Mikrobiyolojik Kalsit Yağış Bağlı tarafından Aracılı<em> Sporosarcina pasteurii</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
Burada soruşturma kapsamında, özellikle bakteri (S. pasteurii) doğal bir enzim üreaz salgılama yoluyla ortamlarda meydana gelen üre (ureolysis) hidrolizini uyardığı, doğru koşullar altında, kendi yeteneği eşsizdir. ureolysis bu işlem olup, kimyasal reaksiyonlar zinciri yoluyla, kalsiyum karbonat çökeltilerinin oluşmasına neden olur. Bu Mikrobiyolojik Kaynaklı Kalsit Yağış (MICP) olarak da bilinir. MICP için uygun kültür protokolleri burada ayrıntılı. Son olarak, mikroskopi farklı mod altında görselleştirme deneyleri yağış sürecinin çeşitli yönlerini anlamak için yapılmıştır. optik mikroskop gibi teknikleri, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve X-Işını Foto elektron spektroskopisi (XPS) kimyasal olarak son ürünü karakterize etmek için kullanılmıştır. Dahası, doğal gözenekli ortamın içinde gözeneklerini tıkar bu çökeltilerin yeteneği nerede sünger niteliksel bir deney yoluyla gösterilmiştirçubuklar uzunluk ölçekleri bir dizi olan bir gözenek ağı taklit etmek için kullanıldı. bakteriyel hücreler ihtiva eden kültür ortamı içinde daldırma bir sünger çubuğu nedeniyle kimyasal çöktürme sürekli işlemle elde edilen gözeneklerinin tıkanması sertleşir. sertleştirilmiş çubuk küçük deformasyon ile aynı ağırlığı desteklemek mümkün iken, sıkıştırılmış ve uygulanan bir dış yük altında sıkılmış olur bir kontrol sünger bar karşılaştırıldığında bu sertleştirilmiş sünger çubuk üstün güç sergiler.
Introduction
Sporosarcina pasteurii yüksek alkali ortamlarda (pH ~ 10) 1 hayatta mümkün gram pozitif bir bakteridir ve (MICP) 2-4 Mikrobiyolojik Kaynaklı Kalsit Yağış adında bir fenomenin bir etkeni olabilir bakteri türlerinden biridir. MICP kalsiyum karbonat çökelmesi uygun çevre koşulları altında, belirli mikropların neden olduğu bir işlemdir. S. pasteurii nedeniyle belirli koşullar altında MICP önemli miktarlarda uyarılması için olası bir ajan olarak tanımlanması son yıllarda önem kazanmıştır. Bu olasılık aslında kaynaklanıyor S. pasteurii üreaz enzimi bol miktarda salgılar eşsiz bir yeteneği vardır. Bu enzim, su moleküllerinin varlığında, üre hızlandırılmış bir lizis (yaygın ve bol kaynağı ile doğal olarak meydana gelen biyokimyasal bileşiği) teşvik bir katalizör olarak hareket eder. reaksiyon kaskadı, bu işlem nihai sayesindely negatif yüklü karbonat iyonlarının oluşmasına sebep olur. Bu iyonlar, sırayla, son olarak da, kalsiyum karbonat (kalsit) çökeltilerinin oluşturmak üzere kalsiyum gibi artı yüklü metal iyonları ile reaksiyona; dolayısıyla etiket MICP 5-9.
MICP süreci birkaç on 10,11 bilinen ve incelenmiştir. Geçtiğimiz birkaç yıl içinde, MICP mühendislik ve aşağıdan yukarıya yeşil inşaat 12, büyük ölçekli yapıların 13,14 ve karbon tutumu ve depolanması 15,16 artırılması da dahil olmak üzere çevresel geniş bir uygulama yelpazesi için incelenmiştir.
Örneğin, Cunnigham 17 ve. Al bir Berea kumtaşı çekirdek ihtiva eden yüksek basınçlı bir uygun sıcaklık akış reaktörü tasarlanmıştır. Reaktör bakteri S ile aşılandı fridgidimarina ve yüksek basınçlı süper kritik karbon dioksit, enjeksiyon, gözenek hacim içinde biyokütle büyük birikim koşullarındaumes geçirgenliği fazla% 95 azalmaya yol olan gözlenmiştir. Jonkers ve Schlangen 18 betonda kendi kendini iyileştirme sürecine bakteri bazı özel suşları etkisini incelediler. yüzey boşluklarının giren gözenekli bir şebeke taşınan Harici su da MICP ile yapısal mukavemet yardımcı atıl bakteri aktive etmesi bekleniyor. Tobler 19 ve diğ. S. ureolytic aktivitesini karşılaştırdık büyük ölçekli MCIP lehine koşullar altında yerli yeraltı suyu ureolytic mikrokozmos ile pasteurii ve bulundu S. pasteurii yerli topluluklar önce üreaz aktivitesini yoksun bile kalsit yağış artırmak için tutarlı bir yeteneği vardır. Mortensen 20 et.al toprak tipi, amonyum klorür, tuzluluk, oksijen konsantrasyonu ve MICP üzerindeki hücrelerin parçalanması konsantrasyonu gibi dış faktörlerin etkilerini inceledik. Biyolojik tedavi süreci resp ile çok sağlamdır Onların gösteriEKT parametre uzayında geniş bir varyasyon için üstlenilen bakterileri güçlendirmek için uygun bir zenginleştirme sürecini sağlanan çeşitli büyük ölçekli iyileştirme uygulamaları için bu sürecin uygunluk kanıtlar. Phillips 21 ve. El S. enjekte edildikten sonra bir kum sütun ve bir kumtaşı çekirdek geçirgenliği ve gücü değişiklikleri incelemek için deneyler tasarlanmıştır pasteurii kültürler. kırılma mukavemeti üç kez artarken 4 kez – Onlar geçirgenlik 2 azalırken bulundu.
