현장 양극 다 박테리아를 풍부 하 게 각자 서 있는 전기 설정

Summary

현장 미생물 농축 또는 제자리에서 재배 기술을 낮은 바이오 매스 geochemically 극단적인 환경에서 특히 어려운 문화 미생물 taxa의 절연 용이 하 게 수 있습니다. 여기, extracellular 전자 전송 (동유럽 표준시) 수 있는 미생물 긴장을 풍부 하 게 하는 외부 전원 공급 장치를 사용 하지 않고 전기 설정을 설명 합니다.

Abstract

혐 기성 호흡 전자 수송 불용 성 미네랄 (extracellular 전자 전송 [동유럽 표준시] 라고도 함)와 결합 하 여 미생물 에너지 생산 및 많은 표면 환경, 특히 지 속성에 대 한 중요 한 것으로 생각 됩니다. 부족 한 가용 터미널 전자 수락자. 동유럽 표준시 가능한 미생물 성공적으로 다양 한 환경 으로부터 격리 되어, 동유럽 표준시 수 있는 박테리아의 다양성은 아직도 제대로 이해 하 고, 특히 어려운 샘플, 낮은 에너지 또는 많은 표면 같은 극한 환경 생태계입니다. 여기, 우리는 양극을 사용 하 여 호흡기 터미널 전자 수락자로 동유럽 표준시 가능한 박테리아를 풍부 하 게 현장 전기 시스템을 설명 합니다. 이 양극 음극 abiotic 산소 감소 catalyzing의 능력에 연결 된다. 전극 전위를 찾아내지를 potentiostat 사용 하는 electrocultivation 방법으로이 접근을 비교, 2 전극 시스템 외부 전원이 필요 하지 않습니다. 우리는 우리의 사이트 농축 삼목, 북부 캘리포니아에서 지상파 serpentinization 사이트에서 알칼리 연못에 활용의 예 제시. 미네랄 감소 박테리아 배양에 이전 시도 실패 했다, 어떤은이 사이트의 낮은 바이오 매스 자연 또는 금속 미생물 감소의 낮은 상대적 풍요로 움으로 인해 가능성이. 우리의 2 전극 농축을 구현 하기 전에 우리는 용 존된 산소 농도의 수직 프로 파일 측정. 탄소를 우리가이 양극, 백 금 도금 탄소 음극 혐 기성 및 호 기성을 지 원하는 것이 깊이에서 처리 하 고, 각각 느꼈다 느꼈다. 현장 보육, 다음 우리는 또한 실험실에서 양극 전극 농축 하 고 표면 부착에 비해 뚜렷한 미생물 지역 사회 또는 biofilm 지역 사회는 삼목에서 일반적으로 관찰을 확인 합니다. 이후이 농축은 첫 번째 electrogenic 미생물의 분리에는 삼목에서 지도 했다. 현장 미생물 농축의이 방법은 크게 낮은 바이오 매스에서 또는 샘플 서식 하기 어려운 동유럽 표준시 가능한 세균의 분리를 향상 시킬 가능성이 있다.

