Au-אינטראקציה של הפולימרים Slp1 וחד שכבתי מ<em> Lysinibacillus sphaericus</em> JG-B53 - QCM-D, ICP-MS וAFM ככלים לbiomolecule-מתכת לימודים
Summary
To obtain basic information on the sorption and recycling of gold from aqueous systems the interaction of Au(III) and Au(0) nanoparticles on S-layer proteins were investigated. The sorption of protein polymers was investigated by ICP-MS and that of proteinaceous monolayers by QCM-D. Subsequent AFM enables the imaging of the nanostructures.
Abstract
In this publication the gold sorption behavior of surface layer (S-layer) proteins (Slp1) of Lysinibacillus sphaericus JG-B53 is described. These biomolecules arrange in paracrystalline two-dimensional arrays on surfaces, bind metals, and are thus interesting for several biotechnical applications, such as biosorptive materials for the removal or recovery of different elements from the environment and industrial processes. The deposition of Au(0) nanoparticles on S-layers, either by S-layer directed synthesis 1 or adsorption of nanoparticles, opens new possibilities for diverse sensory applications. Although numerous studies have described the biosorptive properties of S-layers 2-5, a deeper understanding of protein-protein and protein-metal interaction still remains challenging. In the following study, inductively coupled mass spectrometry (ICP-MS) was used for the detection of metal sorption by suspended S-layers. This was correlated to measurements of quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D), which allows the online detection of proteinaceous monolayer formation and metal deposition, and thus, a more detailed understanding on metal binding.
The ICP-MS results indicated that the binding of Au(III) to the suspended S-layer polymers is pH dependent. The maximum binding of Au(III) was obtained at pH 4.0. The QCM-D investigations enabled the detection of Au(III) sorption as well as the deposition of Au(0)-NPs in real-time during the in situ experiments. Further, this method allowed studying the influence of metal binding on the protein lattice stability of Slp1. Structural properties and protein layer stability could be visualized directly after QCM-D experiment using atomic force microscopy (AFM). In conclusion, the combination of these different methods provides a deeper understanding of metal binding by bacterial S-layer proteins in suspension or as monolayers on either bacterial cells or recrystallized surfaces.
Introduction
בשל השימוש הגובר של זהב עבור מספר יישומים כמו אלקטרוניקה, זרזים, חיישנים, או מכשירים רפואיים, הביקוש של מתכת יקרה זו גדל במשך הזמן כמה השנים האחרונות 6-9. זהב, כמו גם רבות מתכות יקרות וכבדות אחרות משתחררים לסביבה באמצעות שפכים תעשייתיים בריכוזים לדלל, באמצעות פעילויות כרייה, וסילוק פסולת 7,8,10, למרות שרוב הזיהום סביבתי על ידי מתכות כבדות או יקרות הוא תהליך מתמשך נגרמים בעיקר על ידי פעילות טכנולוגית. זה מוביל להפרעה משמעותית של מערכות אקולוגיות טבעיות ועלול לאיים על בריאות אדם 9. ידיעת תוצאות השליליות אלה מקדם את החיפוש אחר שיטות חדשות להסרת מתכות ממערכות אקולוגיות ושיפורים מזוהמים במחזור מתכות משפכים תעשייתיים. שיטות פיסיקלי כימיות מבוססות היטב כמו משקעים או חילוף יונים הן לא כל כך יעילות, במיוחד בתחום ההייly מדולל פתרונות 7,8,11. Biosorption, גם עם חיים או מת ביומסה, היא חלופה אטרקטיבית לטיפול בשפכים 10,12. השימוש בחומרים ביולוגיים כזה יכול להפחית את הצריכה של כימיקלים רעילים. מיקרואורגניזמים רבים תוארו לצבור או לשתק מתכות. לדוגמא, תאים של sphaericus Lysinibacillus (L. sphaericus) JG-A12 הראו יכולות גבוהות מחייבות למתכות יקרות, למשל, פ"ד (II), Pt (II), Au (III), ומתכות רעילות אחרות כמו Pb (II) או U (VI) 4,13, תאים של megaterium Bacillus לCr (VI) 14, תאים של שמר אפייה לPt (II) וPd (II) 15, ווולגרי כלורלה לAu (III) וU (VI) 16 , 17. הכריכה של מתכות קודמות כמו Au (III), פ"ד (II), וPt (II) דווח גם לDesulfovibrio desulfuricans 18 ולL. sphaericus JG-B53 19,20. עם זאת, לא אלהחיידקים l לקשור כמויות גבוהות של מתכות ויישומם כחומר sorptive מוגבלים 12,21. יתר על כן, מחייבת קיבולת מתכת תלויה בפרמטרים שונים, למשל, הרכב תא, ביו-רכיב המשמש, או סביבתי ותנאי ניסוי (pH, כוח יוני, וכו 'טמפרטורה). המחקר של דופן תא שברים המבודדים 22,23, כמו שומני קרום, פפטידוגליקן, חלבונים, או רכיבים אחרים, מסייע להבין את המתכת מחייבת תהליכים של תאים שלמים נבנו מורכבים 8,21.
