Messung des kinetischen Isotopeneffekts auf den mikrobiellen Elektronentransport mit Hilfe von Deuteriumoxid

Beginnen Sie mit elektrochemischen Kammern mit einer leitfähigen Elektrodenoberfläche, die mit einem Monolayer-Biofilm aus elektroaktiven Mikroben bedeckt ist.

Diese Mikroben verwenden Cytochrome der äußeren Membran, um intrazelluläre Elektronen über den extrazellulären Elektronentransport (EET) auf die Elektrode zu übertragen und so Strom zu erzeugen.

Dieser Elektronenfluss ist mit dem Protonentransfer gekoppelt, um das Ladungsgleichgewicht in der Membran aufrechtzuerhalten.

Geben Sie in die Testkammer ein kleines Volumen Deuteriumoxid oder D₂O.

Deuterium ersetzt Protonen und bewegt sich langsam, wodurch der protonengekoppelte Elektronentransfer reduziert und der Strom verringert wird. Die mikrobielle Anpassung führt zu einer teilweisen Wiederherstellung des Stroms.

Fügen Sie sequentiell steigende Konzentrationen von D₂O hinzu und überwachen Sie aktuelle Änderungen.

Fügen Sie in der Kontrollkammer das gleiche Volumen H₂O hinzu, um sich schnell bewegende Protonen zu liefern, die den Elektronenfluss unterstützen und den Strom stabilisieren.

Berechnen Sie den kinetischen Isotopeneffekt, das Verhältnis der Stromproduktion in Gegenwart von D₂O und H₂O, um zu bestätigen, dass der Protonentransfer die EET in elektroaktiven Biofilmen beeinflusst.

Vergewissern Sie sich, dass die derzeitige Produktion aus einem Monolayer-Biofilm von Shewanella MR-1 stabil ist und nicht schnell zunimmt. Wenn die Strömung stark ansteigt, warten Sie, bis sich die Strömung mit einem Anstieg von 5 % über 10 Minuten stabilisiert.

Geben Sie extrem langsam und schonend 40 Mikroliter anoxisches 50 Volumenprozent D₂O mit einer Spritze in den elektrochemischen Reaktor, so dass die Konzentration im Reaktor 0,5 Volumenprozent D₂O beträgt.

Um eine Schädigung des Biofilms durch D₂O Zugabe zu vermeiden, injizieren Sie das D₂O tropfenweise. Warten Sie, bis sich der Strom stabilisiert hat, und fügen Sie anschließend D₂O bis zu 4,0 Volumenprozent hinzu, um den KIE-Wert zu erhalten, der das Verhältnis von aktueller Produktion und Vorhandensein von D₂O und H₂O ist.

Prüfen Sie, wie sich die gleiche Menge an H₂O-Zugabe auf die aktuelle Produktion auswirkt.