Name: Zichzelf staande elektrochemische Set-up te verrijken Anode-respiring bacteriën ter plaatse (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 29 s
Description: Leer een zelfvoorzienende elektrochemische methode om anode-respirerende bacteriën ter plaatse te verrijken zonder externe stroombron. Deze techniek maakt maandenlange isolatie van moeilijk te kweken microben in extreme omgevingen mogelijk.

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

Wij willen erkennen van Roger Raiche en David McCrory voor ons toegang tot de ceders en raadpleging op locaties voor langdurige incubatie. Wij danken ook de ceders veld bemanning tijdens het seizoen 2013-2014: Shino Suzuki, Shunichi Ishii, Greg Wanger, Grayson Chadwick, Bonita Lam en Matthew Schechter. Extra dankzij Shino Suzuki en Gijs Kuenen voor inzichtelijke onderzoek en kweken van ondersteuning. Dit werk werd gefinancierd door middel van een Grant-in-Aid voor jonge wetenschappers A en B van de Society van Japan voor de promotie van wetenschap (JSPS) KAKENHI Grant nummer 17H 04969 en 26810085, respectievelijk, en het Japan Agency voor medisch onderzoek en ontwikkeling (17gm6010002h0002). Amerikaanse financiering verstrekt door de ons Office of Global Marine Research (N62909-17-1-2038) en het centrum voor donkere energie biosfeer onderzoeken (C-DEBI) (OCE0939564) en de NASA astrobiologie Instituut - leven ondergronds (NAI-LU) (NNA13AA92A). Onderdeel van dit werk werd uitgevoerd als onderdeel van een samenleving van Japan voor de bevordering van Wetenschappen: op korte termijn postdoctoral fellowship voor Annette Rowe (PE15019) aan de Universiteit van Tokio in het lab van Kazuhito Hashimoto.

1. bouw van een twee-elektrode systeem voor milieu incubatie
<ol><li>
Voorbereiding van het materiaal van de anode en de behandeling van Carbon voelde elektrode (Figuur 2).
	<ol>
<li>Snijd de carbon voelde om gelijke afmetingen afhankelijk van gewenste biomassa verrijking. Geniet van elke elektrode in 90% ethanol voor 30 min, dan ten minste 8 keer spoelen met gedeïoniseerd water, sonicating voor 1 min na elke spoeling.</li>
		<li>De elektroden tweemaal in 1 M HCl, roeren gedurende een minimum van 12 h voor elke wash wassen.</li>
		<li>Droog de elektroden in een warme (37 ° C) oven 6 – 12 h of tot vrij van vloeistof.</li>
		<li>Hechten elektroden aan titanium draad met behulp van grafiet epoxy per fabrikant protocol op een plaat van polytetrafluorethyleen (niet-stick oppervlak). Opmerking: We een titanium draad gebruikt vanwege zijn hoge tolerantie voor aërobe corrosie.</li>
		<li>Bak de elektrode bij 120 ° C gedurende 6 uur.</li>
		<li>Test de weerstand tussen draad van titanium en carbon voelde met een ohmmeter en bevestigen dat de weerstand tussen de draad en vilt elektroden is minder dan 5 Ohm.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Electroplation van platina op de carbon voelde elektrode voor de voorbereiding van de kathode-materiaal
	<ol>
<li>Vilt Koolelektroden, bereid in stap 1.1, in 2 M KOH voor een minimum van 12 uur in een glazen container dompelen.</li>
		<li>Voor het reinigen van de elektrochemische, plaatst u de elektrode als elektrode (WE) werken in een drie-elektrode reactor, die ook geschikt is voor een referentie (RE) en de teller-elektrode (CE). Wij verbinden RE, en CE tot de potentiostaat door alligator clips. Bevestig alle verbindingen met een ohmmeter. Opmerking: We gebruikten een (KCl verzadigd) Ag/AgCl-elektrode en een platina-draad als RE en CE, respectievelijk.</li>
		<li>De elektrode poise op 1,0 V vs. Ag/AgCl voor 600 s in elektrolyt oplossing met 2 M KOH (met behulp van een voldoende hoeveelheid te dompelen de hele elektrode). Haal de elektrode van de elektrochemische reactor (die is gemaakt van glas). Spoel de elektrode in gedeïoniseerd water ten minste 8 keer, sonicating voor 1 min na elke spoeling. Elektroden bij 100 ° C gedurende ten minste 12 uur drogen.</li>
		<li>Ter voorbereiding plating oplossing, 100 g citroenzuur, natriumsulfaat 5 g en 2 g van kaliumdiwaterstoffosfaat p.a. in water hexachloroplatinate (IV)-hexahydraat toevoegen aan 1 L van 2 M zwavelzuur.</li>
		<li>Weeg gereinigd en gedroogd elektroden die opgesteld zijn in stappen 1.2.1–1.2.2, en vervolgens dekking van de elektrode in de oplossing van een beplating die opgesteld zijn in stap 1.2.3. Bewerk de elektrode in de oplossing van de beplating driemaal voor 30 ultrasone trillingen ten s elke.</li>
		<li>Electroplate de elektroden door de signatuur van de elektrode potentiële in -0,2 V vs. Ag/AgCl voor 460 s in plating oplossing. Elektroden tweemaal in gedeïoniseerd water spoelen en gooi het platina afval.</li>
		<li>Elektroden in gedeïoniseerd water spoelen ten minste 3 keer, sonicating voor 20 s na elke spoeling. Spoel zonder ultrasoonapparaat ten minste driemaal meer.</li>
		<li>Droge elektroden bij 100 ° C gedurende ten minste 12 h. weeg elektrode te kwantificeren van de gegalvaniseerde platina op de carbon voelde elektrode.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. bouw en installatie van twee-elektrode systeem
<ol><li>
Onderzoek van de installatie site voor elke elektrode in de natuurlijke omgeving.
	<ol>
<li>Bepalen zuurstofconcentratie met behulp van een sonde van de opgeloste zuurstof (DO).</li>
		<li>Bekijk het profiel van de diepte van in de site. Opmerking: De gewenste omgevingsvoorwaarden voor de anode zijn consistente hydratatie en Anoxie. Indien gewenst, verwijdert u de invloed van oxygene fotosynthese door de afscherming van de anode van licht. De ideale omstandigheden voor de plaatsing van de kathode zijn consequent gehydrateerd, en in de buurt van oppervlaktewater als IME. Indien nodig, hechten praalwagens te handhaven oppervlak contact in de kathode.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Bouw van de brandstofcel type 2-electrode incubatie systeem
	<ol>
<li>Sluit de geïsoleerde draad van gewenste lengte en een voorsprong van titanium draad van de elektroden (één anode en een platina geplateerde kathode) door het draaien van de twee lijnen. Betrekking hebben op de verbindingen met waterbestendig wax en verder te beschermen met behulp van marine grade warmte krimpen buizen.</li>
