Microbiologically प्रेरित केल्साइट वर्षा द्वारा मध्यस्थता<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
यहां जांच के तहत विशेष रूप से जीवाणु (एस pasteurii) स्वाभाविक रूप से एक एंजाइम urease के स्राव के माध्यम से वातावरण होने वाली यूरिया (ureolysis) की hydrolysis के लिए प्रेरित करने की क्षमता में अद्वितीय है, सही परिस्थितियों में। ureolysis की यह प्रक्रिया, रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से, कैल्शियम कार्बोनेट अवक्षेप के गठन की ओर जाता है। इस microbiologically प्रेरित केल्साइट वर्षा (MICP) के रूप में जाना जाता है। MICP के लिए उचित संस्कृति प्रोटोकॉल यहाँ विस्तृत रहे हैं। अंत में, माइक्रोस्कोपी के विभिन्न साधनों के तहत दृश्य प्रयोगों वर्षा की प्रक्रिया के विभिन्न पहलुओं को समझने के लिए प्रदर्शन किया गया। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी तरह की तकनीक, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) और एक्स-रे फोटो-इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) रासायनिक अंत उत्पाद को चिह्नित करने के लिए कार्यरत थे। इसके अलावा, रोकना एक प्राकृतिक झरझरा मध्यम अंदर pores इन अवक्षेप की क्षमता एक गुणात्मक प्रयोग जहां स्पंज के माध्यम से प्रदर्शन किया गयासलाखों के तराजू लंबाई की एक सीमा के साथ एक ताकना नेटवर्क नकल करने के लिए इस्तेमाल किया गया। एक स्पंज बार संस्कृति बैक्टीरियल कोशिकाओं से युक्त मध्यम में डूबा अपने pores रासायनिक वर्षा की सतत प्रक्रिया से उत्पन्न के clogging के कारण मज़बूत बनाता है। यह कठोर स्पंज बार बेहतर ताकत को दर्शाती है जब, एक नियंत्रण स्पंज बार जो संकुचित और एक आवेदन बाहरी लोड की कार्रवाई के तहत निचोड़ा हो जाता है की तुलना करते हुए कठोर बार थोड़ा विरूपण के साथ एक ही वजन का समर्थन करने में सक्षम है।
Introduction
Sporosarcina pasteurii एक ग्राम पॉजिटिव जीवाणु अत्यधिक क्षारीय वातावरण (पीएच ~ 10) 1 में जीवित करने में सक्षम है और बैक्टीरियल प्रजातियों कि एक घटना microbiologically प्रेरित केल्साइट वर्षा (MICP) 2-4 बुलाया के एक प्रेरणा का एजेंट बन सकता है में से एक है। MICP एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें कैल्शियम कार्बोनेट की वर्षा उपयुक्त पर्यावरणीय परिस्थितियों में निश्चित रोगाणुओं से प्रेरित है है। एस pasteurii कुछ शर्तों के तहत MICP के महत्वपूर्ण मात्रा में उत्प्रेरण के लिए एक संभावित एजेंट के रूप में अपनी पहचान के कारण हाल के वर्षों में महत्वपूर्ण हो गया है। इस बात की संभावना है कि इस तथ्य से उपजा एस pasteurii एंजाइम urease की प्रचुर मात्रा में स्रावित करने की अद्वितीय क्षमता है। इस एंजाइम, एक उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है एक त्वरित पानी के अणुओं की उपस्थिति में यूरिया की सेल (व्यापक और प्रचुर मात्रा में आपूर्ति के साथ एक स्वाभाविक रूप से जैव रासायनिक यौगिक) को बढ़ावा देने। प्रतिक्रियाओं का एक झरना है, इस प्रक्रिया के माध्यम से परमLy नकारात्मक आरोप लगाया कार्बोनेट आयनों की पीढ़ी के लिए होता है। इन आयनों, बारी में, कैल्शियम जैसे सकारात्मक धातु आयनों अंत में कैल्शियम कार्बोनेट (केल्साइट) के अवक्षेप के लिए फार्म के साथ प्रतिक्रिया; इसलिए लेबल MICP 5-9।
MICP की प्रक्रिया ज्ञात किया गया है और कई दशकों के अध्ययन के लिए 10,11। पिछले कुछ वर्षों में, MICP इंजीनियरिंग और बॉटम-अप हरी निर्माण 12, बड़े पैमाने पर संरचनाओं 13,14 और कार्बन ज़ब्ती और भंडारण 15,16 की वृद्धि सहित पर्यावरण आवेदनों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए जांच की गई है।
