Name: הגדרת אלקטרוכימי העומד בפני עצמו להעשיר respiring אנודת חיידקים באתר (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 29 s
Description: חקור שיטה אלקטרוכימית ללא מקור כוח להעשרת חיידקים מסוגלים להעברת אלקטרונים חוץ-תאית בסביבות קיצוניות. השיטה מאפשרת בידוד ממושך של מינים קשים לגידול ומפשטת מחקר במיקרוביולוגיה סביבתית.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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-LU) (NNA13AA92A). במסגרתו נערך במסגרת חברה יפן עבור קידום המדעים: בתר לטווח קצר עבור אנט רואו (PE15019) באוניברסיטת טוקיו במעבדה של Kazuhito השימוטו.

1. בניית מערכת דו-אלקטרודה עבור הסביבה דגירה
<ol><li>
הכנת החומר אנודת וטיפול של פחמן הרגיש אלקטרודה (איור 2).
	<ol>
<li>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.</li>
		<li>לשטוף את האלקטרודות פעמיים ב- HCl M 1, תוך ערבוב במשך לפחות 12 שעות עבור כל כביסה.</li>
		<li>יבש האלקטרודות בתנור חם (37 מעלות צלזיוס) למשך 6-12 שעות או עד חינם של נוזל.</li>
		<li>לצרף אלקטרודות טיטניום תיל בעזרת גרפיט אפוקסי לכל הפרוטוקול של היצרן על צלחת טפלון (משטח טפלון). הערה: השתמשנו חוט טיטניום בגלל שלה עמידות גבוהה בפני קורוזיה אירובי.</li>
		<li>אופים האלקטרודה ב 120 מעלות צלזיוס במשך 6 שעות.</li>
		<li>לבדוק את ההתנגדות בין חוט טיטניום, הרגשתי עם מד התנגדות פחמן לאשר ההתנגדות בין חוט אלקטרודות הרגיש הוא פחות מ 5 אוהם.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Electroplation פלטינה על הפחמן הרגיש אלקטרודה עבור הכנת החומר קטודה
	<ol>
<li>להטביע אלקטרודות הרגיש פחמן, מוכן בשלב 1.1, ב- 2 מ' KOH למינימום 12 שעות בתוך מיכל זכוכית.</li>
		<li>לניקוי אלקטרוכימי, מקום האלקטרודה עבודה אלקטרודה (WE) כור שלוש-אלקטרודה, המכיל גם הפניה (RE) עם מונה אלקטרודה (CE). לחבר, מחדש, ו- CE potentiostat על ידי תנין קליפים. לאשר כל הקשרים עם מד התנגדות. הערה: השתמשנו של Ag/AgCl (אשלגן כלורי רווי) אלקטרודה ופלטינה חוט כמו רי ו- CE, בהתאמה.</li>
		<li>פויז האלקטרודה ב V 1.0 vs. Ag/AgCl עבור 600 s בפתרון אלקטרוליט המכיל 2 מ' קו (באמצעות כמות מספקת כדי להטביע את כל אלקטרודה). להוציא את האלקטרודה מן הכור אלקטרוכימי (אשר עשוי זכוכית). לשטוף את האלקטרודה במים יונים לפחות 8 פעמים, sonicating על 1 דקות לאחר כל שטיפה. אלקטרודות יבש ב 100 מעלות צלזיוס במשך לפחות 12 שעות.</li>
		<li>כדי להכין ציפוי פתרון, להוסיף 100 גר' חומצת לימון, 5 גר' נתרן גופרתי, 2 גר' dihydrogen hexachloroplatinate (IV) hexahydrate 1 ליטר של חומצה גופרתית 2 מ'.</li>
		<li>שוקלים ניקה, אלקטרודות כפי המבושלות צעדים 1.2.1–1.2.2 מיובשות ואז מכסים את האלקטרודה בפתרון ציפוי מוכן בשלב 1.2.3. Sonicate האלקטרודה בפתרון ציפוי שלוש פעמים ב-30 s כל.</li>
		<li>Electroplate האלקטרודות מאת poising האלקטרודה פוטנציאליים--0.2 V לעומת Ag/AgCl עבור 460 s בציפוי פתרון. לשטוף אלקטרודות פעמיים במים יונים וזורקים את הפסולת פלטינה.</li>
		<li>לשטוף אלקטרודות במים יונים לפחות 3 פעמים, sonicating עבור 20 s לאחר כל שטיפה. שוטפים ללא sonication לפחות שלוש פעמים נוספות.</li>
		<li>אלקטרודות יבש ב 100 מעלות צלזיוס במשך לפחות 12 ח' שוקלים אלקטרודה לכמת פלטינה electroplated על הפחמן הרגיש אלקטרודה.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. בנייה והתקנה של מערכת דו-אלקטרודה
<ol><li>
חקירת ההתקנה באתר עבור כל אלקטרודה בסביבה הטבעית.
	<ol>
<li>לקבוע ריכוז חמצן באמצעות בדיקה חמצן מומס (DO).</li>
		<li>בדוק את עומק פרופיל דו באתר. הערה: לתנאי הסביבה הרצויה עבור האנודה הם עקביים הידרציה אנוקסיה. אם רצונך בכך, להסיר את השפעת פוטוסינתזה oxygenic על ידי מיגון האנודה מהאור. תנאים אידיאליים עבור מיקום קטודית בעקביות hydrated, סמוך לפני השטח ווטרס להיות oxic. במידת הצורך, לצרף צף כדי לשמור על מרחק מהמטרה של הקתודה.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
בניית תא דלק סוג 2-אלקטרודה הדגירה מערכת
	<ol>
<li>מחברים את החוט מבודד באורך הרצוי חוט טיטניום תיל מ האלקטרודות (אנודת אחד, אחד קטודית מצופה פלטינה) על ידי סיבוך שתי השורות. מכסה את החיבורים עם שעווה עמיד במים, הגנה נוספת על שימוש כיתה ימית חום כיווץ שפופרות.</li>
		<li>לחבר שני חוטי ועם של הקתודה אנודת מאת הנגד של התנגדות ידועה. הערה: במערכות ביולוגיות, נגדים התחתון (10 עד 1,000 Ω) לגרום בפעילות ביולוגי עקבי יותר. אם רצונך בכך, עמידות גבוהה הנגד תמנע פעילות ביולוגית, כפקד שלילי. כדי למנוע קורוזיה של קשרים בין resistor ומוביל, אנחנו מוגנים אותם עם חום הפסיכיאטר צינורות</li>
	</ol>
</li>
	<li>
המידה עבור מתח ורישום טמפרטורה לאורך זמן.
	<ol>