מרכיבי התא התמקדו במחקר זה הם חלבוני S-שכבה. חלבוני S-שכבה הם חלקים של מעטפת התא החיצונית של חיידקים וחיידקים קדומים רבים, והם מהווים כ -15 – 20% ממסת החלבון הכוללת של אורגניזמים אלה. כממשק הראשון לסביבה, תרכובות תאים אלה משפיעות בחוזקה על תכונות ספיחת חיידקי 3. חלבוני S-שכבה עם משקולות מולקולריות הנעות בין ארבעיםלמאות kDa מיוצרים בתוך התא, אבל הם התאספו מחוץ בו הם יכולים ליצור שכבות על ממברנות שומנים בדם או מרכיבי דופן תא פולימרים. ברגע בודד, כמעט כל S-שכבת חלבונים הרכוש המהותי לאופן ספונטני עצמי להרכיב בהשעיה, בממשקים, או על משטחים ויוצרים מבנים מישוריים או כמו צינור-3. עובי monolayer החלבון תלוי בחיידקים והוא בטווח של 5-25 ננומטר 24. באופן כללי, מבני חלבון S-שכבה נוצרו יכולים להיות אלכסוני (P1 או P2), ריבוע (P4), או משושה (P3 או P6) סימטריה עם קבועי סריג של 2.5-35 3,24 ננומטר. נראה היווצרות הסריג להיות במקרים רבים תלויים בקטיונים דו ערכיים ובעיקר על Ca 2 + 25,26, רף, ג 'ואח'. S-שכבת nanocomposites מבוסס עבור יישומים תעשייתיים הבמבוסס על החלבון מהונדס ננו. (עורכים Tijana ז גרוב ואיית'יבר ל Cortajarena) (Springer, 2016 (שהוגש)). עם זאת, המפל מלא התגובה של קיפול מונומר, אינטראקציה מונומר-מונומר, ההיווצרות של סריג, והתפקיד של מתכות שונות, בעיקר של קטיונים דו ערכיים כגון Ca 2 + וMg 2 +, עדיין לא הבין באופן מלא.
המתח גרם-חיובי ל sphaericus JG-B53 (שם מsphaericus Bacillus לאחר סיווג פילוגנטי החדש) 27 היה מבודד מערימת פסולת כריית אורניום "Haberland" (Johanngeorgenstadt, סקסוניה, גרמניה) 4,28,29. חלבון S-השכבה הפונקציונלית שלה (Slp1) בעל סריג מרובע, משקל מולקולרי של 116 kDa 30, ועובי של 10 ננומטר ≈ על תאי חיים חיידקים 31. במחקרים קודמים, ההיווצרות במבחנה של שכבת חלבון סגורה ויציבה בעובי של כ -10 ננומטר הושגה בפחות מ -10 דקות 19. הזן הקשורים ל sphaericus JG-A12, גם לבודד מהערימה "Haberland", בעל יכולות גבוהה מחייבות מתכת וחלבון S-השכבה המבודדת שלה הוכיח כימי גבוהות ויציבות מכאנית ושיעורי ספיחה טובים למתכות יקרות כמו Au (III), Pt (II), וPd (II) 4,32,33. זה מחייב מתכות יקרות הוא פחות או יותר ספציפי לכמה מתכות ותלויות בזמינות של קבוצות פונקציונליות על פני החלבון החיצוני ופנימי של הפולימר ובנקבוביות שלה, כוח יוני, וערך ה- pH. קבוצות פונקציונליות רלוונטיות לאינטראקציה מתכת על ידי החלבונים הן COOH-, NH 2 -, OH-, PO 4 -, SO 4 -, וכך-. באופן עקרוני, יכולות מחייבות מתכת לפתוח ספקטרום רחב של יישומים, רף, ג 'ואח'. S-שכבת nanocomposites מבוסס עבור יישומים תעשייתיים הבמבוסס על החלבון מהונדס ננו. (עורכים Tijana ז גרוב ואיית'יבר ל Cortajarena) (Springer, 2016 (שהוגש)). לדוגמא, כרכיבי biosorptive להסרת או שחזורשל מתכות רעילות או בעל ערך מומס, תבניות לסינתזה או בתצהיר מוגדר של חלקיקים מובנים באופן קבוע מתכתיים (NPS) לקטליזה, וחומרים מהונדסים יו אחרים כמו שכבות ביו-חושי 3,5,18,33. מערכים מסודרים באופן קבוע NP כמו Au (0) -NPs יכולים לשמש ליישומים מרכזיים החל אלקטרוניקה מולקולרית וחיישנים, התקני אחסון צפיפות ultrahigh, וזרזים לCO-חמצון 34-37. הפיתוח של יישומים כגון ועיצוב חכם של חומרים אלה מחייב הבנה עמוקה יותר של המנגנונים המחייבים המתכת הבסיסית.