		<li>Verbind twee draden met een kathode en een anode door een weerstand van bekende weerstand. Opmerking: Voor biologische systemen, lagere weerstanden (10 tot en met 1000 Ω) resulteren in meer consistente biologische activiteit. Indien gewenst, voorkomt een hoge weerstand weerstand biologische activiteit, als een negatieve controle. Om te voorkomen dat een corrosie van alle verbindingen tussen weerstand en leads, beschermd we hen met warmte krimpen slangen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Meting voor voltage en temperatuur registratie na verloop van tijd.
	<ol>
<li>Controleer de spanning tussen de uiteinden van de weerstand voor het inschatten van de huidige productie uit de reactie van de brandstofcel.</li>
		<li>Meet het spanningsverschil in de tijd met behulp van een voltmeter gegevens registreren met de juiste verbindingen die leidt tot de anode en de kathode (zie protocol van de fabrikant). Opmerking: Gelijktijdige temperatuur gegevensregistratie is optioneel, maar deze informatie kan helpen betrekking hebben op wijzigingen in de huidige aan abiotische in tegenstelling tot biologische schommelingen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Bescherming van de datalogger en elektrische verbindingen
	<ol>
<li>Gebruik een stationaire en/of plastic tas de logger en alle elektrische verbindingen te beschermen tegen regen.</li>
		<li>Het vaststellen van de plastic zak en de kabels strak om te beschermen tegen sterke wind. Een voorbeeld is weergegeven in Figuur 1.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. collectie van het monster van de elektrode van de natuurlijke omgeving
<ol><li>Verzamelen om te verhinderen dat de kwaliteit van de anode monster wordt beschadigd als gevolg van verontreiniging van de zuurstof, de elektrode onder anaërobe omstandigheden.</li>
	<li>Ten minste 30 minuten vóór het verzamelen van het elektrode-monster, zet een reageerbuis in een anaërobe locatie. Bijvoorbeeld, zet de reageerbuis en deksel apart bij de bodem van de vijver te maken van de fles binnen anaërobe.</li>
	<li>De leiding van de titaan van de elektrode met een draadknipper knippen, zachtjes de elektrode-monster verzameld in de reageerbuis en zegel in de anaërobe water zone. Het monster om vers te houden, slaat u het monster bij 4 ° C onmiddellijk na de sample collectie. Opmerking: Als alternatief, elektroden kunnen worden rechtstreeks overgedragen naar zuurstofvrije (N2 gezuiverd) medium. We gebruikten een medium van de ceders (beschreven door Suzuki et al. 11) die is ontworpen vanaf de waterige geochemie gemeten op de site en gewijzigd om voldoende voedingsstoffen voor microbiële groei. Dit medium is bewerkt voor verschillende laboratoriumexperimenten.</li>
</ol>4. laboratoriumbevestiging voor huidige productie- en DNA-analyse
<ol><li>
Elektrochemische bevestiging voor de huidige productiecapaciteit van microbiële consortia die verbonden zijn aan de elektrode.
	<ol>
<li>Bouwen van een elektrochemische reactor14,15 met de bemonsterde elektrode, een platina-draad en een Ag/AgCl (KCl verzadigd) elektrode als wij, CE, en RE, respectievelijk, in een anaërobe kamer. Vul de elektrochemische reactor met ceders medium dat oplosbaar koolhydraten elektron donoren.</li>
		<li>De elektrode potentiële poise op +0.2 V vs. Ag/AgCl en meet de huidige productie.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
DNA-extractie van het monster van de elektrode gebruikend een microbiële DNA kit (zie tabel van materialen).
	<ol>
<li>Reinig de binnenkant van anaërobe handschoenenkastje met 70% ethanol en zet een gesteriliseerde schotel op aluminiumfolie. Opmerking: Anaërobe kamer houdt door het handhaven van een sfeer van de waterstof op ongeveer ~ 2-3% tot het opruimen van zuurstof in de aanwezigheid van een palladium katalysator zuurstofconcentratie, minder dan 1 ppm.</li>
		<li>Open de elektrochemische reactor in het handschoenenkastje, de elektrode monster zetten de schotel en teruggebracht tot een aanpassen aan het formaat van de buis gebruikt in de DNA-kit. Ga verder met het protocol van de fabrikant.</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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

