Name: Charakterystyka pośredniczonego zewnątrzkomórkowego transferu elektronów u bakterii kwasu mlekowego za pomocą trójelektrodowego, dwukomorowego układu bioelektrochemicznego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-08-23T14:50:00.000+00:00
Duration: 10 min 23 s
Description: Poznaj metodę charakteryzacji pośredniczonego zewnątrzkomórkowego transferu elektronów u bakterii kwasu mlekowego Lactiplantibacillus plantarum za pomocą trójelektrodowego układu bioelektrochemicznego.

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

Dziękujemy członkom laboratorium Ajo-Franklin za wnikliwe dyskusje na temat montażu, konserwacji, krytycznych kroków i rozwiązywania problemów z BES. Badania były sponsorowane przez Wojskowe Biuro Badawcze i zostały zrealizowane w ramach grantu o numerze W911NF-22-1-0239 (dla C. M. A-F, wspierającego R. A.) oraz przez Cancer Prevention and Research Institute of Texas, grant # RR190063 (dla C. M. A-F, wspierającego R. C., S. L. i B. B. K.). Rysunek 1 został utworzony za pomocą BioRender.com.

Chronoamperometry Analysis of EET in Lactiplantibacillus plantarum with DHNA

<ol><li>TerAvest, M. A., Ajo-Franklin, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transforming+exoelectrogens+for+biotechnology+using+synthetic+biology%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Transforming exoelectrogens for biotechnology using synthetic biology.</a> Biotechnol Bioeng. 113 (4), 687-697 (2016).</li>
<li>Chen, H., Dong, F., Minteer, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+progress+and+outlook+of+bioelectrocatalysis+for+the+production+of+chemicals%2C+fuels+and+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Catal%22%5BJournal%5D)">The progress and outlook of bioelectrocatalysis for the production of chemicals, fuels and materials.</a> Nat Catal. 3 (3), 225-244 (2020).</li>
<li>Chen, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fundamentals%2C+applications%2C+and+future+directions+of+bioelectrocatalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Rev%22%5BJournal%5D)">Fundamentals, applications, and future directions of bioelectrocatalysis.</a> Chem Rev. 120 (23), 12903-12993 (2020).</li>
<li>Lovley, D. R., Phillips, E. J. P. <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+%22Appl+Environ+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Novel mode of microbial energy metabolism: organic carbon oxidation coupled to dissimilatory reduction of iron or manganese.</a> Appl Environ Microbiol. 54 (6), 1472-1480 (1988).</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>Koch, C., Harnisch, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Is+there+a+specific+ecological+niche+for+electroactive+Microorganisms%5BTitle%5D)+AND+%22ChemElectroChem%22%5BJournal%5D)">Is there a specific ecological niche for electroactive Microorganisms.</a> ChemElectroChem. 3 (9), 1282-1295 (2016).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+extracellular+electron+transfer+and+strategies+for+engineering+electroactive+microorganisms%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Adv%22%5BJournal%5D)">Microbial extracellular electron transfer and strategies for engineering electroactive microorganisms.</a> Biotechnol Adv. 53, 107682(2021).</li>
<li>Zhang, J., Li, F., Liu, D., Liu, Q., Song, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+extracellular+electron+transfer+pathways+of+electroactive+microorganisms+by+synthetic+biology+for+energy+and+chemicals+production%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Engineering extracellular electron transfer pathways of electroactive microorganisms by synthetic biology for energy and chemicals production.</a> Chem Soc Rev. 53 (3), 1375-1446 (2024).</li>
<li>Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exoelectrogenic+bacteria+that+power+microbial+fuel+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Exoelectrogenic bacteria that power microbial fuel cells.</a> Nat Rev Microbiol. 7 (5), 375-381 (2009).</li>
<li>Logan, B. E., Rabaey, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conversion+of+wastes+into+bioelectricity+and+chemicals+by+using+microbial+electrochemical+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Conversion of wastes into bioelectricity and chemicals by using microbial electrochemical technologies.</a> Science. 337 (6095), 686-690 (2012).</li>
<li>Gu, L., Xiao, X., Yup Lee, S., Lai, B., Solem, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superior+anodic+electro-fermentation+by+enhancing+capacity+for+extracellular+electron+transfer%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour+Technol%22%5BJournal%5D)">Superior anodic electro-fermentation by enhancing capacity for extracellular electron transfer.</a> Bioresour Technol. 389, 129813(2023).</li>
<li>Boucher, D. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioelectrocatalytic+synthesis%3A+concepts+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Bioelectrocatalytic synthesis: concepts and applications.</a> Angew Chem Int Ed. 62 (46), e202307780(2023).</li>
<li>Tejedor-Sanz, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extracellular+electron+transfer+increases+fermentation+in+lactic+acid+bacteria+via+a+hybrid+metabolism%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Extracellular electron transfer increases fermentation in lactic acid bacteria via a hybrid metabolism.</a> eLife. 11, e70684(2022).</li>
<li>Martino, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nomadic+lifestyle+of+Lactobacillus+plantarum+revealed+by+comparative+genomics+of+54+strains+isolated+from+different+habitats%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Nomadic lifestyle of Lactobacillus plantarum revealed by comparative genomics of 54 strains isolated from different habitats.</a> Environ Microbiol. 18 (12), 4974-4989 (2016).</li>
<li>Fidanza, M., Panigrahi, P., Kollmann, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lactiplantibacillus+plantarum-nomad+and+ideal+probiotic%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Lactiplantibacillus plantarum-nomad and ideal probiotic.</a> Front Microbiol. 12, 712236(2021).</li>
<li>Duar, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lifestyles+in+transition%3A+evolution+and+natural+history+of+the+genus+Lactobacillus%5BTitle%5D)+AND+%22FEMS+Microbiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Lifestyles in transition: evolution and natural history of the genus Lactobacillus.</a> FEMS Microbiol Rev. 41 (Suppl_1), S27-S48 (2017).</li>
<li>Kaushik, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+and+probiotic+attributes+of+an+indigenous+isolate+of+Lactobacillus+plantarum%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+ONE%22%5BJournal%5D)">Functional and probiotic attributes of an indigenous isolate of Lactobacillus plantarum.</a> PLOS ONE. 4 (12), e8099(2009).</li>
<li>Seddik, H. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lactobacillus+plantarum+and+its+probiotic+and+food+potentialities%5BTitle%5D)+AND+%22Probiotics+Antimicrob+Proteins%22%5BJournal%5D)">Lactobacillus plantarum and its probiotic and food potentialities.</a> Probiotics Antimicrob Proteins. 9 (2), 111-122 (2017).</li>
<li>Siezen, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phenotypic+and+genomic+diversity+of+Lactobacillus+plantarum+strains+isolated+from+various+environmental+niches%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Phenotypic and genomic diversity of Lactobacillus plantarum strains isolated from various environmental niches.</a> Environ Microbiol. 12 (3), 758-773 (2010).</li>
<li>Light, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+flavin-based+extracellular+electron+transfer+mechanism+in+diverse+Gram-positive+bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A flavin-based extracellular electron transfer mechanism in diverse Gram-positive bacteria.</a> Nature. 562 (7725), 140-144 (2018).</li>
<li>Tolar, J. G., Li, S., Ajo-Franklin, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+differing+roles+of+flavins+and+quinones+in+extracellular+electron+transfer+in+Lactiplantibacillus+plantarum%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Environ+Microbiol%22%5BJournal%5D)">The differing roles of flavins and quinones in extracellular electron transfer in Lactiplantibacillus plantarum.</a> Appl Environ Microbiol. 89 (1), e0131322(2023).</li>
<li>Li, S., De Groote Tavares, C., Tolar, J. G., Ajo-Franklin, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+bioelectronic+sensing+of+pharmacologically+relevant+quinones+using+extracellular+electron+transfer+in+Lactiplantibacillus+plantarum%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Selective bioelectronic sensing of pharmacologically relevant quinones using extracellular electron transfer in Lactiplantibacillus plantarum.</a> Biosens Bioelectron. 243, 115762(2024).</li>