<li>בדוק את המתח בין קצות resistor עבור הערכת הייצור הנוכחי של התגובה תא דלק.</li>
		<li>למדוד את ההבדל מתח לאורך זמן בעזרת וולטמטר רישום נתונים עם הקשרים המתאימים המוביל אנודת קטודית (ראה הפרוטוקול של היצרן). הערה: רישום נתונים טמפרטורה סימולטני הוא אופציונלי, אך מידע זה יכול לסייע מתייחסים לשינויים הנוכחי כדי והאביוטיים בניגוד תנודות ביולוגי.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
הגנה על לוגר נתונים וחיבורי החשמל
	<ol>
<li>השתמש שקית נייח ו/או פלסטיק כדי להגן על לוגר ועל כל חיבורי החשמל מפני גשם.</li>
		<li>לתקן את שקית הניילון והכבלים בחוזקה כדי להגן מפני רוח חזקה. לדוגמה מוצג באיור1.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. אוסף של המדגם אלקטרודה מן הסביבה הטבעית
<ol><li>כדי למנוע את איכות המדגם אנודת להיות ניזוק עקב זיהום החמצן, לאסוף את האלקטרודה בתנאי אנאירובית.</li>
	<li>לפחות 30 דקות לפני איסוף הדגימה אלקטרודה, הכניסו למבחנה ממיקום אנאירובית. לדוגמה, לשים את מבחנה המכסה בנפרד בתחתית האגם כדי להפוך את הבקבוק בתוך אנאירובית.</li>
	<li>לחתוך את ההובלה טיטניום של האלקטרודה עם חותך חוט לאסוף את הדגימה אלקטרודה לתוך מבחנה ובעדינות לאטום אותו בשטח מים אנאירובית. כדי לרענן את הדגימה, לאחסן את הדגימה ב 4 ° C מיד לאחר איסוף הדגימה. הערה: לחלופין, אלקטרודות ניתן להעביר ישירות לבינונית (N2 לצמיתות) אנאוקסיים. השתמשנו מדיום ארזים (שתואר על ידי סוזוקי. et al. 11) זה תוכנן מן ה גאוכימיה מימית נמדד באתר ותוקן לספק מספיק חומרים מזינים לצמיחה מיקרוביאלי. מדיה זו שונתה בשביל ניסויי מעבדה שונות.</li>
</ol>4. מעבדה אישור עבור הייצור הנוכחי וניתוח הדנ א
<ol><li>
אישור אלקטרוכימי יכולת הייצור הנוכחי של חיידקים קונסורציומים הצמדת האלקטרודה.
	<ol>
<li>לבנות מטוס14,כור אלקטרוכימי15 עם האלקטרודה שנדגמו, חוט פלטינה של Ag/AgCl (אשלגן כלורי רווי) אלקטרודה כפי שאנו, לסה נ, ו רה, בהתאמה, בתוך תא אנארובי. למלא את הכור אלקטרוכימי ארזים בינוני המכילים פחמימות מסיסים התורמים אלקטרון.</li>
		<li>שלווה האלקטרודה פוטנציאליים-+0.2 V לעומת Ag/AgCl ולמדוד הייצור הנוכחי.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
מיצוי DNA מדגם אלקטרודה באמצעות DNA מיקרוביאלית של קיט (ראה טבלה של חומרים).
	<ol>
<li>החלק הפנימי של הכפפות אנאירובית עם 70% אתנול ונקי לשים קערת סטיריליים על רדיד אלומיניום. הערה: תא אנארובי שומר ריכוז חמצן במרחק של פחות מ 1 עמודים לדקה על-ידי שמירה על אווירה מימן בסביבות ~ 2-3% צריכים חמצן בנוכחות זרז פלדיום.</li>
		<li>פתח את הכור אלקטרוכימי בתא הכפפות, לשים האלקטרודה מדגם על המנה ולאחר לחתוך לגודל כדי להתאים את הצינור המשמשים את ערכת ה-DNA. להמשיך עם הפרוטוקול של היצרן.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Nealson, K. H., Saffarini, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Iron+and+manganese+in+anaerobic+respiration%3A+environmental+significance%2C+physiology%2C+and+regulation%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Reviews+of+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Iron and manganese in anaerobic respiration: environmental significance, physiology, and regulation.</a> Annual Reviews of Microbiology. 48, 311-343 (1994).</li>
<li>Lovley, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bug+juice%3A+harvesting+electricity+with+microorganisms%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Bug juice: harvesting electricity with microorganisms.</a> Nature Reviews Microbiology. 4 (7), 497-508 (2006).</li>
<li>Rabaey, K., Rozendal, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+electrosynthesis+-+revisiting+the+electrical+route+for+microbial+production%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Microbial electrosynthesis - revisiting the electrical route for microbial production.</a> Nature Reviews Microbiology. 8 (10), 706-716 (2010).</li>
<li>Lovley, D. R., Coates, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioremediation+of+metal+contamination%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Bioremediation of metal contamination.</a> Current Opinion in Biotechnology. 8 (3), 285-289 (1997).</li>
<li>Dinh, H. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Iron+corrosion+by+novel+anaerobic+microorganisms%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Iron corrosion by novel anaerobic microorganisms.</a> Nature. 427 (6977), 829-832 (2004).</li>
