Summary
Otel bünyesindeki mikrobiyal zenginleştirme veya in situ yetiştirme teknikleri kültür zor mikrobiyal özellikleri, özellikle düşük-biyokütle veya geochemically aşırı ortamlar üzerinden Yalıtım kolaylaştırabilir. Burada, biz yeteneğine sahip hücre dışı elektron taşıma (EET) mikrobiyal suşları zenginleştirmek için bir harici güç kaynağı'nı kullanmadan bir elektrokimyasal set-up tanımlamak.
Abstract
Anaerobik solunum elektron taşıma için çözünmez mineraller (hücre dışı elektron taşıma [EET] anılacaktır) ile birleştiğinde mikrobiyal enerji üretim ve sebat birçok yeraltı ortamlarda, özellikle kritik olduğu düşünülmektedir çözünür elektron alıcısı eksik. EET özellikli mikroplar çeşitli ortamlarda başarılı bir şekilde izole edilmiş iken, bakteri EET yetenekli çeşitliliği hala kötü olduğunu anladım, özellikle zor-için-örnek, düşük enerji veya aşırı ortamlarda, örneğin birçok yeraltı ekosistemler. Burada, bir anot solunum elektron alıcısı olarak kullanarak EET özellikli bakteri zenginleştirmek için yerinde bir elektrokimyasal sistemi açıklanmaktadır. Bu anot bir katot abiyotik oksijen azaltma katalizlerler yeteneğine bağlıdır. Bu yaklaşım elektrot potansiyel poising için bir potansiyostat kullanan electrocultivation yöntemleri ile karşılaştırıldığında, iki elektrot sistem bir harici güç kaynağı gerektirmez. Biz bizim yerinde zenginleştirme Cedars, Kuzey California'da bir karasal serpentinization site alkali bir gölette içinde kullanılan bir örnek mevcut. Mineral azalan bakiyeli bakteri yetiştirmek için önceki girişimleri başarısız, hangi büyük olasılıkla bu site düşük-biyokütle doğası ve/veya mikropların azaltarak metal düşük göreli bolluğu nedeniyle oldu. Bizim iki elektrot zenginleştirme uygulamadan önce çözünmüş oksijen konsantrasyonu dikey profil şiddetindeydi. Bu bize karbon yerleştirmek izin anot ve platin alaşımlı karbon katot anaerobik ve aerobik destek vereceğini derinliklerde işler, sırasıyla hissetti. Yerinde kuluçka, biz daha fazla laboratuvarda anodik elektrot zenginleştirilmiş ve yüzey bağlı karşılaştırıldığında farklı bir mikrobiyal topluluk ya da normalde Cedars gözlenen biyofilm topluluklar doğruladı. Bu zenginleştirme daha sonra Cedars ilk electrogenic mikrop yalıtım için yol açtı. Bu yöntemi yerinde mikrobiyal zenginleştirme, büyük ölçüde düşük biyokütleden veya örnek habitatları zor EET özellikli bakterilerin yalıtım geliştirmek potansiyeline sahiptir.
Introduction
Çeşitli mineral azaltmak mikropların katı fazlı mineraller elektron alıcısı kullanmak için hücre redoks enzimler1yolu ile dış elektron kuralları ekstraselüler elektron taşıma (EET) işlemler tarafından gösterilmiştir. EET, sadece mikrop-maden işlemleri de uygulanan enerji ve çevre teknolojileri, mikrobik yakıt hücreleri2, elektrot sentez3ve biyoremidasyon4gibi çok önemlidir. Yeni EET özellikli bakteri çok sonra aranır ve temel veya uygulamalı perspektif5ila kapsamlı bir şekilde inceledik. Ancak, yalnızca bu bakterilerin ekolojik veya biyojeokimyasal önemini içgörü sınırlı olabilir. EET özellikli mikroplar çoğunluğu zenginleştirme aqua, tortu veya anaerobik çürütücüler katı elektron alıcısı MnO2, Fe2O3 veya hazır elektrotlar gibi laboratuar6', kullanarak aşağıdaki dış dünyadan uzak yaşıyor 7 , 8. ancak, bu yöntemler genellikle benzer konsorsiyumlar üretmek ve potansiyel olarak düşük enerji veya düşük biyokütle sistemleri, bu mikropların laboratuvar veya axenic kültür ortamı9 ' a uyum yeteneği kutuplama hakim olabilir daha duyarlı takson özledim . Genellikle düşük biyokütle ortamlarda, bir site su bol miktarda bakteri hücreleri konsantre için filtre uygulanır. Ancak, EET özellikli bakteri kez anaerobik metabolizmaya sergi ve bu nedenle oksijen pozlama daha da inhibe veya onların ekimi önlemek. Alternatif yerinde metodolojileri hücreleri oksijen açığa çıkarmadan konsantre için yalıtım EET özellikli bakterilerin kolaylaştırabilir. Burada, bir harici güç kaynağı için gerek kalmadan uzun bir süre EET özellikli mikrop zenginleştirmek yerinde bir elektrokimyasal tekniği için kurulum ayrıntılarını raporu.
Kuzey Kaliforniya, Cedars10, bizim electrocultivation deneylerde yüksek alkali ilkbahardan kullanarak bu yerinde elektrokimyasal tekniğini tanımlamak. Yaylar, Cedars Jeokimya içinde yeraltı serpentinization tarafından etkilenebilir. Yaylar çok indirgeyici, oksijen konsantrasyonları algılama mikrobiyal enerji üretiminde bu işlevsel olarak anoksik ortam11EET üzerinden için potansiyel vurgulayarak hava su arabirimi altındaki sınırın altındaki. Ancak, Cedars üzerinden EET özellikli mikroplar (16S rRNA veya Metagenomic analiz) destekleyecek hiçbir kanıt yoktur. Düz-se bile bu ortamda sınırlı, elektron alıcısı serpentinization (yani, neden mineraller barikat demir gibi mineraller de dahil olmak üzere elektron oluşumlarında çözünmez mineraller kullanmak için potansiyel olarak karakterize Manyetit), yaygın olarak incelenen12olmamıştır. Biz, bu nedenle, kamp bahar, EET özellikli mikrop (Şekil1)13için zenginleştirmek için Cedars, bir yüksek pH bahar, elektrokimyasal bizim sistemi dağıtmış.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. çevre kuluçka için bir iki elektrot sistemi inşaatı
-
Anot malzeme hazırlanması ve karbon tedavisinde elektrot (Şekil 2) hissettim.
- Eşit boyutlara bağlı olarak istenilen biyokütle zenginleştirme hissettim karbon kesme. Elektroda % 90 etanol için 30 dk içinde emmek, o zaman en az 8 kere için 1 dk sonra her durulama sonicating deiyonize suyla durulayın.
- En az 12 h her yıkama için karıştırma iki kez 1 M HCl, elektrotlar yıkayın.
- Elektrotlar bir sıcak (37 ° C) fırında 6-12 h ya da sıvı ücretsiz kadar kuru.
- Grafit epoksi üreticinin iletişim kuralı başına Politetrafloroetilen tabağa (yapışmaz yüzey) kullanarak Titanyum tel elektrot iliştirin.
Not: Biz aerobik korozyon onun yüksek tolerans nedeniyle bir titanyum tel kullanılır. - Elektrot 6 h için 120 ° C'de pişirin.
- Titanyum tel arasında direncini test ve karbon ile bir ohmmeter hissettim ve tel ve keçe elektrotlar arasında direnç daha az 5 ohm olduğunu doğrulayın.
-
Electroplation karbon platin elektrot katot malzeme hazırlanması için hissettim
- 12 h bir cam kap içinde en az 2 M KOH 1.1, adımda hazırlanan karbon keçe elektrotlar daldırın.
- Elektrokimyasal temizlik için elektrot elektrot (biz) çalışma olarak da bir başvuru (RE) ve sayaç elektrot (CE) barındıran bir üç elektrot reaktörde yerleştirin. Biz, bağlanmak RE ve CE timsah klipleri tarafından potansiyostat için. Tüm bağlantıları bir ohmmeter ile onaylayın.