<li>Blackburn, B., Alba, R., Hatch, A., Ajo-Franklin, C. M., Mevers, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+Chemical+Properties+that+Drive+Extracellular+Electron+Shuttles%5BTitle%5D)+AND+%22ChemRxiv%22%5BJournal%5D)">Understanding the Chemical Properties that Drive Extracellular Electron Shuttles.</a> ChemRxiv. , (2024).</li>
<li>De Man, J. C., Rogosa, M., Sharpe, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+medium+for+the+cultivation+of+Lactobacilli%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Bacteriol%22%5BJournal%5D)">A medium for the cultivation of Lactobacilli.</a> J Appl Bacteriol. 23 (1), 130-135 (1960).</li>
<li>Aumiller, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+chemically-defined+growth+medium+to+support+Lactobacillus-Acetobacter+sp.+community+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+ONE%22%5BJournal%5D)">A chemically-defined growth medium to support Lactobacillus-Acetobacter sp. community analysis.</a> PLOS ONE. 18 (10), e0292585(2023).</li>
<li>Brooijmans, R. J. W., de Vos, W. M., Hugenholtz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lactobacillus+plantarum+WCFS1+electron+transport+chains%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Environ+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Lactobacillus plantarum WCFS1 electron transport chains.</a> Appl Environ Microbiol. 75 (11), 3580-3585 (2009).</li>
<li>LaBelle, E., Bond, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cyclic+voltammetry+for+the+study+of+microbial+electron+transfer+at+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Bio-electrochemical+systems%3A+from+extracellular+electron+transfer+to+biotechnological+application%22%5BJournal%5D)">Cyclic voltammetry for the study of microbial electron transfer at electrodes.</a> Bio-electrochemical systems: from extracellular electron transfer to biotechnological application. , (2009).</li>
<li>Mevers, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+elusive+electron+shuttle+from+a+facultative+anaerobe%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">An elusive electron shuttle from a facultative anaerobe.</a> eLife. 8, e48054(2019).</li>
<li>Dirar, H., Collins, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((End-products%2C+Fermentation+balances+and+molar+growth+yields+of+homofermentative+Lactobacilli%5BTitle%5D)+AND+%22Microbiology%22%5BJournal%5D)">End-products, Fermentation balances and molar growth yields of homofermentative Lactobacilli.</a> Microbiology. 73 (2), 233-238 (1972).</li>
<li>Huong Le, T. X., Bechelany, M., Cretin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+felt+based-electrodes+for+energy+and+environmental+applications%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Carbon felt based-electrodes for energy and environmental applications: A review.</a> Carbon. 122, 564-591 (2017).</li>
<li>Zhou, A. Y., Baruch, M., Ajo-Franklin, C. M., Maharbiz, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+portable+bioelectronic+sensing+system+%28BESSY%29+for+environmental+deployment+incorporating+differential+microbial+sensing+in+miniaturized+reactors%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+ONE%22%5BJournal%5D)">A portable bioelectronic sensing system (BESSY) for environmental deployment incorporating differential microbial sensing in miniaturized reactors.</a> PLOS ONE. 12 (9), e0184994(2017).</li>
<li>Benjamin, S. R., de Lima, F., Nascimento, V. A. do, de Andrade, G. M., Oriá, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advancement+in+paper-based+electrochemical+biosensing+and+emerging+diagnostic+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors%22%5BJournal%5D)">Advancement in paper-based electrochemical biosensing and emerging diagnostic methods.</a> Biosensors. 13 (7), 689(2023).</li>
<li>Kumashi, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+CMOS+multi-modal+electrochemical+and+impedance+cellular+sensing+array+for+massively+paralleled+exoelectrogen+screening%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Biomed+Circuits+Syst%22%5BJournal%5D)">A CMOS multi-modal electrochemical and impedance cellular sensing array for massively paralleled exoelectrogen screening.</a> IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 15 (2), 221-234 (2021).</li>
<li>Jadhav, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scale-up+of+the+bioelectrochemical+system%3A+Strategic+perspectives+and+normalization+of+performance+indices%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour+Technol%22%5BJournal%5D)">Scale-up of the bioelectrochemical system: Strategic perspectives and normalization of performance indices.</a> Bioresour Technol. 363, 127935(2022).</li>
<li>Kim, J., Cestellos-Blanco, S., Shen, Y., Cai, R., Yang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancing+biohybrid+CO2+to+multicarbon+reduction+via+adapted+whole-cell+catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Enhancing biohybrid CO2 to multicarbon reduction via adapted whole-cell catalysts.</a> Nano Lett. 22 (13), 5503-5509 (2022).</li>
<li>He, Z., Mansfeld, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+the+use+of+electrochemical+impedance+spectroscopy+%28EIS%29+in+microbial+fuel+cell+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ+Sci%22%5BJournal%5D)">Exploring the use of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in microbial fuel cell studies.</a> Energy Environ Sci. 2 (2), 215-219 (2009).</li>
<li>Okamoto, A., Hashimoto, K., Nealson, K. H., Nakamura, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rate+enhancement+of+bacterial+extracellular+electron+transport+involves+bound+flavin+semiquinones%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Rate enhancement of bacterial extracellular electron transport involves bound flavin semiquinones.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (19), 7856-7861 (2013).</li>
<li>Zhang, X., Li, X., Zhao, X., Li, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Factors+affecting+the+efficiency+of+a+bioelectrochemical+system%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Adv%22%5BJournal%5D)">Factors affecting the efficiency of a bioelectrochemical system: a review.</a> RSC Adv. 9 (34), 19748-19761 (2019).</li>
<li>Kornienko, N., Zhang, J. Z., Sakimoto, K. K., Yang, P., Reisner, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interfacing+nature%27s+catalytic+machinery+with+synthetic+materials+for+semi-artificial+photosynthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Interfacing nature's catalytic machinery with synthetic materials for semi-artificial photosynthesis.</a> Nat Nanotechnol. 13 (10), 890-899 (2018).</li>
<li>Glasser, N. R., Saunders, S. H., Newman, D. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+colorful+world+of+extracellular+electron+shuttles%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Microbiol%22%5BJournal%5D)">The colorful world of extracellular electron shuttles.</a> Annu Rev Microbiol. 71 (1), 731-751 (2017).</li>
<li>Gemünde, A., Lai, B., Pause, L., Krömer, J., Holtmann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Redox+mediators+in+microbial+electrochemical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22ChemElectroChem%22%5BJournal%5D)">Redox mediators in microbial electrochemical systems.</a> ChemElectroChem. 9 (13), e202200216(2022).</li>
<li>Kundu, B. B., et al. Extracellular respiration is a latent energy metabolism in Escherichia coli. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKundu%2C+BB+%22bioRxiv%22">bioRxiv</a>. , (2024).</li>
<li>O'Brien, J. P., Malvankar, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+and+low-cost+procedure+for+growing+Geobacter+sulfurreducens+cell+cultures+and+biofilms+in+bioelectrochemical+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Protoc+Microbiol%22%5BJournal%5D)">A simple and low-cost procedure for growing Geobacter sulfurreducens cell cultures and biofilms in bioelectrochemical systems.</a> Curr Protoc Microbiol. 43 (1), A.4K.1-A.4K.27 (2016).</li>
<li>Su, L., Fukushima, T., Ajo-Franklin, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+hybrid+cyt+c+maturation+system+enhances+the+bioelectrical+performance+of+engineered+Escherichia+coli+by+improving+the+rate-limiting+step%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">A hybrid cyt c maturation system enhances the bioelectrical performance of engineered Escherichia coli by improving the rate-limiting step.</a> Biosens Bioelectron. 165, 112312(2020).</li>
</ol>