<li>Myers, C. R., Nealson, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacterial+manganese+reduction+and+growth+with+manganese+oxide+as+the+sole+electron+acceptor%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Bacterial manganese reduction and growth with manganese oxide as the sole electron acceptor.</a> Science. 240 (4857), 1319-1321 (1988).</li>
<li>Lovley, D. R., Phillips, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+mode+of+microbial+energy+metabolism%3A+organic+carbon+oxidation+coupled+to+dissimilatory+reduction+of+iron+or+manganese%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Novel mode of microbial energy metabolism: organic carbon oxidation coupled to dissimilatory reduction of iron or manganese.</a> Applied and Environmental Microbiology. 54 (6), 1472-1480 (1988).</li>
<li>Arnold, R. G., DiChristina, T. J., Hoffmann, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reductive+dissolution+of+Fe%28III%29+oxides+by+Pseudomonas+sp+200%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+and+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">Reductive dissolution of Fe(III) oxides by Pseudomonas sp 200.</a> Biotechnology and Bioengineering. 32 (9), 1081-1096 (1988).</li>
<li>Rowe, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+electrochemical+enrichment+and+isolation+of+a+magnetite-reducing+bacterium+from+a+high+pH+serpentinizing+spring%5BTitle%5D)+AND+%22Environmentakl+Microbiology%22%5BJournal%5D)">In situ electrochemical enrichment and isolation of a magnetite-reducing bacterium from a high pH serpentinizing spring.</a> Environmentakl Microbiology. 19 (6), 2272-2285 (2017).</li>
<li>Suzuki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+diversity+in+The+Cedars%2C+an+ultrabasic%2C+ultrareducing%2C+and+low+salinity+serpentinizing+ecosystem%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Science+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Microbial diversity in The Cedars, an ultrabasic, ultrareducing, and low salinity serpentinizing ecosystem.</a> Proceedings of the National Academy of Science U S A. 110 (38), 15336-15341 (2013).</li>
<li>Suzuki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physiological+and+genomic+features+of+highly+alkaliphilic+hydrogen-utilizing+Betaproteobacteria+from+a+continental+serpentinizing+site%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Physiological and genomic features of highly alkaliphilic hydrogen-utilizing Betaproteobacteria from a continental serpentinizing site.</a> Nature Communications. 5, 3900(2014).</li>
<li>McCollom, T. M., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703716300941">Temperature trends for reaction rates, hydrogen generation, and partitioning of iron during experimental serpentinization of olivine.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 181, 175-200 (2016).</li>
<li>Morrill, P. L., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703713000768">Geochemistry and geobiology of a present-day serpentinization site in California: The Cedars.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 109, 222-240 (2013).</li>
<li>Okamoto, A., Nakamura, R., Hashimoto, K. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468611004543">In-vivo identification of direct electron transfer from Shewanella oneidensis MR-1 to electrodes via outer-membrane OmcA-MtrCAB protein complexes.</a> Electrochimica Acta. 56 (16), 5526-5531 (2011).</li>
<li>Okamoto, A., Hashimoto, K., Nakamura, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOkamoto%2C+A+%22Spectroelectrochemical+Investigation+on+Biological+Electron+Transfer+Associated+with+Anode+Performance+in+Microbial+Fuel+Cells%22">Spectroelectrochemical Investigation on Biological Electron Transfer Associated with Anode Performance in Microbial Fuel Cells</a>. , InTech. 207-222 (2012).</li>
<li>Deng, X., Nakamura, R., Hashimoto, K., Okamoto, A. <a target="_blank" href="https://www.jstage.jst.go.jp/article/electrochemistry/83/7/83_15-E00044/_article">Electron from an Extracellular Electrode by Desulfovibrio ferrophilus Strain IS5 Without Using Hydrogen as an Electron Carrier.</a> Electrochemistry. 83 (7), 529-531 (2015).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