In de beschreven studie tonen we de verrijking van een microbiële consortium, in situ huidige productie gekoppeld. De waargenomen patronen in de huidige steun microbiële activiteit in dit systeem na verloop van korte en lange tijd schalen. De kritieke stap voor de bouw van een functioneel twee-elektrode (type van stookmiddel kerker)-systeem is te identificeren en met behulp van een locatie met een stabiele water-niveau en de zuurstofconcentratie in de omgeving. De kathode is blootgesteld aan zuurstof in de lucht...

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 toegepaste perspectief5. Wij alleen hebben echter slechts beperkt inzicht in de ecologische of Biogeochemische betekenis van deze bacteriën. De meerderheid van de EET-staat microben zijn geïsoleerd na verrijking van aqua, sediment of anaërobe digereerovens voor solide elektronen acceptoren zoals MnO2, Fe2O3 of klaar elektroden met laboratorium6, 7 , 8. echter, deze methoden produceren vaak soortgelijke consortia en potentieel missen meer gevoelige taxa die domineren kunnen laag energieverbruik of lage biomassa systemen, het vermogen van deze microben aan te passen aan het lab of een cultuur milieu9 vertekenende . Meestal voor lage biomassa omgevingen, zijn grote hoeveelheden water vanaf een site gefilterd, zodat er bacteriecellen concentreren. Echter EET-staat bacteriën vertonen vaak anaërobe stofwisseling en dus zuurstof blootstelling verder kan remmen of te voorkomen dat hun teelt. Alternatieve on-site methodologieën te concentreren cellen zonder ze aan zuurstof bloot te stellen kunnen de isolatie van EET-staat bacteriën vergemakkelijken. Wij rapporteren hier instellingsdetails voor een on-site elektrochemische techniek te verrijken EET-staat microbe gedurende een lange periode van tijd zonder de behoefte voor een externe stroombron.
Met behulp van onze experimenten van de electrocultivation van een zeer alkalische Lente in Noord-Californië, de ceders10, beschrijven we deze on-site elektrochemische techniek. De geochemie van de veren op de ceders zijn beïnvloed door de serpentinization in de ondergrond. De veren zijn zeer reductieve, met zuurstofconcentraties onder de limiet van detectie onder de lucht water interface markeren het potentieel voor de productie van de microbiële energie via EET in deze functioneel zuurstofvrije omgeving11. Er is echter geen bewijs ter ondersteuning van EET-staat microben van al-Arz (in 16S rRNA of Metagenomic analyse). Hoewel deze omgeving heeft gekenmerkt als elektron accepteerder beperkt, het potentieel voor het gebruik van onoplosbare mineralen als terminal elektronen acceptoren, met inbegrip van mineralen zoals het ijzer baring mineralen die uit serpentinization (dat wil zeggen voortvloeien, magnesiet), is niet uitgebreid onderzochte12geweest. Wij daarom ingezet onze elektrochemische systeem op Camping voorjaar, een hoge pH-veer op de ceders, te verrijken voor EET-staat microben (figuur1)13.

