Здесь мы представляем протокол поклеточного электрохимических экспериментов для изучения вклада протонного транспорта по ставке внеклеточного переноса электронов через внешней мембраны цитохромов комплекс в Shewanella oneidensis MR-1.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Здесь мы представляем протокол поклеточного электрохимических экспериментов для изучения вклада протонного транспорта по ставке внеклеточного переноса электронов через внешней мембраны цитохромов комплекс в Shewanella oneidensis MR-1.
Прямых электрохимических обнаружения c-типа цитохрома комплексы, встроенных в бактериальной внешней мембраны (внешней мембраны c-типа цитохрома комплексов; ОМ c- Cyts) имеет недавно возникла как Роман поклеточного аналитического метода характеризовать бактериальной переноса электронов от дыхательной цепи на улицу клетки, называют внеклеточного переноса электронов (EET). Хотя были исследованы пути и кинетика электронов потока во время реакции EET, поклеточного Электрохимический метод для изучения воздействия транспорта катион, связанные с EET еще не созданы. В настоящем исследовании примером биохимического метода рассмотреть воздействие кинетической изотопа дейтерия (ки) на EET через ом c- Cyts, используя модель микробом, Shewanella oneidensis MR-1, описан. КИ на процесс EET могут быть получены, если EET через ом c- Cyts действует как тариф ограничивая шаг в микробной текущего производства. С этой целью, перед добавлением D2O супернатанта решения был заменен свежие средства массовой информации, содержащие достаточное количество электронов доноров поддержать уровень вверх метаболических реакций и удалить планктонных клетки из единой однослойная биопленки на рабочем электроде. Альтернативные методы для подтверждения ограничения скорости шаг в микробной текущего производства как EET через ом c- Cyts также описаны. Наш метод поклеточного электрохимического анализа для изучения кинетики протонного транспорта может быть применен к другим Электроактивные микробных штаммов.
Электрохимические методы непосредственно характеризуют редокс белка в нетронутыми бактериальной клетке недавно появились после обнаружения металла сокращение микробных штаммов, например S. oneidensis MR-1 или Geobacter sulfurreducens СПС, которые имеют внешняя мембрана тип c тситохрома комплексы (ом c-Cyts) подвергается ячейку внешней1,2,3,4,5. ОМ c- Cyts посредником переноса электронов от дыхательной цепи для твердых субстратов внеклеточно расположенных. Этот транспорт называется внеклеточного переноса электронов (EET)1,6 и представляет собой критический процесс для новых биотехнологий, в частности микробные топливные элементы6. Таким образом чтобы понять основной EET кинетики и механизмов и ее связь с микробной физиологии, ом c -Cyts были исследованы с помощью поклеточного электрохимии4,7, в сочетании с микроскопией 8 , 9,10,спектроскопии11и молекулярной биологии2,4. Напротив методы для изучения последствий EET-связаны катионов транспорта, например, протонов, на кинетику EET в живых клетках едва созданы, несмотря на протонного транспорта через бактериальной мембраны, что решающую роль сигнализации, гомеостаза и энергии производство12,,1314. В настоящем исследовании, мы опишем технику для изучения воздействия протонного транспорта на кинетику EET в ячейке S. oneidensis MR-1 с помощью поклеточного электрохимических измерений, которая требует идентификации тариф ограничивая шаг в микробные текущего производства15.
Прямой способ оценить вклад протонного транспорта на связанные EET является эффект кинетическая изотопа дейтерия (ки). КИЕ наблюдается как изменения в кинетика электронов передачи после замена протонов с ионы дейтерия, который представляет воздействия транспорта протон электрон передачи кинетики16. Теория KIE, сама была создана хорошо с использованием электрохимических измерений с очищенной ферментов17. Однако, поскольку текущее производство в S. oneidensis MR-1 результаты из нескольких, разнообразных и меняющихся процессы18, один не может идентифицировать просто EET как процесс ограничения скорости. Соблюдать KIE на Протон транспортных процессов в сочетании с EET, мы должны подтвердить, что микробные текущего производства ограничивается переноса электронов через ом c- Cyts к электроду. Для этой цели мы заменили супернатанта решение с свежей средой, с высокой концентрацией лактата как донора электрона на оптимальный рН и температурные условия перед KIE измерения; Эта замена служил две роли: (1) повысить уровень вверх метаболических процессов, по сравнению с EET и (2) опущены плавательный клетки в надосадке освобожден от биопленки монослоя S. oneidensis MR-1 на рабочих электродом ( Индия легированный оловом оксид (ITO) электрод). Представлен подробный протокол призван помочь новичкам сохранить и подтвердить, что процесс EET курс определение шаг.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. формирование монослоя биопленки S. oneidensis MR-1 на Ито электрода (рис. 1)
Примечание: Для предотвращения загрязнения электрохимических реактора с другими микробами, все средства массовой информации, внедряет и компонентов электрохимических реактора должны быть простерилизованы заранее. Когда с использованием клеток S. oneidensis MR-1 и строительства электрохимического реакторов, все процедуры должны проводиться на лавочке чистой.
