Name: 中性脂質のバブル列フォトバイオリアクターとアッセイで緑の微細藻類の栽培 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 8 s
Description: 学ぶバブル列フォトバイオリアクターの構築と緑の微細藻類の栽培方法。成長速度と中性脂質含量を測定し、バイオ燃料や廃水処理研究に応用できる経済的なシステムを実現します。

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この研究のためのサポートは、米国農務省国立食品研究所と農業ハッチ プロジェクト ALA0HIGGINS、学長、研究では、副社長とサミュエル モビルジン工学大学のオーバーン大学のオフィスによって提供されました。サポートは、NSF によって提供されたもあわせて 1438211 を付与します。

<ol><li>Prandini, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+nutrient+removal+from+swine+wastewater+digestate+coupled+to+biogas+purification+by+microalgae+Scenedesmus+spp%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Enhancement of nutrient removal from swine wastewater digestate coupled to biogas purification by microalgae Scenedesmus spp.</a> Bioresource Technology. , 67-75 (2016).</li>
<li>Liu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phycoremediation+of+dairy+and+winery+wastewater+using+Diplosphaera+sp.+MM1%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Phycology%22%5BJournal%5D)">Phycoremediation of dairy and winery wastewater using Diplosphaera sp. MM1.</a> Journal of Applied Phycology. 28 (6), 3331-3341 (2016).</li>
<li>Passero, M., Cragin, B., Coats, E. R., McDonald, A. G., Feris, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dairy+Wastewaters+for+Algae+Cultivation%2C+Polyhydroxyalkanote+Reactor+Effluent+Versus+Anaerobic+Digester+Effluent%5BTitle%5D)+AND+%22BioEnergy+Research%22%5BJournal%5D)">Dairy Wastewaters for Algae Cultivation, Polyhydroxyalkanote Reactor Effluent Versus Anaerobic Digester Effluent.</a> BioEnergy Research. 8 (4), 1647-1660 (2015).</li>
<li>Hodgskiss, L. H., Nagy, J., Barnhart, E. P., Cunningham, A. B., Fields, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cultivation+of+a+native+alga+for+biomass+and+biofuel+accumulation+in+coal+bed+methane+production+water%5BTitle%5D)+AND+%22Algal+Research%22%5BJournal%5D)">Cultivation of a native alga for biomass and biofuel accumulation in coal bed methane production water.</a> Algal Research. 19, 63-68 (2016).</li>
<li>Gao, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oil+accumulation+mechanisms+of+the+oleaginous+microalga+Chlorella+protothecoides+revealed+through+its+genome%2C+transcriptomes%2C+and+proteomes%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Genomics%22%5BJournal%5D)">Oil accumulation mechanisms of the oleaginous microalga Chlorella protothecoides revealed through its genome, transcriptomes, and proteomes.</a> BMC Genomics. 15, (2014).</li>
<li>Burch, A. R., Franz, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+nitrogen+limitation+and+hydrogen+peroxide+treatment+enhances+neutral+lipid+accumulation+in+the+marine+diatom+Phaeodactylum+tricornutum%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Combined nitrogen limitation and hydrogen peroxide treatment enhances neutral lipid accumulation in the marine diatom Phaeodactylum tricornutum.</a> Bioresource Technology. 219, 559-565 (2016).</li>
<li>Brennan, L., Owende, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofuels+from+microalgae--A+review+of+technologies+for+production%2C+processing%2C+and+extractions+of+biofuels+and+co-products%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+Sustainable+Energy+Reviews%22%5BJournal%5D)">Biofuels from microalgae--A review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products.</a> Renewable Sustainable Energy Reviews. 14 (2), 557-577 (2009).</li>
<li>Branyikova, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microalgae+-+Novel+highly+efficient+starch+producers%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+and+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">Microalgae - Novel highly efficient starch producers.</a> Biotechnology and Bioengineering. 108 (4), 766-776 (2010).</li>
<li>Chalima, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Utilization+of+Volatile+Fatty+Acids+from+Microalgae+for+the+Production+of+High+Added+Value+Compounds%5BTitle%5D)+AND+%22Fermentation%22%5BJournal%5D)">Utilization of Volatile Fatty Acids from Microalgae for the Production of High Added Value Compounds.</a> Fermentation. 3 (4), (2017).</li>
<li>Harun, R., Singh, M., Forde, G. M., Danquah, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioprocess+engineering+of+microalgae+to+produce+a+variety+of+consumer+products%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+and+Sustainable+Energy+Reviews%22%5BJournal%5D)">Bioprocess engineering of microalgae to produce a variety of consumer products.</a> Renewable and Sustainable Energy Reviews. 14 (3), 1037-1047 (2010).</li>
<li>Liu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+new+method+for+genetic+transformation+of+the+green+alga+Chlorella+ellipsoidea%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+biotechnology%22%5BJournal%5D)">Development of a new method for genetic transformation of the green alga Chlorella ellipsoidea.</a> Molecular biotechnology. 54 (2), 211-219 (2013).</li>
<li>Cheng, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mutate+Chlorella+sp.+by+nuclear+irradiation+to+fix+high+concentrations+of+CO2%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Mutate Chlorella sp. by nuclear irradiation to fix high concentrations of CO2.</a> Bioresource Technology. 136, 496-501 (2013).</li>
<li>Davis, R., Aden, A., Pienkos, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Techno-economic+analysis+of+autotrophic+microalgae+for+fuel+production%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Energy%22%5BJournal%5D)">Techno-economic analysis of autotrophic microalgae for fuel production.</a> Applied Energy. 88 (10), 3524-3531 (2011).</li>
<li>Sales, C. M., Au, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+Scale+in+a+Photosynthetic+Reactor+System+for+Algal+Remediation+of+Wastewater%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Comparison of Scale in a Photosynthetic Reactor System for Algal Remediation of Wastewater.</a> Journal of Visualized Experiments. (121), e55256(2017).</li>
