באתר מיקרוביאלי העשרה או בחיי עיר הטיפוח-תרגול טכניקות יכול להקל את ניתוקה של taxa חיידקים קשה-עד-תרבות, במיוחד של סביבות נמוך-ביומסה או geochemically קיצוני. כאן, אנו מתארים את הגדרת אלקטרוכימי של ללא שימוש במקור כוח חיצוני כדי להעשיר את זני חיידקים המסוגלים אלקטרון חוץ-תאית תחבורה (EET).
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
הגדרת אלקטרוכימי העומד בפני עצמו להעשיר respiring אנודת חיידקים באתר
במאמר זה
סיכום
תקציר
נשימה אנאירובית בשילוב עם אלקטרון התחבורה המינרלים לא מסיסים (המכונה אלקטרון חוץ-תאית התחבורה [EET]) הוא חשב להיות קריטי עבור הפקת אנרגיה מיקרוביאלי והתמדה בסביבות מהסבא רבים, במיוחד אלה חסר אלקטרון מסוף מסיסים acceptors. בעוד חיידקים בעלי יכולת EET כבר בהצלחה מבודד סביבות שונות, המגוון של חיידקים מסוגלים EET הוא עדיין גרוע. מובן, ובמיוחד קשה-עד-לדוגמה, נמוך אנרגיה או סביבות קיצוניות, כמו רבים מהסבא המערכות האקולוגיות. כאן נתאר מערכת אלקטרוכימי באתר להעשיר חיידקים EET בעל יכולת שימוש אנודת מקבל אלקטרון מסוף הנשימה. אנודת זה מקושר עם קטודה מסוגל ותזרז ירידה בחמצן והאביוטיים. השוואה בין גישה זו עם שיטות electrocultivation להשתמש potentiostat עבור poising האלקטרודה פוטנציאליים, מערכת 2-אלקטרודה לא דורשת במקור כוח חיצוני. נציג דוגמה של העשרה באתר שלנו מנוצל באגם אלקליין-הארזים, אתר serpentinization יבשתי בצפון קליפורניה. ניסיונות קודמים לטפח חיידקים תוך צמצום מינרלים הצליחו להזיזה, אשר סביר עקב האופי נמוך-ביומסה של אתר זה ו/או את השפע יחסית נמוכה של מתכת הפחתת חיידקים. לפני יישום העשרה שלנו שני-אלקטרודה, מדדנו את הפרופיל האנכי של ריכוז חמצן מומס. זה אפשר לנו למקם את הפחמן הרגיש אנודת ופחמן electroplated פלטינה הרגיש קטודית בעומק כי יתמכו מתקנים אנארוביים מעבד, בהתאמה. בעקבות הדגירה באתר, אנו עוד יותר מועשר האלקטרודה אנודי במעבדה, אישר קהילה מיקרוביאלי ברורים לעומת את השטח-attached או קהילות biofilm נצפו בדרך כלל על הארזים. העשרה זו לאחר מכן הוביל את הבידוד של תא החיידק electrogenic הראשון של הארזים. שיטה זו של העשרה מיקרוביאלית באתר יש את היכולת לרומם את הבידוד של חיידקים בעלי יכולת EET מ ביומסה נמוך או קשה דוגמת בתי גידול.
מבוא
מספר החיידקים בהפחתת מינרליים הוכחו מנצלים מינרלים מוצק-שלב כמו acceptors אלקטרון מסוף, על-ידי תהליכים אלקטרונים חוץ-תאית תחבורה (EET) כי התנהלות אלקטרונים החיצוני של התא באמצעות אנזימים חמצון-חיזור1. EET הוא קריטי, לא רק עבור חיידק-מינרליים תהליכים אבל גם אנרגיה שימושית, טכנולוגיות סביבתיות, כגון חיידקים בתאי דלק2, סינתזה אלקטרודה3למצבה4. חיידקים בעלי יכולת EET חדשים מבוקשים מאוד, נחקרו בהרחבה מן היסוד או מוחלת פרספקטיבה5. עם זאת, אנחנו רק מוגבלת תובנה החשיבות האקולוגית או biogeochemical של חיידקים אלו. הרוב המכריע של חיידקים בעלי יכולת EET היה מבוד....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
1. בניית מערכת דו-אלקטרודה עבור הסביבה דגירה
-
הכנת החומר אנודת וטיפול של פחמן הרגיש אלקטרודה (איור 2).
