微生物学的に誘導された方解石沈殿がによって媒介されます<em>スポロサルシナパステウリイ</em
Summary
Protocols for microbiologically induced calcite precipitation (MICP) using the bacterium Sporosarcina pasteurii are presented here. The precipitated calcium carbonate was characterized through optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). It is also shown that exposure to MICP increases the compressive strength of sponge.
Abstract
ここでは、調査中の特定の細菌（S.のパステウリイは ）当然、酵素ウレアーゼの分泌を通して環境を発生中の尿素（尿素分解）の加水分解を誘導するために、適切な条件の下で、その能力において独特です。尿素分解のこのプロセスは、化学反応の連鎖を介して、炭酸カルシウムの沈殿物の形成をもたらします。これは、微生物学誘起方解石沈殿（MICP）として知られています。 MICPのための適切な培養プロトコルはここに詳述されています。最後に、顕微鏡の異なるモードの下で可視化実験は、沈殿プロセスの様々な側面を理解するために行きました。光学顕微鏡、走査電子顕微鏡（SEM）及びX線光電子分光法（XPS）のような技術は、化学的に最終生成物を特徴付けるために使用しました。また、自然の多孔質媒体の内部で毛穴を詰まらせるために、これらの析出物の能力はどこスポンジ定性実験により実証されましたバーは、長さスケールの範囲の細孔のネットワークを模倣するために使用しました。細菌細胞を含む培地に浸したスポンジバーが原因で化学沈殿を連続的プロセスから生じる、その細孔の目詰まりに硬化します。硬化バーは少し変形と同じ重量を支持することが可能であるが、適用される外部荷重の作用下で圧縮され、搾りなり制御スポンジバーと比較した場合、この硬化スポンジバーは、優れた強度を示します。
Introduction
スポロサルシナパステウリイは高アルカリ性環境（pH約10）1で生き残ることができるグラム陽性細菌であると（MICP）2-4微生物学誘起方解石の沈殿と呼ばれる現象の原因物質になることができる細菌種の一つです。 MICPは、炭酸カルシウムの沈殿は、適切な環境条件下で特定の微生物により誘発される方法である。S.パステウリイが原因特定の条件下でMICPの重要なボリュームを誘導するための可能な剤 としての同定に近年の重要性を想定しています。この可能性は事実Sから茎パステウリイは、酵素ウレアーゼの大量を分泌するためのユニークな能力を持っています。この酵素は、水分子の存在下での尿素の加速溶解（広範かつ豊富な供給と天然に存在する生化学的化合物）を促進する、触媒として作用します。反応のカスケード、このプロセス究極を通じて、LY負に帯電した炭酸イオンの生成につながります。これらのイオンは、次いで、最終的に炭酸カルシウム（カルサイト）の沈殿物を形成するために、カルシウムのような正の金属イオンと反応します。したがって、ラベルMICP 5-9。
MICPのプロセスは、数十年10,11のために知られ、研究されています。過去数年間、MICPは、エンジニアリングとボトムアップのグリーン建設12、大規模な構造物13,14と炭素隔離およびストレージ15,16の強化を含む環境用途の広い範囲のために検討されています。
例えば、Cunnigham 17ら。アルはベリア砂岩コアを含む高圧中温流反応器を設計しました。リアクターは、細菌S.を接種しましたfridgidimarina高圧の超臨界二酸化炭素の注入、細孔体積内部のバイオマスの大規模な蓄積の条件下リュームは、透過性の95％以上の減少につながった、観察されました。 JonkersとSchlangen 18は、コンクリート中の自己治癒過程上の細菌の特定の特殊株の効果を検討しました。表面の孔を通って入る細孔ネットワーク内に輸送外部水が順番にMICPを経由して構造強度を助ける休眠バクテリアを活性化することが期待されています。トープラー19ら。 S.の尿素分解活性を比較しました大規模MCIPに有利な条件の下で先住民族の地下水の尿素分解縮図でパステウリイとことがわかったS.パステウリイは、先住民コミュニティの前ウレアーゼ活性を欠いていた場合でも、方解石沈殿を改善するための一貫性のある機能があります。モーテンセン20 et.al土壌タイプ、塩化アンモニウム、塩分濃度、酸素濃度とMICPの細胞の溶解の濃度などの外部因子の影響を研究しました。生物処理工程がRESPと非常に堅牢であり、彼らのデモ電気ショック療法パラメータ空間における幅広いバリエーションには行われている細菌を強化するための適切な濃縮プロセスを提供し、様々な大規模な修復アプリケーションのためのこのプロセスの適合性を実証します。フィリップス21ら。アルは、Sを注射された後、砂の列と砂岩コアの透磁率と強度の変化を研究するための実験を設計しましたパステウリイ文化。破壊強度が3倍に増加した4回 – 彼らは、透磁率が2に減少したことがわかりました。
S.のパステウリイとMICPにおけるその役割は、活発な研究のトピックであり、化学的析出のメカニズムに関するいくつかの問題はまだ完全には理解されていません。この観点では、Sの正確文化適当に濃縮された株式に一貫性のある標準化されたプロトコルのセットを持っていることは非常に重要ですMICPを達成するためにパステウリイ 。ここでは、再現性と再現性を確保する厳密なプロトコルの概要を説明します。このミリアンペアnuscriptはSを培養するための詳細なプロトコルを記述するパステウリイと適当に沈殿を誘導するために培養液を濃縮します。プロセスは、光学および走査電子顕微鏡（SEM）及びX線光電子分光法（XPS）などの様々な顕微鏡技術によって調べました。原稿の焦点は、MICPのプロセスです。 SEMおよびSIMSのような手順は、十分に確立された標準プロトコルであり、個別に記載されていません。
Protocol