<li>Higgins, B. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cofactor+symbiosis+for+enhanced+algal+growth%2C+biofuel+production%2C+and+wastewater+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Algal+Research%22%5BJournal%5D)">Cofactor symbiosis for enhanced algal growth, biofuel production, and wastewater treatment.</a> Algal Research. 17, 308-315 (2016).</li>
<li>Higgins, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Algal-bacterial+synergy+in+treatment+of+winery+wastewater%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Clean+Water%22%5BJournal%5D)">Algal-bacterial synergy in treatment of winery wastewater.</a> Nature Clean Water. 1 (6), (2017).</li>
<li>Higgins, B. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+thiamine+metabolites+and+spent+medium+from+Chlorella+sorokiniana+on+metabolism+in+the+green+algae+Auxenochlorella+prototheciodes%5BTitle%5D)+AND+%22Algal+Research%22%5BJournal%5D)">Impact of thiamine metabolites and spent medium from Chlorella sorokiniana on metabolism in the green algae Auxenochlorella prototheciodes.</a> Algal Research. 33, 197-208 (2018).</li>
<li>Lépinay, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((First+insight+on+interactions+between+bacteria+and+the+marine+diatom+Haslea+ostrearia%3A+Algal+growth+and+metabolomic+fingerprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Algal+Research%22%5BJournal%5D)">First insight on interactions between bacteria and the marine diatom Haslea ostrearia: Algal growth and metabolomic fingerprinting.</a> Algal Research. 31, 395-405 (2018).</li>
<li>Franchino, M., Comino, E., Bona, F., Riggio, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+three+microalgae+strains+and+nutrient+removal+from+an+agro-zootechnical+digestate%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">Growth of three microalgae strains and nutrient removal from an agro-zootechnical digestate.</a> Chemosphere. 92 (6), 738-744 (2013).</li>
<li>Choix, F. J., Lopez-Cisneros, C. G., Mendez-Acosta, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Azospirillum+brasilense+Increases+CO2+Fixation+on+Microalgae+Scenedesmus+obliquus%2C+Chlorella+vulgaris%2C+and+Chlamydomonas+reinhardtii+Cultured+on+High+CO2+Concentrations%5BTitle%5D)+AND+%22Microbial+Ecology%22%5BJournal%5D)">Azospirillum brasilense Increases CO2 Fixation on Microalgae Scenedesmus obliquus, Chlorella vulgaris, and Chlamydomonas reinhardtii Cultured on High CO2 Concentrations.</a> Microbial Ecology. 76 (2), 430-442 (2018).</li>
<li>Higgins, B., VanderGheynst, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Escherichia+coli+on+mixotrophic+growth+of+Chlorella+minutissima+and+production+of+biofuel+precursors%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Effects of Escherichia coli on mixotrophic growth of Chlorella minutissima and production of biofuel precursors.</a> PLoS One. 9 (5), e96807(2014).</li>
<li>Higgins, B., Thornton-Dunwoody, A., Labavitch, J. M., VanderGheynst, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microplate+assay+for+quantitation+of+neutral+lipids+in+extracts+from+microalgae%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Biochemistry%22%5BJournal%5D)">Microplate assay for quantitation of neutral lipids in extracts from microalgae.</a> Analytical Biochemistry. 465, 81-89 (2014).</li>
<li>Tanadul, O. U., Vandergheynst, J. S., Beckles, D. M., Powell, A. L., Labavitch, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+impact+of+elevated+CO2+concentration+on+the+quality+of+algal+starch+as+a+potential+biofuel+feedstock%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+and+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">The impact of elevated CO2 concentration on the quality of algal starch as a potential biofuel feedstock.</a> Biotechnology and Bioengineering. 111 (7), 1323-1331 (2014).</li>
<li>Folch, J., Lees, M., Sloane Stanley, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+method+for+the+isolation+and+purification+of+total+lipides+from+animal+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biological+Chemistry%22%5BJournal%5D)">A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues.</a> Journal of Biological Chemistry. 226 (1), 497-509 (1957).</li>
<li>Higgins, B. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Informatics+for+improved+algal+taxonomic+classification+and+research%3A+A+case+study+of+UTEX+2341%5BTitle%5D)+AND+%22Algal+Research%22%5BJournal%5D)">Informatics for improved algal taxonomic classification and research: A case study of UTEX 2341.</a> Algal Research. 12, 545-549 (2015).</li>
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<li>de-Bashan, L. E., Trejo, A., Huss, V. A. R., Hernandez, J. -P., Bashan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chlorella+sorokiniana+UTEX+2805%2C+a+heat+and+intense%2C+sunlight-tolerant+microalga+with+potential+for+removing+ammonium+from+wastewater%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Chlorella sorokiniana UTEX 2805, a heat and intense, sunlight-tolerant microalga with potential for removing ammonium from wastewater.</a> Bioresource Technology. 99 (11), 4980-4989 (2008).</li>
<li>Wang, Q., Higgins, B., Ji, H., Zhao, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWang%2C+Q+%22Annual+International+Meeting+of+the+ASABE%22">Annual International Meeting of the ASABE</a>. , American Society of Agricultural and Biological Engineers. Detroit, MI. (2018).</li>
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藻類を培養する際に最も重要な生物または生物のグループの特定のニーズを理解しています。藻類が特定の非生物的要因 (温度、メディア、pH、光量、CO2レベルの通気率) の広い範囲の文化をここで説明した栽培システムを使用ことができます藻類は生物のニーズを調整する必要があります。クロレラとAuxenochlorellaの耕作のために使用されたここで説明したパラメーターに注意してください。高栄養、光と温度レベル27に耐性があるために、これらの生物が産業興味の。蛍光球根の除去を介して光のレベルを減らすことができ、季節を表す昼/夜のサイクルを調整ことができます。同様に、水ヒーターをオンできますコントロールの上下水システムの温度でお風呂。ここで説明したシステムは、このような機能を使用しない、低コスト冷却システムを介して室温以下の魚タンク水風呂を冷やすことです。小型冷蔵庫に水のバケツを置き、冷水のバケツから水槽に可変速ポンプに水を使用し、戻る。高速の排気速度、貯水タンク、寒い魚になります。
藻類...