Autorzy nie mają do zadeklarowania żadnych sprzecznych interesów.

Korzystając z opisanego tutaj trójelektrodowego, dwukomorowego systemu bioelektrochemicznego, pokazaliśmy pomiar wytwarzania prądu z EET za pośrednictwem DHNA w L. plantarum. Te eksperymenty BES generują wysokiej jakości dane; jednak BES są wrażliwe. W związku z tym powodzenie protokołu zależy od precyzji użytkownika, szczególnie w zakresie montażu reaktora i elektrody referencyjnej, pozycjonowania igieł i elektrod w komorze anodowej oraz wymiany membrany kationowymiennej. Bardzo ważne jest, aby reaktory montować ostrożnie, upewniając się, że podczas autoklawowania lub eksperymentów nie dojdzie do wycieku wody/mediów. Wyciek wody można rozwiązać, upewniając się, że membrany kationitowe są przycięte tak, aby dokładnie pasowały do O-ringu i dokręcając zacisk zwrotnicy, aby dokręcił palec. Niezbędne jest również całkowite zanurzenie filcu węglowego w wodzie podczas autoklawowania, aby umożliwić mu uzyskanie hydrofilowości w celach eksperymentalnych. Zalecamy, aby nowi użytkownicy pozwolili, aby nowo zmontowane reaktory wypełnione wodą pozostały przez 2 godziny przed autoklawowaniem, sprawdzając, czy nie ma oznak powolnych wycieków poniżej głównych złączy butli. Co więcej, zapewnienie prawidłowego montażu elektrod referencyjnych gwarantuje spójną replikację danych między reaktorami. Jeśli fryta teflonowa wewnątrz szklanej obudowy zostanie odbarwiona, pęknięta lub wysuszona, może to spowodować wysoką rezystancję elektrody referencyjnej. Użytkownicy mogą wymienić szklaną obudowę, aby przywrócić wydajność elektrody referencyjnej.
Właściwa orientacja wszystkich igieł i elektrod w komorze anodowej podczas eksperymentowania ma kluczowe znaczenie dla powodzenia eksperymentu. Elektroda referencyjna nie może bezpośrednio stykać się z żadną częścią elektrody roboczej z filcu węglowego. Użytkownicy mogą regulować położenie filcu węglowego, delikatnie obracając drut tytanowy elektrody roboczej znad reaktora. Dodatkowo, umieszczenie igły do rozpylania azotu nie powinno mieć bezpośredniego kontaktu z elektrodami w komorze ani z żadnymi połączeniami elektroda/potencjostat nad komorą. Strumień azotu powinien być dostosowany tak, aby nie wpływał do żadnej elektrody. Na koniec użytkownicy powinni upewnić się, że mieszadło nie styka się z elektrodą roboczą, umieszczając elektrodę roboczą 1-2 cm nad mieszadłem. Jeśli w OCV zaobserwuje się nieregularny sygnał, można go zwykle rozwiązać, zapewniając prawidłowe rozmieszczenie elektrod i strumienia azotu w reaktorze oraz sprawdzając, czy połączenia między przewodami potencjostatu a elektrodami reaktora są prawidłowe i bezpieczne. Wreszcie, nasze doświadczenie pokazuje, że mediatory elektronów, takie jak DHNA, mogą być zatrzymywane w błonie kationowymiennej i powodować wysoki prąd tła, jeśli są ponownie używane zbyt wiele razy. Zalecamy wymianę membrany kationowymiennej po dwóch lub trzech użyciach, zwłaszcza w przypadku badania EET, w którym pośredniczy EET, aby zagwarantować wiarygodne wyniki eksperymentalne.
W przeciwieństwie do bezpośredniego EET, w którym bezpośrednie przyłączenie mikrobiologiczne do elektrody ułatwia przenoszenie elektronów, EET za pośrednictwem wymaga stałej dyfuzji wahadłowców elektronów przez błonę komórkową i elektrodę, co skutkuje unikalnymi ustawieniami BES opisanymi tutaj. Po pierwsze, wybraliśmy dwukomorowy BES zamiast jednokomorowego odpowiednika w naszym protokole, aby oddzielić reakcje anodowe i katodowe za pomocą membrany kationowymiennej. Ta separacja zapobiega swobodnej dyfuzji mediatorów elektronów (DHNA) i mikroorganizmom przed interakcją krzyżową z katodą, zapewniając, że mikrobiologiczny EET jest głównym źródłem elektronów do redukcji mediatorów elektronów i anody. Separacja umożliwia również precyzyjną kontrolę parametrów, takich jak stężenie/dystrybucja mediatora i potencjał przypadający na anodę. Dodatkowo wybraliśmy filc węglowy jako materiał anodowy spośród innych opcji, takich jak pręty grafitowe, elektrody metalowe, węgiel szklisty lub tlenek indu cyny (ITO). Dzieje się tak, ponieważ porowata struktura filcu węglowego 3D zapewnia znacznie większą powierzchnię niż te elektrody30, co pozwala na efektywne wykorzystanie mediatorów nawet przy wysokich stężeniach. Nasze trzyelektrodowe, dwukomorowe ustawienia BES zapewniają niezawodny i powtarzalny odczyt zapośredniczonego EET nawet w przypadku długotrwałego monitorowania; Jednak proces ten ma stosunkowo niską przepustowość. Protokół ten nadaje się do zrozumienia mechanizmów EET w skali laboratoryjnej lub do testowania prototypowych aplikacji EET. Alternatywne architektury BES, takie jak przenośne lub drukowane BESs31,32, komplementarne macierze półprzewodników z tlenku metalu (CMOS)33 lub ulepszone BESs34, mogą być rozważane przez badaczy do różnych celów podstawowych lub aplikacyjnych.
W protokole tym podajemy szczegółowe instrukcje dotyczące najczęściej stosowanych technik elektrochemicznych: chronoamperometrii (CA) i woltamperometrii cyklicznej (CV). Warto zauważyć, że inne techniki elektrochemiczne, takie jak elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna (EIS) i woltamperometria impulsowa różnicowa (DPV), mogą zapewnić głębszy wgląd w BES poprzez analizę rezystancji przenoszenia ładunku i pojemności dwuwarstwowej 35,36,37. Chociaż ten protokół BES umożliwia pomiary EET, uzupełnienie danych elektrochemicznych o pomiary aktywności metabolicznej i biomasy komórek może być również niezbędne do kompleksowej analizy. Drobnoustroje, takie jak L. plantarum, angażują EET jako jeden z pochłaniaczy elektronów wraz z innymi produktami ubocznymi fermentacji, takimi jak mleczan i etanol. Ponadto warto zauważyć, że wzrost biomasy komórkowej służy również jako pochłaniacz elektronów13. Dlatego kwantyfikacja zużytych donorów elektronów (np. mannitolu), ocena wzrostu biomasy komórkowej i monitorowanie produktów ubocznych fermentacji zapewnia głębszy wgląd w wydajność i fizjologiczne konsekwencje EET. Metabolity komórkowe są zwykle oznaczane ilościowo za pomocą chromatografii i testów enzymatycznych, podczas gdy żywotność i wzrost komórek ocenia się, licząc jednostki tworzące kolonie i mierząc gęstość optyczną zużytych pożywek przy odpowiednio 600 nm13. Należy również zauważyć, że pomiary EET są wrażliwe na niewielkie zakłócenia w warunkach eksperymentalnych. Obejmuje to między innymi pH, temperaturę, prędkość mieszania i szybkość rozpryskiwania azotu38. Dlatego normalizacja mierzonych poziomów EET za pomocą pomiarów bioanalitycznych działa jak kontrola wewnętrzna, ułatwiając spójną ocenę w eksperymentach przeprowadzanych w różnych dniach.
Łącząc techniki elektrochemiczne z innymi pomiarami bioanalitycznymi, EET za pośrednictwem tej metody stwarza nowe możliwości dla elektrofermentacji i bioelektrokatalizy. Konwencjonalne stosowanie elektrokatalizatorów organicznych, nieorganicznych lub enzymatycznych stanowi wyzwanie ze względu na ich wysoki koszt i podatność na degradację. Alternatywnie, wykorzystanie mikroorganizmów jako żywych elektrokatalizatorów oferuje tańsze i bardziej skalowalne rozwiązanie ze względu na zdolność drobnoustrojów do samonaprawy i samoreplikacji39. L. plantarum, powszechnie uznawana za bezpieczną bakterię kwasu mlekowego, jest szczególnie intrygującym podwoziem. Korzystając z identycznych konfiguracji elektrochemicznych opisanych w tym protokole, wykazaliśmy wcześniej, że L. plantarum może fermentować sok z jarmużu w warunkach EET i przyspieszać przepływ metaboliczny w kierunku wytwarzania większej ilości produktów końcowych fermentacji, takich jak mleczan, octan i bursztynian13; Te kwasy organiczne są niezbędnymi związkami smakowymi w fermentacji żywności. Oznacza to, że przy użyciu technik elektrochemicznych EET za pośrednictwem L. plantarum może zostać potencjalnie przejęty w celu manipulowania strumieniem metabolicznym, zmiany smaków żywności lub wytwarzania cennych substancji chemicznych. Warto zauważyć, że techniki elektrochemiczne przedstawione w tym protokole mogą być stosowane nie tylko do L. plantarum, ale mogą być również ogólnie stosowane do innych rodzimych lub zmodyfikowanych drobnoustrojów, które wykonują EETza pośrednictwem 40,41. Różne mediatory elektronów, takie jak flawina, ferrocen, czerwień obojętna, żelazocyjanek, lawson i menadion, można wybrać na podstawie mechanizmu przenoszenia elektronów określonego drobnoustroju, który jest używany 22,42. Co więcej, protokół BES ustanowiony w tej pracy może zostać rozszerzony na egzoelektrogeny, które wykonują EET bez mediatora, jak wcześniej wykazano w przypadku gatunków Shewanella i Geobacter 43,44. Należy zastosować zoptymalizowaną pożywkę wzrostową, aby wspomóc aktywność komórkową danego drobnoustroju, aby ułatwić jego działanie EET. Protokół ten dostraja parametry EET za pośrednictwem DHNA w L. plantarum, ale oczekuje się modyfikacji, gdy stosuje się różne mikroorganizmy i mediatory elektronów.

