Au-Samspill Slp1 Polymers og ett lag fra<em> Lysinibacillus sphaericus</em> JG-B53 - QCM-D, ICP-MS og AFM som Verktøy for biomolekyl-metall Studies
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
På grunn av den økende bruken av gull i flere applikasjoner som elektronikk, katalysatorer, biosensorer, eller medisinske instrumenter, har etterspørselen av dette edelt metall vokst de siste par års tid 6-9. Gull samt mange andre edle og tungmetaller slippes ut i miljøet via industrielle utslipp i fortynnede konsentrasjoner, gjennom gruvevirksomhet, og avfallshåndtering 7,8,10, selv om de fleste miljøforurensning av tunge eller edle metaller er en pågående prosess hovedsakelig forårsaket av teknologiske aktiviteter. Dette fører til en betydelig innblanding av naturlige økosystemer og potensielt kan true menneskers helse 9. Kjenner disse negative utfall fremmer jakten på nye teknikker for å fjerne metaller fra forurensede økosystemer og forbedringer i resirkulering metaller fra industrielt avløpsvann. Veletablerte fysikalsk-kjemiske metoder som utfelling eller ionebytting ikke er så effektiv, særlig i høyly utvannet løsninger 7,8,11. Biosorption, enten med levende eller død biomasse, er et attraktivt alternativ for rensing av avløpsvann 10,12. Bruken av slike biologiske materialer kan redusere forbruket av giftige kjemikalier. Mange mikroorganismer er blitt beskrevet til å akkumulere eller immobilisere metaller. For eksempel kan celler av Lysinibacillus sphaericus (L. sphaericus) JG-A12 er vist en høy bindingskapasitet for edle metaller, for eksempel, Pd (II), Pt (II), Au (III), og andre giftige metaller som Pb (II) eller U (VI) 4,13, celler av Bacillus megaterium for Cr (VI) 14, celler av Saccharomyces cerevisiae på Pt (II) og Pd (II) 15, og Chlorella vulgær for Au (III) og U (VI) 16 , 17. Bindingen av foregående metaller som Au (III), Pd (II), og Pt (II) har også blitt rapportert for Desulfovibrio desulfuricans 18 og for L. sphaericus JG-B53 19,20. Likevel, ikke all mikrober binde store mengder metaller og deres søknad som sorptive materialet er begrenset 12,21. Videre metall bindingsevne avhenger av forskjellige parametre, f.eks celle sammensetning, den brukes bio-komponent, eller miljømessige og eksperimentelle forhold (pH, ionestyrke, temperatur etc.). Studiet av isolerte celleveggfragmenter 22,23, som membranlipider, peptidoglykan, proteiner eller andre komponenter, hjelper til å forstå den metallbindende prosessene komplekse konstruerte hele celler 8,21.
Cellekomponenter fokusert på i denne studien er S-lags proteiner. S-lag protein er en del av den ytre celleveggen av mange bakterier og archaea, og de utgjør ca 15 – 20% av den totale proteinmasse i disse organismer. Som det første grensesnittet til omgivelsene, disse celle forbindelsene en sterk innvirkning på de bakterielle sorpsjons-egenskaper 3. S-lags proteiner med molekylvekter i området fra førtitil hundrevis av kDa produseres inne i cellen, men er montert utenfor der de er i stand til å danne sjikt på lipidmembraner eller polymere celleveggkomponenter. Når isolert, nesten alle S-lags proteiner har den iboende egenskap å spontant selv montere i suspensjon, på grensesnitt, eller på flater som danner plane eller tube-lignende strukturer 3. Tykkelsen av proteinet monolaget avhenger av bakterier, og er innenfor et område på 5 – 25-nm 24. Generelt kan de dannede S-lag protein strukturer har en skrå (p1 og p2), square (p4) eller sekskantet (p3 eller P6) symmetri med gitter-konstanter på 2,5 til 35 nm 3,24. Gitterdannelse synes å være i mange tilfeller avhengig av divalente kationer og hovedsakelig på Ca 2+ 25,26, Raff, J. et al. S-lag basert nanocomposites for industrielle applikasjoner i Protein-baserte Engineered nanostrukturer. (eds Tijana Z. Grove & Aitziber L. Cortajarena) (Springer, 2016 (innsendt)). Ikke desto mindre, den fullstendige reaksjonen kaskade av monomer folding, monomer-monomer interaksjon, dannelse av et gitter, og rollen til forskjellige metaller, spesielt divalente kationer så som Ca2 + og Mg2 +, er fortsatt ikke fullstendig forstått.