Not: Biz bir Ag/AgCl (doymuş KCl) kullanılan elektrot ve bir platin tel olarak RE ve CE, anılan sıraya göre. - Dengeli 1.0 V vs. , elektrot Ag/AgCl 600 s 2 M KOH (bütün elektrot daldırın için yeterli miktarda kullanarak) içeren elektrolit çözümde. Elektrot (hangi cam yapılmıştır) elektrokimyasal reaktör üzerinden dışarı çıkar. Elektrot deiyonize su en az 8 kere, sonra her durulama için 1 dk sonicating yıkayın. Elektrotlar için en az 12 h 100 ° C'de kuru.
- Kaplama çözüm hazırlamak için 100 g sitrik asit, sodyum sülfat 5 g ve 2 g dihydrogen hexachloroplatinate (IV) hekzahidrat 1 litre 2 M sülfürik asit ekleyin.
- Tartmak temizlenmiş ve adımları 1.2.1–1.2.2 hazırlanırken elektrotlar kurutulmuş ve elektrot bir kaplama çözümde 1.2.3. adımda hazırlanan kapak. 30 için üç kez kaplama çözümde elektrot solüsyon içeren temizleyicide her s.
- Elektrot elektrot potansiyel-0.2 poising tarafından electroplate V vs Ag/AgCl 460 için çözüm kaplama içinde s. Elektrotlar iki kez içinde deiyonize suyla durulayın ve platin atık atın.
- 20 için sonicating en az 3 kez, elektrotlar deiyonize suyla durulayın sonra her durulama s. En az üç kez daha sonication durulayın.
- En az 12 h. karbon electroplated platin ölçmek için tartmak elektrot için 100 ° C'de kuru elektrot elektrot hissettim.
2. yapı ve iki elektrot sisteminin
-
Yükleme sitesi için elektroda doğal ortamda incelenmesi.
- Çözünmüş oksijen () sonda kullanarak oksijen konsantrasyonu belirlemek.
- Do site içindeki derinliği profil kontrol edin.
Not: Tutarlı hidrasyon ve kanda oksijen azlığı anot için istenen çevresel koşullar vardır. İstenirse, temel fotosentez etkisi ışık anot koruma tarafından kaldırın. Katot yerleştirme için ideal koşulları sürekli sulu ve yakın yüzey suları oxic olmak. Gerekirse, katot yüzey temas korumak için yüzen iliştirin.
-
Yakıt hücresi tür 2-elektrot kuluçka sistemi inşaatı
- İstenilen uzunluğa Yalıtımlı Tel ve Titanyum tel bir kurşun elektrotlar (bir anot ve bir platin kaplama katot) iki satır büküm tarafından bağlayın. Suya dayanıklı balmumu ile bağlantıları kapak ve daha fazla deniz sınıf ısı küçültme borular kullanarak korumak.
- İki tel bir katot ve bir anot ile bilinen direnç direnç tarafından bağlayın.
Not: biyolojik sistemlerde, dirençler (10-1000 Ω) sonucu daha tutarlı biyolojik etkinliği indir. İstenirse, bir yüksek direnç direnç biyolojik etkinlik, bir negatif kontrol olarak engeller. Korozyon direnci ve müşteri adayları arasında herhangi bir bağlantı önlemek için biz onları ısı küçültme tüplerini korudum.
-
Ölçüm için voltaj ve sıcaklık günlük zaman içinde.
- Yakıt hücresi reaksiyon geçerli üretimden tahmin etmek için direnç uçları arasındaki gerilim kontrol edin.
- (Bkz: üretici Protokolü) anot ve katot lider uygun bağlantıları ile bir veri günlüğe kaydetme voltmetre kullanarak zaman içinde gerilim farkı ölçmek.
Not: Aynı anda sıcaklık veri günlüğü isteğe bağlıdır, ancak bu bilgiler değişikliklerin geçerli olarak abiyotik için biyolojik dalgalanmalar içinde yardımcı olabilir.
-
Koruma veri logger ve elektrik bağlantıları
- Bir sabit ve/veya plastik çanta logger ve elektrik bağlantıları yağmurdan korumak için kullanın.
- Plastik torba ve sıkı bir şekilde güçlü rüzgar korumak için kablolar düzeltmek. Bir örnek Şekil 1' de gösterilen.
3. doğal ortamından elektrot örnek topluluğu
- Anot örnek kalitesini oksijen kontaminasyon nedeniyle zarar görmesini önlemek için elektrot anaerobik koşul altında toplamak.