<table><tbody><tr><td>Carbon felt sheet</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>Gebruikt voor anode en kathode</td></tr><tr><td>Titanium wire</td><td>The Nilaco Cooporation</td><td>TI-451485</td><td>Gebruikt om brandstofcelsysteem te bouwen</td></tr><tr><td>Grafiet epoxy</td><td>Electrolytica lnc.</td><td>n/a</td><td>Gebruikt om de elektroden en Ti-draad te verbinden</td></tr><tr><td>Droger</td><td>Yamato</td><td>DY300</td><td>bakken van de elektrode om geleidbaar grafiet epoxy te versterken</td></tr><tr><td>Digitaal multimeter</td><td>Fluke</td><td>616-1454</td><td>om de ohmse waarde van weerstand te controleren</td></tr><tr><td>Opgeloste zuurstofsonde</td><td>Sper Science</td><td>#&nbsp; 850045</td><td>om de zuurstofconcentratie te controleren in de omgevingen</td></tr><tr><td>Weerstand</td><td>Sodial</td><td></td><td>Gebruikt om brandstofcel systeem te bouwen</td></tr><tr><td>Geleidende draad</td><td>Pico</td><td>81141s</td><td>Gebruikt om brandstofcel systeem te bouwen</td></tr><tr><td>Voltmeter en Datalogger</td><td>T&amp;D corporation</td><td>VR-71</td><td>Gebruikt voor gegevensregistratie</td></tr><tr><td>Waterstofhexachloroplatinaat(IV)hexahydraat</td><td>wako</td><td>18497-13-7</td><td>Gebruikt voor elektropolatie</td></tr><tr><td>Citroenzuur</td><td>Wako</td><td>038-06925</td><td>Gebruikt voor elektropolatie</td></tr><tr><td>Zwavelzuur</td><td>Wako</td><td>192-04696</td><td>Gebruikt voor elektropolatie</td></tr><tr><td>HCl</td><td>Wako</td><td>083-01095</td><td>Gebruikt voor elektrodewas</td></tr><tr><td>Glazen cilinder</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Op maat gemaakt, gebruikt als de elektrochemische reactor</td></tr><tr><td>PTFE-afdekking en basis</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Op maat gemaakt, gebruikt als afdekking en fundering van de elektrochemische reactor</td></tr><tr><td>Butylrubber</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Op maat gemaakt, ingevoegd tussen elk onderdeel van de elektrochemische reactor</td></tr><tr><td>Septa</td><td>GL Science</td><td>3007-16101</td><td>Gebruikt als een injectiepoort van de elektrochemische reactor</td></tr><tr><td>Indium tin-gedoteerde oxide (ITO) elektrode</td><td>GEOMATEC</td><td>No.0001</td><td>Gebruikt als een werkelektrode, 5&Omega;/sq</td></tr><tr><td>Ag/AgCl KCl verzadigd elektrode</td><td>HOKUTO DENKO</td><td>HX-R5</td><td>Gebruikt als een referentie-elektrode, &Phi;0.30mm</td></tr><tr><td>Platinedraad</td><td>The Nilaco Cooporation</td><td>PT-351325</td><td>Gebruikt als een tegenelektrode</td></tr><tr><td>NaHCO3</td><td>Wako</td><td>191-01305</td><td>Gebruikt voor The Cedars Media (CMS)</td></tr><tr><td>CaCO3</td><td>Wako</td><td>030-00385</td><td>Gebruikt voor CMS</td></tr><tr><td>NH4Cl</td><td>Wako</td><td>011-03015</td><td>Gebruikt voor CMS</td></tr><tr><td>MgCl2&nbsp;&bull; 6H2O</td><td>Wako</td><td>135-00165</td><td>Gebruikt voor CMS</td></tr><tr><td>NaOH&nbsp;</td><td>Wako</td><td>198-13765</td><td>Gebruikt voor CMS</td></tr><tr><td>Na2SO4</td><td>Wako</td><td>194-03355</td><td>Gebruikt voor CMS</td></tr><tr><td>K2HPO4</td><td>Wako</td><td>164-04295</td><td>Gebruikt voor CMS</td></tr><tr><td>CABS</td><td>SANTA CRUZ</td><td>SC-285279</td><td>Gebruikt voor CMS</td></tr><tr><td>Incubator</td><td>TOKYO RIKAKIKAI CO. LTD.</td><td>LTI-601SD</td><td>Gebruikt voor precultivatie</td></tr><tr><td>Autoclaafmachine</td><td>TOMY SEIKO CO. LTD.</td><td>LSX-500</td><td>Gebruikt voor sterilisatie van de elektrochemische reactor en het medium</td></tr><tr><td>Schone bank</td><td>SANYO</td><td>MCV-91BNF</td><td>Gebruikt om de verontreiniging van de elektrochemische reactor en het medium met andere microben te voorkomen</td></tr><tr><td>Centrifugescheider</td><td>Eppendorf</td><td>5430R</td><td>Rotatiesnelheid tot 6000&times;g is vereist</td></tr><tr><td>Stikstofgasgenerator</td><td>Puequ CO. LTD.</td><td>PNTN-2</td><td>Stikstofgascilinder kan ook worden gebruikt in plaats van gasgenerator</td></tr><tr><td>UV-vis spectrofotometer</td><td>SHIMADZU</td><td>UV-1800</td><td>Gebruikt voor optimalisatie van celdichtheid</td></tr><tr><td>Potentiostat</td><td>BioLogic</td><td>VMP3</td><td>Gebruikt voor biofilmvorming en kinetische isotopeneffectexperimenten</td></tr><tr><td>Thermische watercirculator</td><td>AS ONE</td><td>TR-1A</td><td>Gebruikt voor het onderhoud van de temperatuur van de elektrochemische reactor</td></tr><tr><td>Faraday-kooi</td><td>HOKUTO DENKO</td><td>HS-201S</td><td>Gebruikt voor elektrochemische experimenten</td></tr><tr><td>Anaërobe kamer</td><td>COY</td><td>TypeB (Vinyl)</td><td>TO proeven onder anaërobe omstandigheden</td></tr><tr><td>Ultraschoon DNA-extractiekit</td><td>MoBio</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