工学とバイオ テクノロジーで微細藻類のアプリケーションは、近年大きな関心を集めています。微細藻類が排水処理1,2,3,4、バイオ燃料生産5,6,7,8で使用するため研究されていると栄養補助食品・その他価値の高い製品9,10の生産。藻類も遺伝的変更される大きい率で特定のエンジニア リング アプリケーションの11,12の健康を改善するために。その結果、制御された設定で工業的に関連する生物の実験には大きな関心があります。このメソッドの目的は、管理された実験室では、文化の微細藻類に効果的なアプローチし成長とその藻の中性脂質含量を測定します。成長の改善率と微細藻類の中性脂質含量は13藻類バイオ燃料の実用化に向けた 2 つのキーのボトルネックとして識別されています。
幅広いアプローチは実験目的のため藻類培養に使用されています。一般に、これらのアプローチは大規模屋外栽培と小規模の屋内栽培の分けることができます。フォトバイオリアクターと開いている池で屋外栽培は実験室規模 (例えば藻類の新種高脂質のスケール アップをテストするため) に既に実績のあるプロセスをスケール アップを目的とした実験に適した14。ただし、屋内の小規模栽培は適切な新規または改善された藻類系統の開発時または生物学的メカニズムを理解することを目的とした実験を行います。これらの後者の場合生物学的態度の微妙な変化を引き出す心理学実験制御の高度が必要です。そのため、無菌共生栽培多くの場合必然的に大規模な屋外における拡張他の生物 (例えば細菌、他の藻類) に関連付けられている複雑な生物的要因を最小限に抑えるために必要があります。藻類や他の生物間の相互作用を学ぶ時でさえ、分子生物15,16,17交流を調べる実験条件の高度制御の使用が役立つことがわかりました。
小規模な屋内藻類栽培のカテゴリ内でのアプローチの範囲が使用されています。おそらく最も一般的なアプローチは、光銀行18,19下シェーカー テーブルの上のエルレンマイヤー フラスコで藻を成長することです。フラスコの上部に泡のプラグインを介して受動拡散によって酸素と CO2の交換が行われる。一部の研究者は、フラスコ20のアクティブな通気によってこの設定を改善しています。攪拌棒とアクティブな通気によって混合ボトルで藻類を育成する方法です。そのシンプルさにもかかわらず、我々 はフラスコやボトルの使用がしばしば生物複製間の一貫性のない結果につながることを発見しました。おそらくこれは位置の影響によるものです - 別の位置を受け取るまた炉内温度に影響を与える光の量が異なる。新しい位置に原子炉の毎日のローテーションは助けることが問題を軽減しないので藻類の成長の特定の段階 (例えば、早期指数) 他 (例えば、ログ フェーズ) よりポジショニング エフェクトにより敏感します。
技術的に洗練されたスペクトルの反対側にある商業のフォトバイオリアクターを完全に制御これらのシステムは継続的に監視し、藻類の成長を最適化するために原子炉で条件を調整します。プログラム可能な照明、リアルタイム温度コントロール、および pH コントロールがあります。残念なことに、彼らは高価であり、通常原子炉あたり数千ドルの費用。最も科学的なおよび工学のジャーナルは複数バイオリアクターの購入を施行した結果の生物学的レプリケーションを必要とします。ここでは提示バブル列原子炉システム シンプル (フラスコ) と高度 (バイオリアクターの完全に制御) 間の格差ラボ スケール藻類栽培へのアプローチその橋。ガス交換を促進し、原子炉をミックスする気泡上昇気泡列を使用します。このアプローチは、照明と温度制御のある程度を提供しますがコスト効率の高い方法で 。さらに、我々 はフラスコやボトルのアプローチと比較して統計的に有意な結果を得るために必要な生物学的複製の必要数を減らすこと生物的複製の間で非常に一貫した結果が得られるこのシステムを発見しました。また正常に藻類と細菌21の混合物を育成するこのシステムを使いました。藻類栽培に加えて培養藻の中性脂質含量を測定するための手順の概要を説明します。後者の方法はされている22、他の場所で公開されたが、我々 は正常にそれを使用する方法の詳細な手順を提供するためにここでプロシージャを含めます。