תנאי מוקדם לפיתוח של חומרים מבוסס ביו כזה הוא היישום אמין של שכבת ממשק בין biomolecule והמשטח הטכני 38,39. לדוגמא, פוליאלקטרוליטים התאספו עם 40,41 טכניקת השכבה אחר שכבה (LBL) שימשו כשכבת ממשק לגיבוש מחדש של חלבוני S-שכבה 39 </sup>. כגון ממשק מציע דרך קלה יחסית לביצוע ציפוי החלבון בדרך לשחזור וכמותיים. על ידי ביצוע ניסויים שונים עם וללא שינוי עם יזמי דבק, אפשר להצהיר הצהרות בנוגע לקינטיקה ציפוי, יציבות שכבה, ואינטראקציה של מתכות עם מולקולות ביולוגיות 19,42, רף, ג 'ואח'. S-שכבת nanocomposites מבוסס עבור יישומים תעשייתיים הבמבוסס על החלבון מהונדס ננו. (עורכים Tijana ז גרוב ואיית'יבר ל Cortajarena) (Springer, 2016 (שהוגש)). עם זאת, המנגנון המורכב של חלבון הספיחה והאינטראקציה חלבון-פני השטח אינו מובן לחלוטין. במיוחד מידע על קונפורמציה, אוריינטצית דפוס, וצפיפות ציפוי עדיין חסר.
microbalance גביש קוורץ עם ניטור פיזור (QCM-D) טכניקה משך תשומת לב בשנים האחרונות ככלי ללימוד חלבון ספיחה, קינטיקה ציפוי, ופרו אינטראקציהcesses בקנה המידה ננומטרי 19,43-45. טכניקה זו מאפשרת לגילוי מפורט של ספיחה המונית בזמן אמת, ויכולה לשמש כאינדיקציה לתהליך חלבון הרכבה העצמית והצימוד של מולקולות תפקודיות ברשתות חלבון 19,20,42,46-48. בנוסף, מדידות QCM-D לפתוח את האפשרות ללמוד תהליכי אינטראקציה מתכת עם השכבה חלבוניים בתנאים ביולוגיים טבעיים. במחקר שנערך לאחרונה, את האינטראקציה של חלבון S-השכבה עם מתכות נבחרו כמו האיחוד האירופי (III), Au (III), פ"ד (II), וPt (II) נחקר עם QCM-D 19,20. שכבת חלבון adsorbed יכולה לשמש כמודל מופשט של דופן תא של חיידקי גרם חיובי. המחקר של מרכיב אחד זה יכול לתרום להבנה עמוקה יותר של אינטראקציה מתכת. עם זאת, רק ניסויי QCM-D לא מאפשרים הצהרות לגבי מבני משטח והשפעות של מתכות לחלבון. טכניקות אחרות הן הכרחיות כדי להשיג מידע כזה. קופה אחתsibility ליו-ננו הדמיה ומידע על קבלת תכונות מבניות הוא במיקרוסקופ הכוח האטומי (AFM).
מטרתו של המחקר שהוצג הייתה לחקור את הספיחה של זהב (Au (III) וAu (0) -NPs) לחלבוני S-שכבה, בSlp1 המסוים של ל ' sphaericus JG-B53. ניסויים נעשו עם חלבונים תלויים על קנה מידה אצווה בטווח pH של 2.0-5.0 באמצעות ICP-MS ועם S-שכבות משותקות באמצעות QCM-D. בנוסף, ההשפעה של תמיסת מלח מתכת על יציבות הסריג נחקרה במחקרים AFM שלאחר מכן. השילוב של טכניקות אלה תורם להבנה טובה יותר של תהליכים באינטראקצית מתכת מבחנה ככלי ללמידה נוסף על אירועים מחייבים בתאים שלמים של חיידקים לגבי זיקות מתכת ספציפיות. ידע זה הוא לא רק חיוני לפיתוח של חומרי מסנן ישימים עבור ההתאוששות של מתכות להגנה על סביבה ושימור מחדשמקורות 49, אלא גם לפיתוח של מערכים של צירופים ומתכתיים הורה מאוד עבור יישומים טכניים שונים.
Protocol
Representative Results
Discussion
בעבודה זו בחנה את הכריכה של Au לחלבוני S-שכבה נחקרה באמצעות שילוב של שיטות אנליטיות שונות. בפרט, מחייב Au הוא אטרקטיבי מאוד לא רק להתאוששות של Au ממי כרייה או פתרונות תהליך, אלא גם לבנייה של חומרים, למשל, משטחים חושיים. ללימודים של האינטראקציה Au (Au (III) וAu (0) -NPs) עם מושעה ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
העבודה הנוכחית מומנה בחלקה על ידי IGF-הפרויקט "S-המסננת" (490 ZBG / 1) ממומן על ידי BMWi וBMBF-פרויקט "Aptasens" (BMBF / DLR 01RB0805A). תודה מיוחדת לטוביאס ג 'גינטר לעזרה הרבה ערכו במהלך לימודי AFM ואריק V. ג'ונסטון לקריאת כתב היד כדובר אנגלית כשפה אם. יתר על כן, מחברו של מאמר זה מבקש להודות לאלין ריטר וסברינה Gurlit (ממכון לאקולוגית משאבים לסיוע במדידות ICP-MS), מניה פוגל, ננסי אונגר, קארן E. Viacava וביוטכנולוגיה הקבוצה של הלמהולץ-המכון פרייברג למשאבים וטכנולוגיה.