zichzelf staande elektrochemische set-up te verrijken anode-respiring bacteriën ter plaatse

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

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.

Huidige productie werd met succes gemeten voor ongeveer 3 maanden met behulp van een datalogger spanning zoals afgebeeld in Figuur 3. Ditmaal werd gekozen als het was de langste stabiele incubatieperiode voor het voorjaar, als gevolg van de sterke daling regens op het gebied van de lente. Een kortere periode kan volstaan, echter een langere periode sterkere verrijking van biomassa bieden kan. We de aansluiting van de twee-elektrode systeem na een incubatieper...

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).

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

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

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvragen op het gebied van de omgevingsmicrobiologie over de alomtegenwoordigheid van microben die in staat zijn tot EET, vooral in omgevingen met een lage biomassa of extreme geochemische omstandigheden. Het grote voordeel van onze microbiologieverrijking op locatie is dat er geen stroombron nodig is, waardoor de maandenlange isolatieperiode voor het vangen van moeilijk te kweken taxa mogelijk wordt. Over het algemeen zullen individuen die nieuw zijn met deze methode worstelen omdat het fabriceren van elektrochemische systemen meerdere stappen omvat die een nauwkeurige implementatie vereisen.Om het brandstofceltype II elektrode-incubatiesysteem te bouwen, draai een geïsoleerde draad van de juiste experimentele lengte samen met een stuk titaniumdraad van de elektroden en bedek de verbindingen met waterafstotende was. Bescherm de kabels vervolgens verder met marinekwaliteit hitteskrimpbuizen en verbind de twee draden met een kathode en een anode door middel van een weerstand met een bekende weerstand. Om de temperatuurlogboeken over tijd te meten, controleer de spanning tussen de uiteinden van de weerstand om de schatting van de stroomproductie van de brandstofcelreactie mogelijk te maken.En gebruik een dataloggend voltmeter met de juiste aansluiting die naar de anode en kathode leidt om de spanningsverschil over tijd te meten, volgens de specificaties van de fabrikant. Om de datalogger en elektrische verbindingen te beschermen, plaats een plastic zak rond de logger en alle elektrische verbindingen en zet de zak en kabels stevig vast om de materialen te beschermen tegen een sterke wind. Om een elektrodemonster uit de natuurlijke omgeving te verzamelen, plaats ten minste 30 minuten voor de verzameling een ongekapt glazen testbuisje en het deksel van de testbuis in een anaërobe locatie.Nadat de fles op de verzamelplek is geplaatst, zorg ervoor dat alle luchtbellen uit de binnenkant van de fles zijn verwijderd. Aan het einde van de kweekperiode, gebruik een draadsnijder om de titaniumdraad van de elektrode te snijden. En verzamel voorzichtig het elektrodemonster in de testbuis.Dicht de testbuis binnen de anaërobe waterzone af en bewaar het monster onmiddellijk op vier graden Celsius. Om de stroomproductie te bevestigen, gebruik de bemonsterde elektrode, platinadraad en zilver/zilverchloride-elektrode om een elektrochemische reactor te bouwen in een anaërobe kamer. Vul de elektrochemische cel met Cedars-medium aangevuld met oplosbare koolhydraatelektrondonors.Stel het elektrodepotentiaal in op positief 0,2 volt ten opzichte