S. pasteurii ve MICP rolü aktif bir araştırma ve kimyasal çökelme mekanizması ile ilgili çeşitli konularda konu hala tam olarak anlaşılmış değildir vardır. Bunun ışığında, kadar doğru bir kültür S. uygun bir zenginleştirilmiş stok tutarlı standart protokoller bir dizi olması çok önemlidir MICP elde pasteurii. Burada, tekrarlanabilirlik ve yeniden sağlayacak titiz bir protokol özetlemektedir. bu manuscript S. kültür ayrıntılı protokollerini anlatır pasteurii ve uygun çökelmesine neden olmak için bir kültür ortamı zenginleştirmek. süreç optik ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-Işını Foto elektron Spektroskopisi (XPS) gibi çeşitli mikroskobik teknikler sayesinde incelenmiştir. Yazının odak noktası MICP süreci üzerinde olduğunu. köklü standart protokolleri olmak SEM ve SIMS gibi prosedürleri, ayrı ayrı tarif edilmez.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritik Adımlar: Bu yazının S. uygulanabilir bir örneğini kültürü için detaylı protokolleri açıklar pasteurii. Kültür hazırlandılar sonra, uygun olarak zenginleştirilmiş olmalıdır. Uygun kimyasal ortamı sağlamak için bir başarısızlık ya çok uzun zaman ölçekleri yağış veya bunun tam eksikliği yol açar, çünkü bu deney başarısı için çok önemli bir adımdır. S. pasteurii birkaç dış ajanslar oldukça duyarlıdır ve biyokimyasal sağla…
Disclosures
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 |
References
- Gibson, T. An investigation of the Bacillus pasteurii group. Journal of Bacteriology. 28, 491-502 (1934).
- Greenfield, L. J. Metabolism and concentration of calcium and magnesium and precipitation of calcium carbonate by a marine bacterium. Annals of the New York Academy of Sciences. 109, 23-45 (1963).
- Phillips, A. J. Engineered applications of ureolytic biomineralization: a review. Biofouling. 29, 715-733 (2013).
- Dhami, N. K., et al. Biomineralization of calcium carbonates and their engineered applications: a review. Frontiers in microbiology. 4, 314 (2013).
- Cuthbert, M. O., et al. Controls on the rate of ureolysis and the morphology of carbonate precipitated by S. Pasteurii biofilms and limits due to bacterial encapsulation. Ecological Engineering. 41, 32-40 (2012).
- Okwadha, G. D., et al. Optimum conditions for microbial carbonate precipitation. Chemosphere. 81, 1143-1148 (2010).
- Stocks-Fischer, S., et al. Microbiological precipitation of CaCO3. Soil Biology and Biochemistry. 31, 1563-1571 (1999).
- Lauchnor, E. G., et al. Bacterially induced calcium carbonate precipitation and strontium coprecipitation in a porous media flow system. Environmental science & technology. 47, 1557-1564 (2013).
- Al Qabany, A., et al. Factors Affecting Efficiency of Microbially Induced Calcite Precipitation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 138, 992-1001 (2012).
- Morita, R. Y. Calcite precipitation by marine bacteria. Geomicrobiology Journal. 2, 63-82 (2009).
- Chafetz, H. S. Marine peloids: A product of bacterially induced carbonate precipitation. Journal of Sedimentary Petrology. 56, 812-817 (1986).
- Whiffin, V. S. . Microbial CaCO3 precipitation for the production of biocement. , (2004).
- Paassen, L. A., et al. Scale up of BioGrout: a biological ground reinforcement method. Proceedings of the 17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. , 2328-2333 (2009).
- Cunningham, A. B., et al. Microbially enhanced geologic containment of sequestered supercritical CO2. Energy Procedia. 1, 3245-3252 (2009).
- Mitchell, A. C., et al. Biofilm enhanced geologic sequestration of supercritical CO2. International Journal of Greenhouse Gas Control. 3, 90-99 (2009).
- Cunningham, A. B., et al. Reducing the risk of well bore leakage of CO2 using engineered biomineralization barriers. Energy Procedia. 4, 5178-5185 (2011).
- Jonkers, H. M., et al. Application of bacteria as self-healing agent for the development of sustainable concrete. Ecological Engineering. 36, 230-235 (2010).
- Tobler, D. J., et al. Transport of Sporosarcina pasteurii in sandstone and its significance for subsurface engineering technologies. Applied Geochemistry. 42, 38-44 (2014).
- Mortensen, B. M., et al. Effects of environmental factors on microbial induced calcium carbonate precipitation. Journal of applied microbiology. 111, 338-349 (2011).
- Phillips, A. J., et al. Potential CO2 leakage reduction through biofilm-induced calcium carbonate precipitation. Environmental science & technology. 47, 142-149 (2013).
- vander Heide, P. . X-ray Photoelectron Spectroscopy: An introduction to Principles and Practices. , (2011).
- Wiley, W. R., et al. Requirement of an alkaline pH and ammonia for substrate oxidation by Bacillus pasteurii. Journal of Bacteriology. 84, (1962).
- Tagliaferri, F., et al. Observing strain localisation processes in bio-cemented sand using x-ray imaging. Granular Matter. 13, 247-250 (2011).
- Kumar, A., et al. Microscale confinement features can affect biofilm formation. Microfluidics and Nanofluidics. 14, 895-902 (2012).
- Valiei, A., et al. A web of streamers: biofilm formation in a porous microfluidic device. Lab on a chip. 12, 5133-5137 (2012).
- . LIVE/DEAD Bacterial Viability kit, Two-color bacterial viability assay Available from: https://tools.lifetechnologies.com/content/sfs/manuals/mp07007.pdf (2004)