Den gram-positive belastning L. sphaericus JG-B53 (omdøpt fra Bacillus sphaericus etter ny fylogenetisk klassifikasjon) 27 ble isolert fra uran mining avfallet hoper "Haberland" (Johann, Sachsen, Tyskland) 4,28,29. Dets funksjonelle S-lag protein (Slp1) besitter en kvadratisk gitter, en molekylvekt på 116 kDa 30, og en tykkelse på 10 nm på ≈ levende bakterieceller 31. I tidligere studier, ble den in vitro dannelse av en lukket og stabil protein lag med en tykkelse på omtrent 10 nm oppnås på mindre enn 10 min 19. Den relaterte belastninger L. sphaericus JG-A12, også et isolat fra "Haber" haug, har høy metall-bindingskapasitet og dens isolerte S-lag protein har vist en høy kjemisk og mekanisk stabilitet og god absorpsjon prisene for edelmetaller som Au (III), Pt (II), og Pd (II) 4,32,33. Denne bindingen av edle metaller er mer eller mindre spesifikk for noen metaller, og er avhengig av tilgjengeligheten av funksjonelle grupper på den ytre og indre protein overflaten av polymeren og i dets porer, ionestyrke og pH-verdien. Aktuelle funksjonelle grupper for metall interaksjon med proteiner er COOH, NH2 -, OH-, PO 4 -, SO 4 – og SO. I prinsippet metallbindende kapasitet åpne et bredt spekter av applikasjoner, Raff, J. et al. S-lag basert nanocomposites for industrielle applikasjoner i Protein-baserte Engineered nanostrukturer. (eds Tijana Z. Grove & Aitziber L. Cortajarena) (Springer, 2016 (innsendt)). f.eks, som biosorptive komponenter for fjerning eller gjenvinningoppløste giftige eller verdifulle metaller, maler for syntese eller definert deponering av regelmessig strukturerte metalliske nanopartikler (NPS) for katalyse og andre bio-konstruerte materialer som bio-sensorisk lag 3,5,18,33. Jevnlig arrangert NP arrays som Au (0) -NPs kunne brukes til større applikasjoner som spenner fra molekylær elektronikk og biosensorer, ultrahøy tetthet lagringsenheter, og katalysatorer for CO-oksidasjon 34-37. Utviklingen av slike programmer og smart design av disse materialene krever en dypere forståelse av de underliggende metall bindende mekanismer.
En forutsetning for utviklingen av slike bio-baserte materialer er pålitelig gjennomføring av et grensesnittsjikt mellom biomolekylet og den tekniske overflaten 38,39. For eksempel, polyelektrolytter montert med lag-på-lag (LbL) 40,41 teknikken har blitt brukt som et grensesnittlag for omkrystallisering av S-lag protein 39 </sup>. Et slikt grensesnitt har en forholdsvis enkel måte å utføre den proteinbelegg på en reproduserbar og kvantitativ måte. Ved å utføre ulike eksperimenter med og uten endringer med selvklebende arrangører, er det mulig å lage uttalelser om belegg kinetikk, stabilitet lag og samspill av metaller med biomolekyler 19,42, Raff, J. et al. S-lag basert nanocomposites for industrielle applikasjoner i Protein-baserte Engineered nanostrukturer. (eds Tijana Z. Grove & Aitziber L. Cortajarena) (Springer, 2016 (innsendt)). Imidlertid er den komplekse mekanismen for protein adsorpsjon og protein-interaksjon overflate ikke er helt forstått. Spesielt informasjon om konformasjon, mønster orientering, og belegg tettheter er fortsatt savnet.