Materials
| equiment and software | |||
| Bioreactor, Steam In Place 70L Pilot System | Applikon Biotechnology, Netherlands | Z6X | Including dO2, pH sensors of Applikon Biotechnology and BioXpert software V2 |
| Noninvasive Biomass Monitor BugEye 2100 | BugLab, Concord (CA), USA | Z9X | — |
| Spectrometer Ultrospec 1000 | Amersham Pharmacia Biotech, Great Britain | 80-2109-10 | Company now GE Healthcare Life Sciences |
| MiniStar micro centrifuge | VWR, Germany | 521-2844 | For centrifugation of cultivation samples |
| Research system microscope BX-61 | Olympus Germany LLC, Germany | 037006 | Microscope in combination with imaging software |
| Cell^P (version 3.1) | Olympus Soft Imaging Solutions LLC, Münster, Germany | — | together with microscope |
| Powerfuge Pilot Separation System Serie 9010-S | Carr Centritech, Florida, USA | 9010PLT | For biomasse harvesting |
| T18 basic Ultra Turrax | IKA Labortechnik, Germany | 431-2601 | For flagella removal and sample homogenization |
| Sorvall Evolution RC Superspeed Centrifuge | Thermo Fisher Scientific, USA | 728411 | Used within protein isolation |
| Mobile high shear fluid processor, M-110EH-30 Pilot | Microfluidics, Massachusetts, USA | M110EH30K | Used for cell rupture |
| Alpha 1-4 LSC Freeze dryer | Martin Christ Freeze dryers LLC, Osterode, Germany | 102041 | — |
| UV-VIS spectrophotometry (NanoDrop 2000c) | Thermo Fisher Scientific, USA | 91-ND-2000C-L | For determination of protein concentration |
| Mini-PROTEAN vertical electrophoresis chamber | Bio-Rad Laboratories GmbH, Munich, Germany | 165-3322 | For SDS-PAGE |
| VersaDoc Imaging System 3000 | Bio-Rad Laboratories GmbH, Munich, Germany | 1708030 | Used for imaging of SDS-PAGE gels |
| ICP-MS Elan 9000 | PerkinElmer, Waltham (MA), USA | N8120536 | For determination of metal concentration |
| Zetasizer Nano ZS | Malvern Instruments, Worcestershire United Kingdom | ZEN3600 | For determination of nanoparticle size |
| Q-Sense E4 device | Q-Sense AB, Gothenburg, Sweden | QS-E4 | ordered via LOT quantum design (software included with E4 platform) |
| Q-Soft 401 (data recording) | Q-Sense AB, Gothenburg, Sweden | ||
| Q-Tools 3 (data evaluation and modelling) | Q-Sense AB, Gothenburg, Sweden | ||
| QCM-D flow modules QFM 401 | Q-Sense AB, Gothenburg, Sweden | QS-QFM401 | ordered via LOT quantum design |
| QSX 303 SiO2 piezoelectric AT-cut quartz sensors | Q-Sense AB, Gothenburg, Sweden | QS-QSX303 | ordered via LOT quantum design |
| Ozone cleaning chamber | Bioforce Nanoscience, Ames (IA), USA | QS-ESA006 | ordered via LOT quantum design |
| Atomic Force Microscope MFP-3D Bio AFM | Asylum Research, Santa Barbara (CA), USA | MFP-3DBio | AFM measurements and imaging software |
| Asylum Research AFM Software AR Version 120804+1223 | Asylum Research, Santa Barbara (CA), USA | — | imaging software included in Cat. No. MFP-3DBio |
| Igor Version Pro 6.3.2.3 Software | WaveMetrics, Inc., USA | — | imaging software included in Cat. No. MFP-3DBio |
| BioHeater | Asylum Research, Santa Barbara (CA), USA | Bioheater | Sample heater for AFM measurements |
| Biolever mini cantilever, BL-AC40TS-C2 | Olympus Germany LLC, Germany | BL-AC40TS-C2 | Prefered cantilever for AFM measurements |
| WSxM 5.0 Develop 6.5 (2013) | Nanotec Electronica S.L. , Spain | freeware | Software for AFM analysis |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Detergents and other equiment | |||
| Calcium chloride Dihydrate (CaCl2 ∙ 2H2O) | Merck KGaA | 1.02382 | — |
| acidic acid, 100 %, p.A. | CARL ROTH GmbH+CO.KG | 3738.5 | Danger, flammable and corrosive liquid and vapour. Causes severe skin burns and eye damage. |
| Antifoam 204 | Sigma-Aldrich Co. LLC. | A6426 | For foam suppression |
| bromophenol blue, sodium salt | Sigma-Aldrich Co. LLC. | B5525 | — |
| Coomassie Brilliant Blue R (C45H44N3NaO7S2) | CARL ROTH GmbH+CO.KG | 3862.1 | — |
| Deoxyribonuclease II from porcine spleen | Sigma-Aldrich Co. LLC. | D4138 | Typ IV , 2,000-6,000 Kunitz units/mg protein |