<table><tbody><tr><td>空輸用消耗品 フォトバイオリアクターのセットアップ</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1 L パイレックスボトル</td><td>コーニング</td><td>16157-191</td><td>ボトルリアクター、加湿器用</td></tr><tr><td>1/2インチホースクランプ</td><td>ホームデポ</td><td>UC953A</td><td>または同等の</td></tr><tr><td>1/4インチメスルアー</td><td>ノードソンバイオメディカル</td><td>ノードソンFTLL360-6005</td><td>1/4インチID、PP</td></tr><tr><td>1/4" ID、3/8" ODオートクレーブ可能なポリ塩化ビニールの管</td> Oリングの<td>Thermo-Nalgene</td><td>63013-244</td><td>50'1</td></tr><tr><td>/4" のOリング</td><td>グレインジャー1REC5</td><td></td><td>#010 媒体堅いシリコーンOリング、0.239" I.D.、0.379" OD</td></tr><tr><td>1/8" メス ルアー to バーブ</td><td>ノードソン バイオメディカル</td><td>FTLL230-6005</td><td></td></tr><tr><td>1/8" ID, 1/4" OD オートクレーブ可能 PVC チューブ</td><td>Thermo-Nalgene</td><td>63013-608</td><td>250'1</td></tr><tr><td>/8" オス スピニング ルアー バーブ</td><td>ノードソン バイオメディカル</td><td>MLRL013-6005</td><td></td></tr><tr><td>1/8" マルチポート バーブ</td><td>ノードソン バイオメディカル</td><td>4PLL230-6005</td><td>1/8" マルチポート バーブ</td></tr><tr><td>1/8インチ NPT からバーブへ</td><td>ノードソン生物医学</td><td>18230-6005</td><td>1/8インチ 200シリーズ バーブ</td></tr><tr><td>1/8インチ パネルマウントルアー</td><td>ノードソンバイオメディカル</td><td>ノードソン MLRLB230-6005</td><td>1/8インチ、PP</td></tr><tr><td>10ガロン水槽</td><td>ウォルマート</td><td>802262</td><td>レイアウトに応じて最大8つのバイオリアクターを保持可能</td></tr><tr><td>100-1000 ccm流量計</td><td>ドワイヤー</td><td>RMA-13-SSV</td><td>ボトルリアクター用</td></tr><tr><td>2フィート蛍光灯バンク</td><td>アグロブライト</td><td>FLT24 T5</td><td></td></tr><tr><td>200-2500 ccm 流量計</td><td>ドワイヤー</td><td>RMA-14-SSV</td><td>加湿器の上流の空気調節用</td></tr><tr><td>250 mL パイレックスボトル</td><td>コーニング</td><td>16157-136</td><td>加湿器後のガス混合用</td></tr><tr><td>50-500 ccm 流量計</td><td>ドワイヤー</td><td>RMA-12-SSV</td><td>ハイブリダイゼーションチューブリアクター用</td></tr><tr><td>5-50 ccm 流量計</td><td>ドワイヤー</td><td>RMA-151-SSV</td><td>CO2流量制御用</td></tr><tr><td>エアフィルター0.2&micro;m</td><td>Whatman/フィ</td><td>ッシャー09-745-1A</td><td>ポリベント、28 mm、0.2 & マイクロ;m、PTFE、50パック</td></tr><tr><td>チェックバルブ</td><td>VWR</td><td>89094-714</td><td></td></tr><tr><td>パイレックスボトル用コーニング蓋VWR</td><td></td><td>89000-233</td><td>10 GL45蓋メス</td></tr><tr><td>ルアーエンドキャップ</td><td>ノードソン生物医学</td><td>ノードソンFTLLP-6005</td><td>女性安定PP</td></tr><tr><td>ハイブリダイゼーションチューブコー</td><td>ニング</td><td>32645-030</td><td>35x300 mm、2個入りパック</td></tr><tr><td></td><td>ウォルマート</td><td>556393626</td><td></td></tr><tr><td>ロックナット</td><td>ノードソン バイオメディカル</td><td>ノードソン LNS-3</td><td>1/4 インチ、レッド ナイロン</td></tr><tr><td>ロー プロファイル マグネチック スターラー</td><td>VWR</td><td>10153-690</td><td>ロー プロファイル マグネチ</td></tr>ック <tr><td>スターラー オス ルアー エンドキャップ</td><td>ノードソン バイオメディカル</td><td>ノードソン LP4-6005</td><td>オス プラグ PP</td></tr><tr><td>スピニング ルアー ロック リング</td><td>ノードソン バイオメディカル</td><td>ノードソン FSLLR-6005</td><td></td></tr><tr><td>スター バー - ロング</td><td>VWR</td><td>58949-040</td><td>38.1 mm、ボトルリアクター用</td></tr><tr><td>攪拌子-中型</td><td>VWR</td><td>58949-034</td><td>25 mm、水化チューブ用</td></tr><tr><td>藻類を培養するための消耗品と試薬</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>0.2 &micro;mフィルター</td><td>VWR</td><td>28145-491</td><td>13 mm、PTFE、毎日の培養サンプリングから使用済み培地をろ過するため</td></tr><tr><td>1 mLシリンジ</td><td>エアタイト</td><td>89215-216</td><td>毎日の培養から使用済み培地をろ過するため</td></tr><tr><td>1.5 mLチューブ</td><td>VWR</td><td>87003-294</td><td>滅菌済み(または同等品)</td></tr><tr><td>10 mL 血清ピペット</td><td>Greiner Bio-One</td><td>82050-482</td><td>滅菌済み(または同等品)</td></tr><tr><td>100 mmプレート</td><td>VWR</td><td>25384-342</td><td>100x15 mm スタッカブルシャーレ、滅菌済み</td></tr><tr><td>15 mL チューブ</td><td>Greiner Bio-One</td><td>82050-276</td><td>滅菌済み(または同等品)、ポリプロピレン</td></tr><tr><td>製 2 mL 血清学的ピペットチップ</td><td>Greiner Bio-One</td><td>82051-584</td><td>滅菌済み(または同等品)</td></tr><tr><td>2 mL チューブ</td><td>VWR</td><td>87003-298</td><td>滅菌済み(または同等品)</td></tr><tr><td>50 mLチューブ</td><td>Greiner Bio-One</td><td>82050-348</td><td>滅菌済み(または同等品)、ポリプロピレン</td></tr><tr><td>製96ウェルマイクロプレート</td><td>Greiner Bio-One</td><td>89089-578</td><td>蓋付きポリスチレン、平底</td></tr><tr><td>休眠ループ</td><td>VWR</td><td>80094-478</td><td>滅菌済み(または同等品)</td></tr><tr><td>液体二酸化炭素タンクおよびレギュレータ</td>ー <td>エアガス</td><td>CD-50</td><td></td></tr><tr><td>脂質抽出および中性脂質アッセイ用の消耗品および試薬</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>2 mLビーズチューブ</td><td>VWR</td><td>10158-556</td><td>蓋付きポリプロピレンチューブ</td></tr><tr><td>96ウェルマイクロプレート</td><td>Greiner Bio-One</td><td>82050-774</td><td>ポリプロピレン、平底</td></tr><tr><td>漂白剤</td><td>ウォルマート</td><td>550646751</td><td>通常の漂白剤のみを使用し、漂白剤の洗浄は使用しない</td></tr><tr><td>クロロホルム</td><td>BDH</td><td>BDH1109-4LG</td><td></td></tr><tr><td>ジメチルスルホキシド</td><td>BDH</td><td>BDH1115-1LP</td><td></td></tr><tr><td>イソプロピルアルコール</td><td>BDH</td><td>BDH1133-1LP</td><td></td></tr><tr><td>メタノール</td><td>BDH</td><td>BDH20864.400</td><td></td></tr><tr><td>ナイルレッド</td><td>VWR</td><td>TCN0659-5G</td><td></td></tr><tr><td>パスツールピペットチップ</td><td>VWR</td><td>14673-010</td><td></td></tr><tr><td>塩化ナトリウム</td><td>BDH</td><td>BDH9286-500G</td><td></td></tr><tr><td>植物油</td><td>ウォルマート</td><td>9276383</td><td>どんな植物油でも、新鮮な</td></tr><tr><td>ジルコニア/シリカビーズ(直径0.5mm)</td>である限り、働くべきですバイオ<td>スペック製品</td><td>11079105z</td><td></td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Analyticalバランス</td><td>メトラー・トレド</td><td>XS205DU</td><td>少なくとも4つの小数点以下の精度が可能</td></tr><tr><td>ビーズホモジナイザー</td><td>オムニ</td><td>19-040E</td><td></td></tr><tr><td>卓上型マイクロ遠心機</td><td>サーモ</td><td>ヘレウス フレスコ 21 24x2</td><td>1.5mLおよび2mLチューブを取り扱うローターを含む</td></tr><tr><td>ドライブロックヒーター</td><td>VWR</td><td>75838-282</td><td>マイクロプレート用ドライブロックを含む</td></tr><tr><td>凍結乾燥機</td><td>Labconco</td><td>7670520</td><td>2.5L凍結乾燥システム</td></tr><tr><td>大型卓上遠心分離機</td><td>サーモ</td><td>ヘレウスメガフュージ16Rティッシュ</td><td>400 mLボトル、50 mLチューブ、15 mLチューブを取り扱うことができるローターを含む</td></tr><tr><td>マイクロプレートリーダー</td><td>Molecular Devices</td><td>SpectraMax M2</td><td>吸光度と蛍光を読み取ることができる</td></tr><tr><td>Vortexミキサー</td><td>VWR</td><td>10153-838</td><td></td></tr></tbody></table>

