أو-تفاعل Slp1 البوليمرات واحد رقائق من Lysinibacillus كروي JG-B53 - QCM-D، ICP-MS وAFM كأدوات للدراسات جزيء حيوي المعادن

Matthias Suhr; Johannes Raff; Katrin Pollmann

doi:10.3791/53572

مقالة منهجية

أو-تفاعل Slp1 البوليمرات واحد رقائق من Lysinibacillus كروي JG-B53 - QCM-D، ICP-MS وAFM كأدوات للدراسات جزيء حيوي المعادن

DOI:

10.3791/53572

⸱

يناير 19, 2016

Matthias Suhr¹ , Johannes Raff¹^,² , Katrin Pollmann¹

¹Helmholtz Institute Freiberg for Resource Technology, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, ²Institute for Resource Ecology, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

للحصول على معلومات أساسية حول امتصاص الذهب وإعادة تدويره من الأنظمة المائية ، تم فحص تفاعل الجسيمات النانوية Au (III) و Au (0) على بروتينات الطبقة S. تم فحص امتصاص بوليمرات البروتين بواسطة ICP-MS وتلك الخاصة بالطبقات الأحادية البروتينية بواسطة QCM-D. يتيح AFM اللاحق تصوير الهياكل النانوية.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

< p class = 'jove_content'> في هذا المنشور ، تم وصف سلوك امتصاص الذهب لبروتينات الطبقة السطحية (الطبقة S) (Slp1) من Lysinibacillus sphaericus JG-B53. ترتب هذه الجزيئات الحيوية في مصفوفات ثنائية الأبعاد شبه بلورية على الأسطح ، وتربط المعادن ، وبالتالي فهي مثيرة للاهتمام للعديد من التطبيقات التقنية الحيوية ، مثل مواد الامتصاص الحيوي لإزالة أو استعادة عناصر مختلفة من البيئة والعمليات الصناعية. إن ترسب الجسيمات النانوية Au (0) على طبقات S ، إما عن طريق التوليف الموجه للطبقة ^{S 1} أو امتصاص الجسيمات النانوية ، يفتح إمكانيات جديدة للتطبيقات الحسية المتنوعة. على الرغم من أن العديد من الدراسات قد وصفت خصائص الامتصاص الحيوي للطبقات ^{S 2-5} ، إلا أن الفهم الأعمق للتفاعل بين البروتين والبروتين والبروتين والمعدن لا يزال يمثل تحديا. في الدراسة التالية ، تم استخدام قياس الطيف الكتلي المقترن بالحث (ICP-MS) للكشف عن امتصاص المعادن بواسطة طبقات S المعلقة. ارتبط هذا بقياسات التوازن الدقيق لبلورات الكوارتز مع مراقبة التبديد (QCM-D) ، والتي تسمح بالكشف عبر الإنترنت عن تكوين طبقة أحادية البروتين وترسب المعدن ، وبالتالي فهم أكثر تفصيلا لربط المعادن.

أشارت نتائج ICP-MS إلى أن ارتباط Au (III) ببوليمرات الطبقة S العالقة يعتمد على الأس الهيدروجيني. تم الحصول على الحد الأقصى للارتباط ل Au (III) عند الرقم الهيدروجيني 4.0. مكنت تحقيقات QCM-D من اكتشاف امتصاص Au (III) بالإضافة إلى ترسب Au (0) -NPs في الوقت الفعلي أثناء التجارب في الموقع. علاوة على ذلك ، سمحت هذه الطريقة بدراسة تأثير ربط المعدن على استقرار شبكة البروتين ل Slp1. يمكن تصور الخصائص الهيكلية واستقرار طبقة البروتين مباشرة بعد تجربة QCM-D باستخدام الفحص المجهري للقوة الذرية (AFM). في الختام ، يوفر الجمع بين هذه الطرق المختلفة فهما أعمق لارتباط المعادن بواسطة بروتينات الطبقة S البكتيرية في المعلق أو كطبقات أحادية على الخلايا البكتيرية أو الأسطح المعاد تبلورها

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نظرا لتزايد استخدام الذهب لعدة تطبيقات مثل الالكترونيات والمواد الحفازة، أجهزة الاستشعار، أو الأدوات الطبية، نما الطلب على هذا المعدن النفيس أكثر من مرة خلال السنوات القليلة الماضية ^"6-9. يتم الافراج عن الذهب، فضلا عن العديد من المعادن الثمينة والثقيلة الأخرى في البيئة من خلال النفايات الصناعية السائلة في تركيزات المخففة، من خلال أنشطة التعدين، والتخلص من النفايات ^7،8،10، على الرغم من أن معظم التلوث البيئي بالمعادن الثقيلة أو الثمينة هو عملية مستمرة الناجمة أساسا عن الأنشطة التكنولوجية. وهذا يؤدي إلى تدخل كبير من النظم الإيكولوجية الطبيعية، ويمكن أن تهدد صحة الإنسان ^9. معرفة هذه النتائج السلبية ....