Introduction

여러 미네랄 감소 미생물 고체 상 미네랄 터미널 전자 수락자로 이용 하 전자 산화 환 원 효소¹통해 세포의 외면에 실시 하는 extracellular 전자 전송 (동유럽 표준시) 프로세스에 의해 표시 되었습니다. 동유럽 표준시는 중요 하다, 뿐만 아니라 미생물-미네랄 프로세스 또한 적용 된 에너지 및 환경 기술, 미생물 연료 전지², 전극 합성³, bioremediation⁴등. 새로운 동유럽 표준시 가능한 박테리아는 높게 수요가 많다, 그리고⁵근본적인 또는 적용 관점 광범위 하 게 연구 되었습니다. 그러나, 우리만이 박테리아의 생태 또는 생물 지구 화학적 중요성에 대 한 통찰력을 제한 했다. 동유럽 표준시 가능한 미생물의 대부분 고립 된 농축 물, 앙금, 또는 혐 기성 digesters 실험실^6, 에서 MnO₂, Fe₂O₃ 등 태세 전극 고체 전자 수락자를 사용 하 여 다음과 같은 되었습니다. ^{7 , 그러나 8}., 이러한 방법은 종종 비슷한 컨소시엄 생산과 잠재적으로 낮은 에너지 또는 낮은 바이오 매스 시스템, 바이어스 랩 또는 axenic 문화 환경⁹ 에 적응 하는 이러한 미생물의 능력을 지배 수 있습니다 더 민감한 taxa를 그리 워 . 일반적으로 낮은 바이오 매스 환경, 사이트에서 물의 세균성 세포를 집중 필터링 됩니다. 그러나, 동유럽 표준시 가능한 박테리아 종종 전시 혐 기성 물질 대사 및 산소 노출을 더 억제 하거나 그들의 재배 방지 따라서. 산소에 노출 하지 않고 셀을 집중 대체 현장 방법론 동유럽 표준시 가능한 세균의 분리를 용이 하 게 수 있습니다. 여기, 우리는 외부의 파워 소스에 대 한 필요 없이 시간의 긴 기간 동안 동유럽 표준시 가능한 미생물을 풍부 하 게 현장 전기 기술에 대 한 설치 정보를 보고 합니다.

북부 캘리포니아, 삼목¹⁰에서 높은 알칼리 온천에서 우리의 electrocultivation 실험을 사용 하 여이 현장 전기 화학 기술을 설명 합니다. 삼목에서 스프링의 지구 화학은 표면에 serpentinization에 의해 영향을. 봄은 매우 감소, 산소 농도 검출이 기능적으로 무산 소 환경¹¹동유럽 표준시 통해 미생물 에너지 생산을 위한 잠재력을 강조 하는 공기 물 인터페이스에서의 제한. 그러나, (16S rRNA 또는 Metagenomic 분석)에 삼목에서 동유럽 표준시 가능한 미생물을 지 원하는 증거가 있다. 비록이 환경 전자 수락자, 터미널 전자 수락자, 베어링 (즉, serpentinization에 기인 하는 미네랄 철 분 등 미네랄을 포함 하 여 불용 성 미네랄을 사용 하 여에 대 한 잠재력으로 특징 되었습니다 자 철 광), 광범위 하 게 조사¹²되지 않았습니다. 우리는, 따라서, 캠프장 봄, 삼목, 동유럽 표준시 가능한 미생물 (그림1)¹³풍부 하에 높은 산도 봄에 우리의 전기 화학 시스템 배포.

Protocol

1. 환경 부 화에 대 한 2 전극 시스템 구축 양극 재료의 준비와 처리 탄소 전극 (그림 2)을 느꼈다. 잘라 원하는 바이오 매스 농축에 따라 동일한 치수를 생각 하는 탄소. 30 분 동안 90% 에탄올에 각 전극을 담가 다음 씻어 8 시간 이상 각 린스 후 1 분 동안 sonicating 이온된 물. 두 번 최소 각 세척에 대 한 12 h 교 반 1 M HCl에에서 전극 세척. <…

Representative Results

현재 생산은 그림 3와 같이 전압 데이터로 거를 사용 하 여 약 3 개월간 성공적으로 측정 되었다. 이 이번 봄, 때문에 강한가 비가 봄을 영향을 미치는 대 한 가장 긴 안정적인 잠복기로 선정 되었다. 짧은 기간 장기간 바이오 매스의 강한 농축을 제공할 수 있지만, 충분 한 수 있습니다. 우리는 전기 부 화 후 2 전극 시스템의 연결을 확인 하 고 시스템?…

Discussion

기술된 연구에 우리는 현재 생산 현장에서 함께 연결 된 미생물 컨소시엄의 농축을 보여줍니다. 현재 지원 미생물 활동에이 시스템에 짧고 긴 시간 동안 관찰 된 패턴 확장 됩니다. 기능 2-전극 (연료 전지 타입) 시스템 구축을 위한 중요 한 단계는 식별 이며 안정적인 물 수준 위치와 환경에 있는 산소 농도 활용 하 여. 음극 양극 혐 기성 조건 하에서 유지 되 고 전극 전위차 동유럽 표준시 ?…

Materials

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