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...

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 מבודד בעקבות העשרה אקווה, משקעים או אנאירובית digesters באמצעות acceptors אלקטרון מוצק כגון המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית2, Fe2O3 או אלקטרודות לראיון במעבדה6, 7 , 8. עם זאת, שיטות אלה לעיתים קרובות לייצר קונסורציומים דומה, שעלולים להחמיץ taxa רגישים יותר זה יכול לשלוט באנרגיה נמוכה או מערכות ביומסה נמוך, ממתח היכולת של החיידקים האלה כדי להתאים המעבדה או תרבות axenic הסביבה9 . בדרך כלל עבור ביומסה נמוך סביבות, כמויות גדולות של מים מאתר מסוננים להתרכז תאים חיידקיים. אולם, חיידקים בעלי יכולת EET לעתים קרובות להפגין שיטות ההזנה אנאירובית, ולכן החשיפה חמצן עשוי נוסף לעכב או למנוע הטיפוח-תרגול. מתודולוגיות באתר חלופי להתרכז תאים מבלי לחשוף אותם חמצן יכול להקל את הבידוד של חיידקים EET בעל יכולת. כאן, אנו מדווחים פרטים ההתקנה עבור שיטת אלקטרוכימי באתר להעשיר את חיידק בעל יכולת EET על פני תקופה ארוכה של זמן ללא הצורך במקור כוח חיצוני.
באמצעות ניסויים electrocultivation שלנו ממעיין אלקליין מאוד בצפון קליפורניה, ארזים10, אנו מתארים שיטה אלקטרוכימי באתר זו. ה גאוכימיה של המעיינות בסידרס שמושפעים serpentinization ב תת הקרקע. המעיינות הם מאוד מוטעה, עם ריכוז חמצן מתחת לגבול של זיהוי תחת ממשק מים אוויר סימון הפוטנציאל לייצור אנרגיה חיידקים באמצעות EET זו סביבה פונקציונאלית אנאוקסיים11. עם זאת, יש שום ראיות שיתמכו חיידקים EET בעל יכולת של הארזים (ב- rRNA מטוסי אף-16 או ניתוח Metagenomic). למרות שהסביבה הזאת מלווה כמו מקבל האלקטרונים מוגבל, הפוטנציאל באמצעות מינרלים לא מסיסים כמו acceptors אלקטרון מסוף, כולל מינרלים כמו ברזל חושף מינרלים הנובעים serpentinization (קרי, מגנטיט), לא היתה בהרחבה ובדוקים12. אנו, לכן, יישמה מערכת אלקטרוכימי שלנו המחנה מעיין, מעיין pH גבוה-הארזים, להעשיר עבור חיידקים (איור1) תומך-EET13.