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. الكائنات الدقيقة وزراعة الأحكام

ملاحظة: تم إجراء كافة التجارب تحت ظروف معقمة L. تم الحصول كروي JG-B53 من ثقافة الحفاظ البرد ^29،30.

نقل البرد الحفاظ على ثقافة (1.5 مل) تحت مقاعد البدلاء النظيفة إلى 300 مل العقيمة مرق مغذي (NB) وسائل الاعلام (3 ز / L استخراج اللحوم، 5 ز / L ببتون، 10 غرام / لتر كلوريد الصوديوم). بعد ذلك يحرك الحل لا يقل عن 6 ساعة عند 30 ° C للحصول على ما قبل الثقافة للزراعة.
زر....

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

زراعة الكائنات الدقيقة وSlp1 توصيف

البيانات المسجلة للنمو البكتيري يشير إلى نهاية مرحلة النمو الأسي في حوالي 5 ساعة. وقد أظهرت التحقيقات السابقة التي Slp1 يمكن عزله عن هذه النقطة من الحصاد (4.36 جم / L الكتلة الحيوية الرطب ≈ (1.45 جم / L (BDW)) مع أقصى عائد ^19. ومع ذلك، والتحسين من زراعة باستخدام مكونات وسائل الاعلام محد.......

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في هذا العمل دراسة الربط من الاتحاد الافريقي للبروتينات S-طبقة تم التحقيق باستخدام مزيج من الأساليب التحليلية المختلفة. على وجه الخصوص، الربط من الاتحاد الافريقي غير جذابة للغاية ليس فقط لاسترداد الاتحاد الافريقي من المياه التعدين أو حلول عملية، ولكن أيضا لبناء المواد، على سبيل المثال، الأسطح الحسية. للدراسات للتفاعل الاتحاد الافريقي (الاتحاد الافريقي (III) والاتحاد الافريقي (0) -NPs) مع وقف التنفيذ وبلورته أحادي الطبقة من Slp1، كان البروتين لتكون معزولة. ولذلك، .......

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد تم تمويل هذا العمل جزئيا من قبل المشروع IGF "S-المنخل" (490 ZBG / 1) بتمويل من BMWi وBMBF المشروع "Aptasens" (BMBF / DLR 01RB0805A). شكر خاص لتوبياس J. غونتر لمساعدته القيمة خلال الدراسات AFM وإريك جونستون V. لقراءة المخطوطة كما يتحدث اللغة الإنجليزية. وعلاوة على ذلك، فإن مؤلف هذه الورقة أود أن أشكر ألين ريتر وسابرينا Gurlit (من معهد البيئة الموارد من أجل المساعدة في القياسات ICP-MS)، مانجا فوغل، نانسي أنجر، كارين E. Viacava والتكنولوجيا الحيوية مجموعة للمعهد هيلمهولتز فرايبرغ للتكنولوجيا الموارد.

....