- Elektrot örnek toplama önce en az 30 dk anaerobik bir konumda bir tüp koy. Örneğin, test tüpü ve kapak ayrı olarak anaerobik içinde şişe yapmak için gölün dibinde koymak.
- Elektrot tel kesici ile titanyum adayından kesmek, yavaşça elektrot örnek test tüpüne toplamak ve anaerobik su bölgesinde kapatın. Örnek taze tutmak için hemen örnek toplandıktan sonra örnek 4 ° C'de depolayın.
Not: Alternatif olarak, elektrotlar doğrudan anoksik (N2 tasfiye) ortamına aktarılır. Biz (Suzuki vd tarafından açıklanan Cedars orta kullanılır 11) yerinde ölçülen ve tadil sulu Jeokimya mikrobiyal büyüme için yeterli besin sağlamak için tasarlanmıştır. Bu medya farklı laboratuvar deneyleri için güncellenmiştir.
4. laboratuvar onay geçerli üretim ve DNA analizi için
-
Mikrobiyal konsorsiyumlar elektrot için bağlama elektrokimyasal onay için geçerli üretim kapasitesi.
- Örneklenen elektrot, platin tel ve bir Ag/AgCl (doymuş KCl) ile bir elektrokimyasal reaktör14,15 inşa elektrot olarak biz, CE ve, sırasıyla, anaerobik bir odasında. Elektrokimyasal reaktör çözünür karbonhidrat elektron bağış içeren Cedars orta ile doldurun.
- Elektrot potansiyel 0,2 dengeli V vs Ag/AgCl ve ölçü geçerli üretim.
-
Mikrobiyal DNA'yı kullanarak elektrot örnekten DNA ekstraksiyon kiti (tablo malzemeleri görmek).
- Anaerobik torpido ile % 70 etanol içinde temiz ve steril bir tabak alüminyum folyo koydu.
Not: Anaerobik odası 1 ppm'den az oksijen konsantrasyonu yaklaşık ~ 2-3 oksijen Paladyum katalizör varlığında çöpçülük edecek % hidrojen atmosferinin tutarak tutar. - Elektrokimyasal reaktör eldiven kutusunda açın, örnek elektrot çanak üzerinde koymak ve bir boyutu DNA kiti kullanılan tüp sığacak şekilde kesilmiş. Üreticinin iletişim kuralı ile devam edin.
- Anaerobik torpido ile % 70 etanol içinde temiz ve steril bir tabak alüminyum folyo koydu.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Geçerli üretim başarıyla yaklaşık 3 ay Şekil 3' te gösterilen bir gerilim veri logger kullanılarak ölçüldü. En uzun istikrarlı kuluçka dönemi bahar, bahar etkileyen güçlü sonbahar yağmurlar nedeniyle için olduğu gibi bu kez seçildi. Daha uzun bir süre daha güçlü biyokütle zenginlik sağlayabilir daha kısa sürede yeterli olabilir. Biz iki elektrot sistem bağlantı elektrokimyasal kuluçka sonra doğruladı ve sistemde korozyon kanıtı yok görülmektedir. Daha yüksek geçerli üretim ile negatif kontrol 100 kΩ direnç ile karşılaştırıldığında daha düşük direnç (1.000 Ω) ile iki elektrot sisteminde gözlendi. Dereceli geçerli üretim artışı ilk ayında büyüme, birikimi veya konaklama mikroplar başka bir iki ay boyunca istikrarlı geçerli üretim takip elektrot yüzeyinde önerebilir miyim? İlginçtir, geçerli üretim içinde yaklaşık 24 s çevriminin elektrokimyasal zenginleştirme tüm süre boyunca salınımlı.
Mikrobiyal konsorsiyumlar elektrot üzerinde ekleme mevcut üretim kapasitesini doğrulamak için biz chronoamperometry bir 3-elektrot elektrokimyasal reaktör kullanarak laboratuvar toplanan anot ile gerçekleştirilen. 0,4 V elektrot potansiyel hazır vs. bir standart hidrojen elektrodu (SHE) çeşitli karbonhidrat elektron bağış huzurunda. Günlük salınımlar artık ne zaman laboratuvarda inkübe anot olarak tespit edildi. Bu çevresel faktörler mikrobiyal geçerli üretim etkiledi ve büyük olasılıkla neden gözlenen salınımları göstermektedir.