Systemy bioelektrochemiczne łączą mikroby z elektrodami, co pozwala na badanie mechanizmów pozakomórkowego transportu elektronów (EET) i dostarcza odnawialnych podejść do bioelektrokatalizy1,2,3. Mikroby, które naturalnie przeprowadzają EET, nazywane są egzoelektrogenami; przenoszą one elektrony pochodzące z metabolizmu do pozakomórkowych terminalnych akceptorów elektronów, np. (hydr)tlenków żelaza i elektrod1. Ścieżki EET, po raz pierwszy opisane u gatunków Geobacter i Shewanella4,5, zostały od tego czasu zidentyfikowane u wielu bakterii. Egzoelektrogeny te odgrywają kluczową rolę w wielu mikrobowych technologiach elektrochemicznych, takich jak generowanie energii elektrycznej ze strumieni odpadów, wiązanie CO2 oraz produkcja cennych chemikaliów poprzez elektrosyntezę1,6,7,8,9,10,11,12.
Jednym z takich egzoelektrogenów jest Lactiplantibacillus plantarum, gram-dodatnia bakteria kwasu mlekowego13. L. plantarum to koczująca bakteria probiotyczna, która bytuje w szerokim zakresie środowisk, w tym w jelitach ludzi i innych kręgowców, a także w wielu rodzajach żywności, takich jak mięso, zboża, warzywa oraz fermentowane produkty spożywcze i napoje14,15,16,17. Jej genom koduje elastyczny metabolizm heterofermentacyjny, co umożliwia skuteczną adaptację w tych zróżnicowanych środowiskach. Jest ona dobrze przebadana, szeroko stosowana w przemyśle spożywczym i zdrowotnym oraz ogólnie uznana za bezpieczną przez Food and Drug Administration18,19. W związku z tym L. plantarum ma potencjał, aby służyć jako użyteczna platforma dla technologii opartych na EET.
Niedawne badania nad L. plantarum zidentyfikowały wielogenowy operon kodujący złożoną ścieżkę EET, pierwotnie opisaną u Listeria monocytogenes13,20. W przypadku L. plantarum białka syntetyzowane z tego operonu ułatwiają EET w systemie bioelektrochemicznym (BES), gdy dostarczony zostanie chinon 1,4-dihydroksy-2-naftalowy (DHNA) jako mediator elektronów13. Pierwszym kluczowym białkiem w tej ścieżce jest związana z błoną reduktaza NADH-chinonowa (Ndh2), która utlenia NADH i redukuje DHNA. DHNA przekazuje elektrony bezpośrednio do elektrody lub pośrednio za pomocą białka akcesoryjnego PplA (Rysunek 1)13,21,22. Najnowsze badania wskazują, że L. plantarum może również wykorzystywać inne chinony, strukturalnie podobne do DHNA, jako mediatory elektronów; jednak L. plantarum nie jest w stanie produkować DHNA ani tych alternatywnych chinonów, zatem mediatory muszą być egzogenicznie obecne w środowisku, aby mogło dojść do procesu EET13,22,23.
<img alt="Schemat przenoszenia elektronów; utlenianie NADH przez enzym Ndh2; interfejs elektrody w badaniu bioenergii." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67204/67204fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Przepływ elektronów w EET Lactiplantibacillus plantarum. Ndh2 przekazuje elektrony z NADH do chinonu DHNA. Elektrony są transportowane do elektrody w celu wytworzenia prądu, albo bezpośrednio przez zredukowany chinon, albo pośrednio przez białko akcesoryjne PplA. Skróty: FAD = flawinoadeninodynukleotyd; FMN = flawinomononukleotyd; EET = zewnątrzkomórkowy transport elektronów; NADH = zredukowany nikotynamidoadeninodynukleotyd; Ndh2 = NADH-chinonowa oksydoreduktaza; DHNA = kwas 1,4-dihydroksy-2-naftowy; PplA = fosfolipaza A. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67204/67204fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
W niniejszym artykule przedstawiamy szczegółowy protokół wykorzystania metody opartej na BES do charakterystyki EET pośredniczonego przez DHNA u L. plantarum. System trójelektrodowy z dwiema komorami ogranicza bakterie do elektrody roboczej, co pozwala na precyzyjną kontrolę potencjału przyłożonego do bakterii, zapobiegając jednocześnie interferencjom między elektrodą roboczą a przeciwelektrodą. Prezentujemy kompletny protokół obejmujący 5 dni, który obejmuje przygotowania przed eksperymentem, montaż BES, analizę EET z wykorzystaniem chronoamperometrii (CA) i woltamperometrii cyklicznej (CV) oraz analizę próbek po eksperymencie. Protokół ten można zastosować do wyjaśnienia mechanizmów ścieżek EET oraz do budowy systemów elektrofermentacji i elektrokatalizy.

