃料、多環芳香族炭化水素、医薬品とパーソナルケア製品、殺虫剤と除草剤^[2]が含まれます。

修復の副産物は、酵素（ラッカーゼなど） ^[3]、食用または薬用キノコ^[4]などの貴重な材料になる可能性があり、修復プロセスをさらに収益性の高いものにします。一部の菌類は、従来の修復方法がコストがかかりすぎたり使用できない極寒または放射能環境における汚染物質の生分解に役立ちます。

真菌は、その非特異的酵素のおかげで、通常は細菌による分解が難しい医薬品や香料など、多くの種類の物質を分解することができます。 ^{[5]例えば、}パラセタモール（アセトアミノフェンとしても知られています）などが挙げられます。例えば、Mucor hiemalis ^[6]を使用すると、ワイン蒸留所の廃水のフェノールや色素、^[7] X線造影剤、パーソナルケア製品の成分など、従来の水処理では有毒となる生成物を、毒性なく分解することができます。 ^[8]

菌類浄化は、より安価な浄化方法であり、通常は高価な設備を必要としません。このため、家庭廃水の菌類濾過^[9]や産業排水の濾過^{[10]などの小規模な用途でよく使用されます。}

2015年の研究によると、マイコリメディエーションは多環芳香族炭化水素（PAH）の土壌分解にも役立つ可能性がある。クレオソートに浸された土壌には高濃度のPAHが含まれており、その拡散を阻止するためにはマイコリメディエーションが最も効果的な戦略であることが証明されている。^[11]

金属は電気メッキ、繊維、^[12] 塗料、皮革など多くの工業プロセスで使用されているため、金属による汚染は非常に一般的です。これらの産業からの廃水は農業目的で使用されることが多いため、流出した生態系に直接的なダメージを与えるだけでなく、金属は食物連鎖を通じて遠くの生物や人間に入り込む可能性があります。マイコリメディエーションは、この問題に対する最も安価で効果的かつ環境に優しい解決策の1つです。^[13] 多くの菌類は超蓄積性であるため、子実体に毒素を濃縮して後で除去することができます。これは通常、長期間汚染物質にさらされ、高い耐性を発達させた集団に当てはまります。超蓄積は細胞表面でのバイオソープションによって発生し、金属は細胞内への取り込みがほとんどなく、受動的に菌糸体に入ります。^[14]ヒラタケ、アスペルギルス、トリコデルマ などのさまざまな菌類は、海洋環境、廃水、陸上における鉛、^{[15] [16]} カドミウム、^[16] ニッケル、^{[17] [16]} クロム、^[16] 水銀、^{[18 ]}ヒ素、^[19]銅、^{[15] [20]}ホウ素、^[21]鉄、亜鉛^{[22] の}除去 に効果があることが証明されています。^{[15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22]}

毒素の蓄積には、同じ種の個体すべてが同じように効果的というわけではない。個体は通常、汚泥や廃水などの汚染された古い環境から選抜され、環境に適応する時間があり、その選抜は実験室で行われる^[要出典]。水を希釈すると、菌類の生物吸着能力が大幅に向上する可能性がある。^[23]

特定の菌類が地中から金属を抽出する能力は生物指標としても有用であるが、食用キノコの場合は問題となる可能性がある。例えば、北半球でよく見られる食用キノコであるヒトヨタケ（Coprinus comatus）は、水銀の非常に優れた生物指標となり得る。^[24]しかし、ヒトヨタケは体内に水銀を蓄積するため、消費者にとって有毒となる可能性がある。^[24]

キノコの金属吸収能力は、培地から貴金属を回収するためにも利用されている。例えば、フィンランドのVTT技術研究センターは、菌濾過技術を使用して電子廃棄物から金の80％を回収したと報告している。^[25]

菌類は、物質の分解に効率的であるため、生態系における主要な腐生生物の1つです。木材腐朽菌、特に白色腐朽菌は、植物繊維の2つの主要な構成要素であるリグニンとセルロースを分解する細胞外酵素と酸を分泌します。これらは長鎖有機（炭素ベース）化合物であり、構造的には多くの有機汚染物質に似ています。菌類は、さまざまな酵素を使用してこれを実現します。多環芳香族炭化水素（PAH）の場合、融合した非常に安定した多環芳香族環を持つ複雑な有機化合物の場合、菌類は非常に効果的です^[26]海洋環境に加えて^[27]。この分解に関与する酵素はリグニン分解酵素であり、リグニンペルオキシダーゼ、多目的ペルオキシダーゼ、マンガンペルオキシダーゼ、一般リパーゼ、ラッカーゼ、および時には細胞内酵素、特にシトクロムP450が含まれます。^{[28] [29]}

菌類が無害な化合物に分解できるその他の毒素としては、石油燃料、^[30]、 廃水中のフェノール、 ^[31]、 Pleurotus ostreatusを使用した汚染土壌中のポリ塩化ビフェニル（PCB） 、^[32]、好気性および嫌気性条件下でのポリウレタン、 ^{[33]、エクアドル産菌類}Pestalotiopsisの2種を使用した埋立地の底などの条件でのポリウレタン、^[34]などがあります。^[35]

分解のメカニズムは必ずしも明らかではない。^[36]キノコは汚染物質の除去に単独で効果的というよりは、その後の微生物活動の前兆となる可能性がある。^[37]