Representative Results
Discussion
重要なステップ：この原稿を詳細にSの実行可能なサンプルを培養するためのプロトコルについて説明しますパステウリイ 。文化が用意されていたら、それは適切に濃縮されなければなりません。適切な化学的環境を提供するために、失敗は降水量の非常に長い時間スケールまたはその完全な欠如のいずれかにつながるので、これは実験の成功に不可欠の重要なス?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We wish to acknowledge the partners in the Helmholtz-Alberta Initiative, the Helmholtz Association and the University of Alberta, for the support resulting from participation in this collaboration. Research funding is provided by the Helmholtz Association’s Initiative and Networking Fund, the participating Helmholtz Centers and by the Government of Alberta through Alberta Environment’s ecoTrust program.
Dr. Tanushree Ghosh is gratefully acknowledged for her critical inputs at a number of crucial stages.
Materials
| Petridish | Fisher Scientific | FB0875712 | Petridishes being used as Agar plate |
| Pyrex Flasks | Fisher Scientific | S63268 | Corning Erlenmeyer |
| Tris-Base | Promega | H5133 | being used to make Tris-Buffer |
| Hydrochloric Acid | Sigma-Aldrich | H9892 | 1.0 N, Bioreagent, suitable for cell culture |
| Agar Powder | Sigma-Aldrich | A1296 | microbiology tested, plant cell culture tested, cell culture tested, powder |
| Ammonium Sulphate | Sigma-Aldrich | A4418 | for Molecular Biology |
| Yeast extract powder | Sigma-Aldrich | 51475 | |
| Measuring Cylinder | Cole-Parmer | CP08559GC | Cole-Parmer Class A Graduated Cylinder w/Cal Cert,TC;1000ml,1/Pk |
| Analytical Balance | OHAUS | AX124E | being used to measure weight of reagents |
| Autoclave | Brinkmann | 58619000 | |
| Autoclave Tape | VWR | 52428864 | |
| Aluminum Foil | Sigma-Aldrich | Z185140 | being used to seal the flask before placing it in Autoclave |
| Bacterial Stock | Cedarlane | 11859 | -80°C stock of S. pasteurii, ATCC No. is mentioned against Cat. No. |
| Mline Single-Channel Mechanical Pipettors, Variable Volume | Biohit | 725010 | Marketed by VWR under catalog number 14005976 |
| Micropipette Tip | Fisher Scientific | 212772B | Used for scratching Agar plates |
| Incubator | Binder | 80079098 | Microbiology Incubator,BF Series |
| Shaking Incubator | VWR | 14004300 | VWR Signature Benchtop Shaking Incubators |
| Phosphate Buffer Saline (PBS) | Sigma-Aldrich | P7059 | |
| BD Falcon Express Pipet-Aid Pipetting Device | BD Biosciences | 357590 | Marketed by VWR under catalog number 53106220 |
| Parafilm | Sigma-Aldrich | P7793 | Being used to seal Agar plates |
| Urea | Sigma-Aldrich | U1250 | Enrichment for nutrient medium |
| Sodium Bicarbonate | Sigma-Aldrich | S8875 | Enrichment for nutrient medium |
| Calcium chloride | Sigma-Aldrich | C1016 | Enrichment for nutrient medium |
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