Ekli ve planktonik elektrot olmayan topluluklar ile zenginleştirilmiş elektrotlar gözlenen mikrobiyal topluluk karşılaştırarak, aşırı kemer yapı (Şekil 4) belirgin farklılıklar görülmektedir. Elektrot mikrobiyal topluluk son derece operasyonel taksonomik birimlerde (OTUs) kültürsüz soy olarak Bacillus Firmicute soy zenginleştirilmiş. Bir vardiyada bakteri oluşumunu da gözlenmiştir; Özellikle, Betaproteobacteria (ağırlıklı olarak Serpentinamonas sp.) çevresel kalsit ve planktonik örneklere hakim ve Gammaproteobacteria elektrot örnekleri10hakim. Mikrobiyal suşları çevre ve elektrot örnekleri arasında fark zenginleştirme mikrobiyal aktiviteyi gözlenen deney sürüş için destek sağlar. Bu daha fazla nihai yalıtım zenginleştirilmiş Firmictutes OTUs Cedars9dan mamüllerinin etkin bir baskı ile desteklenmiştir.
Resim 1 : Elektrokimyasal sistemi. (bir) şematik görüntüsü yerinde elektrokimyasal sisteminin ortamında EET özellikli bakteri zenginleştirmek. Karbon keçe bir anot mikrop solunum elektron kabul eder ve Pt-alaşımlı karbon keçe katot oksijen azaltma tromboksan. Geçerli üretim V her iki ucunda da bir direnç R. (b) ile paralel olarak Kur örnek nereye anot bahar ve katot su yüzeye yakın dibinde konulmuştur Cedars bahar bağlı bir veri logger tarafından izlenen. (c) koruma veri logger ve direnç tarafından plastik bir çanta ve bir kaya. Anot boyutunu Şekil 2' de gösterilen bir aynıdır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2 : Karbon hissettim elektrot bir titanyum kabloya bağlı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 : Geçerli üretim gözlenen iki elektrot sisteminde için üç aylık kuluçka dönemi. Veri dirençler 100 kΩ ve 1.000 Ω'in kullanıldığı sistemler için (bir) gösterilir. Arka plan geçerli başlangıç geçerli değeri sıfır olarak düşülen. Paneli (b) (a) panelinde Meydanı'na karşılık gelir. Günlük geçerli salınımlarını panelinde (a) resimli deneyler arasında gözlendi.
Şekil 4: Mikrobiyal toplum sıra dağıtım kampı Site için yaylar. DNA elde filtre su (CampsiteSpring planktonik) veya havuzu alttan (kalsit CampsiteSpring bağlı) alınan kalsit 1 g karşılaştırıldığında hissettim karbon elektrotlar (elektrot ekli) çıkarılan DNA ya da DNA hücrelerden sıvı aşamasında elektrokimyasal reaktör (elektrot planktonik). Sıra belirtme baskın kültürlenebilen Firmicutes ve bakteriiçin şube düzeyinde veya sınıf düzeyi kimlik temel alır. Miktar yüzde toplam okuma temel alır. Proteobacterial soy değişiklikler noktalı çizgiler içinde özetlenmiştir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Açıklanan çalışmada, in situ geçerli üretimle bağlantılı bir mikrobiyal konsorsiyumun zenginleştirme gösteriyoruz. Geçerli destek mikrobiyal aktiviteyi bu sistemde kısa ve uzun zaman içinde gözlenen desenleri ölçekler. Bir işlev iki-elektrot (yakıt hücre tipi) sistemi oluşturmak için kritik adım belirlenmesi ve bir konum ile istikrarlı bir su düzeyi ve ortamdaki oksijen konsantrasyonu kullanan. Katot hava su arabirimi oksijen süre anot anaerobik koşul altında tutulur ve elektrot potansiyel farkı EET özellikli bakteri anaerobik solunum teşvik maruz kalmaktadır.
