Summary
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).
Abstract
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.
Introduction
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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. bouw van een twee-elektrode systeem voor milieu incubatie
-
Voorbereiding van het materiaal van de anode en de behandeling van Carbon voelde elektrode (Figuur 2).
- 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.
- De elektroden tweemaal in 1 M HCl, roeren gedurende een minimum van 12 h voor elke wash wassen.
- Droog de elektroden in een warme (37 ° C) oven 6 – 12 h of tot vrij van vloeistof.
- 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. - Bak de elektrode bij 120 ° C gedurende 6 uur.
- 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.
-
Electroplation van platina op de carbon voelde elektrode voor de voorbereiding van de kathode-materiaal
- Vilt Koolelektroden, bereid in stap 1.1, in 2 M KOH voor een minimum van 12 uur in een glazen container dompelen.
- 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. - 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Elektroden in gedeïoniseerd water spoelen ten minste 3 keer, sonicating voor 20 s na elke spoeling. Spoel zonder ultrasoonapparaat ten minste driemaal meer.
- Droge elektroden bij 100 ° C gedurende ten minste 12 h. weeg elektrode te kwantificeren van de gegalvaniseerde platina op de carbon voelde elektrode.
2. bouw en installatie van twee-elektrode systeem
-
Onderzoek van de installatie site voor elke elektrode in de natuurlijke omgeving.
- Bepalen zuurstofconcentratie met behulp van een sonde van de opgeloste zuurstof (DO).
- 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.
-
Bouw van de brandstofcel type 2-electrode incubatie systeem
- 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.
- 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.
-
Meting voor voltage en temperatuur registratie na verloop van tijd.
- Controleer de spanning tussen de uiteinden van de weerstand voor het inschatten van de huidige productie uit de reactie van de brandstofcel.
- 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.
-
Bescherming van de datalogger en elektrische verbindingen
- Gebruik een stationaire en/of plastic tas de logger en alle elektrische verbindingen te beschermen tegen regen.
- Het vaststellen van de plastic zak en de kabels strak om te beschermen tegen sterke wind. Een voorbeeld is weergegeven in Figuur 1.
3. collectie van het monster van de elektrode van de natuurlijke omgeving
- 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.
- 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.
- 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.
4. laboratoriumbevestiging voor huidige productie- en DNA-analyse
-
Elektrochemische bevestiging voor de huidige productiecapaciteit van microbiële consortia die verbonden zijn aan de elektrode.
- 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.
- De elektrode potentiële poise op +0.2 V vs. Ag/AgCl en meet de huidige productie.
-
DNA-extractie van het monster van de elektrode gebruikend een microbiële DNA kit (zie tabel van materialen).
- 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. - 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.
- Reinig de binnenkant van anaërobe handschoenenkastje met 70% ethanol en zet een gesteriliseerde schotel op aluminiumfolie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
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 incubatieperiode van elektrochemische bevestigd en geen bewijs van corrosie waargenomen in het systeem. Hogere huidige productie werd waargenomen in het systeem van de twee-elektrode met lagere weerstand (1.000 Ω) in vergelijking met de negatieve controle met 100 kΩ weerstand. De geleidelijke verhoging van de huidige productie in de eerste maand kan stellen voor de groei, de accumulatie of de accommodatie van microben op het oppervlak van de elektrode na stabiel huidige productie voor nog eens twee maanden. Interessant is dat schommelde huidige productie een ongeveer 24 h cyclus door de hele periode van de elektrochemische verrijking.
Om te bevestigen de huidige productiecapaciteit van microbiële consortia koppelen op de elektrode, we chronoamperometry uitgevoerd met de verzamelde anode in het laboratorium met behulp van een 3-elektrode elektrochemische reactor. We de potentiële elektrode klaar op +0.4 V vs. een standaard-waterstofelektrode (zij) in aanwezigheid van verschillende koolhydraten elektron donoren. De dagelijkse oscillaties waren niet langer voldaan op de anode wanneer geïncubeerd in het laboratorium. Dit suggereert dat milieu-factoren beïnvloed de microbiële huidige productie, en waarschijnlijk in de waargenomen oscillaties resulteerde.
Vergelijken van de microbiële Gemeenschap waargenomen op de verrijkte elektroden met de bijgevoegde en planktonische niet-elektrode Gemeenschappen, zien we duidelijke verschillen in de overkoepelende structuur (Figuur 4). De elektrode microbiële Gemeenschap was hoogverrijkt in operationele taxonomische eenheden (OTUs) van onbeschaafd lineages, evenals de Firmicute lineages van Bacillus. Een verschuiving in de samenstelling van de Proteobacteria werd ook waargenomen; specifiek, Betaproteobacteria (voornamelijk Serpentinamonas sp.) domineerde de milieu calciet en planktonische monsters, en Gammaproteobacteria domineerde de elektrode monsters10. Differentiële verrijking van microbiële stammen tussen milieu en elektrode monsters biedt ondersteuning voor microbiële activiteit rijden de waargenomen experiment. Dit werd verder ondersteund door de ultieme isoleren van een elektrochemisch actieve stam uit de verrijkte Firmictutes OTUs voor de ceders9.
Figuur 1 : Elektrochemische systeem. (een) Schematische afbeelding van de on-site elektrochemische systeem te verrijken EET-kunnen bacteriën in het milieu. Een anode van carbon voelde accepteert respiratoire elektronen van het micro-organisme en een kathode van Pt-galvanische carbon voelde katalyseert vermindering van zuurstof. Huidige productie werd gecontroleerd door een datalogger die v aangesloten parallel aan beide uiteinden van een weerstand R. (b) Setup voorbeeld in het voorjaar van de ceders waar de anode werd gebracht aan de onderkant van de lente en kathode in de buurt van wateroppervlak. (c) bescherming van datalogger en weerstand door een plastic tas en een rots. De grootte van de anode is hetzelfde als degene die zijn afgebeeld in Figuur 2. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2 : Carbon voelde elektrode verbonden met een titanium draad. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3 : Huidige productie waargenomen in het twee-elektrode-systeem voor een drie maanden durende incubatietijd. Gegevens voor systemen die gebruikmaken van de weerstanden van 100 kΩ en 1.000 Ω staan in (een). Huidige achtergrond was afgetrokken tot nul van de aanvankelijke waarde van de huidige. Deelvenster (b) komt overeen met het plein in deelvenster (a). Dagelijkse huidige oscillaties werden waargenomen in de experimenten geïllustreerd in deelvenster (a).
Figuur 4: Microbiële Gemeenschap reeks distributie voor Camping veren. DNA geëxtraheerd uit gefilterd water (planktonische CampsiteSpring) of 1 g van calciet genomen vanaf de onderkant van de pool (CampsiteSpring calciet bijgevoegd) werden vergeleken met DNA geëxtraheerd uit carbon voelde elektroden (elektrode bijgevoegd) of DNA uit cellen in de vloeibare fase van de elektrochemische reactor (planktonische elektrode). Reeks benamingen zijn gebaseerd op stam-niveau of klasse identiteiten voor de dominante stammen Firmicutes en Proteobacteria. Abundanties zijn gebaseerd op percentage totale leest. Veranderingen in Proteobacterial geslachten zijn beschreven in stippellijnen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
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-water-interface, terwijl de anode wordt gehouden onder anaerobe omstandigheden, en de elektrode potentiaalverschil anaërobe ademhaling van EET-staat bacteriën bevordert.
We waargenomen dagelijkse huidige trilling in het milieu elektrochemische systeem maar niet in het laboratorium-reactor. Omdat deze fluctuatie van huidige werd waargenomen tijdens het daglicht uren-maximale en minimale stromingen werden waargenomen tussen dageraad en schemering-het effect van zonlicht en/of temperatuur kon verklaren de verandering in de huidige microbiële productie. Meten van de temperatuur, zonlicht en/of andere omgevingsvariabelen kon verder uit te breiden begrip van de besturingselementen en bestuurders van microbiële elektron stroom in milieusystemen. Anderzijds het toevoegen van elementen aan blok zonlicht kunnen helpen verwijderen of te verzachten van de gevolgen van oxygene fotosynthese en/of potentiële photoreactions voor de elektrode, die kunnen dienen om optimale EET omstandigheden beter te stimuleren. Meting van andere omgevingsfactoren kan echter beter ophelderen van ecologische context in EET-staat microben, met inbegrip van eventuele interacties van de microbiële Gemeenschap, evenals de relaties tussen microben en het milieu.