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
<قوي >equiment وبرمجيات < / قوي >
مفاعل حيوي ، بخار في المكان 70L نظام	تجريبي Applikon Biotechnology ، هولندا	Z6X	بما في ذلك dO_{2< / sub> ، مستشعرات الأس الهيدروجيني من Applikon Biotechnology وبرنامج BioXpert V2}
جهاز مراقبة الكتلة الحيوية غير الغازية BugEye 2100	BugLab ، كونكورد (كاليفورنيا) ، الولايات المتحدة الأمريكية	Z9X	---
مطياف Ultrospec 1000	Amersham Pharmacia Biotech ، بريطانيا العظمى	80-2109-10	شركة الآن GE Healthcare Life
Sciences MiniStar micro طرد	VWR ، ألمانيا	521-2844	للطرد المركزي لعينات الزراعة
مجهر نظام البحث BX-61	Olympus Germany LLC ، ألمانيا	037006	المجهر بالاشتراك مع برنامج التصوير
Cell ^ P (الإصدار 3.1)	أوليمبوس سوفت إيميجينغ سوليوشنز ذ.م.م، Mü نستر ، ألمانيا	---	جنبا إلى جنب مع المجهر
Powerfuge نظام الفصل التجريبي Serie 9010-S	Carr Centritech ، فلوريدا ، الولايات المتحدة الأمريكية	9010PLT	لحصاد الكتلة الحيوية
T18 الأساسية Ultra Turrax	IKA Labortechnik ، ألمانيا	431-2601	لإزالة السوط وتجانس
العينات Sorvall Evolution RC Superspeed جهاز طرد	مركزي Thermo Fisher Scientific ، الولايات المتحدة الأمريكية	728411	تستخدم في عزل البروتين
معالج سائل القص العالي المتنقل ، M-110EH-30 Pilot	Microfluidics ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية	M110EH30K	يستخدم لتمزق الخلية
مجفف التجميد Alpha 1-4 LSC	مجففات Martin Christ Freeze LLC ، Osterode ، ألمانيا	102041	---
UV-VIS القياس الطيفي (NanoDrop 2000c)	Thermo Fisher Scientific ، الولايات المتحدة الأمريكية	91-ND-2000C-L	لتقدير البروتين تركيز
غرفة الرحلان الكهربائي العمودي Mini-PROTEAN	Bio-Rad Laboratories GmbH ، ميونيخ ، ألمانيا	165-3322	لنظام التصوير SDS-PAGE
VersaDoc 3000	Bio-Rad Laboratories GmbH ، ميونيخ ، ألمانيا	1708030	تستخدم لتصوير المواد الهلامية SDS-PAGE
ICP-MS Elan 9000	PerkinElmer ، Waltham (MA) ، الولايات المتحدة الأمريكية	N8120536	لتقدير تركيز
المعدنZetasizer Nano ZS	Malvern Instruments, Worcestershire المملكة المتحدة	ZEN3600	لتحديد حجم الجسيمات النانوية
جهاز Q-Sense E4	Q-Sense AB ، جوتنبرج ، السويد	QS-E4	تم طلبها عبر LOT تصميم الكم (البرنامج المتضمن مع منصة E4)
Q-Soft 401 (تسجيل البيانات)	Q-Sense AB ، جوتنبرج ، السويد
Q-Tools 3 (تقييم البيانات والنمذجة)	Q-Sense AB ، جوتنبرج ، السويد
التدفق QCM-D QFM & nbsp ؛ 401	Q-Sense AB ، جوتنبرج ، السويد	QS-QFM401	تم طلبها عبر LOT quantum design
QSX & nbsp ؛ 303 SiO_{2< / sub> مستشعرات الكوارتز الكهروإجهادية}	AT-Cut Q-Sense AB ، جوتنبرج ، السويد	QS-QSX303	تم طلبها عبر LOT تصميم الكم
غرفة تنظيف الأوزون	Bioforce Nanoscience ، أميس (IA) ، الولايات المتحدة الأمريكية	QS-ESA006	تم طلبها عبر LOT تصميم الكم
مجهر القوة الذرية MFP-3D Bio AFM	Asylum Research ، سانتا باربرا (كاليفورنيا) ، الولايات المتحدة الأمريكية	MFP-3DBio	AFM قياسات وبرامج التصوير
أبحاث اللجوء AFM AR الإصدار 120804 + 1223	Asylum Research ، سانتا باربرا (كاليفورنيا) ، الولايات المتحدة		--- برنامج التصوير المضمن في Cat. لا. MFP-3DBio
Igor Version Pro 6.3.2.3 برنامج	WaveMetrics, Inc., الولايات المتحدة الأمريكية---		برنامج التصوير المضمن في Cat. لا. MFP-3DBio
BioHeater	Asylum Research ، سانتا باربرا (كاليفورنيا) ، الولايات المتحدة الأمريكية		سخان بيولوجي عينة لقياسات AFM
Biolever mini cantilever ، ؛ BL-AC40TS-C2	أوليمبوس ألمانيا ذ.م.م, ألمانيا	BL-AC40TS-C2	ناتئ مفضل لقياسات AFM
WSxM 5.0 تطوير 6.5 (2013)	Nanotec Electronica SL ، برنامج مجاني إسبانيا		لتحليل AFM
Name	Company	Catalog Number	Comments
Detergents وغيرها من الأسهمية