<table><tbody><tr><td>גיליון לבד פחמן</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>משמש לאנודה וחוט</td></tr><tr><td>טיטניום</td><td>קתודה The Nilaco Cooporation</td><td>TI-451485</td><td>משמש לבניית מערכת תאי דלק</td></tr><tr><td>גרפיט אפוקסי</td><td>אלקטרוליטיקה lnc.</td><td>n/a</td><td>משמש לחיבור האלקטרודות וחוט Ti</td></tr><tr><td>תנור ייבוש</td><td>Yamato</td><td>DY300</td><td>לאפות את האלקטרודה ל למצק אפוקסי גרפיט מוליך</td></tr><tr><td>מודד דיגיטלי</td><td>Fluke</td><td>616-1454</td><td>כדי לבדוק את הערך האוהמי של ההתנגדות</td></tr><tr><td>בדיקת חמצן מומס</td><td>Sper Science</td><td>#&nbsp; 850045</td><td>כדי לבדוק את ריכוז החמצן ב סביבות</td></tr><tr><td>נגד</td><td>Sodial</td><td></td><td>משמש לבניית מערכת תאי דלק </td></tr><tr><td>חוט מוליך</td><td>Pico</td><td>81141s</td><td>משמש לבניית מערכת תאי דלק </td></tr><tr><td>מד מתח ולוגר נתונים</td><td>T& D corporation</td><td>VR-71</td><td>משמש להקלטת נתונים</td></tr><tr><td>מימן Hexachloroplatinate (IV) Hexahydrate</td><td>wako</td><td>18497-13-7</td><td>משמש לאלקטרופולציה</td></tr><tr><td>חומצת לימון</td><td>Wako</td><td>038-06925</td><td>משמש לאלקטרופולציה</td></tr><tr><td>חומצה גופרתית</td><td>Wako</td><td>192-04696</td><td>משמש לאלקטרופולציה</td></tr><tr><td>HCl</td><td>Wako</td><td>083-01095</td><td>משמש לשטיפת אלקטרודות</td></tr><tr><td>גליל זכוכית</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>בהתאמה אישית, משמש ככיסוי הכור האלקטרוכימי</td></tr><tr><td>PTFE ובסיס</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>בהתאמה אישית, משמש ככיסוי ובסיס של הכור האלקטרוכימי</td></tr><tr><td>גומי Buthyl</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>בהתאמה אישית, מוכנס בין כל רכיב של כור אלקטרוכימי</td></tr><tr><td>Septa</td><td>GL Science</td><td>3007-16101</td><td>משמש כיציאת הזרקה של אלקטרודה אלקטרודה</td></tr><tr><td>תחמוצת פח אינדיום (ITO)</td><td>GEOMATEC</td><td>No.0001</td><td>משמשת כאלקטרודה עובדת, אלקטרודה רוויה 5&Omega;/</td></tr><tr><td>sq Ag/AgCl KCl</td><td>HOKUTO DENKO</td><td>HX-R5</td><td>משמשת כאלקטרודת ייחוס, &Phi; חוט פלטינה 0.30 מ"מ</td></tr><tr><td></td><td>The Nilaco Cooporation</td><td>PT-351325</td><td>משמש כאלקטרודה נגדית</td></tr><tr><td>NaHCO3</td><td>Wako</td><td>191-01305</td><td>משמש עבור The Cedars Media (CMS)</td></tr><tr><td>CaCO3</td><td>Wako</td><td>030-00385</td><td>משמש ל-CMS</td></tr><tr><td>NH4Cl</td><td>Wako</td><td>011-03015</td><td>משמש ל-CMS</td></tr><tr><td>MgCl2&nbsp; ושור; 6H2O</td><td>Wako</td><td>135-00165</td><td>משמש עבור CMS</td></tr><tr><td>NaOH&nbsp;</td><td>Wako</td><td>198-13765</td><td>משמש ל-CMS</td></tr><tr><td>Na2SO4</td><td>Wako</td><td>194-03355</td><td>משמש ל-CMS</td></tr><tr><td>K2HPO4</td><td>Wako</td><td>164-04295</td><td>משמש עבור CMS</td></tr><tr><td>CABS</td><td>SANTA CRUZ</td><td>SC-285279</td><td>משמש לחממת CMS</td></tr><tr><td></td><td>TOKYO RIKAKIKAI CO. LTD.</td><td>LTI-601SD</td><td>משמש למכונת</td></tr><tr><td>חיטוי</td> טרום טיפוח <td>TOMY SEIKO CO. LTD.</td><td>LSX-500</td><td>משמש לעיקור של הכור האלקטרוכימי והמדיום</td></tr><tr><td>ספסל נקי</td><td>SANYO</td><td>MCV-91BNF</td><td>משמש למניעת זיהום הכור האלקטרוכימי והמדיום בחיידקים אחרים</td></tr><tr><td>מפריד צנטריפוגות</td><td>Eppendorf</td><td>5430R</td><td>מהירות סיבוב עד 6000 פעמים; g נדרש</td></tr><tr><td>מחולל גז חנקן</td><td>Puequ CO. בע"מ.</td><td>ניתן להשתמש גם בבלון גז חנקן</td> <td>PNTN-2</td> במקום מחולל גז</tr><tr><td>ספקטרומטר UV-vis</td><td>SHIMADZU</td><td>UV-1800</td><td>משמש לאופטימיזציה של צפיפות התאים</td></tr><tr><td>Potentiostat</td><td>BioLogic</td><td>VMP3</td><td>משמש להיווצרות ביופילם וניסויי אפקט איזוטופ קינטי</td></tr><tr><td>סירקולטור מים תרמיים</td><td>כאחד</td><td>TR-1A</td><td>משמש לתחזוקת הטמפרטורה של כור אלקטרוכימי</td></tr><tr><td>כלוב פאראדיי</td><td>HOKUTO DENKO</td><td>HS-201S</td><td>משמש לניסויים אלקטרוכימיים</td></tr><tr><td>תא אנאירובי</td><td>COY</td><td>TypeB (ויניל)</td> <td>לביצוע ניסויים בתנאים אנאירוביים</td></tr><tr><td>ערכת מיצוי DNA אולטרה-נקי</td><td>MoBio</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