中性脂質のバブル列フォトバイオリアクターとアッセイで緑の微細藻類の栽培

Cultivation of Green Microalgae in Bubble Column Photobioreactors and an Assay for Neutral Lipids

廃棄物処理、バイオ燃料、高付加価値製品の製造などエンジニア リング アプリケーションのための微細藻類の研究に大きな関心があります。ほとんどの新しい研究努力は、実験室規模で開始、再現可能な方法で微細藻類を培養するためのコスト効果の高い方法の必要性があります。ここでは、我々 は微細藻類培養実験室規模フォトバイオリアクターと成長、その藻の中性脂質含量を測定するための効果的な方法を伝えます。指示は、フォトバイオリアクター システムを設定する方法についても含まれます。例の生物がクロレラとAuxenochlorellaの種、幅広い非藻類種の藻類の共培養を含む微細藻類を育成するこのシステムを合わせることができます。株式文化最初フォトバイオリアクターにおける菌の生成するボトルで栽培しています。藻類は集中し、フォトバイオリアクター バッチ モードでの栽培のために転送。サンプルは光学濃度測定のため毎日収集されます。バッチ文化の終わり、セル洗浄、遠心分離機による収穫、凍結乾燥、最終的な乾燥重量濃度。最終的な乾燥重量濃度を使用して、光学濃度と乾燥重量濃度の間の相関関係を作成します。Folch 法の改良はその後凍結乾燥バイオマスから総脂質を抽出するため、抽出物はマイクロ プレート法を用いた中性脂質内容の検定します。このアッセイは、以前公開されているが、プロトコルの手順は、エラーが頻繁に発生する重要な手順を強調するここに含まれていた。ここで説明したバイオリアクター システムは、単純なフラスコ栽培と商業のバイオリアクターを完全に制御のニッチを埋めます。治療あたり 3-4 生物だけでも複製、藻類を培養へのアプローチは、成長と脂質の試金でタイトな標準偏差に 。

この手順には、外径 550 nm (図 4 a) 藻類の光学密度データの時間コースが得られます。光学濃度と乾燥重量集中できるデータに関連する (図 4 b)。これは、最初に凍結乾燥のステップの後の最終的な乾燥重量藻類濃度計算で。次に、実際の乾燥重量濃度と文化シリアル希釈 (サンプリングの最後の日に実行されます) の光学密度を関連付けることができます。低細胞濃度の高い細胞濃度、二次多項式相関が利用されるに対し、線形相関を使用できます。各培養条件の別の関連付けを作成することをお勧めします。最後に、相関関係は、乾燥重量成長曲線 (図 4) を取得する時間コース光密度データに適用できます。4 つの条件下で培養したAuxenochlorella protothecoides (UTEX 234125) この例実験: 新鮮な N8 NH<su...

ここでは、ラボスケール バブル列フォトバイオリアクターを構築および微細藻類培養に使用するプロトコルを提案する.文化成長率と中性脂質含量の定量のためのメソッドも提供します。

There is significant interest in the study of microalgae for engineering applications such as the production of biofuels, high value products, and for the ...