| Ethanol, 95% | VWR, Germany | 20827.467 | Danger, flammable |
| glycerine, p.A. | CARL ROTH GmbH+CO.KG | 3783.1 | — |
| Gold(III) chloride trihydrate (HAuCl4 ∙ 3H2O) | Sigma-Aldrich Co. LLC. | 520918 | Danger |
| Guanidine hydrochloride (GuHCl) | CARL ROTH GmbH+CO.KG | 0037.1 | — |
| Hellmanex III | Hellma GmbH & Co. KG | 9-307-011-4-507 | — |
| Hydrochloric acid (HCl) (37%) | CARL ROTH GmbH+CO.KG | 4625.2 | Danger; Corrosive, used for pH adjustment |
| Lysozyme from chicken egg white | Sigma-Aldrich Co. LLC. | L6876 | Lyophilized powder, protein =90 %, =40,000 units/mg protein (Sigma) |
| Magnesium chloride Hexahydrate (MgCl2 ∙ 6H2O) | Merck KGaA | 1.05833 | — |
| Magnetic stirrer with heating, MR 3000K | Heidolph Instruments GmbH & Co.KG, Germany | 504.10100.00 | Standard stirrer within experiment |
| NB-Media DM180 | Mast Diagnostica GmbH | 121800 | — |
| Nitric acid (HNO3) | CARL ROTH GmbH+CO.KG | HN50.1 | Danger; Oxidizing, Corrosing |
| PageRuler Unstained Protein Ladder | ThermoScientific-Pierce | 26614 | — |
| Poly(sodium 4-styrenesulfonat) (PSS) | Sigma-Aldrich Co. LLC. | 243051 | Average Mw ~70,000 |
| Polyethylenimine (PEI), branched | Sigma-Aldrich Co. LLC. | 408727 | Warning; Harmful, Irritant, Dangerous for the environment; average Mw ~25,000 |
| Potassium carbonate anhydrous (K2CO3) | Sigma-Aldrich Co. LLC. | 60108 | Warning; Harmful |
| Ribonuclease A from bovine pancreas | Sigma-Aldrich Co. LLC. | R5503 | Type I-AS, 50-100 Kunitz units/mg protein |
| Sodium azide (NaN3) | Merck KGaA | 106688 | Danger; very toxic and Dangerous for the environment |
| Sodium chloride (NaCl) | CARL ROTH GmbH+CO.KG | 3957.2 | — |
| Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Sigma-Aldrich Co. LLC. | L-5750 | Danger; toxic |
| Sodium hydroxide (NaOH) | CARL ROTH GmbH+CO.KG | 6771.1 | Danger; Corrosive, used for pH regulation within cultivation and pH adjustment |
| Spectra/Por 6, Dialysis membrane, MWCO 50,000 | CARL ROTH GmbH+CO.KG | 1893.1 | — |
| Sulfuric acid (H2SO4) | CARL ROTH GmbH+CO.KG | HN52.2 | Danger; Corrosive, used for pH regulation within cultivation |
| Tannic acid (C76H52O46) | Sigma-Aldrich Co. LLC. | 16201 | — |
| TRIS HCl (C4H11NO3HCl) | CARL ROTH GmbH+CO.KG | 9090.2 | — |
| Tri-sodium citrate dihydrate (C6H5Na3O7 ∙ 2H2O) | CARL ROTH GmbH+CO.KG | 3580.2 | — |
| Triton X-100 | CARL ROTH GmbH+CO.KG | 3051.3 | Warning; Harmful, Dangerous for the environment |
| VIVASPIN 500, 50.000 MWCO Ultrafiltration tubes | Sartorius AG | VS0132 | — |
| β-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich Co. LLC. | M6250 | Danger, toxic |
References
- Merroun, M. L., Rossberg, A., Hennig, C., Scheinost, A. C., Selenska-Pobell, S. Spectroscopic characterization of gold nanoparticles formed by cells and S-layer protein of Bacillus sphaericus JG-A12. Mater. Sci. Eng. C. 27 (1), 188-192 (2007).
- Raff, J., Soltmann, U., Matys, S., Selenska-Pobell, S., Bottcher, H., Pompe, W. Biosorption of uranium and copper by biocers. Chem. Mat. 15 (1), 240-244 (2003).
- Sleytr, U. B., Schuster, B., Egelseer, E. M., Pum, D. S-Layers: Principles and Applications. FEMS Microbiol. Rev. , (2014).
- Pollmann, K., Raff, J., Merroun, M., Fahmy, K., Selenska-Pobell, S. Metal binding by bacteria from uranium mining waste piles and its technological applications. Biotechnol. Adv. 24 (1), 58-68 (2006).
- Raff, J., Selenska-Pobell, S. Toxic avengers. Nucl. Eng. Int. 51, 34-36 (2006).
- Tsuruta, T. Biosorption and recycling of gold using various microorganisms. J. Gen. Appl. Microbiol. 50 (4), 221-228 (2004).
- Sathishkumar, M., Mahadevan, A., Vijayaraghavan, K., Pavagadhi, S., Balasubramanian, R. Green Recovery of Gold through Biosorption, Biocrystallization, and Crystallization. Ind. Eng. Chem. Res. 49 (16), 7129-7135 (2010).
- Das, N. Recovery of precious metals through biosorption – A review. Hydrometallurgy. 103 (1-4), 180-189 (2010).
- Volesky, B. Biosorption and me. Water Res. 41 (18), 4017-4029 (2007).