Biz günlük geçerli salınım çevre elektrokimyasal sistemi ama laboratuvar reaktör içinde gözlenen. Bu dalgalanma mevcut gözlenmiştir çünkü gündüz saat-maksimum ve minimum akımları şafak ve güneş ışığı dusk-etkisi arasında gözlendi/veya sıcaklık değişikliği mikrobiyal geçerli üretim açıklayabilir. Sıcaklık ölçme, güneş ışığı ve/veya diğer ortam değişkenleri daha fazla anlayış denetimlerin ve sürücüleri mikrobiyal elektron akışı çevre sistemleri genişletmek olabilir. Alternatif olarak, blok ışığına öğeleri kaldırmak veya temel fotosentez ve/veya potansiyel photoreactions elektrot üzerindeki etkilerini azaltmak yardımcı olabilir ekleyerek, hangi daha iyi optimal EET koşullar uyarmak için gidebilirim. Ancak, diğer çevresel faktörler ölçümü daha iyi EET özellikli mikropların potansiyel mikrobiyal topluluk etkileşimleri, hem de mikroplar ve çevre arasındaki ilişkileri de dahil olmak üzere, ekolojik bağlamda aydınlatmak.
İki elektrot sistemimiz potansiyel sadece anot respiring bakteri, ama enerji elektron alımını hasat Ayrıca oksijen azaltarak bakteri zenginleştirilmiş. Her ne kadar biz topluluk analiz katot temel kuralları değil, onların mikrobiyal elektron alımını olumsuz Oksijen varlığında toplanan katot elektrot poising ile laboratuvar üç elektrot reaktör içinde test edilebilir yetenektir. Elektron alıcısı üzerinden katot anot için istikrarlı bir konsantrasyon degrade bizim Yöntem teorik olarak da bakteri katot respiring zenginleştirmek için etkinleştirin. Katı elektron verici5olarak Fe(0) partikülleri veya kupon kullanımı katot respiring bakteriler için bir alternatif zenginleştirme yöntemidir. Hidrojen üretimi de yüzeyde meydana gelebilir rağmen başarılı yalıtım elektron elektrot yüzeyi doğrudan ayıklayabilirsiniz bakteri bildirilen5,16oldu.
Sonuç olarak, bizim Yöntem başarıyla EET özellikli konsorsiyumlar düşük-biyokütle ortamında kendi kendini idame ettiren bir elektrokimyasal sistemiyle zenginleştirilmiş. Birkaç önceki ekimi yaklaşım başarısız, hangi bir yerinde zenginleştirme düzeni geliştirmek için bize yol oldu. Sistemimiz, geçerli çıkış mikrobiyal aktiviteyi yansıyan ve bu sistemin mikrobiyal ekoloji hakkında daha fazla hipotezler yol açtı. EET özellikli mikroplar yalıtım yanı sıra ortamları çeşitliliği genişleyen EET için mekanizma anlayışımızı, hem de Çevre Mikrobiyolojisi elektron taşıma rolünü artıracaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Roger Raiche ve David McCrory bize Cedars erişmesi ve mekanlar için uzun süreli inkübasyon danışmanlık için kabul etmek istiyoruz. Biz de 2013-2014 sezonunda Cedars alan mürettebat teşekkür: Shino Suzuki, Shunichi Ishii, Greg Wanger, Grayson Chadwick, Bonita Lam ve Matthew Schechter. Ek Shino Suzuki ve anlayışlı araştırma ve destek kültür Gijs Kuenen sayesinde. Tıbbi araştırma ve geliştirme (17gm6010002h0002) için bu eser genç bilim adamları A ve B 17 H 04969 ve 26810085, sırasıyla numara bilim promosyon (JSP'ler) KAKENHI Grant için Japonya toplumdan ve Japonya ajansı için bir Grant-in-Aid finanse edildi. ABD finansman bize Office küresel deniz araştırma (N62909-17-1-2038) ve merkezi tarafından karanlık enerji biyosfer araştırmalar (C-DEBI) (OCE0939564) ve NASA astrobiyoloji Enstitüsü - hayat Metro (NAI-LU) (NNA13AA92A) için sağlanan. Bu eser parçası Bilimler promosyon için Japonya toplumun bir parçası gerçekleştirilmiştir: Annette Rowe (PE15019) Kazuhito Hashimoto laboratuvarın Tokyo Üniversitesi için kısa vadeli doktora sonrası bursu.
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).