<table><tbody><tr><td>Kwas 1,4-dihydroksy-2-naftoesowy (DHNA)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>281255-25G</td><td></td></tr><tr><td>Drut tytanowy o średnicy 1,0 mm</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>045485.BY</td><td>Przycięty na wymiar do elektrod roboczych i przeciwelektrod</td></tr><tr><td>120-C Arkusze tlenku glinu 9 "x 11"</td> <td>Johnson Abrasives</td><td>10108-15</td><td></td></tr><tr><td>3 ml plastikowe strzykawki</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>14955457</td><td></td></tr><tr><td>Roztwór 3M KCl nasycony chlorkiem srebra</td><td>Millipore Sigma</td><td>60137-250ML</td><td></td></tr><tr><td>Filc węglowy o grubości 6,35 mm</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>043200.RF</td><td>Pocięty na 16 cm2 krążki</td></tr><tr><td>Ag/AgCl Elektroda referencyjna CH</td><td>Instruments</td><td>CH111</td><td></td></tr><tr><td>Igły podskórne Air-Tite Premium</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>14-817-102</td><td></td></tr><tr><td>AlK(SO)4 * 12H2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>237086-100G</td><td></td></tr><tr><td>Cytrynian amonu trójzasadowy</td><td>Millipore Sigma</td><td>A1332</td><td></td></tr><tr><td>Avanti J-15R Wirówka</td><td>Beckman Coulter</td><td>B99517</td><td></td></tr><tr><td>BD Precyzyjna igła ślizgowa, 18 G x 1 cal</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>14-826-5G</td><td></td></tr><tr><td>BD Precyzyjna igła ślizgowa, 21 G x 2 cale</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>14-821-13N</td><td></td></tr><tr><td>Bel-Art SP Scienceware Cleanware Aqua-Clear Water Condtioner</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>23-278339</td><td></td></tr><tr><td>Biotyna</td><td>Millipore Sigma</td><td>B4639</td><td></td></tr><tr><td>CaCl2</td><td>Millipore Sigma</td><td>C4901</td><td></td></tr><tr><td>D-(+)-pantotenian wapnia</td><td>Millipore Sigma</td><td>1087009</td><td></td></tr><tr><td>Casaminokwasy</td><td>Millipore Sigma</td><td>2240-OP</td><td></td></tr><tr><td>membrana kationowymienna</td><td>Membrany International</td><td>CMI-7000</td><td>Pocięte w krążki pasujące do O-ringu BES</td></tr><tr><td>CoCl2 * 6H2O</td><td>Millipore Sigma</td><td>C8661</td><td></td></tr><tr><td>CuSO4 * 5H2O</td><td>Millipore Sigma</td><td>C8027</td><td></td></tr><tr><td>Cysteina-HCl * H2O</td><td>Millipore Sigma</td><td>30129</td><td></td></tr><tr><td>DMSO</td><td>Millipore Sigma</td><td>5439001000</td><td></td></tr><tr><td>DS-11+ Spektrofotometr</td><td>Denovix</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>EC-LAB Software</td><td>BioLogic</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>ECO E 4 S cyrkulator grzewczy</td><td>Lauda-Brinkmann</td><td>Nr kat. Nr 115 V; 60 Hz : L001191</td><td></td></tr><tr><td>FeSO4 * 7H2O</td><td>Millipore Sigma</td><td>215422</td><td></td></tr><tr><td>Kwas foliowy</td><td>Millipore Sigma</td><td>F8758</td><td></td></tr><tr><td>H3BO3</td><td>Millipore Sigma</td><td>B6768</td><td></td></tr><tr><td>Strzykawki insulinowe z igłą BD Micro-Fine IV</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>14-829-1A</td><td></td></tr><tr><td>Lactiplantibacillus plantarum NCIMB8826</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Indeks: Tejedor-Sanz et al., 2022</td></tr><tr><td>Lactobacillus MRS Bulion</td><td>HiMedia</td><td>M369</td><td></td></tr><tr><td>M9 Rosół</td><td>Milliport Sigma</td><td>63011</td><td></td></tr><tr><td>Siarczan magnezu bezwodny</td><td>Millipore Sigma</td><td>208094</td><td></td></tr><tr><td>Siarczan manganu jednowodny</td><td>Millipore Sigma</td><td>221287</td><td></td></tr><tr><td>mannitol</td><td>Millipore Sigma</td><td>M1902-1KG</td><td></td></tr><tr><td>Mettler Toledo FiveEasy Laboratoryjny pH-metr</td><td>Hogentogler</td><td>F20-KIT</td><td></td></tr><tr><td>MgCl2 * 6H2O</td><td>Millipore Sigma</td><td>M9272</td><td></td></tr><tr><td>MgSO4 * 7H2O</td><td>Millipore Sigma</td><td>M2773</td><td></td></tr><tr><td>Millex - GV 0.22 & Mikro; m Filtr membranowy PVDF</td><td>Millipore Sigma</td><td>SLGV004SL</td><td></td></tr><tr><td>MnCl2 * 4H2O</td><td>Millipore Sigma</td><td>203734</td><td></td></tr><tr><td>MnSO4 * H2O</td><td>Millipore Sigma</td><td>221287</td><td></td></tr><tr><td>MOPS</td><td>Millipore Sigma</td><td>M1442</td><td></td></tr><tr><td>N2</td><td>gaz Airgas</td><td>Filtr NI UHP300</td><td>przed użyciem</td></tr><tr><td>Na2MoO4 * 2H2O</td><td>Millipore Sigma</td><td>331058</td><td></td></tr><tr><td>Na2SO4</td><td>Millipore Sigma</td><td>238597</td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Millipore Sigma</td><td>S9888</td><td></td></tr><tr><td>NH4Cl</td><td>Millipore Sigma</td><td>A9434</td><td></td></tr><tr><td>Kwas nikotynowy</td><td>Millipore Sigma</td><td>N-0761</td><td></td></tr><tr><td>Kwas nitrylotrioctowy (NTA)Kwas nitrolotrioctowy</td> <td>Millipore Sigma</td><td>72560</td><td></td></tr><tr><td>Kwas p-aminobenzoesowy</td><td>Millipore Sigma</td><td>P9879</td><td></td></tr><tr><td>Sól fizjologiczna buforowana fosforanem, 10x roztwór</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>BP399-1</td><td></td></tr><tr><td>Fosforan potasu dwuzasadowy</td><td>Millipore Sigma</td><td>P8281</td><td></td></tr><tr><td>potencjostat</td><td>BioLogic</td><td>VMP-300</td><td></td></tr><tr><td>Pepton proteazy #3</td><td>Bacto</td><td>211693</td><td></td></tr><tr><td>Pirydoksyna HCl</td><td>Milipor Sigma</td><td>P6280</td><td></td></tr><tr><td>Ryboflawina</td><td>Milipor Sigma</td><td>555682</td><td></td></tr><tr><td>Platforma mieszadła magnetycznego RO10</td><td>IKA</td><td>3691000</td><td></td></tr><tr><td>Octan sodu trójwodny</td><td>Millipore Sigma</td><td>935700</td><td></td></tr><tr><td>Baton mieszający w kształcie jajka</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>14-512-121</td><td>Miejsce w komorze anodowej BES</td></tr><tr><td>Tiamine HCl</td><td>Millipore Sigma</td><td>V-014</td><td></td></tr><tr><td>Kwas tioktowy (kwas &alfa;-liponowy)</td><td>Millipore Sigma</td><td>T-1395</td><td></td></tr><tr><td>Tryptofan</td><td>Millipore Sigma</td><td>9136</td><td></td></tr><tr><td>Tween80</td><td>Millipore Sigma</td><td>P4780</td><td></td></tr><tr><td>Witamina B12</td><td>Millipore Sigma</td><td>V6629</td><td></td></tr><tr><td>Zestaw MCF z płaszczem, 100 ml, NW25, 2 x GL14 port</td><td>Adams & Chittenden Scientific Glass</td><td>NA</td><td>Dostosowany</td></tr><tr><td>ekstrakt drożdżowy</td><td>Millipore Sigma</td><td>Y1625</td><td></td></tr><tr><td>ZnSO4 * 7H2O</td><td>Millipore Sigma</td><td>Z0251</td><td></td></tr></tbody></table>

charakterystyka pośredniczonego zewnątrzkomórkowego transferu elektronów u bakterii kwasu mlekowego za pomocą trójelektrodowego, dwukomorowego układu bioelektrochemicznego

Characterizing Mediated Extracellular Electron Transfer in Lactic Acid Bacteria with a Three-Electrode, Two-Chamber Bioelectrochemical System

Wiele bakterii przeprowadza zewnątrzkomórkowy transfer elektronów (EET), dzięki któremu elektrony są przenoszone z komórki do zewnątrzkomórkowego końcowego akceptora elektronów. Ten akceptor elektronów może być elektrodą, a elektrony mogą być dostarczane pośrednio przez cząsteczkę mediatora aktywnego redoks. W tym miejscu przedstawiamy protokół badania EET za pośrednictwem Lactiplantibacillus plantarum, probiotycznej bakterii kwasu mlekowego szeroko stosowanej w przemyśle spożywczym, przy użyciu systemu bioelektrochemicznego. Szczegółowo opisujemy, jak zmontować trójelektrodowy, dwukomorowy system bioelektrochemiczny i udzielamy wskazówek dotyczących charakteryzowania EET w obecności rozpuszczalnego mediatora przy użyciu technik chronoamperometrii i woltamperometrii cyklicznej. Wykorzystujemy reprezentatywne dane z eksperymentów EET za pośrednictwem kwasu 1,4-dihydroksy-2-naftoesowego (DHNA) z L. plantarum, aby zademonstrować analizę i interpretację danych. Techniki opisane w tym protokole mogą otworzyć nowe możliwości dla elektrofermentacji i bioelektrokatalizy. Niedawne zastosowania tej techniki elektrochemicznej z L. plantarum wykazały przyspieszenie przepływu metabolicznego w kierunku wytwarzania końcowych produktów fermentacji, które są krytycznymi składnikami smakowymi w fermentacji żywności. W związku z tym system ten ma potencjał do dalszego rozwoju w celu zmiany smaków w produkcji żywności lub produkcji cennych substancji chemicznych.