- Vilar, V. J. P., Botelho, C. M. S., Boaventura, R. A. R., Atimtay, T. A., Sikdar, S. K. Environmental Friendly Technologies for Wastewater Treatment: Biosorption of Heavy Metals Using Low Cost Materials and Solar Photocatalysis. Security of Industrial Water Supply and Management.NATO Science for Peace and Security Series C-Environmental Security. , 159-173 (2010).
- Lovley, D. R., Lloyd, J. R. Microbes with a mettle for bioremediation. Nat. Biotechnol. 18 (6), 600-601 (2000).
- Schiewer, S., Volesky, B., Lovely, D. R. . Environmental Microbe-Metal Interactions. , 329-362 (2000).
- Raff, J., Berger, S., Selenska-Pobell, S. Uranium binding by S-layer carrying isolates of the genus Bacillus. Annual Report 2006 Institute of Radiochemistry. , (2006).
- Srinath, T., Verma, T., Ramteke, P. W., Garg, S. K. Chromium (VI) biosorption and bioaccumulation by chromate resistant bacteria. Chemosphere. 48 (4), 427-435 (2002).
- Godlewska-Zylkiewicz, B. Biosorption of platinum and palladium for their separation/preconcentration prior to graphite furnace atomic absorption spectrometric determination. Spectroc. Acta Pt. B-Atom. Spectr. 58 (8), 1531-1540 (2003).
- Hosea, M., et al. Accumulation of elemental gold on the alga Chlorella-vulgaris. Inorg. Chim. A-Bioinor. 123 (3), 161-165 (1986).
- Vogel, M., et al. Biosorption of U(VI) by the green algae Chlorella vulgaris. in dependence of pH value and cell activity. Sci. Total Environ. 409 (2), 384-395 (2010).
- Creamer, N., Baxter-Plant, V., Henderson, J., Potter, M., Macaskie, L. Palladium and gold removal and recovery from precious metal solutions and electronic scrap leachates by Desulfovibrio desulfuricans. Biotechnol Lett. 28 (18), 1475-1484 (2006).
- Suhr, M., et al. Investigation of metal sorption behavior of Slp1 from Lysinibacillus sphaericus. JG-B53 – A combined study using QCM-D, ICP-MS and AFM. Biometals. 27 (6), 1337-1349 (2014).
- Suhr, M. . Isolierung und Charakterisierung von Zellwandkomponenten der gram-positiven Bakterienstämme Lysinibacillus sphaericus JG-A12 und JG-B53 und deren Wechselwirkungen mit ausgewählten relevanten Metallen und Metalloiden. , (2015).
- Spain, A., Alm, E. Implications of Microbial Heavy Metal Tolerance in the Environment. Reviews in Undergraduate Research. 2, 1-6 (2003).
- Ledin, M. Accumulation of metals by microorganisms – processes and importance for soil systems. Earth-Sci. Rev. 51 (1-4), 1-31 (2000).
- Maruyama, T., et al. Proteins and Protein-Rich Biomass as Environmentally Friendly Adsorbents Selective for Precious Metal Ions. Environ. Sci. Technol. 41 (4), 1359-1364 (2007).
- Sara, M., Sleytr, U. B. S-layer proteins. J. Bacteriol. 182 (4), 859-868 (2000).
- Baranova, E., et al. SbsB structure and lattice reconstruction unveil Ca2+ triggered S-layer assembly. Nature. 487 (7405), 119-122 (2012).
- Teixeira, L. M., et al. Entropically Driven Self-Assembly of Lysinibacillus sphaericus S-Layer Proteins Analyzed Under Various Environmental Conditions. Macromol. Biosci. 10 (2), 147-155 (2010).
- Ahmed, I., Yokota, A., Yamazoe, A., Fujiwara, T. Proposal of Lysinibacillus boronitolerans gen. nov. sp. nov., and transfer of Bacillus fusiformis to Lysinibacillus fusiformis comb. nov. and Bacillus sphaericus to Lysinibacillus sphaericus comb. nov. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 57 (5), 1117-1125 (2007).
- Panak, P., et al. Bacteria from uranium mining waste pile: interactions with U(VI). J. Alloy. Compd. 271, 262-266 (1998).
- Selenska-Pobell, S., Kampf, G., Flemming, K., Radeva, G., Satchanska, G. Bacterial diversity in soil samples from two uranium waste piles as determined by rep-APD, RISA and 16S rDNA retrieval. Antonie Van Leeuwenhoek. 79 (2), 149-161 (2001).
- Lederer, F. L., et al. Identification of multiple putative S-layer genes partly expressed by Lysinibacillus sphaericus JG-B53. Microbiology. 159 ( Pt 6), 1097-1108 (2013).
- Günther, T. J., Suhr, M., Raff, J., Pollmann, K. Immobilization of microorganisms for AFM studies in liquids. RSC Advances. 4, 51156-51164 (2014).
- Fahmy, K., et al. Secondary Structure and Pd(II) Coordination in S-Layer Proteins from Bacillus sphaericus. Studied by Infrared and X-Ray Absorption Spectroscopy. Biophys. J. 91 (3), 996-1007 (2006).
- Pollmann, K., Merroun, M., Raff, J., Hennig, C., Selenska-Pobell, S. Manufacturing and characterization of Pd nanoparticles formed on immobilized bacterial cells. Lett. Appl. Microbiol. 43 (1), 39-45 (2006).
