미생물 학적으로 방해석 강수량 유도에 의해 중재<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
여기에서 조사중인 특정 세균 (S.의 pasteurii)는 자연 효소 분해 효소의 분비를 통해 환경을 발생에 요소 (ureolysis)의 가수 분해를 유도하기 위해, 오른쪽 조건, 능력에 고유합니다. ureolysis이 과정은 화학 반응의 체인을 통해, 탄산 칼슘 침전물의 형성을 이끈다. 이것은 미생물 학적 유도 방해석 강수량 (MICP)로 알려져있다. MICP에 대한 적절한 배양 프로토콜은 여기에 자세히 설명되어 있습니다. 마지막으로, 현미경의 다양한 모드 하에서 가시화 실험은 침전 과정의 다양한 양상을 이해하기 위해 수행 하였다. 광학 현미경과 같은 기술은, 주사 전자 현미경 (SEM) 및 X 선 사진 전자 분광법 (XPS)을 화학적으로 최종 제품의 특성을 이용 하였다. 또한, 천연 다공성 매질의 내부에 기공이 막히게하는 석출물의 능력은 어디 스폰지 질적 실험을 통해 증명되었다막대는 길이 스케일의 범위의 기공 망을 모방 하였다. 균체를 함유하는 배양액에 침지 스폰지 바 인해 화학적 침전의 연속 공정에서 얻어진 그 기공의 막힘 경화. 경화 된 바 거의 변형과 동일한 중량을지지 할 수있는 반면, 압축 및인가되는 외력의 작용에 의해 압착된다 제어 스폰지 바 비교했을 때 강화 된 스폰지 바는 우수한 강도를 나타낸다.
Introduction
Sporosarcina pasteurii이 높은 알칼리성 환경 (pH를 ~ 10) 1 살아남을 수 그람 양성 세균과 (MICP) 2-4 미생물 학적 유도 방해석 강수량라는 현상의 원인 물질이 될 수있는 박테리아 종 중 하나입니다. MICP 탄산 칼슘의 침전은 적합한 환경 조건 하에서 특정 미생물에 의해 유발되는 것을 특징으로하는 공정이다. S. pasteurii 인해 특정 조건에서 MICP의 상당한 볼륨을 유도 가능한 에이전트로의 식별에 최근 몇 년 동안 중요성을 가정하고있다. 이러한 가능성은 사실에서 유래하는 S. pasteurii는 효소 분해 효소의 풍부한 양을 분비하는 고유 한 기능이 있습니다. 이 효소는 물 분자의 존재 하에서 우레아 가속 분해 (광범위하고 풍부한 공급 천연 생화학 화합물)을 촉진하는 촉매로서 작용한다. 반응의 폭포,이 과정 궁극적 통해LY는 음전하 탄산염 이온의 발생을 이끈다. 이러한 이온 차례로 마지막 탄산 칼슘 (방해석)의 침전물을 형성하는 양의 칼슘 등의 금속 이온과 반응; 따라서 라벨 MICP 5-9.
MICP 과정은 수십 10,11 알려져 및 연구되어왔다. 지난 몇 년간, MICP 엔지니어링 상향식 녹색 건설 12 대규모 구조 (13, 14) 및 탄소 제거 및 스토리지 (15, 16)의 개선을 포함하여 환경 광범위한 애플리케이션에 대해 조사되었다.
예를 들어, Cunnigham 동부 표준시 01시 07분. 알은 베레 사암 코어를 포함하는 고압 적당한 온도 유동 반응기를 설계 하였다. 반응기 세균 S. 접종시켰다 fridgidimarina 고압의 초 임계 이산화탄소를 주입, 세공 용적 내부 미생물의 대량 축적의 조건 하에서을 메은 투과성이 95 % 이상 감소되었다하는 관찰되었다. Jonkers 및 슐 랑겐 (18)는 콘크리트의 자기 치유 과정에 대한 박테리아의 특수한 변형의 효과를 연구 하였다. 표면의 기공을 통해 입력 기공 네트워크로 전송 외부 물은 다시 MICP를 통해 구조 강도 도움이 휴면 박테리아를 활성화 할 것으로 예상된다. TOBLER (19) 등. S. ureolytic의 활성을 비교 한 대규모 MCIP를 선호하는 조건에서 원주민 지하수 ureolytic의 소우주로 pasteurii 것을 발견 S. pasteurii은 토착 공동체 전에 분해 효소 활동이 부족하더라도 방해석의 침전을 개선하기 위해 일관성있는 기능이 있습니다. MORTENSEN 20 et.al 토양 종류, 염화 암모늄, 염분 농도, 산소 농도 및 MICP에 세포의 용해 농도 등 외부 요인의 영향을 연구 하였다. 생물학적 처리 공정 RESP 매우 강력한 그들의 데모요법 파라미터 공간에서 넓은 변동이 수행되는 박테리아를 강화 적절한 농축 과정을 제공하는 다양한 대규모 교정 애플리케이션이 프로세스의 적합성을 입증 할. 필립스 동부 표준시 02시 01분. 알은 S. 주입 후 모래 열 및 사암 코어의 투자율과 강도의 변화를 연구하는 실험을 설계 pasteurii 문화. 파단 강도가 세 배 증가하면서 4 번 – 그들은 투과성이 감소하면서하였습니다.
S.의 pasteurii과 MICP의 역할은 활발한 연구 및 화학 침전의 메커니즘에 관한 몇 가지 문제의 주제는 아직 완전히 이해되지 않습니다 있습니다. 이것에 비추어,에 정확하게 배양 S.를 적절히 농축 스톡 일관된 표준 프로토콜 집합이 매우 중요 MICP를 달성하기 위해 pasteurii. 여기서 우리는 반복성과 재현성을 보장하는 엄격한 프로토콜을 설명합니다. 이 엄마nuscript는 S.을 배양하기위한 상세한 프로토콜을 설명합니다 pasteurii 적절 침전을 유도하는 배양 배지를 농축. 이 공정은 광학 및 주사 전자 현미경 (SEM) 및 X 선 사진 전자 분광법 (XPS) 등의 각종 현미경 기술을 통해 조사된다. 원고의 초점은 MICP의 과정에 있습니다. 잘 확립 된 표준 프로토콜 인 SEM과 SIMS 같은 절차는 별도로 설명하지 않는다.
Protocol
Representative Results
Discussion
중요한 단계 :이 논문은 S.의 가능한 샘플을 배양 상세히 설명 프로토콜 pasteurii. 배양이 readied 한 후에는 적절히 농축되어야한다. 적절한 화학적 환경을 제공하는 실패가 어느 매우 긴 시간 척도 침전 또는 이들 전체 부족 리드 때문에 실험의 성공에 필수적인 중요한 단계이다. S. pasteurii 여러 외부 기관에 매우 민감하며 생화학 적 안정성과 반복성을 보장하는 치료…
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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