敷地内に陽極 respiring 細菌を豊かに自立の電気化学的セットアップ
Summary
敷地内の微生物濃縮またはその場で栽培技術は培養困難な微生物イチイ、特に低バイオマスまたは砂岩極端な環境からの分離を実現できます。ここでは、細胞外の電子輸送 (EET) ことができる微生物の系統を豊かにするための外部電源を使用せず電気化学のセットアップを説明します。
Abstract
嫌気性の呼吸 (細胞外の電子輸送 [EET] と呼ばれる) 不溶性の鉱物への電子輸送と相まって微生物のエネルギーの生産と特に多くの地下環境の持続性にとって重要と考えられています。水溶性ターミナル電子アクセプターを欠けています。EET-ことができる微生物は様々 な環境から分離されている、EET の細菌の多様性はまだ不十分な理解、特にサンプル困難な低エネルギーや地下などの極端な環境生態系。ここでは、ターミナルの呼吸系の電子受容体として、陽極を用いた EET できる細菌を豊かにするオンサイト電気化学システムについて述べる.この負極は、非生物的酸素還元反応を触媒できる陰極に接続されます。電極電位を安定させるため、ポテンシオスタットを使用する electrocultivation メソッドを使ってこの方法を比較すると、2 電極方式には、外部電源は不要です。ヒマラヤ スギ、カリフォルニア州北部の地上蛇紋岩化サイトのアルカリ池で利用当社敷地内の濃縮の例を提示します。ミネラル還元菌を育成しようとする前、成功しなかった可能性がありますこのサイトの低バイオマスの性質や微生物を減らす金属の低いの相対的な豊かさであります。私たち 2 電極濃縮を実装する前に、溶存酸素濃度の鉛直分布を測定しました。カーボンを配置することができましたこれを感じた陽極とプラチナめっき炭素水深嫌気性と好気性をサポートする陰極処理、それぞれ。敷地内のインキュベーション後我々 はさらに研究室では、陽極の電極を濃縮し、表面接続型と比較して明確な群集または通常杉で観測されたバイオ フィルムのコミュニティを確認しました。この強化はその後杉から最初無k 微生物の分離をもたらした。この敷地内の微生物濃縮法低バイオマスからまたはサンプルの生息地が困難な EET 対応の細菌の分離が向上する可能性があります。
Introduction
酸化還元酵素1を介した細胞の外側に電子を行う細胞の電子輸送 (EET) プロセスによって、ターミナル電子アクセプターとして固相鉱物を利用するいくつかのミネラルを減少させる微生物を示されています。EET は、微生物と無機物プロセスはまたエネルギー応用と微生物燃料電池2、電極合成3バイオレメディエーション4などの環境技術だけではなく、重要です。新しい EET できる細菌は非常に後に求められて、5の基礎または応用の観点から広く研究されています。ただし、のみこれらの細菌の生態学や生物地球化学的意義への洞察力は制限があります。EET-ことができる微生物の大半はアクア、堆積物、または嫌気性消化研究室6,の固体電子アクセプター MnO2Fe2O3構え電極などを使用してから次の濃縮分離されています。7,8しますただし、これらのメソッドは、しばしば似たようなコンソーシアムを生成し潜在的低エネルギーや低バイオマス システム、研究室や培養環境9に適応するこれらの微生物の能力をバイアスに支配する可能性がありますより敏感のイチイを欠場。.通常低いバイオマス環境で大量のサイトから水は細菌細胞を集中フィルターします。ただし、EET できる細菌はしばしば嫌気性代謝を展示し、酸素暴露がさらに阻害するまたはその栽培を防ぐためしたがって。酸素にさらすことがなく細胞を集中するオンサイト方法論代替 EET できる細菌の単離を促進できます。ここでは、外部電源を必要とせず、長期間以上 EET できる微生物を豊かにするための敷地内電気化学的手法のセットアップの詳細を報告します。
杉10、カリフォルニア州北部で高アルカリ性泉から electrocultivation 実験を使用してこの敷地内の電気化学的手法について述べる.ヒマラヤ スギのばねの地球化学は地下に蛇紋岩化作用の影響を受けます。温泉は、この機能的無酸素環境11EET を介して微生物のエネルギー生産の可能性を強調表示空気水インターフェイスの下で検出限界以下の酸素濃度と、高還元。ただし、(16 s rRNA またはメタゲノム解析) 杉から EET できる微生物をサポートする証拠はないです。この環境は、電子受容体、限られた端末電子アクセプター、ベア鉱物 (はすなわち、蛇紋岩化作用に起因する鉄などのミネラルを含む不溶性ミネラルを使用しての可能性として特徴づけられているにもかかわらず磁鉄鉱) に広範囲にわたって調査12されていません。我々 は、したがって、EET できる微生物 (図1)13を豊かにする、ヒマラヤ スギの高 pH 春キャンプ場春の電気化学的体制を展開しました。
Protocol
Representative Results
Discussion
記述研究で微生物共同体、現在の生産現場の連動の濃縮を示す.現在サポート微生物活動のこのシステムの短期および長期の時間をかけて観測されたパターンをスケーリングします。機能 2 電極 (燃料電池型) システム構築のための重要なステップは識別して安定した水位と場所と環境中の酸素濃度を利用しました。陽極は嫌気性の条件の下で保管され、電極電位差 EET できる細菌の嫌気…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
私たちに、杉の木へのアクセスを許可しての長期潜伏場所のコンサルティングのロジャー ・ Raiche、デビッド ・ マクロリーを認識したいと思います。2013-2014 シーズン中にまた杉フィールド クルーに感謝: 志野鈴木、石井俊一、グレッグ ウェンジャー、グレイソン ・ チャドウィック、ボニータ ラム、マシュー シェクター。志野鈴木と洞察力に富んだ研究、サポートを培養するためのハイス ・ キューネンのおかげで追加します。この作品は、若手 A と B の科学振興費助成会から 17 H 04969 と 26810085 をそれぞれ番号と日本代理店の補助金を通じて医療研究開発 (17gm6010002h0002) のため賄われていた。米国の資金、暗いエネルギー生物調査 (C-デビ) (OCE0939564)、NASA 宇宙生物学研究所は-生命地下 (ない LU) (NNA13AA92A) 米国の世界的な海軍研究局 (N62909-17-1-2038)、センターによって提供されます。この作品の一部を日本社会の一員として科学振興のため行った: アネット ・ ロウ (PE15019) 東京大学橋本和仁研究室でポスドク研究員短期プログラム。
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 |
Referências
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