- חותכים הפחמן. הרגישה ממדים שווים בהתאם העשרה ביומסה הרצוי. לטבול כל אלקטרודה 90% אתנול במשך 30 דקות ולאחר מכן לשטוף לפחות 8 פעמים עם מים יונים, sonicating עבור 1 דקות לאחר כל שטיפה.
- לשטוף את האלקטרודות פעמיים ב- HCl M 1, תוך ערבוב במשך לפחות 12 שעות עבור כל כביסה.
- יבש האלקטרודות בתנור חם (37 מעלות צלזיוס) למשך 6-12 שעות או עד חינם של נוזל.
- לצרף אלקטרודות טיטניום תיל בעזרת גרפיט אפוקסי לכל הפרוטוקול של היצרן על צלחת טפלון (משטח טפלון).
הערה: השתמשנו חוט טיטניום בגלל ....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
הייצור הנוכחי נמדדה בהצלחה במשך כ 3 חודשים באמצעות לוגר נתונים של מתח כמוצג באיור3. הפעם נבחר כפי שהיה תקופת הדגירה יציב הארוך של המעיין, בשל הגשמים חזקה המשפיעים על המעיין. תקופה קצרה יותר יכול להיות מספיק, אבל פרק זמן ארוך יותר יכול לספק העשרה חזקה של ביומסה. אנו אישר את החיבור של מערכת דו-אלקטרודה לאחר דגירה אלקטרוכימי, נצפו הוכחות של קורוזיה במערכת. הייצור הנוכחי גבוה יותר נצפתה במערכת דו-אלקטרודה עם התנגדות נמוכה יותר (1,000 Ω) לעומת שליטה שלילי בהתנגדות.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
במחקר שתואר, אנו מראים את העשרת של קונסורציום מיקרוביאלי, מקושר עם בחיי עיר הייצור הנוכחי. אומד הדפוסים שנצפו בתמיכה מיקרוביאלי הפעילות הנוכחית במערכת זו לאורך זמן קצר וארוך. השלב הקריטי עבור בניית מערכת תפקודית שני-אלקטרודה (סוג תא דלק) הוא בזיהוי וניצול מיקום עם אורווה במפלס המים ושם ריכוז חמצן בסביבה. הקתודה הוא נחשף לחמצן-הממשק מים אוויר, ואילו האנודה נשמרת בתנאי אנאירובית, ההבדל פוטנציאל אלקטרודה מקדם נשימה אנאירובית של חיידקים EET בעל יכולת.
הבחנו תנודה יומית הנוכחית במערכת אלקט.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
המחברים אין לחשוף.
תודות
ברצוננו להודות רוג'ר Raiche, דוד מקרורי ומאפשרת לנו גישה הארזים, ייעוץ על מקומות דגירה לטווח ארוך. אנו מודים גם אנשי הצוות שדה ארזים בעונת 2013-2014: סוזוקי שינו, אישיאי Shunichi, גרג Wanger, גרייסון צ'דוויק, בוניטה לאם, מתיו שכטר. נוספים הודות שינו סוזוקי חיס Kuenen עבור תובנה ומחקר culturing תמיכה. עבודה זו מומן באמצעות מענק הסיוע מדענים צעירים A ו- B מן האגודה יפן של קידום המדע (JSPS) KAKENHI מענק מספר 17H. 04969, 26810085, בהתאמה, הסוכנות יפן מחקר רפואי ופיתוח (17gm6010002h0002). ארה ב מימון מסופקים על ידי אותנו למשרד של הכללית הימי המחקר (N62909-17-1-2038), ואל המרכז אנרגיה אפלה הביוספרה חקירות (C-דבי) (OCE0939564), מכון אסטרוביולוגיה נאס א - חיים מתחת לאדמה (נאי....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| גיליון לבד פחמן | n/a | n/a | משמש לאנודה וחוט |
| טיטניום | קתודה The Nilaco Cooporation | TI-451485 | משמש לבניית מערכת תאי דלק |
| גרפיט אפוקסי | אלקטרוליטיקה lnc. | n/a | משמש לחיבור האלקטרודות וחוט Ti |
| תנור ייבוש | Yamato | DY300 | לאפות את האלקטרודה ל למצק אפוקסי גרפיט מוליך |