Analiza chronoamperometryczna 
EET L. plantarum można zaobserwować na podstawie danych z chronoamperometrii (CA) przedstawionych na Rysunku 3, gdzie przebieg gęstości prądu wizualizuje transfer elektronów z L. plantarum do elektrody roboczej. Monitorowano gęstość prądu (j) w funkcji czasu, utrzymując stały potencjał +200 mV względem Ag/AgCl przez 24 h. Po wstrzyknięciu 20 µg/mL DHNA do mieszanego roztworu elektrolitu zaobserwowano skok związany z abiotycznym utlenianiem DHNA, po którym nastąpił szybki wzrost biotycznej gęstości prądu, osiągający szczyt 132,0 ± 2,47 µA/cm2 mniej więcej w 8. godzinie. W przeciwieństwie do tego, wstrzyknięcie DMSO spowodowało pomijalną gęstość prądu. Wyniki te podkreślają znaczenie DHNA jako niezbędnego i wydajnego mediatora ułatwiającego transfer elektronów pomiędzy L. plantarum a elektrodą. Użytkownicy mogą regulować natężenie prądu poprzez zmianę stężenia DHNA w BES. Wcześniejsze badania wskazują również, że L. plantarum reaguje na DHNA w sposób zależny od dawki w szerokim zakresie stężeń DHNA, generując znaczący prąd przy stężeniach DHNA tak niskich jak 0,01 µg/mL13,22.
<img alt="Wykres gęstości prądu elektrochemicznego w funkcji czasu, wpływ DHNA, analiza dynamiczna, trend danych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67204/67204fig03v5.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3: Analiza chronoamperometryczna EET Lactiplantibacillus plantarum pośredniczonego przez DHNA. DHNA (20 µg/mL) lub DMSO wstrzyknięto do elektrolitów mCDM (pH~ 6,5), przyjmując czas wstrzyknięcia jako t = 0. j oznacza gęstość prądu w funkcji powierzchni elektrody roboczej. Eksperymenty przeprowadzono przy potencjale 200 mV względem Ag/AgCl z zastosowaniem elektrody z filcu węglowego (16 cm2) oraz mieszaniem. Wartości przedstawiono jako średnia ± sd uzyskane w trzech powtórzeniach w reaktorach BES. Skróty: EET = pozakomórkowy transfer elektronów; DHNA = kwas 1,4-dihydroksy-2-naftoowy; DMSO = dimetylosulfoksyd; mCDM = chemicznie zdefiniowane pożywka z mannitolem. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67204/67204fig03largev5.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
Analiza w woltamperometrii cyklicznej 
Aby dalej ocenić EET indukowany przez DHNA w L. plantarumprzeprowadziliśmy woltamperometrię cykliczną 24 h po wstrzyknięciu DHNA. Poniżej przedstawiamy zapisy CV dla trzech warunków: *L. plantarum* z 20 µg/mL DHNA, L. plantarum z DMSO oraz pożywką z 20 µg/mL DHNA. Jak pokazano w Rycina 4Aobecność 20 µg/mL DHNA w reaktorach zawierających *L. plantarum* zaowocowało wyraźnym wzrostem prądu utleniania przy 50 mV, który nie wystąpił w obecności samego DMSO. Dane te potwierdzają, że dodanie mediatora redoks DHNA jest niezbędne do ułatwienia transferu elektronów pomiędzy *L. plantarum* oraz anoda. Podczas gdy zaobserwowaliśmy różne mniejsze piki redoks w *L. plantarum* + ślad DMSO, piki te były podobne do śladu kontrolnego z medium i prawdopodobnie wynikają z obecności komponentów aktywnych redoks w mCDM (Rysunek dodatkowy S1). W Rycina 4Bporównaliśmy ślady DHNA w warunkach biotycznych (*L. plantarum* + DHNA) w porównaniu z DHNA w warunkach abiotycznych (podłoże + DHNA). Choć na obu krzywych odnotowano wyraźny szczyt utleniania DHNA w okolicach 50 mV, trwały wzrost prądu powyżej 50 mV zaobserwowano wyłącznie w warunkach biotycznych. Szczyt katalityczny osiągnął gęstość prądu wynoszącą 129 µA/cm2 przy 300 mV, co stanowi wzrost o 256% w porównaniu ze śladem abiotycznym. Taki profil CV obrotu jest charakterystyczny dla mikrobiologicznego EET27, co wskazuje na ponowną redukcję DHNA przez *L. plantarum* komórki w obecności źródła elektronów (mannitolu) po utlenieniu DHNA na anodzie. Ponadto ślad abiotyczny wykazał nowe piki oksydacyjne w okolicach -240 mV i -180 mV. Wcześniejsze badania wskazują, że pojawienie się tych pików może wynikać z degradacji DHNA do ACNQ (2-amino-3-karboksy-1,4-naftochinonu)21,28Nie zaobserwowano tych pików w śladzie biotycznym, co wskazuje na to, że oddziaływanie L. plantarum komórki zawierające DHNA mogą stabilizować DHNA i zapobiegać jego degradacji. Warto zauważyć, że 24-godzinny ślad dla pożywek z 20 µg/mL DHNA przeprowadzono oddzielnie zgodnie z tym protokołem, bez dodawania komórek.
<img alt="Wykresy woltamperometrii cyklicznej pokazujące zachowanie elektrochemiczne L. plantarum z DHNA i DMSO." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67204/67204fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4: Reprezentatywne przebiegi woltamperometrii cyklicznej. Wszystkie eksperymenty CV przeprowadzono w mCDM, wykorzystując filc węglowy (16 cm2) jako elektrodę pracującą, przy szybkości skanowania 2 mV/s podczas mieszania roztworu. (A) Przebiegi CV dla Lactiplantibacillus plantarum z DHNA (20 µg/mL) lub DMSO w czasie t = 24 h. (B) Przebiegi CV dla 20 µg/mL DHNA w obecności L. plantarum (warunki biotyczne) lub w samym mCDM (warunki abiotyczne) w czasie t = 24 h. Skróty: CV = woltamperometria cykliczna; mCDM = chemicznie zdefiniowane podłoże z mannitolem; DHNA = kwas 1,4-dihydroksy-2-naftalowy; DMSO = dimetylosulfotlenek. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67204/67204fig04large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.</a>
Analiza pH 
Aktywność EET w L. plantarum spowodowała znaczny spadek pH w ciągu 24 h. Jak pokazano na Ryc. 5, średnie pH próbek L. plantarum eksponowanych na DHNA spadło do 3,33 ± 0,01 (p = 6,85 × 10-6, n = 3), podczas gdy średnie pH próbek L. plantarum eksponowanych na DMSO spadło do 6,50 ± 0,06 (p = 0,0409, n = 3). Jak wykazano w poprzednich badaniach, spadek ten przypisuje się zwiększeniu metabolizmu fermentacyjnego, który zachodzi, gdy L. plantarum wykazuje aktywność EET13. L. plantarum zazwyczaj metabolizuje mannitol poprzez glikolizę i szlaki fermentacyjne, które produkują octan, mleczan i etanol jako końcowe produkty fermentacji i generują ATP poprzez fosforylację na poziomie substratu29. W warunkach EET strumień metaboliczny poprzez fermentację wzrasta, co zwiększa produkcję końcowych produktów fermentacji w pożywce BES13. Ta zmiana metaboliczna powoduje szybszy spadek pH pożywki w reaktorach z DHNA w porównaniu do reaktorów kontrolnych z DMSO.
<img alt="Wykres zmian pH; wykres słupkowy przedstawia poziomy pH dla DHNA i DMSO w t=0 i t=24 godziny; analiza chemiczna." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67204/67204fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5: Analiza pH bioelektrochemicznego systemu z Lactiplantibacillus plantarum. Próbki pobrano w t = 0 i t = 24 h podczas chronoamperometrii. Wartości przedstawiono jako średnia ± sd uzyskana w trzech powtórzeniach w reaktorach BES. Istotność określono za pomocą jednostronnego testu t-. DHNA: P-value = 6,85 × 10-6. DMSO: P-value = 0,0409. Skróty: DHNA = kwas 1,4-dihydroksy-2-naftalowy; DMSO = dimetylosulfotlenek. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67204/67204fig05large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.</a>
Tabela 1: Składniki do przygotowania pożywek mMRS24. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67204/67204_Table%201_%20mMRS%20recipe.xlsx" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.</a>
Tabela 2: Składniki do przygotowania pożywki mCDM. Tabela ta została opracowana na podstawie prac Tejedor-Sanz et al.13 oraz Aumiller et al.25. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67204/67204_Table%202_%20mCDM%20recipe.xlsx" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.</a>
Tabela 3: Składniki do przygotowania pożywki M9. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67204/Table%203_%20M9%20Media.xlsx" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.</a>
Tabela 4: Ustawienia parametrów EC-Lab dla technik OCV, CA i CV. Skróty: OCV = napięcie obwodu otwartego; CA = chronoamperometria; CV = woltamperometria cykliczna. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67204/Table%204_EC-Lab%20Parameter%20Settings.xlsx" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.</a>
Rycina dodatkowa S1: Reprezentatywne krzywe woltamperometrii cyklicznej dla Lactiplantibacillus plantarum z dodatkiem DMSO oraz samego mCDM. Krzywe CV dla L. plantarum z DMSO w czasie t = 24 h oraz samego mCDM w czasie t = 0 h. Wszystkie eksperymenty CV przeprowadzono z wykorzystaniem filcu węglowego (16 cm2) jako elektrody roboczej, przy szybkości skanowania 2 mV/s podczas mieszania roztworu. Skróty: CV = woltamperometria cykliczna; mCDM = chemicznie zdefiniowane podłoże z mannitolem; DHNA = kwas 1,4-dihydroksy-2-naftoowy; DMSO = dimetylosulfotlenek. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67204/JoVE_SupplementalFig1.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>

Tutaj prezentujemy protokół charakteryzujący pozakomórkowy transfer elektronów za pośrednictwem (EET) u bakterii kwasu mlekowego za pomocą trzyelektrodowego, dwukomorowego systemu bioelektrochemicznego. Ilustrujemy tę metodę za pomocą Lactiplantibacillus plantarum i mediatora redoks kwasu 1,4-dihydroksy-2-naftoesowego i podajemy dokładny opis technik elektrochemicznych stosowanych do oceny EET, w którym pośredniczy.