van zilver/zilverchloride, kaliumchloride verzadigd referentie-elektrode. Meet vervolgens de stroomproductie en verwijder de elektrode uit de elektrodecel voor 16S ribosomale RNA-analyse. Tijdens het analyseren van de stroomproductie is het essentieel om te voorkomen dat het monster wordt besmet met bacteriën uit het lab, vooral in de anaërobe handschoenenkamer.Met behulp van een spanningsdatalogger zoals gedemonstreerd, is de stroomproductie succesvol gemeten gedurende ongeveer drie maanden. Een hoge stroom wordt typisch waargenomen in dit twee-elektrode systeem. Hier is de weerstand van 1.000 ohm vergeleken met de negatieve controle 100 kiloohm weerstand.In dit representatieve experiment werd een geleidelijke stroomproductie toename waargenomen in de eerste maand op onze Cedars-locatie, wat wijst op de groei, accumulatie of accommodatie van microben op het oppervlak van de elektrode, wat vervolgens gevolgd werd door een stabiele stroomproductie gedurende de volgende twee maanden. Interessant is dat de stroomproductie gewoonlijk oscilleert in een ongeveer 24-uurscyclus gedurende de gehele periode van de elektrochemische verrijking. Binnen de waargenomen microbiële gemeenschappen kunnen duidelijke verschillen worden gezien in de algemene structuur tussen elektrode-geassocieerde en niet-elektrode-geassocieerde fylums.Bijvoorbeeld, in dit experiment was de elektrode-geassocieerde microbiële gemeenschap sterk verrijkt met bacteriën uit onkweekbare lijnen, evenals Firmicute lijnen van bacillus. Een verschuiving in de samenstelling van proteobacteriën werd ook waargenomen in dit onderzoek, waarbij bèta-proteobacteriën zowel de omgevingskalciet-geassocieerde als de plankton-geassocieerde monsters domineerden en aan de andere kant, gamma-proteobacteriën de elektrode-geassocieerde monsters domineerden. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat omgevingsfactoren van invloed kunnen zijn op de stroomproductie op locatie.Na de ontwikkeling van deze techniek, heeft het de weg geëffend voor onderzoekers op het gebied van omgevingsmicrobiologie om bacteriën te isoleren die in staat zijn tot EET uit verschillende omgevingen. Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u on-site verrijking van EET-capabele bacteriën kunt uitvoeren zonder de noodzaak van een stroombron.

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

Research

JoVE Journal

Environment

Milieu

Source: Okamoto, A., et al. Self-standing Electrochemical Set-up to Enrich Anode-respiring Bacteria On-site. J. Vis. Exp. (2018)This video demonstrates the use of an on-site electrochemical system to enrich anode-respiring bacteria (ARB) from natural reservoirs. A redox gradient is established by placing the anode in oxygen-free deep water and the cathode in oxygen-rich surface water. ARB form biofilms and transfer electrons to the anode, which flows to the cathode, where oxygen is reduced,...

Enrichment of Anode-Respiring Bacteria Using an On-Site Electrochemical System

Source: Tokunou, Y. et. al., Electrochemical Detection of Deuterium Kinetic Isotope Effect on Extracellular Electron Transport in Shewanella oneidensis MR-1. J. Vis. Exp. (2018)This video demonstrates the assembly and operation of an electrochemical reactor model designed to simulate biofilm formation on electrode surfaces. Controlled electrochemical stimulation promotes microbial adhesion, leading to the gradual development of a bacterial monolayer biofilm.