Kvartskrystall mikro med ødsling overvåking (QCM-D) teknikken har tiltrukket seg oppmerksomhet i de siste årene som et verktøy for å studere protein adsorpsjon, belegg kinetikk, og samhandling proprosesser på nanometerskala 19,43-45. Denne teknikken gjør det mulig for den detaljerte påvisning av masse adsorpsjon i sanntid, og kan benyttes som en indikator for proteinet selvsammen prosess og kobling av funksjonelle proteinmolekyler på gittere 19,20,42,46-48. I tillegg QCM-D-målinger åpne muligheten til å studere metall interaksjonsprosesser med det proteinholdige lag under naturlige biologiske forhold. I en fersk undersøkelse, samspillet av S-lag protein med utvalgte metaller som Eu (III), Au (III), Pd (II), og Pt (II) har blitt studert med QCM-D 19,20. Det adsorberte protein Laget kan tjene som en forenklet modell av en cellevegg av gram-positive bakterier. Studiet av denne enkeltkomponent kan bidra til en dypere forståelse av metall interaksjon. Men ikke utelukkende QCM-D eksperimenter ikke tillate uttalelser om overflatestrukturer og påvirkninger av metaller til protein. Andre teknikker er nødvendig for å oppnå slik informasjon. En poslighet for bildebehandling bio-nanostrukturer og innhente informasjon om strukturelle egenskaper er atomkraften mikroskopi (AFM).
Målet med den fremlagte studien var å undersøke sorpsjon av gull (Au (III) og Au (0) -NPs) til S-lag protein, spesielt Slp1 av L. sphaericus JG-B53. Forsøkene ble utført med proteiner suspendert i batch skala i et pH-område på 2,0 – 5,0 ved hjelp av ICP-MS og med immobiliserte S-lag ved hjelp av QCM-D. I tillegg, ble innflytelsen av metallsaltløsning på gitteret stabilitet undersøkt med påfølgende AFM studier. Kombinasjonen av disse teknikkene bidrar til en bedre forståelse av in vitro metall samhandlingsprosesser som et verktøy for å lære mer om forpliktende aktiviteter hele bakterieceller om konkrete metall slektskap. Denne kunnskapen er ikke bare avgjørende for utviklingen av gjeldende filtermaterialer for utvinning av metaller for miljøvern og bevaring av rekilder 49, men også for utvikling av matriser av svært bestilt metalliske NPs for ulike tekniske applikasjoner.
Protocol
Representative Results
Discussion
I dette arbeidet studert binding av Au til S-lag protein ble undersøkt ved hjelp av en kombinasjon av forskjellige analytiske metoder. Spesielt binding av Au er meget attraktivt, ikke bare for utvinning av Au fra gruvedrift farvann eller prosessløsninger, men også for bygging av materialer, f.eks sensoriske overflater. For undersøkelser av Au interaksjons (Au (III) og Au (0) -NPs) med suspenderte og omkrystallisert monolag av Slp1, hadde proteinet som skal isoleres. Derfor, har denne undersøkelsen viste de…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble delvis finansiert av IGF-prosjektet "S-Sieve" (490 ZBG / 1) finansiert av BMWi og BMBF-prosjektet "Aptasens" (BMBF / DLR 01RB0805A). Spesiell takk til Tobias J. Günther for hans verdifull hjelp under AFM studier og til Erik V. Johnstone for å lese manuskriptet som har engelsk som morsmål. Videre vil forfatteren av denne artikkelen takke Aline Ritter og Sabrina Gurlit (fra Institutt for Resource Ecology for bistand i ICP-MS-målinger), Manja Vogel, Nancy Unger, Karen E. Viacava og gruppen bioteknologi av Helmholtz-instituttet Freiberg for Resource Technology.
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).