Charakterystyka pośredniczonego zewnątrzkomórkowego transferu elektronów u bakterii kwasu mlekowego za pomocą trójelektrodowego, dwukomorowego układu bioelektrochemicznego

Many bacteria perform extracellular electron transfer (EET), whereby electrons are transferred from the cell to an extracellular terminal electron ...

W naszym laboratorium badamy zewnątrzkomórkowy transfer elektronów (EET) u bakterii takich jak lactiplantibacillus plantarum, która jest bakterią fermentacyjną o krytycznym znaczeniu w przemyśle spożywczym. W EET komórka przenosi elektrony do zewnątrzkomórkowego berła elektronicznego, podobnie jak elektroda w bioelektrycznym układzie chemicznym. Chcemy zrozumieć i zaprojektować EET do zastosowań w biodetekcji, biokatalizie i fermentacji żywności.Odkryliśmy, że tunel alpejski może kupować prąd przez EET w obecności chinonu, takiego jak DHNA. Proces ten regeneruje NAD plus, przyspiesza ogólną utratę pierwotnych szlaków fermentacji i przyspiesza wzrost komórek. Co więcej, odkryliśmy, że różne pochodne chinonu, inne niż DHNA, mogą również pośredniczyć w EET w L plantarum.Badanie EET za pośrednictwem EET wymaga specjalistycznych, biochemicznych konfiguracji. W szczególności używamy trzyelektrodowego, dwukomorowego systemu bioelektrochemicznego, aby zapobiec przesłuchom między reakcjami anodowymi i katodowymi. Używamy również pola węglowego, elektrody roboczej o dużej powierzchni, aby usprawnić transfer elektronów z mediatorów elektronów.Nasza praca nad badaniem szlaków EET w L. plantarum i tego, w jaki sposób te szlaki oddziałują na metabolizm fermentacyjny, może mieć użyteczne zastosowania w przemyśle spożywczym. Wiemy, że EET i L plantarum zmieniają przepływ metaboliczny poprzez fermentację i można nimi manipulować w celu uzyskania użytecznych zastosowań i zmiany smaków żywności oraz wytwarzania cennych substancji chemicznych w elektrofermentacji. W przyszłości będziemy nadal poszerzać naszą podstawową wiedzę na temat EET i poszukiwać nowych zastosowań EET w organizmach takich jak L. plantarum.Planujemy inżynierię białek w szlaku EET, co pozwoli nam na dalszą kontrolę EET pod kątem zastosowań w elektrofermentacji i biodetekcji. Na początek przeszlifuj wstępnie przycięte druty tytanowe o średnicy jednego milimetra do pracy w przeciwelektrodach papierem ściernym z tlenku glinu, aż będą równomiernie błyszczące. Za pomocą szczypiec zegnij jeden koniec każdego roboczego drutu elektrody w mały haczyk.Wsuń okrągły filc węglowy o powierzchni 16 centymetrów kwadratowych na każdy drut elektrody roboczej, wplatając drut i wysuwając go z filcu węglowego raz i ciągnąc okrąg w dół drutu, aż zostanie przymocowany do haka. Zabezpiecz działające elektrody stykowe w nasadkach GL 45, przekłuwając gumową przegrodę drutem i przeciągając ją przez kilka centymetrów. Aby zbudować sparowane reaktory, zmontuj O-ring i umieść wstępnie przyciętą membranę kationitową, wstępnie nasączoną wodą w zmontowanym O-ringu.Umieść O-ring z membraną między dużymi dolnymi otworami dwóch sparowanych butelek reaktora. Zabezpiecz parę butli reaktora i pierścień z membraną za pomocą zacisku przegubowego. Wrzuć magnetyczny pręt mieszający do każdej komory anodowej przed zamknięciem wszystkich małych otworów w górnej części każdej butelki nakrętkami GL14, wyposażonymi w gumowe przegrody.Napełnij każdą butelkę reaktora 110 mililitrami wody dejonizowanej. Włóż nasadki wyposażone w okrągłą elektrodę roboczą z filcu węglowego i delikatnie dociśnij górną część filcowego krążka, aby utrzymać go na haczyku. Zamknąć butelki odpowiednią, mocowaną elektrodą nakrętką GL45.Reaktory wypełnione wodą w autoklawie i nasadki elektrod GL14. W sterylnych warunkach zeskrob kulturę laktoplantacyjną abasilisk plantarum z wierzchu bulionu glicerolowego i zaszczep w trzech mililitrach komercyjnego podłoża rugosa sharp lub MRS. Inkubuj kulturę przez noc w temperaturze 37 stopni Celsjusza, bez wstrząsania.Na początek w sterylnej komorze bezpieczeństwa biologicznego wylej autoklawowaną wodę z reaktorów systemu bioelektrochemicznego. Napełnij komory katodowe 110 mililitrami autoklawowanego medium M9, a komory anodowe 110 mililitrami świeżo przygotowanego MCDM. Wymień jedną nasadkę GL14 z komory anodowej na nasadkę GL14 do autoklawu z silikonowym pierścieniem sufitowym.Spryskaj przygotowane elektrody referencyjne 70% etanolem przed umieszczeniem go przez nasadkę elektrody w każdej komorze anodowej. Dokręć wszystkie zaślepki i zaciski, aby uniknąć wycieku. Aby przymocować reaktory do systemu pompy wodnej, najpierw umieść każdy reaktor na odpowiedniej platformie mieszadła.Następnie połącz króćce płaszcza wodnego każdego reaktora z drugim za pomocą gumowych rurek, łącząc reaktory końcowe z rurami doprowadzającymi i odpływowymi pompy wodnej. Napełnij pompę wodą i dodaj cztery do sześciu kropli uzdatniacza wody. Włącz układ pompy i ustaw temperaturę na 30 stopni Celsjusza.Uruchom pompę i obserwuj przepływ wody przez wszystkie płaszcze wodne reaktora, upewniając się, że nie ma wycieków. Włącz platformy mieszające i ustaw je na ciągłe mieszanie z prędkością 220 obr./min. Aby przymocować reaktory do przewodów gazowych oszczędzających azot, najpierw podłącz filtr powietrza do igły o rozmiarze 22 i włóż igłę przez górną przegrodę komory anodowej reaktora do media.Włóż igłę o rozmiarze 18 w górną przegrodę komory anodowej reaktora, a następnie podłącz przewód gazowy ze źródła azotu do filtra powietrza i otwórz zawór, aby gaz mógł delikatnie przepływać przez reaktor. Aby podłączyć bioreaktory do przewodów potencjostatu, podłącz przewody zaciskowe licznika roboczego i elektrody aligatora elektrody odniesienia z potencjostatu do odpowiednich elektrod. Po wprowadzeniu wszystkich parametrów naciśnij zielony trójkąt startowy, aby rozpocząć bieg.Obserwuj ślady napięcia w obwodzie otwartym przez kilka minut, aby upewnić się, że wszystkie dławiki odczytują pozytywnie. i zamykają się ze sobą stałym sygnałem. W sterylnych warunkach subkulturuj wcześniej wyhodowaną kulturę L plantarum od jednego do 200 w 50 mililitrach MMRS.Hoduj komórki przez noc w temperaturze 37 stopni Celsjusza, bez potrząsania. Aby rozpocząć, usuń z inkubatora kulturę L plantarum wyhodowaną w MMRS. Przenieś kulturę do stożkowej probówki o pojemności 50 mililitrów w sterylnych warunkach i umieść probówkę na lodzie.Odwirować kulturę w temperaturze 4 000 G przez pięć minut w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Usunąć supernatant przed ponownym zawieszeniem osadu w 50 mililitrach PBS. Po drugim płukaniu ponownie zawieś komórki w zimnym PBS do gęstości optycznej 600 nanometrów 11.Załaduj dwa mililitry zawieszonych komórek do trzymililitrowej strzykawki wyposażonej w igłę. Na stacji reaktora odkręć strzykawkę z komórkami i włóż igłę do górnej części komory anodowej reaktora. Gdy wszystkie strzykawki znajdą się na swoim miejscu, należy nacisnąć tłoki, aby wstrzyknąć komórki.Zanotować czas wstrzyknięcia na podstawie śladu chronoamperometrycznego. Pozwól, aby prąd ustabilizował się na ścieżce przez dwie do czterech godzin. W systemie bioelektrochemicznym oznaczyć reaktory eksperymentalne jako plus DHNA, a reaktory kontrolne z rozpuszczalnikiem jako minus DHNA.Odkręć strzykawkę załadowaną 110 mikrolitrami 20 miligramów na mililitr DHNA i włóż ją do górnej części komory anodowej, oznaczonej jako plus DHNA. Włożyć strzykawkę wypełnioną 110 mikrolitrami DMSO do komory anodowej, oznaczonej jako minus DHNA. Za pomocą trzymililitrowej strzykawki wyposażonej w igłę o rozmiarze 21 usuń dwa mililitry pożywki z każdej komory anodowej przez nieużywaną przegrodę małej czapeczki.Przenieś próbki na płytkę z 24 dołkami, aby zmierzyć pH dla punktu czasowego godziny zero. Wcisnąć tłoki strzykawek DHNA i DMSO, aby wstrzyknąć je do reaktorów. Zanotować czas wstrzyknięcia na podstawie śladu chronoamperometrycznego.Wyrzucić wszystkie strzykawki i igły. Po 24 godzinach usuń dwa mililitry pożywki z każdej komory anodowej, jak opisano wcześniej, i przenieś ją na płytkę z 24 dołkami w celu 24-godzinnych pomiarów pH. Uruchom woltamperometrię cykliczną dla 24-godzinnego punktu czasowego.Zmierzyć i zapisać pH dla 24-godzinnych próbek z każdego reaktora. Gęstość prądu spowodowana zewnątrzkomórkowym przenoszeniem elektronów osiągnęła szczyt około 132 mikroamperów na centymetr kwadratowy, osiem godzin po wstrzyknięciu DHNA. Natomiast wtrysk DMSO spowodował znikomą gęstość prądu.Dane z cyklicznej woltamperometrii wykazały wyraźny wzrost prądu oksydacyjnego przy 50 miliwoltach w obecności L plantarum z DHNA, w porównaniu z L plantarum z DMSO oraz 256% wzrost gęstości prądu przy 300 miliwoltach w porównaniu z abiotycznym śladem DHNA. Zewnątrzkomórkowy transfer elektronów spowodował znaczny spadek pH do średnio 3,33 w ciągu 24 godzin w próbkach z L plantarum i DHNA, podczas gdy próbki z L plantarum i DMSO miały średnie pH 6,50.

