Zichzelf staande elektrochemische Set-up te verrijken Anode-respiring bacteriën ter plaatse

Akihiro Okamoto; Annette Rowe; Xiao Deng; Kenneth H. Nealson

doi:10.3791/57632

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Zichzelf staande elektrochemische Set-up te verrijken Anode-respiring bacteriën ter plaatse

7.2K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/57632

⸱

24 juli 2018

Akihiro Okamoto¹ , Annette Rowe² , Xiao Deng³ , Kenneth H. Nealson²

¹International Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science, ²Department of Earth Sciences, University of Southern California, ³Department of Applied Chemistry, The University of Tokyo

In dit artikel

Samenvatting

On-site microbiële verrijking of in situ -teelttechnieken kunnen het vergemakkelijken van het isolement van de microbiële taxa moeilijk-aan-cultuur, vooral uit laag-biomassa of geochemically extreme omgevingen. Hier beschrijven we een elektrochemische opstelling zonder gebruik te maken van een externe krachtbron te verrijken van microbiële stammen die kunnen extracellulaire elektronentransport (EET).

Samenvatting

Anaërobe ademhaling, in combinatie met elektronentransport tot onoplosbare mineralen (hierna: extracellulaire elektronentransport [EET]) wordt beschouwd als essentieel voor microbiële energieproductie en persistentie in veel ondergrond omgevingen, met name die oplosbare terminal elektronen acceptoren ontbreekt. EET-staat microben zijn met succes geïsoleerd uit verschillende omgevingen, de diversiteit van de bacteriën EET staat weliswaar nog slecht begrepen, met name in moeilijk-aan-sample, lage energie of extreme omgevingen, zoals velen ondergrond ecosystemen. Hier beschrijven we een on-site elektrochemische systeem om te verrijken EET-kunnen bacteriën met behulp van een anode als een accepteerder respiratoire terminal elektron. Deze anode is verbonden met een kathode kunnen katalyseren van de abiotische zuurstof vermindering. Vergelijken deze aanpak met electrocultivation-methoden die gebruikmaken van een potentiostaat voor de elektrode potentiële signatuur, hoeft het twee-elektrode-systeem niet een externe stroombron. Presenteren we een voorbeeld van onze on-site verrijking gebruikt in een alkalische vijver op de ceders, een terrestrische serpentinization site in Noord-Californië. Eerdere pogingen om te cultiveren minerale reducerend bacteriën mislukten, die is waarschijnlijk te wijten aan de aard van de lage-biomassa van deze site en/of de lage relatieve overvloed van metaal vermindering van microben. Voorafgaand aan de uitvoering van de verrijking van onze twee-elektrode, we het verticale profiel van het gehalte aan opgeloste zuurstof gemeten. Dit konden we de koolstof plaats voelde anode en platina-galvanische carbon voelde kathode op een diepte die anaërobe en aërobe zou ondersteunen processen, respectievelijk. Na on-site incubatie, we verder verrijkt de anodic elektrode in het laboratorium en een aparte microbiële Gemeenschap ten opzichte van de oppervlakte-ingeschrevenen of biofilm gemeenschappen normaal gesproken waargenomen bij de ceders bevestigd. Deze verrijking vervolgens geleid tot het isolement van de eerste electrogenic microbe van de ceders. Deze methode van on-site microbiële verrijking heeft de potentie om sterk verbeteren het isolement van EET-kunnen bacteriën uit lage biomassa of moeilijk te monster habitats.

Inleiding

Verschillende minerale-reducerende microben is aangetoond dat het gebruik van solid-phase mineralen als terminal elektronen acceptoren, door extracellulaire elektronentransport (EET) processen die het gedrag van elektronen aan de buitenkant van de cel via redox enzymen¹. EET is van cruciaal belang, niet alleen voor de microbe-mineraal processen te hebben, maar ook toegepaste energie- en milieutechnologie, zoals microbiële brandstofcellen², elektrode synthese³en bioremediatie⁴. Nieuwe EET-staat bacteriën zijn zeer gegeerd en zijn uitvoerig bestudeerd van een fundamentele of ....