이화학연구소는 하구지역 바닥 슬러지의 유기물군 및 무기물군, 미생물군 등의 계측 데이터를 통합적으로 해석하여 환경대사분석 정보의 통합적인 평가 및 자원 탐색에 효과적인 방법을 구축하였다.

이 방법을 이용하여 도호쿠, 간토의 5개 하천에 관하여 하구 바닥 슬러지의 환경분석 데이터의 시각화를 도모하였다. 이것은 이화학연구소 환경자원과학연구센터 환경대사분석연구팀 등에 의한 성과이다. 

연구팀은 대상 환경시료는 2011년부터 도호쿠, 간토의 1급 하천 및 긴키 연안의 하구 바닥 슬러지와 물을 채취하였다. 채취한 시료의 유기물군은 NMR(nuclear magnetic resonance, 핵자기공명)법, CHNS/O analyzer(전자동 원소분석장치)를 이용하고, 무기물군은 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer, 유도결합 플라즈마 발광분석)법과 수질분석인 HACH분광법을 이용하여 계측되며, 미생물군에 대해서는 차세대 시퀀스에 의해 16SrRNA 유전자 해석을 수행하였다. 

유기물군에 2차원 NMR HSQC(Heteronuclear Single Quantum Coherence, 이핵종 단일 양자 코히런스)법에 의해 탄소와 수소의 구조정보로서 신호를 취득하고, 다양한 지역의 복잡한 성분을 종합적으로 해석하였다. HSQC 신호의 위치로부터 데이터베이스 및 문헌을 기초로 유기성분(지질, 당, 단백질 등)을 식별하였다.

그 결과 간토지역에서는 보다 단백질에 상당하는 신호강도가 높고, 수중의 무기질소이온 농도도 상관성 있게 높아 단백질이 축적되어 미생물의 분해작용으로 방출되는 무기질소도 증가하여 부영양화되었다는 것을 알았다. 또한 유기물군의 구조와 상대량을 주성분 분석에 의해 해석하면 각 하천의 화학적 반응장의 특징을 알아낼 수 있었다. 

슬러지 시료의 해석에 의해 무기원소군 및 미생물군도 도호쿠, 간토의 지역차이 및 각 하천의 특징을 나타냈다. 특히 간토의 바닥 슬러지에 철 및 알루미늄, 유황 등 원소의 축적 및 혐기성 황산염 환원균인 Desulfosarcina sp., Desulfuromonas sp. 등 미생물군이 많이 나타났다. 

각 샘플링 지점의 분석정보를 이용하여 바닥 슬러지 유기물군의 HSQC 신호강도, 무기원소량, 미생물군의 상대량, 물의 무기물군 농도의 계측 데이터를 통합하여 상관 열지도를 작성하였다. 고도의 가시성이 높아진 이러한 상관 열지도에서 어느 하나의 미생물에 주목하여 각종 데이터를 전개하면 지질구조와 강한 상관성을 가진 호기성 세균 등 주목한 미생물이 유기물의 어느 구조와 관계성이 있는지 상세하게 검증할 수 있다. 이 상관 열지도의 가시성은 상관 네트워크화에 의해 관계성이 높은 데이터끼리 그룹핑함으로써 더욱 높일 수 있다. 

하구환경은 육지에서의 유기물군 및 미네랄군의 공급, 조류의 유입/유출에 의한 염농도 및 호기/혐기환경의 변화 등 복잡한 화학반응에 의해 다양한 생물의 요람으로서 존재한다. 다양한 미생물 자원 중에는 바이오매스 분해, 대사능 및 미네랄 축적능 등을 가진 유용한 미생물이 존재한다고 예상된다. 이번에 구축된 통합네트워크 해석은 이러한 유용 미생물의 탐색기술로서 기대된다.