2. Замена супернатант со свежими DM средний с лактат 10 мм (рис. 3)
3. добавление воды дейтерия для измерения KIE на процесс EET (рис. 4)
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
После 25 h потенциальных приложений на 0,4 V (или она) однослойная биопленки был сформирован на рабочем электроде стекла ITO, который ранее был подтвержден confocal микроскопии4или растровая электронная микроскопия. Представитель время курс текущего производства во время образования монослоя биопленки от S. oneidensis MR-1 показано на рисунке 2. Хотя текущий изменяет в каждом измерении, производимых ток не exhibit отклонение б...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Наши поклеточного электрохимических пробирного имеет ряд технических преимуществ, по сравнению с белка электрохимии. В то время как очищение протеина требует длительных процедур многоступенчатый, наши поклеточного метод принимает один день самоорганизации биопленки после клеточной культуры. Для достижения стабильного взаимодействия между ом c- Cyts и электродом, нам нужно только стерилизации и очистка поверхности электрода; она не требует модификации электрода для Организации ориентации белки4<...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы не имеют ничего сообщать.
Эта работа была финансовой поддержке целевых субсидий для специально поощрять исследования от японского общества для поощрения науки (JSP) номер гранта KAKENHI 24000010, 17H 04969 и JP17J02602, нас управлением военно-морских исследований глобальных (N62909-17-1-2038). Ю.ц. научный сотрудник JSP-страницы и поддерживается JSP-страницы через программы для ведущих выпускников школ (ЗАСЛУГИ).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Стеклянный цилиндр | Н/Д | Н/Д | Изготовлен на заказ, используется в качестве крышки и основания электрохимического реактора |
| Н | /Д | /д Н/А | Изготовлен на заказ, используется в качестве крышки и фундамента электрохимического реактора |
| Бутиловый каучук | Н/Д | /Д | Изготовлен на заказ, вставляется между каждым компонентом электрохимического реактора |
| Septa | GL Science | 3007-16101 | Используется в качестве порта впрыска электрохимического реактора |
| Электрод из оксида индия (ITO) | GEOMATEC | No.0001 | Используется в качестве рабочего электрода, 5Ω/sq |
| Ag/AgCl насыщенный электрод | HOKUTO DENKO | HX-R5 | используется в качестве электрода сравнения, Φ 0,30 мм |
| Платиновая проволока | Nilaco Cooporation | PT-351325 | Используется в качестве противоэлектрода |
| Luria-Bertani (LB) Бульон, Miller | Becton, Dichkinson and Company | 244620 | Среда для предварительного выращивания S. oneidensis MR-1 |
| Bacto agar | Becton, Dichkinson and Company | 214010 | |
| Антрахинон-1-сульфонат (α-AQS) | TCI | A1428 | |
| Флавинмононуклеотид (FMN) | Wako | 184-00831 | |
| NaHCO3 | Wako | 191-01305 | Используется для определенной среды (DM) |
| CaCl2 · 2H2O | Wako | 031-00435 | Используется для DM |
| NH4Cl | Wako | 011-03015 | Используется для DM |
| MgCl2 · 6H2O | Wako | 135-00165 | Используется для DM |
| NaCl | Wako | 191-01665 | Используется для DM |
| 2-[4-(2-гидроксиэтил)-1-пиперазинил] этансульфоновой кислоты (HEPES) | DOJINDO | 346-08235 | Используется для раствора |
| лактата натрия | DM Wako | 195-02305 | |
| Экстракт дрожжей Bacto | Becton, Dichkinson and Company | 212750 | |
| Оксид дейтерия (D, 99,9%) | Кембриджские изотопные лаборатории, Inc. | DLM-4-PK | Добавка для экспериментов с кинетическими изотопными эффектами |
| Инкубатор | TOKYO RIKAKIKAI CO. LTD. | LTI-601SD | Используется для предкультивации |
| Шейкер | TAITEC | NR-3 | Используется для предкультивации |
| Автоклавная машина | TOMY SEIKO CO. LTD. | LSX-500 | Используется для стерилизации электрохимического реактора и среды |
| Чистый стенд | SANYO | MCV-91BNF | Используется для предотвращения загрязнения электрохимического реактора и среды другими микробами |
| Центрифужный сепаратор | Eppendorf | 5430R | Скорость вращения до 6000&крат; g требуется |
| генератор газообразного азота | Puequ CO. LTD. | ПНТН-2 | Баллон с азотом также может быть использован вместо газогенератора |
| Ультрафиолетовый спектрометр | SHIMADZU | UV-1800 | Используется для оптимизации плотности клеток |
| Потенциостат | BioLogic | VMP3 | Используется для экспериментов по образованию биопленки и кинетическому изотопному эффекту |
| Термоциркуляционный циркулятор | воды как один | tr-1A | Используется для поддержания температуры электрохимического реактора |
| Клетка Фарадея | HOKUTO DENKO | HS-201S | Используется для электрохимических экспериментов |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.