حمض حمضي ، 100٪ ، سنويا	كارل روث GmbH + CO. KG	3738.5	سائل وبخار وقابل للاشتعال والتآكل. يسبب حروقا شديدة في الجلد وتلف العين.
مضاد للرغوة 204	شركة سيجما ألدريتش ذ.م.م.	A6426	لقمع الرغوة
بروموفينول الأزرق ، ملح الصوديوم	Sigma-Aldrich Co. LLC.	B5525
---Coomassie Brilliant Blue R (C₄₅H₄₄N₃NaO₇S₂)	CARL ROTH GmbH+CO. KG	3862.1	---
Deoxyribonuclease II من طحال الخنازير	Sigma-Aldrich Co., LLC.	D4138	النمط الرابع ، 2,000 - 6,000 وحدات كونيتز / مجم بروتين
الإيثانول ، 95٪	VWR ، ألمانيا	20827.467	قابل للاشتعال
، p.A.	كارل روث GmbH + CO. KG	3783.1	---
هيدروكلوريد جوانيدين (GuHCl) CARL	ROTH GmbH + CO. KG	0037.1	---
Hellmanex III	Hellma GmbH & Co. KG	9-307-011-4-507	---
حمض الهيدروكلوريك (HCl) (37٪) CARL	ROTH GmbH + CO. KG	4625.2	خطر; تآكل ، يستخدم لتعديل الأس الهيدروجيني
Lysozyme من بياض بيض الدجاج	Sigma-Aldrich Co. LLC.	L6876	مسحوق مجفف بالتجميد ، بروتين = 90٪ ، = 40،000 وحدة / مجم بروتين (سيجما) ؛
محرك مغناطيسي مع تدفئة ، ؛ MR 3000K	Heidolph Instruments GmbH & amp Co.KG ، ألمانيا	504.10100.00	محرك قياسي ضمن التجربة
NB-Media DM180	Mast Diagnostica GmbH	121800	---
حمض النيتريك (HNO_{3< / sub>) CARL}	ROTH GmbH + CO. KG	HN50.1	خطر. الأكسدة ،
تآكل الصفحةمسطرة سلم البروتين غير الملوثة	ThermoScientific-Pierce	26614---
بولي (الصوديوم 4-ستايرينسولفونات) (PSS) شركة	سيجما ألدريتش ذ م م.	243051	متوسط ميغاواط ~ 70،000
بولي إيثيلينيمين (PEI) ، شركة	Sigma-Aldrich Co. LLC المتفرعة.	تحذير 408727	ضار ومهيج وخطير على البيئة. متوسط ميغاواط ~ 25,000
كربونات البوتاسيوم اللامائية (K_{2< / sub>CO_{3< / sub>) شركة}}	Sigma-Aldrich LLC.	60108	تحذير ؛
ريبونوكلياز أ الضار من البنكرياس البقري	شركة سيجما ألدريتش ذ.م.م.	R5503	نوع I-AS, 50 - 100 وحدة Kunitz / ملغ بروتين
أزيد الصوديوم (NaN_{3< / sub>) Merck}	KGaA	106688	خطر ؛ سام جدا وخطير على البيئة
كلوريد الصوديوم (كلوريد الصوديوم)	CARL ROTH GmbH + CO. KG	3957.2	---
كبريتات دوديسيل الصوديوم (SDS) شركة	سيجما ألدريتش ذ.م.م.	L-5750	خطر؛
هيدروكسيد الصوديوم السام (NaOH)	CARL ROTH GmbH + CO. KG	6771.1	خطر; تآكل ، يستخدم لتنظيم الأس الهيدروجيني داخل الزراعة وتعديل الأس الهيدروجيني
Spectra / Por 6 ، غشاء غسيل الكلى ، MWCO 50،000 ؛	كارل روث GmbH + CO. KG	1893.1	---
حامض الكبريتيك (H₂SO₄)	CARL ROTH GmbH + CO. KG	HN52.2	خطر. تآكل ، يستخدم لتنظيم الأس الهيدروجيني داخل زراعة
حمض التانيك (C_{76< / sub>H_{52< / sub>O_{46< / sub>)}}}	Sigma-Aldrich Co. LLC.	16201	---
TRIS HCl (C₄H₁₁NO₃HCl)	CARL ROTH GmbH+CO. كيلو	9090.2	---
تريتون X-100	كارل روث جي إم بي إتش + كو. تحذير KG	3051.3	؛ ضارة وخطيرة على البيئة
VIVASPIN 500 ، 50،000 MWCO أنابيب الترشيح الفائق	Sartorius AG	VS0132	---
& beta ؛ -mercaptoethanol	Sigma-Aldrich Co. LLC.	M6250	خطر, سامة

مركزي وحدات برنامج الأمريكية خطر ، جلسرين

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Merroun, M. L., Rossberg, A., Hennig, C., Scheinost, A. C., Selenska-Pobell, S. Spectroscopic characterization of gold nanoparticles formed by cells and S-layer protein of Bacillus sphaericus JG-A12. Mater. Sci. Eng. C. 27 (1), 188-192 (2007).
Raff, J., Soltmann, U., Matys, S., Selenska-Pobell, S., Bottcher, H., Pompe, W.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

أو-تفاعل Slp1 البوليمرات واحد رقائق من Lysinibacillus كروي JG-B53 - QCM-D، ICP-MS وAFM كأدوات للدراسات جزيء حيوي المعادن

في هذه المقالة

ملخص

الملخص

المقدمة

البروتوكول

النتائج

المناقشة

الإفصاحات

شكر وتقدير

المواد

المراجع

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

مقالات ذات صلة