このプロトコルは、微細藻類を成長させるためにバブルカラムフォトバイオリアクターシステムの構築と使用のための指示を提供し、アルゲルバイオ燃料、廃水処理、またはアルゲル生物学を研究している人にとって興味深いはずです。我々は、非常に評判の高い結果を生成するために尖塔原子炉システムを発見しました。原子炉システムはまた、藻類の広い範囲にカスタマイズ可能であり、多くの商業製品よりもはるかに少ないコストです。この手順のデモンストレーションは、私の研究室の大学院生であるQichen Wangです。バブルカラムフォトビリアクタのセットアップを開始するには、テキストプロトコルに記載されているように、1リットルのガラスボトルとハイブリダイゼーションチューブのプラスチック製蓋から一連の通気蓋を構築します。1/8インチパネルマウントルアーフィッティングの踏み板の上に1/4インチOリングを滑らせ、蓋に穴を開けた1/4インチの穴にスライドさせます。蓋が2つのOリングの間に挟まれるように、糸の上に2番目の1/4インチを滑ります。その後、ロックナットをスレッドに滑り込ませ、それを締めてパネルマウントルアーを所定の位置に固定します。今、蓋から突き出て、露出した男性のルアーにロックリングにスナップします。蓋の穴ごとにこの手順を繰り返します。バブルコラムとボトルリアクタに使用される蓋の場合は、1/8インチID PVCチューブの1 1/2インチピースにバーブフィッティングに1/8インチのメスルアーを取り付けます。蓋に露出した男性のルアーフィッティングのそれぞれにこれらを取り付けます。1/8インチ片の片方の自由端にチェックバルブを接続します。その後、蓋から突き出た1/8インチチューブの2番目の部分に男性のルアーをバーブフィッティングに接続します。回転ロックリングを所定の位置にクリックし、0.2ミクロンのエアフィルタをこれに固定します。空気のコンプリートアセンブリは、システム、魚のタンク、攪拌プレート、および光をテキストプロトコルとして提供します。真空ポンプを使用してスーパーナテントを取り除くことによって、定住した微細藻類ストックを濃縮します。各ボトルに培地の100ミリリットル未満を残しますが、落ち着いた藻類を取り除くのは避けてください。藻類スラリーを吊り下げ、無菌50ミリリットル遠心管に移します。遠心分離機は、さらに藻類を濃縮するために5分間Gを1,000回回行う。バイオセーフティキャビネットでは、12個のフォトバイオリアクターに対して約80ミリリットルの藻類濃縮物の総体積を達成するのに十分なスーパーナテントを取り外します。ペレットを掃除機をかけないようにします。藻類濃縮物を滅菌容器に移す。今度は、滅菌10ミリリットル血清ピペットを用いて、各フォトバイオリアクターに6ミリリットルの藻類スラリーを加えます。培地中に藻類を混合するバイオリアクターを旋回します。血清ピペットを使用して各バイオリアクターから2ミリリットルのサンプルを引き出し、2ミリリットルチューブに移します。培養の進行を監視するために、24時間ごとに2ミリリットルのサンプルを収集します。テストストリップを使用してサンプルのphをチェックし、必要に応じてリアクタを調整します。バイオリアクターの蓋を締め、すべてのバイオリアクターを魚のタンク水浴に入れます。エアーレーション、二酸化炭素、照明を種に適したレベルに調整します。サンプリング後毎日バイオリアクターの位置を回転させます。各培養サンプルの200マイクロリットルを96ウェルマイクロプレートのウェルに三重に塗布します。その後、550ナノメートルと680ナノメートルで光学密度を測定します。各バイオリアクターから一定量の藻類培養物を、本校のシリンダーで測定し、遠心分離機ボトルに移します。培養物4、696倍Gを5分間遠心分離する。慎重に掃除機をかけることによってスーパーナテントを捨てます。ペレットをラベル付き50ミリリットルチューブに移します。遠心分離器ボトルを蒸留水でリンスし、内容物を50ミリリットルのチューブに移します。総容積が45ミリリットルを超えないようにしてください。テキストプロトコルに記載されているように藻類ペレットを洗浄した後、スーパーナテントを廃棄する。その後、各50ミリリットルのチューブに蒸留水7.5ミリリットルを加えます。さて、50ミリリットルのチューブを渦し、藻類スラリーを15ミリリットルのチューブを予め計量したチューブに移します。50ミリリットルのチューブを追加の蒸留水でリンスし、液体を15ミリリットルのチューブに移し、それらのチューブの総体積を12ミリリットル未満に保ちます。15ミリリットルのチューブを遠心し、スーパーナテントを以前のように捨ててから、凍結乾燥に備えて少なくとも30分間、ペレットでマイナス80度で凍結します。20ミリグラムの凍結乾燥藻類を含む2ミリリットルのチューブに1.5ミリリットルのフォルチ溶媒を加えます。液体レベルが2ミリリットルに達するまで、ジルコニアシリカビーズを約0.5ミリリットルずつ各チューブに注ぎます。1秒間に6.5メートルの速度で20秒間、ビーズミルの藻類サンプルを均質化します。サンプルを冷やすために30秒間氷にチューブを移します。次に、脂質を完全に抽出するためにさらに5回繰り返す。ステンレス鋼のワイヤーメッシュディスクを含む5ミリリットルのシリンジを通してホモゲネートをフィルターし、ビーズを歪み、15ミリリットルチューブに濾液を集めます。1.5ミリリットルのフォルチ溶媒でビーズを洗い、必要に応じて注射器で液体を押し通します。この洗浄をさらに2回繰り返し、15ミリリットルチューブ内のすべての濾液を回収し、約6ミリリットルの最終体積を得る。15ミリリットルチューブの葉エキスに0.9%の塩化ナトリウム溶液の1.2ミリリットルを加え、よく混ぜる渦を加えます。15ミリリットルチューブを6,000倍Gで5分間遠心分離する。15ミリリットルチューブの側面の線を使用して、最も近い0.1ミリリットルに下部クロロホルム相体積を記録します。その後、ガラスの牧草地のピペットを使用してガラスの下段に下相を移します。中性脂質アッセイを行うために、メタノールで脂質抽出物及び植物油標準を3倍希釈する。希釈した各々について、サンプルは4倍に96ウェルポリプロピレンマイクロプレートに80マイクロリットルを加えます。溶剤ブランクの場合は、80マイクロリットルのフォルチ溶媒を4倍に塗布します。規格では、希釈された植物油基準の10、30、60、90、および120マイクロリットルを4倍に加えます。すべての溶媒が蒸発するまで、予熱した乾燥ブロックヒーターの55°Cで20〜30分間、フュームフードにマイクロプレートを置きます。マイクロプレートを加熱ブロックから取り出し、室温まで冷却します。その後、各ウェルにイソプロピルアルコールの30マイクロリットルを追加し、上下にピペットを入れて混合します。すべてのピペットチャネルが溶液を混合し、脂質を再懸濁し、均質な緑色の液体を得ることを確認してください。さて、各井戸に1ミリリットル1ミリリットル1マイクログラムの200マイクロリットルを加え、それを上下に10回パイプして混ぜます。室温で5分間のインキュベーションの後、各ウェルに50%漂白剤溶液の20マイクロリットルを加え、それを5回上下にパイプしてよく混ぜます。プラットを室温で30分間インキュベートしておきます。30分後、530ナノメートルの励起、575ナノメートルの放出で5〜10分ごとにサンプルの蛍光を読み、藻類サンプルからの信号が安定するまで570ナノメートルに設定されます。この手順は、OD 550ナノメートルでアルゲル光学密度データの時間経過を生成します。コントロール培養は、新鮮なアネイトNH4培地上で栽培された。治療1は、新鮮な先天的なNH4培地上で成長したプロテキノクロレラ原虫とアゾスピリルムブラジリアンセとの共培養である。治療2は、アガエ成長を完全に阻害した1ミリリットルIAAあたり50ミリグラムを添加した先天的なNH4培地上で成長したアジニックA.プロトテコイドである。治療3は、アジニックA.プロトテコイドであり、A.ブラジリアンから使用済み培地上で成長する。成長曲線は、120時間で後期対数成長に入るオーキセノクロレラ原皮血症の文化を示す。ここに示されているのは、550ナノメートルでの光学密度と最終的な乾燥重量濃度との間の共結合曲線であり、2次多項式適合を用いた。最後に、着色は、乾燥重量成長曲線を得るために時間経過光学密度データに適用することができる。クロレラ・コロキニアナがプロテトテコイドの代わりに培養される点を除いて、ここでも同じ治療法が使用されています。中性脂質アッセイで得られる%乾燥重量中性脂質は、対応する薄層クロマトグラフィー板上のトリオスグリセロール含有量とよく相関する。A.プロトテコイドとは異なり、IAA治療はC.ソルキニアナの成長を阻害しなかった。藻類の脂質抽出後、残りの細胞パレットは、そのデンプンおよび細胞壁含有量について分析することができ、細胞内のエネルギー貯蔵産物のより詳細な画像を提供する。ここで説明する方法は、アルゲルバイオ燃料と廃水処理の分野で新たな発見を可能にしました。具体的には、細菌がアルゲルの成長にどのように影響するかをよりよく理解するために使用されてきました。