Onze twee-elektrode-systeem verrijkt potentieel niet alleen anode-respiring bacteriën, maar ook zuurstof-reducerende bacteriën die energie uit de elektron opname oogsten. Hoewel we niet de analyse van de Gemeenschap op de kathode voeren, is hun microbiële elektron opname mogelijkheid testbare in laboratorium drie-elektrode reactor met negatief signatuur de verzamelde kathode-elektrode in aanwezigheid van zuurstof. Een stabiel verloop van de concentratie van elektronen acceptoren van kathode naar de anode onze methode te theoretisch ook verrijken kathode-respiring bacteriën inschakelen. Een verrijking van de alternatieve methode voor de kathode-respiring bacteriën is het gebruik van Fe(0) deeltjes of coupons als een solide elektron donor5. Hoewel de productie van waterstof kan ook optreden aan de oppervlakte, is succesvol isolatie van bacteriën die rechtstreeks elektronen met elektrode oppervlakte uitpakken kunt gerapporteerde5,16geweest.
Kortom, verrijkt onze methode met succes EET-staat consortia met behulp van een zichzelf onderhoudende elektrochemische systeem in een lage-biomassa-omgeving. Verscheidene vorige teelt benaderingen werden afgewezen, die leidde ons naar het uitbouwen van de actie van een on-site verrijking. In ons systeem, huidige output weerspiegeld de microbiële activiteit, en leidde tot verdere hypothesen over de microbiële ecologie van dit systeem. Uitbreiding van het isolement van EET-staat microben en de verscheidenheid van omgevingen zal verbeteren ons begrip van het mechanisme voor EET, evenals de rol van elektronentransport in milieu-microbiologie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
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.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Carbon felt sheet | n/a | n/a | Used for anode and cathode |
| Titanium wire | The Nilaco Cooporation | TI-451485 | Used to construct fuel cell system |
| Graphite epoxy | Electrolytica lnc. | n/a | Used to connect the electrodes and Ti wire |
| Drying oven | Yamato | DY300 | bake the electrode to solidify conductive graphite epoxy |
| Digital multi meter | Fluke | 616-1454 | to check the ohmic value of resistance |
| Dissolved oxygen probe | Sper Science | # 850045 | to check the oxygen concentration in the environments |
| Resistor | Sodial | Used to construct fuel cell system |
|
| Conducting wire | Pico | 81141s | Used to construct fuel cell system |
| Voltmeter and Data logger | T&D corporation | VR-71 | Used for data recording |
| Hydrogen Hexachloroplatinate(IV) Hexahydrate | wako | 18497-13-7 | Used for electropolation |
| Citric acid | Wako | 038-06925 | Used for electropolation |
| Sulfuric acid | Wako | 192-04696 | Used for electropolation |
| HCl | Wako | 083-01095 | Used for electrode washing |
| Glass cylinder | N/A | N/A | Custom-made, used as the electrochemical reactor |
| PTFE cover and base | N/A | N/A | Custom-made, used as a cover and a foundation of the electrochemical reactor |
| Buthyl rubber | N/A | N/A | Custom-made, inserted between each component of electrochemical reactor |
| Septa | GL Science | 3007-16101 | Used as an injection port of electrochemical reactor |
| Indium tin-doped oxide (ITO) electrode | GEOMATEC | No.0001 | Used as a working electrode, 5Ω/sq |
| Ag/AgCl KCl saturated electrode | HOKUTO DENKO | HX-R5 | Used as a reference electrode, Φ0.30mm |
| Platinum wire | The Nilaco Cooporation | PT-351325 | Used as a counter electrode |
| NaHCO3 | Wako | 191-01305 | Used for The Cedars Media (CMS) |
| CaCO3 | Wako | 030-00385 | Used for CMS |
| NH4Cl | Wako | 011-03015 | Used for CMS |
| MgCl2 • 6H2O | Wako | 135-00165 | Used for CMS |
| NaOH | Wako | 198-13765 | Used for CMS |
| Na2SO4 | Wako | 194-03355 | Used for CMS |
| K2HPO4 | Wako | 164-04295 | Used for CMS |
| CABS | SANTA CRUZ | SC-285279 | Used for CMS |
| Incubator | TOKYO RIKAKIKAI CO. LTD. | LTI-601SD | Used for precultivation |
| Autoclave machine | TOMY SEIKO CO. LTD. | LSX-500 | Used for sterilization of the electrochemical reactor and the medium |
| Clean bench | SANYO | MCV-91BNF | Used to prevent the contamination of the electrochemical reactor and the medium with other microbes |
| Centrifuge separator | Eppendorf | 5430R | Rotational speed upto 6000×g is required |
| Nitrogen gas generator | Puequ CO. LTD. | PNTN-2 | Nitrogen gas cylinder can also be used instead of gas generator |
| UV-vis spectrometer | SHIMADZU | UV-1800 | Used for optimization of cell density |
| Potentiostat | BioLogic | VMP3 | Used for biofilm formation and kinetic isotope effect experiments |
| Thermal water circulator | AS ONE | TR-1A | Used for maintanance of temperature of electrochemcial reactor |
| Faraday cage | HOKUTO DENKO | HS-201S | Used for electrochemical experiments |
| Anaerobic Chamber | COY | TypeB (Vinyl) | TO conduct experiments under anaerobic condition |
| Ultraclean DNA Extraction kit | MoBio |
References
- Nealson, K. H., Saffarini, D. Iron and manganese in anaerobic respiration: environmental significance, physiology, and regulation. Annual Reviews of Microbiology. 48, 311-343 (1994).