| מודד דיגיטלי | Fluke | 616-1454 | כדי לבדוק את הערך האוהמי של ההתנגדות |
| בדיקת חמצן מומס | Sper Science | # 850045 | כדי לבדוק את ריכוז החמצן ב סביבות |
| נגד | Sodial | משמש לבניית מערכת תאי דלק | |
| חוט מוליך | Pico | 81141s | משמש לבניית מערכת תאי דלק |
| מד מתח ולוגר נתונים | T& D corporation | VR-71 | משמש להקלטת נתונים |
| מימן Hexachloroplatinate (IV) Hexahydrate | wako | 18497-13-7 | משמש לאלקטרופולציה |
| חומצת לימון | Wako | 038-06925 | משמש לאלקטרופולציה |
| חומצה גופרתית | Wako | 192-04696 | משמש לאלקטרופולציה |
| HCl | Wako | 083-01095 | משמש לשטיפת אלקטרודות |
| גליל זכוכית | N/A | N/A | בהתאמה אישית, משמש ככיסוי הכור האלקטרוכימי |
| PTFE ובסיס | N/A | N/A | בהתאמה אישית, משמש ככיסוי ובסיס של הכור האלקטרוכימי |
| גומי Buthyl | N/A | N/A | בהתאמה אישית, מוכנס בין כל רכיב של כור אלקטרוכימי |
| Septa | GL Science | 3007-16101 | משמש כיציאת הזרקה של אלקטרודה אלקטרודה |
| תחמוצת פח אינדיום (ITO) | GEOMATEC | No.0001 | משמשת כאלקטרודה עובדת, אלקטרודה רוויה 5Ω/ |
| sq Ag/AgCl KCl | HOKUTO DENKO | HX-R5 | משמשת כאלקטרודת ייחוס, Φ חוט פלטינה 0.30 מ"מ |
| The Nilaco Cooporation | PT-351325 | משמש כאלקטרודה נגדית | |
| NaHCO3 | Wako | 191-01305 | משמש עבור The Cedars Media (CMS) |
| CaCO3 | Wako | 030-00385 | משמש ל-CMS |
| NH4Cl | Wako | 011-03015 | משמש ל-CMS |
| MgCl2 ושור; 6H2O | Wako | 135-00165 | משמש עבור CMS |
| NaOH | Wako | 198-13765 | משמש ל-CMS |
| Na2SO4 | Wako | 194-03355 | משמש ל-CMS |
| K2HPO4 | Wako | 164-04295 | משמש עבור CMS |
| CABS | SANTA CRUZ | SC-285279 | משמש לחממת CMS |
| TOKYO RIKAKIKAI CO. LTD. | LTI-601SD | משמש למכונת | |
| חיטוי | TOMY SEIKO CO. LTD. | LSX-500 | משמש לעיקור של הכור האלקטרוכימי והמדיום |
| ספסל נקי | SANYO | MCV-91BNF | משמש למניעת זיהום הכור האלקטרוכימי והמדיום בחיידקים אחרים |
| מפריד צנטריפוגות | Eppendorf | 5430R | מהירות סיבוב עד 6000 פעמים; g נדרש |
| מחולל גז חנקן | Puequ CO. בע"מ. | ניתן להשתמש גם בבלון גז חנקן | PNTN-2 |
| ספקטרומטר UV-vis | SHIMADZU | UV-1800 | משמש לאופטימיזציה של צפיפות התאים |
| Potentiostat | BioLogic | VMP3 | משמש להיווצרות ביופילם וניסויי אפקט איזוטופ קינטי |
| סירקולטור מים תרמיים | כאחד | TR-1A | משמש לתחזוקת הטמפרטורה של כור אלקטרוכימי |
| כלוב פאראדיי | HOKUTO DENKO | HS-201S | משמש לניסויים אלקטרוכימיים |
| תא אנאירובי | COY | TypeB (ויניל) | לביצוע ניסויים בתנאים אנאירוביים |
| ערכת מיצוי DNA אולטרה-נקי | MoBio |
מקורות
- Nealson, K. H., Saffarini, D. Iron and manganese in anaerobic respiration: environmental significance, physiology, and regulation. Annual Reviews of Microbiology. 48, 311-343 (1994).
- Lovley, D. R. Bug juice: harvesting elect....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