- Corti, C., Holliday, R. . Gold : science and applications. , (2010).
- Daniel, M. C., Astruc, D. Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chem. Rev. 104 (1), 293-346 (2004).
- Tang, J., et al. Fabrication of Highly Ordered Gold Nanoparticle Arrays Templated by Crystalline Lattices of Bacterial S-Layer Protein. Chem. Phys. Chem. 9 (16), 2317-2320 (2008).
- Haruta, M. Size- and support-dependency in the catalysis of gold. Catal. Today. 36 (1), 153-166 (1997).
- Habibi, N., et al. Nanoengineered polymeric S-layers based capsules with targeting activity. Colloids and surfaces. B, Biointerfaces. 88 (1), 366-372 (2011).
- Toca-Herrera, J. L., et al. Recrystallization of Bacterial S-Layers on Flat Polyelectrolyte Surfaces and Hollow Polyelectrolyte Capsules. Small. 1 (3), 339-348 (2005).
- Decher, G., Lehr, B., Lowack, K., Lvov, Y., Schmitt, J. New nanocomposite films for biosensors – Layer-by-Layer adsorbed films of polyelectrolytes, proteins or DNA. Biosens. Bioelectron. 9 (9-10), 677-684 (1994).
- Decher, G., Schmitt, J. Fine-tuning of the film thickness of ultrathin multilayer films composed of consecutively alternating layers of anionic and cationic polyelectrolytes. Progress in Colloid & Polymer Science. 89 Trends in Colloid and Interface Science VI, (1992).
- Günther, T. J. . S-Layer als Technologieplattform – Selbstorganisierende Proteine zur Herstellung funktionaler Beschichtungen. , (2015).
- Delcea, M., et al. Thermal stability, mechanical properties and water content of bacterial protein layers recrystallized on polyelectrolyte multilayers. Soft Matter. 4 (7), 1414-1421 (2008).
- Roach, P., Farrar, D., Perry, C. C. Interpretation of Protein Adsorption: Surface-Induced Conformational Changes. J. Am. Chem. Soc. 127 (22), 8168-8173 (2005).
- Zeng, R., Zhang, Y., Tu, M., Zhou, C. R., et al. Protein Adsorption Behaviors on PLLA Surface Studied by Quartz Crystal Microbalance with Dissipation Monitoring (QCM-D). Materials Science Forum. 610-613, 1219-1223 (2009).
- Bonroy, K., et al. Realization and Characterization of Porous Gold for Increased Protein Coverage on Acoustic Sensors. Anal. Chem. 76 (15), 4299-4306 (2004).
- Pum, D., Toca-Herrera, J. L., Sleytr, U. B. S-layer protein self-assembly. Int. J. Mol. Sci. 14 (2), 2484-2501 (2013).
- Weinert, U., et al. S-layer proteins as an immobilization matrix for aptamers on different sensor surfaces. Eng. Life Sci. , (2015).
- Umeda, H., et al. Recovery and Concentration of Precious Metals from Strong Acidic Wastewater. Mater. Trans. 52 (7), 1462-1470 (2011).
- Engelhardt, H., Saxton, W. O., Baumeister, W. 3-Dimensional structure of the tetragonal surface-layer of Sporosarcina-urea. J. Bacteriol. 168 (1), 309-317 (1986).
- Sprott, G. D., Koval, S. F., Schnaitman, C. A. . Methods for general and molecular bacteriology. , 72-103 (1994).
- Laemmli, U. K. Cleavage of Structural Proteins during Assembly of Head Bacteriophage T4. Nature. 227 (5259), 680-685 (1970).
- Stoscheck, C., Deutscher, M. P. [6] Quantitation of protein. Methods in Enzymology. 182, 50-68 (1990).
- Sleytr, U. B., Messner, P., Pum, D. Analysis of Crystalline Bacterial Surface-Layers by Freeze-Etching Metal Shadowing, Negative Staining and Ultra-Thin Sectioning. Method Microbiol. 20, 29-60 (1988).
- PerkinElmer. . ICP Mass Spectrometry – The 30-Min to ICP-MS. , (2001).
- Mühlpfordt, H. The preparation of colloidal Gold Nanoparticles using tannic-acid as an additional reducing agent. Experientia. 38 (9), 1127-1128 (1982).
- Hayat, M. A. . Colloidal Gold – Principles, Methods and Applications. , (1989).
- Amendola, V., Meneghetti, M. Size Evaluation of Gold Nanoparticles by UV−vis Spectroscopy. The Journal of Physical Chemistry C. 113 (11), 4277-4285 (2009).
- Schurtenberger, P., Newman, M. E., Buffle, J., van Leeuwen, H. P. . Characterization of biological and environmental particles using static and dynamic light scattering in Environmental Particles. 2, 37-115 (1993).
- Jain, R., et al. Extracellular Polymeric Substances Govern the Surface Charge of Biogenic Elemental Selenium Nanoparticles. Environmental Science & Technology. 49 (3), 1713-1720 (2015).
- Harewood, K., Wolff, J. S. Rapid electrophoretic procedure for detection of SDS-released oncorna-viral RNA using polyacrylamide-agarose gels. Anal. Biochem. 55 (2), 573-581 (1973).