הגדרת אלקטרוכימי העומד בפני עצמו להעשיר respiring אנודת חיידקים באתר

Self-standing Electrochemical Set-up to Enrich Anode-respiring Bacteria On-site

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.

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...

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).

Anaerobic respiration coupled with electron transport to insoluble minerals (referred to as extracellular electron transport [EET]) is thought to be ...

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחומי המיקרוביולוגיה הסביבתית לגבי הנוכחות של חיידקים המסוגלים ל-EET במיוחד בביומסה נמוכה או בתנאים קיצוניים מבחינה גיאוכימית. היתרון העיקרי של העשרת המיקרוביולוגיה באתר שלנו הוא שהיא אינה דורשת מקור חשמל המאפשר את תקופת הבידוד הארוכה של חודשים ללכידת טקסונים קשים לתרבית. באופן כללי, אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו מכיוון שייצור מערכות אלקטרוכימיות מכיל מספר שלבים הדורשים יישום מדויק.כדי לבנות את מערכת הדגירה של תא דלק מסוג II, סובב חוט מבודד באורך הניסוי המתאים יחד עם חוט טיטניום מהאלקטרודות וכסה את החיבורים בשעווה עמידה במים. לאחר מכן, הגן עוד יותר על הכבלים עם צינורות כיווץ חום בדרגה ימית וחבר את שני החוטים עם קתודה ואנודה על ידי נגד בעל התנגדות ידועה. כדי למדוד את רישום טמפרטורת המתח לאורך זמן, בדוק את המתח בין קצות הנגד כדי לאפשר הערכה של ייצור הזרם מתגובת תאי הדלק.והשתמש במד מתח לרישום נתונים עם החיבור המתאים המוביל לאנודה ולקתודה כדי למדוד את הפרש המתח לאורך זמן, בהתאם למפרט היצרן. כדי להגן על לוגר הנתונים והחיבורים החשמליים, הנח שקית ניילון סביב הלוגר וכל החיבורים החשמליים ואבטח היטב את השקית והכבלים כדי להגן על החומרים מפני רוח חזקה. כדי לאסוף דגימת אלקטרודה מהסביבה הטבעית, לפחות 30 דקות לפני האיסוף, הנח מבחנה מזכוכית לא מכוסה ואת מכסה המבחנה במקום אנאירובי.לאחר הכנסת הבקבוק למקום האיסוף, ודא שכל בועות האוויר הוסרו מתוך הבקבוק. בתום תקופת הטיפוח, השתמש בחותך תיל כדי לחתוך את עופרת הטיטניום מהאלקטרודה. ולאסוף בעדינות את דגימת האלקטרודה לתוך המבחנה.כסו את המבחנה בתוך אזור המים האנאירובי ואחסנו מיד את הדגימה בארבע מעלות צלזיוס. כדי לאשר את הייצור הנוכחי, השתמש באלקטרודה שנדגמה, בחוט הפלטינה ובאלקטרודת כלוריד כסף/כסף כדי לבנות כור אלקטרוכימי בתא אנאירובי. מלאו את התא האלקטרוכימי במדיום ארזים בתוספת תורמי אלקטרונים פחמימות מסיסות.יציב את פוטנציאל האלקטרודה בחיובי 0.2 וולט לעומת כסף / כסף כלוריד, אלקטרודת ייחוס רוויה אשלגן כלורי. לאחר מכן, מדוד את ייצור הזרם והסר את האלקטרודה מתא האלקטרודה לניתוח RNA ריבוזומלי 16S. בעת ניתוח הייצור הנוכחי, חיוני להימנע מזיהום הדגימה בחיידקים מהמעבדה במיוחד בתוך תא הכפפות האנאירובי.