उदाहरण के लिए, Cunnigham 17 एट। अल एक उच्च दबाव मध्यम तापमान प्रवाह एक Berea बलुआ पत्थर कोर युक्त रिएक्टर बनाया गया है। रिएक्टर बैक्टीरिया एस के साथ inoculated किया गया था fridgidimarina और उच्च दबाव सुपर कार्बन डाइऑक्साइड इंजेक्शन, ताकना खंड के अंदर बायोमास का एक विशाल संचय की शर्तों के तहतumes मनाया गया था, जो पारगम्यता में अधिक से अधिक 95% की कमी करने के लिए नेतृत्व किया। Jonkers और Schlangen 18 कंक्रीट में आत्म चिकित्सा की प्रक्रिया पर बैक्टीरिया की कुछ विशेष नस्लों के प्रभाव का अध्ययन किया। सतह छिद्रों के माध्यम से प्रवेश करने ताकना नेटवर्क में ले जाया बाहरी पानी निष्क्रिय बैक्टीरिया है जो बदले में MICP के माध्यम से संरचनात्मक ताकत मदद को सक्रिय करने की उम्मीद है। Tobler 19 एट अल। एस के ureolytic गतिविधि की तुलना में है बड़े पैमाने पर MCIP पक्ष की शर्तों के तहत एक स्वदेशी भूजल ureolytic सूक्ष्म जगत के साथ pasteurii और पाया कि एस pasteurii भी जब स्वदेशी समुदायों से पहले urease गतिविधि का अभाव केल्साइट वर्षा में सुधार करने के लिए एक सुसंगत क्षमता है। Mortensen 20 et.al मिट्टी के प्रकार, अमोनियम क्लोराइड, लवणता, ऑक्सीजन एकाग्रता और MICP पर कोशिकाओं के सेल की एकाग्रता जैसे बाह्य कारकों के प्रभाव का अध्ययन किया है। उनके प्रदर्शन है कि जैविक उपचार प्रक्रिया resp के साथ बहुत मजबूत हैपैरामीटर अंतरिक्ष में एक व्यापक बदलाव के लिए ect विभिन्न बड़े पैमाने पर remediation एक उचित संवर्धन प्रक्रिया बैक्टीरिया सुदृढ़ करने के लिए किया जाता है प्रदान की अनुप्रयोगों के लिए इस प्रक्रिया की फिटनेस substantiates। फिलिप्स 21 एट। अल एस के साथ इंजेक्शन लगने के बाद पारगम्यता और एक रेत स्तंभ और एक बलुआ पत्थर कोर की ताकत में परिवर्तन का अध्ययन करने के प्रयोगों के लिए बनाया गया pasteurii संस्कृतियों। उन्होंने पाया कि जब पारगम्यता में कमी आई 2 – 4 बार जबकि फ्रैक्चर ताकत में तीन गुना वृद्धि हुई है।
एस pasteurii और MICP में अपनी भूमिका सक्रिय अनुसंधान और रासायनिक वर्षा के तंत्र से संबंधित कई मुद्दों के विषयों अभी भी पूरी तरह से समझ नहीं रहे हैं। इस के प्रकाश में, यह लगातार मानकीकृत प्रोटोकॉल का एक सेट के लिए सही करने के लिए संस्कृति एस का एक उपयुक्त समृद्ध शेयर होना बहुत जरूरी है MICP प्राप्त करने के लिए pasteurii। यहाँ, हम एक कठोर प्रोटोकॉल है कि repeatability और reproducibility सुनिश्चित करेगा रूपरेखा। इस एमएnuscript एस संवर्धन के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल का वर्णन pasteurii और उपयुक्त वर्षा प्रेरित करने के लिए संस्कृति के माध्यम से समृद्ध। प्रक्रिया जैसे ऑप्टिकल और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) और एक्स-रे फोटो-इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) के रूप में विभिन्न सूक्ष्म तकनीक के माध्यम से जांच की है। पांडुलिपि का ध्यान केंद्रित MICP की प्रक्रिया चल रही है। SEM और एस की तरह प्रक्रियाओं, किया जा रहा है अच्छी तरह से स्थापित मानक प्रोटोकॉल, अलग से वर्णित नहीं कर रहे हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
महत्वपूर्ण कदम: इस पांडुलिपि में विस्तार से एस का एक व्यावहारिक नमूना संवर्धन के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन pasteurii। एक बार जब संस्कृति सज गया है, यह उपयुक्त रूप से समृद्ध किया जाना चाहिए। यह एक म?…
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
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