農薬汚染は長期にわたる可能性があり、分解プロセスと栄養循環に大きな影響を与える。^[38]そのため、農薬の分解は費用がかかり、困難になる可能性がある。このような物質の分解を助けるために最も一般的に使用される菌類は白色腐朽菌であり、ラッカーゼやマンガンペルオキシダーゼなどの細胞外リグニン分解酵素のおかげで、大量の農薬成分を分解することができる。例としては、廃水中の殺虫剤 エンドスルファン^[39] 、イマザリル、チオファネートメチル、オルトフェニルフェノール、ジフェニルアミン、クロルピリホス^[40]、粘土質ローム質土壌中のアトラジンなどがある。 ^[41]

染料は紙印刷や繊維など多くの産業で使用されています。染料は分解されにくいものが多く、アゾ染料のように発がん性やその他の毒性を持つものもあります。^[42]

菌類が染料を分解するメカニズムは、リグニン分解酵素、特にラッカーゼを介して行われるため、白色腐朽菌が最も一般的に使用されています。^{[引用が必要]}

マイコリメディエーションは、アスペルギルス・ニガーやファネロカエテ・クリソスポリウムを用いたマラカイトグリーン、ニグロシン、塩基性フクシンなどの染料や、生分解プロセスに抵抗性のある発がん性染料であるコンゴーレッド[ ^{44] 、}ダイレクトブルー14（ヒラタケ属^{を使用） [45]}などの染料の安価で効果的な修復技術であることが証明されています。

ファイトレメディエーションとは、植物ベースの技術を使用して地域を浄化することです。

ほとんどの陸上植物は菌類と共生関係を形成でき、これは双方の生物にとって有利である。この関係は菌根と呼ばれる。研究者らは、菌根によって植物修復が促進されることを発見した。^[46]菌根菌と植物の根の共生関係は、栄養素の吸収と、根圏で生体利用可能な重金属などの生物的および非生物的ストレス要因に対する植物の抵抗力を助けます。アーバスキュラー菌根菌（AMF）は、重金属と結合するタンパク質を生成し、それによって重金属の生体利用能を低下させます。^{[47] [48]}菌根菌による土壌汚染物質の除去は、菌根修復と呼ばれます。^[49]

菌根菌、特にAMFは、一部の植物の植物修復能力を大幅に向上させることができます。これは主に、AMFの存在下では汚染物質による植物のストレスが大幅に軽減されるため、植物がより多く成長し、より多くのバイオマスを生産できるためです。^{[50] [48]菌類はまた、特に}リンなどの栄養素を多く提供し、植物の全体的な健康を促進します。菌糸体の急速な拡大は、根圏の影響範囲（菌糸圏）を大幅に拡大し、植物がより多くの栄養素と汚染物質にアクセスできるようにします。^[51]根圏全体の健康を向上させることは、細菌個体数の増加も意味し、これもバイオレメディエーションプロセスに貢献する可能性があります。^[52]

この関係は、多くの汚染物質に対して有用であることが証明されており、例えば、鉛汚染土壌におけるRhizophagus intraradicesとRobinia pseudoacacia ^[53]、鉛除去のためにベチバー草に接種されたRhizophagus intraradicesとGlomus versiforme ^[54] 、カドミウムと鉛に汚染された土壌におけるAMFとCalendula officinalis ^[55]などがあり、一般的に金属^{[56] [57]}、石油燃料^{[58] [59]}、PAH ^{[52]に対する植物のバイオレメディエーション能力を高めるのに効果的でした。湿地では、AMFを}Phragmites australisに接種すると、地下水からのベンゼン、メチルtert-ブチルエーテル、アンモニアなどの有機汚染物質の生分解を大幅に促進します。^[60]

Metschnikowia sp.、Cryptococcus gilvescens、Cryptococcus victoriae、Pichia caribbica、Leucosporidium creatinivorumなどの南極の菌類は、極寒に耐え、汚染物質を効率的に生分解します。^[61]南極のような寒くて遠隔な環境の性質上、汚染された媒体の物理的な除去などの通常の汚染物質修復方法はコストがかかる可能性があります。^{[62] [63]南極の}好冷性菌類のほとんどの種は、エネルギー利用能の低下を引き起こすATP（アデノシン三リン酸）産生の低下、 ^{[64]凍った土壌の}浸透性の低さによる酸素レベルの低下、および凍結融解サイクルによる栄養素の輸送途絶に対して耐性があります。^[65]これらの菌類は、 過酷な条件下でフェノール、n-ヘキサデカン、トルエン、多環芳香族炭化水素などの化合物を同化・分解することができます。 ^{[66] [61]これらの化合物は}原油や精製石油に含まれています。

Rhodotorula taiwanensisのような菌類の中には、放射性廃棄物に見られる極めて低いpH（酸性）と放射性媒体に耐性があり、他のほとんどの生物とは異なり、このような状況でもうまく生育できるものがある。^{[67]また、高濃度の}水銀やクロムの存在下でも繁殖できる。 [ ^{67 ]} Rhodotorula taiwanensisのような菌類は、その低pHと放射線耐性により、放射性廃棄物の生物学的修復に使用できる可能性がある。^[67]菌類の特定の種は、 ¹³⁷ Cs、¹²¹ Sr、¹⁵² Eu、²³⁹ Pu、²⁴¹ Amなどの放射性核種を吸収して保持することができる。^{[68] [10]}実際、死んだ菌類のいくつかの種の細胞壁は、産業廃水に含まれる重金属や放射性核種を吸着して、環境への放出を防ぐフィルターとして使用できる。^[10]

マイコリメディエーションは、カプセル化法を用いて火災管理にも使用できます。このプロセスは、アガロースでコーティングされたペレット状の真菌胞子を使用し、焼失した森林の基質に導入することで毒素を分解し、成長を刺激します。^[69]

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