באמצעות אוגר נתוני מתח כפי שהודגם, הייצור הנוכחי נמדד בהצלחה במשך כשלושה חודשים. זרם גבוה נצפה בדרך כלל במערכת זו של שתי אלקטרודות. ניתן לראות כאן את ההתנגדות של 1,000 אוהם בהשוואה להתנגדות השליטה השלילית של 100 קילו-אוהם.בניסוי מייצג זה, נצפתה עלייה הדרגתית בייצור הנוכחי בחודש הראשון באתר הארזים שלנו, מה שמרמז על צמיחה, הצטברות או לינה של חיידקים על פני השטח של האלקטרודה, שלאחריה ייצור זרם יציב במשך החודשיים הבאים. מעניין לציין כי הייצור הנוכחי מתנדנד בדרך כלל במחזור של כ-24 שעות לאורך כל תקופת ההעשרה האלקטרוכימית. בתוך הקהילות המיקרוביאליות שנצפו, ניתן לראות הבדלים ברורים במבנה הכולל בין פילות הקשורות לאלקטרודות ולא אלקטרודות.לדוגמה, בניסוי זה, הקהילה המיקרוביאלית הקשורה לאלקטרודה הייתה מועשרת מאוד בחיידקים משושלות בלתי ניתנות לתרבית כמו גם שושלות Firmicute של חיידקים. שינוי בהרכב הפרוטאובקטריה נצפה גם במחקר זה שבו פרוטאובקטריה בטא שלטה הן בדגימות הקשורות לקלציט הסביבתי והן בדגימות הקשורות לפלנקטון, ומצד שני, פרוטאובקטריה גמא שלטה בדגימות הקשורות לאלקטרודות. כאשר מנסים הליך זה, חשוב לזכור שגורמים סביבתיים יכולים להשפיע על הייצור הנוכחי באתר.לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום המיקרוביולוגיה הסביבתית לבידוד חיידקים המסוגלים ל-EET מסביבות שונות. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע העשרה באתר של חיידקים בעלי יכולת EET ללא צורך במקור כוח.

self-standing-electrochemical-set-up-to-enrich-anode-respiring

Research

JoVE Journal

Environment

סביבה

מקור: אוקאמוטו, א., ואחרים. מערכת אלקטרוכימית עומדת להעשרת חיידקים נושמים אנודה באתר. J. Vis. Exp. (2018)הסרטון הזה מדגים את השימוש במערכת אלקטרוכימית באתר להעשיר חיידקי נשימת אנודה (ARB) ממאגרים טבעיים. גרדיאנט רדוקס נקבע על ידי הנחת האנודה במים עמוקים ללא חמצן והקתודה במים עיליים עשירים בחמצן. ARB יוצרים ביופילמים ומעבירים אלקטרונים לאנודה, שזורמת לקתודה, שם החמצן מצטמצם ויוצר זרם. האנודה נאספת בתנאים אנאירוביים לניתוח במורד הזרם.

העשרת חיידקים נושמים אנודה באמצעות מערכת אלקטרוכימית באתר

מקור: Tokunou, Y. ואחרים, זיהוי אלקטרוכימי של השפעת איזוטופ קינטי של דויטריום על הובלת אלקטרונים חוץ-תאית ב-Shewanella oneidensis MR-1. J. Vis. Exp. (2018)סרטון זה מדגים את ההרכבה וההפעלה של מודל כור אלקטרוכימי שנועד לדמות יצירת ביופילם על פני אלקטרודות. גירוי אלקטרוכימי מבוקר מקדם הידבקות מיקרואורגנית, מה שמוביל להתפתחות הדרגתית של ביופילם מונו-שכבה חיידקית.