- Lovley, D. R. Bug juice: harvesting electricity with microorganisms. Nature Reviews Microbiology. 4 (7), 497-508 (2006).
- Rabaey, K., Rozendal, R. A. Microbial electrosynthesis - revisiting the electrical route for microbial production. Nature Reviews Microbiology. 8 (10), 706-716 (2010).
- Lovley, D. R., Coates, J. D. Bioremediation of metal contamination. Current Opinion in Biotechnology. 8 (3), 285-289 (1997).
- Dinh, H. T., et al. Iron corrosion by novel anaerobic microorganisms. Nature. 427 (6977), 829-832 (2004).
- Myers, C. R., Nealson, K. H. Bacterial manganese reduction and growth with manganese oxide as the sole electron acceptor. Science. 240 (4857), 1319-1321 (1988).
- Lovley, D. R., Phillips, E. J. Novel mode of microbial energy metabolism: organic carbon oxidation coupled to dissimilatory reduction of iron or manganese. Applied and Environmental Microbiology. 54 (6), 1472-1480 (1988).
- Arnold, R. G., DiChristina, T. J., Hoffmann, M. R. Reductive dissolution of Fe(III) oxides by Pseudomonas sp 200. Biotechnology and Bioengineering. 32 (9), 1081-1096 (1988).
- Rowe, A. R., et al. In situ electrochemical enrichment and isolation of a magnetite-reducing bacterium from a high pH serpentinizing spring. Environmentakl Microbiology. 19 (6), 2272-2285 (2017).
- Suzuki, S., et al. Microbial diversity in The Cedars, an ultrabasic, ultrareducing, and low salinity serpentinizing ecosystem. Proceedings of the National Academy of Science U S A. 110 (38), 15336-15341 (2013).
- Suzuki, S., et al. Physiological and genomic features of highly alkaliphilic hydrogen-utilizing Betaproteobacteria from a continental serpentinizing site. Nature Communications. 5, 3900 (2014).
- McCollom, T. M., et al. Temperature trends for reaction rates, hydrogen generation, and partitioning of iron during experimental serpentinization of olivine. Geochimica et Cosmochimica Acta. 181, 175-200 (2016).
- Morrill, P. L., et al. Geochemistry and geobiology of a present-day serpentinization site in California: The Cedars. Geochimica et Cosmochimica Acta. 109, 222-240 (2013).
- Okamoto, A., Nakamura, R., Hashimoto, K. In-vivo identification of direct electron transfer from Shewanella oneidensis MR-1 to electrodes via outer-membrane OmcA-MtrCAB protein complexes. Electrochimica Acta. 56 (16), 5526-5531 (2011).
- Okamoto, A., Hashimoto, K., Nakamura, R. Spectroelectrochemical Investigation on Biological Electron Transfer Associated with Anode Performance in Microbial Fuel Cells. , InTech. 207-222 (2012).
- Deng, X., Nakamura, R., Hashimoto, K., Okamoto, A. Electron from an Extracellular Electrode by Desulfovibrio ferrophilus Strain IS5 Without Using Hydrogen as an Electron Carrier. Electrochemistry. 83 (7), 529-531 (2015).