- Penfold, J., Staples, E., Tucker, I., Thomas, R. K. Adsorption of mixed anionic and nonionic surfactants at the hydrophilic silicon surface. Langmuir. 18 (15), 5755-5760 (2002).
- Krozer, A., Rodahl, M. X-ray photoemission spectroscopy study of UV/ozone oxidation of Au under ultrahigh vacuum conditions. J. Vac. Sci. Technol. A-Vac. Surf. Films. 15 (3), 1704-1709 (1997).
- Vig, J. R. UV ozone cleaning of surfaces. J. Vac. Sci. Technol. 3 (3), 1027-1034 (1985).
- Sauerbrey, G. Verwendung von Schwingquarzen zur Wägung dünner Schichten und zur Mikrowägung. Zeitschrift Fur Physik. 155 (2), 206-222 (1959).
- Q-Sense – Biolin Scientific. . Introduction and QCM-D Theory – Q-Sense Basic Training. , (2006).
- Edvardsson, M., Rodahl, M., Kasemo, B., Höök, F. A dual-frequency QCM-D setup operating at elevated oscillation amplitudes. Anal. Chem. 77 (15), 4918-4926 (2005).
- Hovgaard, M. B., Dong, M. D., Otzen, D. E., Besenbacher, F. Quartz crystal microbalance studies of multilayer glucagon fibrillation at the solid-liquid interface. Biophys. J. 93 (6), 2162-2169 (2007).
- Liu, S. X., Kim, J. T. Application of Kelvin-Voigt Model in Quantifying Whey Protein Adsorption on Polyethersulfone Using QCM-D. Jala. 14 (4), 213-220 (2009).
- Reviakine, I., Rossetti, F. F., Morozov, A. N., Textor, M. Investigating the properties of supported vesicular layers on titanium dioxide by quartz crystal microbalance with dissipation measurements. J. Chem. Phys. 122 (20), (2005).
- Voinova, M. V., Rodahl, M., Jonson, M., Kasemo, B. Viscoelastic acoustic response of layered polymer films at fluid-solid interfaces: Continuum mechanics approach. Phys. Scr. 59 (5), 391-396 (1999).
- Fischer, H., Polikarpov, I., Craievich, A. F. Average protein density is a molecular-weight-dependent function. Protein Sci. 13 (10), 2825-2828 (2004).
- Schuster, B., Pum, D., Sleytr, U. B. S-layer stabilized lipid membranes (Review). Biointerphases. 3 (2), FA3-FA11 (2008).
- Malmström, J., Agheli, H., Kingshott, P., Sutherland, D. S. Viscoelastic Modeling of Highly Hydrated Laminin Layers at Homogeneous and Nanostructured Surfaces: Quantification of Protein Layer Properties Using QCM-D and SPR. Langmuir. 23 (19), 9760-9768 (2007).
- Vörös, J. The Density and Refractive Index of Adsorbing Protein Layers. Biophys. J. 87 (1), 553-561 (2004).
- Hillier, A. C., Bard, A. J. ac-mode atomic force microscope imaging in air and solutions with a thermally driven bimetallic cantilever probe. Rev. Sci. Instrum. 68 (5), 2082-2090 (1997).
- Horcas, I., et al. WSXM: A software for scanning probe microscopy and a tool for nanotechnology. Rev. Sci. Instrum. 78 (1), 013705 (2007).
- Merroun, M. L., Rossberg, A., Scheinost, A. C., Selenska-Pobell, S. XAS characterization of gold nanoclusters formed by cells and S-layer sheets of B. sphaericus JG-A12. Annual Report Forschungszentrum Rossendorf – Institute for Radiochemistry. , (2005).
- Jankowski, U., Merroun, M. L., Selenska-Pobell, S., Fahmy, K. S-Layer protein from Lysinibacillus sphaericus. JG-A12 as matrix for Au III sorption and Au-nanoparticle formation. Spectroscopy. 24 (1), 177-181 (2010).
- Selenska-Pobell, S., et al. Magnetic Au nanoparticles on archaeal S-Layer ghosts as templates. Nanomater. nanotechnol. 1 (2), 8-16 (2011).
- Caruso, F., Furlong, D. N., Kingshott, P. Characterization of ferritin adsorption onto gold. J. Colloid Interface Sci. 186 (1), 129-140 (1997).
- Ward, M. D., Buttry, D. A. In situ interfacial mass detection with piezoelectric transducers. Science. 249 (4972), 1000-1007 (1990).
- Höök, F., et al. Variations in coupled water, viscoelastic properties, and film thickness of a Mefp-1 protein film during adsorption and cross-linking: A quartz crystal microbalance with dissipation monitoring, ellipsometry, and surface plasmon resonance study. Anal. Chem. 73 (24), 5796-5804 (2001).
- Wahl, R. . Reguläre bakterielle Zellhüllenproteine als biomolekulares Templat. , (2003).
- Jennings, T., Strouse, G. . Past, present, and future of gold nanoparticles in Bio-Applications of Nanoparticles. , 34-47 (2007).
- Beveridge, T., Fyfe, W. Metal fixation by bacterial cell walls. Can. J. Earth Sci. 22 (12), 1893-1898 (1985).