Developing a Bacterial Monolayer Biofilm Using an Electrochemical Reactor

Chronoamperometrische groei van anodisch elektroactieve microbiële biofilms in een fed-batch reactor met behulp van een drie-elektrode opstelling, gecontroleerd door een potentiostaat, wordt gedemonstreerd. De extracellulaire elektronenoverdracht wordt gekenmerkt door middel van cyclische voltammetrie in de aanwezigheid van de elektronendonor en in de afwezigheid van de elektronendonor. Fundamentele data-analyse wordt gedemonstreerd.

Afvalwater Afgeleide Elektroactieve Microbiële Biofilms: Groei, Onderhoud en Basis Karakterisering

We demonstreren de extractie van ammonium uit een ammonium-rijke stroom met behulp van een elektrochemisch en een bio-elektrochemisch systeem. De reactoropstelling, werking en gegevensanalyse worden besproken.

Elektrochemisch en Bioelectrochemically Induced Ammonium Recovery

Microbiële sulfaatreductie is een proces van groot belang in de milieubiotechnologie. Het succes van de sulfidogene reactoren hangt onder meer af van de microbiële samenstelling van de slib. Hier presenteren we een protocol om sulfidogene slib uit hydrothermale ventilatiesedimenten in een UASB-reactor te ontwikkelen voor doeleinden van reductieve dechlorering.

Ontwikkeling van Sulfidogenic Slib van mariene sedimenten en Trichloorethyleen Vermindering van een Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor

Een protocol voor het meten van de elektrische geleiding van levende micro-organismen biofilms fysiologisch relevante voorwaarden wordt gepresenteerd.

Karakterisering van elektronentransport via levende Biofilms

Hier presenteren we een protocol van geheel-cel elektrochemische experimenten te bestuderen van de bijdrage van proton vervoer aan het tarief van extracellulaire elektronentransport via de buitenmembraan cytochromes complex in Shewanella oneidensis heer-1.

Elektrochemische detectie van Deuterium kinetisch-isotoopeffect op extracellulaire elektronentransport in Shewanella oneidensis heer-1

Hier presenteren we een protocol voor het karakteriseren van gemedieerde extracellulaire elektronenoverdracht (EET) in melkzuurbacteriën met behulp van een bio-elektrochemisch systeem met drie elektroden en twee kamers. We illustreren deze methode met Lactiplantibacillus plantarum en de redoxmediator 1,4-dihydroxy-2-naftoïnezuur en geven een grondige beschrijving van de elektrochemische technieken die worden gebruikt om gemedieerde EET te evalueren.

Karakterisering van gemedieerde extracellulaire elektronenoverdracht in melkzuurbacteriën met een bio-elektrochemisch systeem met drie elektroden en twee kamers

Beuken schors ziekte wordt geïnitieerd door het voeren van de activiteiten van de beuk schaal insect dat schimmel toegangspunten creëren in de bast. Bomen die resistent zijn tegen de schildluis zijn ook bestand tegen ziektes. Hier presenteren we het protocol dat we hebben ontwikkeld om individuele beuken screenen op beuken schaal weerstand.

Een techniek om Screen Amerikaanse Beech voor Weerstand tegen de Beech Scale Insect (<em&gt; Cryptococcus fagisuga</em&gt; Lind.)

We gesimuleerd een Precambrium ijzerhoudende marine opwelling systeem in een lab-schaal verticale doorstroom kolom. Het doel was om te begrijpen hoe geochemische profielen van O 2 en Fe (II) evolueren cyanobacteriën produceren O 2. De resultaten tonen de instelling van een chemocline door Fe (II) oxidatie door fotosynthetisch geproduceerde O 2.

Laboratorium Simulatie van een ijzer (II) -rijke Precambrium Marine Upwelling Systeem om Ontdek de groei van de fotosynthetische bacteriën

Leer een zelfvoorzienende elektrochemische methode om anode-respirerende bacteriën ter plaatse te verrijken zonder externe stroombron. Deze techniek maakt maandenlange isolatie van moeilijk te kweken microben in extreme omgevingen mogelijk.

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

Meer video's verkennen