characterizing-mediated-extracellular-electron-transfer-lactic-acid

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Biochemia

Źródło: Okamoto, A. i inni. Samostojąca elektrochemiczna konfiguracja wzbogacająca bakterie oddychające anodem na miejscu. J. Vis. Exp. (2018)Ten film demonstruje zastosowanie elektrochemicznego systemu na miejscu do wzbogacania bakterii oddychających anodą (ARB) z naturalnych rezerwuarów. Gradient redoks ustanawia się, umieszczając anodę w głębokiej wodzie wolnej od tlenu, a katodę w bogatej w tlen wodzie powierzchniowej. ARB tworzą biofilmy i przekazują elektrony do anody, która płynie do...

Wzbogacenie bakterii oddychających anodami za pomocą systemu elektrochemicznego na miejscu

Źródło: Tokunou, Y . i in., Elektrochemiczne wykrywanie efektu izotopu kinetycznego deuteru na transport elektronów zewnątrzkomórkowych w Shewanella oneidensis MR-1. J. Vis. Exp. (2018)Ten film demonstruje montaż i działanie modelu reaktora elektrochemicznego zaprojektowanego do symulacji powstawania biofilmu na powierzchniach elektrod. Kontrolowana stymulacja elektrochemiczna sprzyja przyczepności mikroorganizmów, prowadząc do stopniowego powstawania bakteryjnego monowarstwowego biofilmu.

Opracowywanie bakteryjnego monowarstwowego biofilmu z użyciem reaktora elektrochemicznego

Pokazano chronoamperometryczny wzrost anodowych elektroaktywnych biofilmów mikrobiologicznych w reaktorze z zasilaniem przy użyciu układu trzech elektrod, kontrolowanego przez potencjostat. Zewnątrzkomórkowy transfer elektronów charakteryzuje się za pomocą woltamperometrii cyklicznej w obecności donora elektronów i pod nieobecność donora elektronów. Pokazano analizę danych fundamentalnych.

Elektroaktywne biofilmy mikrobiologiczne pochodzące ze ścieków: wzrost, utrzymanie i podstawowa charakterystyka

Pokazujemy ekstrakcję amoniaku ze strumienia bogatego w amoniak za pomocą systemu elektrochemicznego i bioelektrochemicznego. Omówiono konfigurację reaktora, jego działanie i analizę danych.

Elektrochemicznie i bioelektrochemicznie indukowany odzysk amonu

Przedstawiono protokół pomiaru przewodnictwa elektrycznego żywych biofilmów mikrobiologicznych w fizjologicznie istotnych warunkach.

Charakterystyka transportu elektronów przez żywe biofilmy

Tutaj prezentujemy protokół eksperymentów elektrochemicznych na całych komórkach, aby zbadać wpływ transportu protonów na szybkość pozakomórkowego transportu elektronów przez kompleks cytochromów błony zewnętrznej w Shewanella oneidensis MR-1.

Elektrochemiczne wykrywanie wpływu kinetycznego izotopu deuteru na zewnątrzkomórkowy transport elektronów w Shewanella oneidensis MR-1

Techniki wzbogacania mikroorganizmów na miejscu lub hodowli in situ mogą ułatwić izolację trudnych do hodowli taksonów mikroorganizmów, zwłaszcza z ekstremalnych środowisk o niskiej biomasie lub geochemicznie. W tym miejscu opisujemy układ elektrochemiczny bez użycia zewnętrznego źródła zasilania w celu wzbogacenia szczepów drobnoustrojów, które są zdolne do zewnątrzkomórkowego transportu elektronów (EET).

Wolnostojący zestaw elektrochemiczny do wzbogacania bakterii oddychających anodą na miejscu

Tutaj prezentujemy protokół użycia organicznych tranzystorów elektrochemicznych (OECT) do translacji aktywności zewnątrzkomórkowego transferu elektronów (EET) w Shewanella oneidensis na sygnały elektryczne. Hybrydowy system OECT zapewnia zwiększoną solidność, czułość i potencjał do szybkich, wysokowydajnych testów, co czyni go skutecznym narzędziem do pomiarów EET.

Translacja zewnątrzkomórkowych działań związanych z przenoszeniem elektronów za pomocą organicznych tranzystorów elektrochemicznych

Przedstawione tutaj protokoły ułatwiają wygodne badanie reakcji bakteryjnych etylenu poprzez wykorzystanie kwasu 2-chloroetylofosfonowego ().  Etylen jest wytwarzany in situ w wyniku rozkładu w wodnym pożywce bakteryjnej, co pozwala obejść wymóg stosowania czystego gazu etylenowego.

Wykorzystanie związku uwalniającego etylen, kwasu 2-chloroetylofosfonowego, jako narzędzia do badania reakcji etylenu u bakterii

Biblioteki wyświetlania bakterii w biopanowaniu to sprawdzona technika odkrywania odczynników powinowactwa peptydowego, solidna alternatywa dla przeciwciał. Półautomatyczna metoda sortowania usprawniła biopanoramowanie w celu zmniejszenia występowania wyników fałszywie dodatnich. Poniżej ilustrujemy proces myślowy i techniki stosowane w ocenie kandydatów i minimalizacji dalszej analizy.

Półautomatyczne biopanowanie bakteryjnych bibliotek wyświetlających w celu odkrywania odczynników powinowactwa peptydowego i analizy otrzymanych izolatów

Poznaj metodę charakteryzacji pośredniczonego zewnątrzkomórkowego transferu elektronów u bakterii kwasu mlekowego Lactiplantibacillus plantarum za pomocą trójelektrodowego układu bioelektrochemicznego.

Charakterystyka pośredniczonego zewnątrzkomórkowego transferu elektronów u bakterii kwasu mlekowego za pomocą trójelektrodowego, dwukomorowego układu bioelektrochemicznego (Wideo) | JoVE Journal

Charakterystyka pośredniczonego zewnątrzkomórkowego transferu elektronów u bakterii kwasu mlekowego za pomocą trójelektrodowego, dwukomorowego układu bioelektrochemicznego

Przeglądaj więcej filmów