פיתוח ביופילם מונולייר חיידקי באמצעות כור אלקטרוכימי

מודגמת צמיחה כרונואמפרומטרית של ביופילמים מיקרוביאליים אלקטרואקטיביים אנודיים בכור אצווה מוזנת באמצעות מערך של שלוש אלקטרודות, הנשלט על ידי פוטנציוסטט. העברת האלקטרונים החוץ-תאית מאופיינת באמצעות וולטמטריה מחזורית בנוכחות תורם האלקטרונים ובהיעדר תורם האלקטרונים. מודגם ניתוח נתונים בסיסי.

ביופילמים מיקרוביאליים אלקטרואקטיביים המופקים משפכים: גידול, תחזוקה ואפיון בסיסי

אנו מדגימים מיצוי אמוניום מזרם עשיר באמוניום באמצעות מערכת אלקטרוכימית וביו-אלקטרוכימית. מערך הכור, הפעלתו וניתוח הנתונים נדונים.

שחזור אמוניום מושרה Electrochemically וBioelectrochemically

הפחתת סולפט מיקרוביאלית היא תהליך בעל חשיבות רבה בביוטכנולוגיה סביבתית. הצלחת הכורים הסולפידוגניים תלויה בין היתר בהרכב המיקרוביאלי של הבוצה. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפיתוח בוצה גופרתית ממשקעי נביעות הידרותרמיות בכור UASB למטרות דה-כלור רדוקטיבי.

פיתוח של Sulfidogenic בוצה מים משקעים וטריכלוריטן הפחתה בכור שמיכת Upflow אנאירובית בוצה

פרוטוקול למדידת מוליכות חשמלית של חיים חיידקים פתוגנים המועברים במזון תחת תנאים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית מוצג.

אפיון תחבורה אלקטרון דרך חיים Biofilms

כאן אנו מציגים פרוטוקול של כל תא אלקטרוכימי ניסויים ללמוד את התרומה של פרוטון תחבורה לקצב התחבורה אלקטרון חוץ-תאית באמצעות cytochromes הממברנה החיצונית מתחם Shewanella oneidensis מר-1.

אלקטרוכימי זיהוי של דאוטריום קינטי איזוטופ אפקט על חוץ-תאית אלקטרון התחבורה מר Shewanella oneidensis -1

כאן אנו מציגים פרוטוקול לאפיון העברת אלקטרונים חוץ-תאית מתווכת (EET) בחיידקי חומצה לקטית באמצעות מערכת ביואלקטרוכימית תלת-אלקטרודתית בעלת שני תאים. אנו מדגימים שיטה זו עם Lactiplantibacillus plantarum ומתווך חמצון-חיזור 1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid ומספקים תיאור יסודי של הטכניקות האלקטרוכימיות המשמשות להערכת EET מתווך.

אפיון מעבר אלקטרונים חוץ-תאי מתווך בחיידקי חומצה לקטית עם מערכת ביואלקטרוכימית תלת-אלקטרודתית דו-תאית

מחלה קליפת אשור היא ביוזמת האכלת פעילויות של החרק בקנה מידה אשור שיוצרים נקודות כניסה פטרייתי בקליפה. עצים, כי הם עמידים לחרקים בקנה מידה הם גם מחלה עמידה. כאן אנו מציגים את הפרוטוקול שפיתחנו למסך עצי אשור פרט להתנגדות בקנה מידה אשור.

טכניקה למסך בוק האמריקאי להתנגדות לחרקי האשור Scale (<em&gt; Fagisuga Cryptococcus</em&gt; לינד.)

אנחנו מדומים מערכת גאות הימית ferruginous Precambrian בטור זרימה דרך אנכי בקנה מידה במעבדה. המטרה היתה להבין כיצד פרופילים גיאוכימיים של O 2 ו- Fe (II) להתפתח כפי כחוליות תוצרת O 2. התוצאות מראות על הקמת chemocline בשל Fe (II) חמצון ידי מיוצר photosynthetically O 2.

סימולצית מעבדה של הברזל (II) -rich Precambrian ימי גאות מערכת לחקור את הצמיחה של חיידקים פוטוסינתטיים

חקור שיטה אלקטרוכימית ללא מקור כוח להעשרת חיידקים מסוגלים להעברת אלקטרונים חוץ-תאית בסביבות קיצוניות. השיטה מאפשרת בידוד ממושך של מינים קשים לגידול ומפשטת מחקר במיקרוביולוגיה סביבתית.

הגדרת אלקטרוכימי העומד בפני עצמו להעשיר respiring אנודת חיידקים באתר

גלה סרטונים נוספים