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Research

JoVE Journal

Environment

環境

機械的な細胞破壊、溶媒ベースの脂質抽出、エステル交換、および定量化およびガスクロマトグラフィーを用いて脂肪酸の同定に基づく微細藻類中の脂肪酸含量および組成の決定のための方法が記載されている。 tripentadecanoin内部標準抽出及び不完全なエステル交換時の損失の可能性を補償するために使用される。...

微細藻類中の脂肪酸含量および組成の分析

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&gt;jove_content&lt;微細藻類の培養と工業用煙道ガスの統合は、最終的に重金属と他の無機化合物を成長培地に導入します。この研究は、フォトバイオリアクターで成長したNannochloropsis...

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本稿では、他の方法と組み合わせて、適切な動態パラメータを推定するために使用できるベンチスケールの光合成バイオリアクターの組み立てプロセスと操作について説明します。このシステムは、センサー、データ収集および制御ユニット、およびオープンソースのデータ収集ソフトウェアを使用してpH、光および温度を連続的に監視します。...

動力学的成長試験のための温度、光およびpHモニタリングを有するベンチスケール藻類光合成バイオリアクターの構築およびセットアップ

ベンチスケール、軸栽培は、その後のプロセススケールアップの前に、マイクロアルガル特性評価と生産性の最適化を容易にします。光バイオリアクターは、信頼性の高い再現性のある微細藻類実験に必要な制御を提供し、自治体や産業の燃焼放出から腐食性ガス(CO2、SO2、NO2)で微細藻類を安全に栽培できるように適応することができます。...

腐食性煙道ガスを用いたベンチスケール光バイオリアクターにおける微細藻類栽培とバイオマス定量

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発電所からの炭素回収と微細藻類栽培用の半自動オープンレースウェイ池の結合

このプロトコルは、表現型マイクロアレイ(PM)技術プラットフォームを使用して、緑の微細藻類 であるクラミドモナス・レインハルトイ...

微細藻類のモデル改良のための高スループット代謝プロファイリング

この出版物は、カスタマイズ可能な光レジームを備えた実験室用フォトバイオリアクター(PBR)の設計について説明しています。シアノバクテリアまたは微細藻類の増殖は、炭酸水素塩を炭素源として使用し、体積酸素産生を測定することによって継続的に監視される。これらのPBRは、実験中のユーザーの介入をほとんど伴わずに、迅速で複製された実験室の成長比較を容易にします。...

オンライン成長測定とカスタマイズ可能な光レジームを備えた実験室用フォトバイオリアクターの操作

大気汚染は、すべての生物の生活の質に影響を与えます。ここでは、微細藻類バイオテクノロジーを用いたバイオガス処理(二酸化炭素と硫化水素の同時除去)と、半工業的な開放型高速藻類池によるバイオメタン生産、およびその後の処理効率、pH、溶存酸素、微細藻類の成長の分析について説明します。...

準工業用高速藻類池における微細藻類-バクテリアシステムを用いたバイオガス精製

本研究は、微細藻類から脂溶性色素を抽出し定量するためにJeffreyとHumphreyによって開発された方法を採用する利点を強調しています。この方法は、これらの生物のクロロフィル産生と細胞含有量に対する成長因子の影響を評価するための貴重なツールとして機能します。...

微細藻類からのクロロフィル a および b 産生に及ぼす成長因子の影響評価

学ぶバブル列フォトバイオリアクターの構築と緑の微細藻類の栽培方法。成長速度と中性脂質含量を測定し、バイオ燃料や廃水処理研究に応用できる経済的なシステムを実現します。

中性脂質のバブル列フォトバイオリアクターとアッセイで緑の微細藻類の栽培

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