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.
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.
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.
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 pota…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |