Name: self-standing electrochemical set-up to enrich anode-respiring bacteria on-site
Uploaded: 2018-07-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 29 s
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우리는 우리에 게는 삼목에 대 한 액세스를 허용 하 고 장기 부 화에 대 한 위치에 대 한 컨설팅에 대 한 로저 Raiche 데이비드 McCrory를 인정 하 고 싶습니다. 우리는 또한 2013-2014 시즌 동안 삼목 필드 승무원 감사: 시노 스즈키 슌이 시이, 그렉 Wanger, 그레이 채 드 윅, 타 램, 매튜 Schechter. 시노 스즈키과 Gijs Kuenen 연구에 대 한 통찰력 배양 지원 추가. 이 작품은 젊은 과학자 A와 B 과학 진흥 (JSP) KAKENHI 그랜트에 대 한 일본 사회에서 번호 17 H 04969와 26810085, 각각, 그리고 일본 기관에 대 한 의료 연구 및 개발 (17gm6010002h0002)는 특정 통해 투자 되었다. 미국 자금 어두운 에너지 생물권 (C-DEBI) (OCE0939564) 사와 NASA 우주 생물학 연구소-생명 지 하 (NAI-루) (NNA13AA92A)에 대 한 미국 사무실의 글로벌 해군 연구 (N62909-17-1-2038), 및 센터에 의해 제공. 이 작품의 일부는 과학의 승진에 대 한 일본 사회의 일환으로 실시 됐다: 아네트 로우 (PE15019) 사누키 하시 모토의 실험실에서 도쿄의 대학에 대 한 단기 박사 친목.

1. 환경 부 화에 대 한 2 전극 시스템 구축
<ol><li>
양극 재료의 준비와 처리 탄소 전극 (그림 2)을 느꼈다.
	<ol>
<li>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.</li>
		<li>두 번 최소 각 세척에 대 한 12 h 교 반 1 M HCl에에서 전극 세척.</li>
		<li>6-12 h 또는 액체의 무료 때까지 따뜻한 (37 ° C) 오븐에서 전극 건조.</li>
		<li>소계 접시 (비 스틱 표면)에 제조 업체의 프로토콜 당 흑연 에폭시를 사용 하 여 티타늄 와이어 전극 연결 합니다. 참고: 우리는 에어로빅 부식 높은 관용 때문에 티타늄 와이어를 사용합니다.</li>
		<li>6 h에 대 한 120 ° C에서 전극에 구 우 십시오.</li>
		<li>티타늄 와이어 사이의 저항 테스트와 탄소는 ohmmeter와 느낌과 와이어와 펠트 전극 사이의 저항 5 ω가 하 인지 확인 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Electroplation의 탄소에 백 금 전극 음극 재료의 준비에 대 한 느낌
	<ol>
<li>탄소 펠트 전극, 유리 용기에 12 h의 최소 2 분 코에서에서 준비 단계 1.1에서 잠수함</li>
		<li>전기 청소 또한 참조 (RE) 및 카운터 전극 (CE)을 수용 하는 3-전극 반응 기에서 전극 (우리가) 작업으로 전극 장소. 우리, 연결 재, 그리고 악어 클립으로 potentiostat에 CE. ohmmeter와 모든 연결을 확인 합니다. 참고: 우리가 사용 하는 Ag/AgCl (포화 KCl) 전극과는 백 금 철사로 다시 및 CE, 각각.</li>
		<li>' 포 이즈 ' 1.0 V vs. 에 전극 Ag/AgCl 600 2 M 코 (전체 전극 잠수함 충분 한 양을 사용 하 여)를 포함 하는 전해질 용액에 s. 전극 (이 유리로 만들어진) 전기 화학 반응 기에서 꺼내 주세요. 린스 이온된 수에 전극 적어도 8 시간, 1 분 동안 각 린스 후 sonicating. 12 h 이상 100 ° C에서 전극 건조.</li>
		<li>도금 솔루션을 준비, 황산 2 분의 1 l 연산 100 g, 황산 나트륨 5 g 및 디 hexachloroplatinate (IV) hexahydrate의 2 세대를 추가 합니다.</li>
		<li>무게 청소 및 단계 1.2.1–1.2.2에서 준비 전극을 건조 하 고 1.2.3 단계에서 준비 후 전극 도금 솔루션에서 커버. 도금 솔루션에 세 번 30 전극 sonicate s 각.</li>
		<li>-0.2에서 전극 전위를 찾아내지 여 전극을 전기 도금 460에 대 한 V 대 Ag/AgCl 도금 솔루션에서 s. 전극 이온된 수에 두 번 헹 구 고 백 금 낭비를 삭제.</li>
		<li>린스 전극 이온된 수에 3 번 이상 20 sonicating 각 린스 후 s. 쥡니다 적어도 3 번 이상 없이 린스.</li>
		<li>100 ° C 이상 12 헤 무게 계량 느꼈다 탄소 전극에 전기 백 금 전극에서 전극 건조.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 건설 및 2 전극 시스템의 설치
<ol><li>
자연 환경에서 각 전극에 대 한 설치 사이트의 조사.
	<ol>
<li>용 존된 산소 (DO) 프로브를 사용 하 여 산소 농도 결정 합니다.</li>
		<li>사이트에서의 깊이 프로 파일을 확인 하십시오. 참고: 양극에 대 한 원하는 환경 조건은 일관 된 수 화 고 anoxia. 원하는 경우, 빛에서 양극을 차폐 하 여 oxygenic 광합성의 영향을 제거 합니다. 음극 배치에 이상적인 조건을 지속적으로 수 화 그리고 근처 oxic 것 바다 표면. 필요한 경우, 음극의 표면 접촉을 유지 하는 수레를 연결 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
연료 전지 타입 2 전극 외피 시스템의 건설
	<ol>
<li>원하는 길이의 절연된 와이어 및 티타늄 와이어의 리드 전극 (한 양극과 한 백 금 도금된 음극)에서 두 개의 라인을 복잡 하 게 연결 합니다. 커버 방수 왁 스로 연결 하 고 더 해양 학년 열 수축 튜브를 사용 하 여 보호 합니다.</li>
		<li>알려진 저항 저항으로는 양극와 음극 2 개의 철사를 연결 합니다. 참고: 생물 학적 시스템, 낮은 저항 (10에서 1, 000 Ω) 귀 착될 더 일관 된 생물 학적 활동. 원하는 경우, 높은 저항 저항 부정적인 제어 생물 학적 활동을 막을 것 이다. 저항 및 리드 사이의 모든 연결의 부식 방지, 우리 열 수축 튜브로 그들을 보호.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
측정 전압 및 시간이 지남에 따라 온도 로깅에 대 한입니다.
	<ol>
<li>연료 전지 반응에서 현재 생산 추정에 대 한 저항의 끝 사이의 전압을 확인 하십시오.</li>
		<li>양극 및 음극 (제조 업체의 프로토콜 참조) 적절 한 연결 된 데이터 로깅 전압계를 사용 하 여 시간이 지남에 전압 차이 측정 합니다. 참고: 동시 온도 데이터 로깅 선택 사항 이지만이 정보 변경 반대로 abiotic를 현재 생물 학적 변동에 관련을 도울 수 있다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
데이터로 거 및 전기 연결 보호
	<ol>
<li>고정 또는 비닐 봉투를 사용 하 여 비에서로 거 및 모든 전기 연결을 보호 하기 위해.</li>
		<li>비닐 봉투 및 강한 바람에서 보호 하기 위해 긴밀 하 게 케이블을 수정 합니다. 예를 들어 그림 1에 표시 됩니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 자연 환경에서 전극 샘플의 수집
<ol><li>양극 샘플의 품질 산소 오염으로 인해 손상 되지 않도록 하려면 혐 기성 조건 하에서 전극을 수집 합니다.</li>
	<li>전극 샘플을 수집 하기 전에 적어도 30 분 혐 기성 위치에 있는 테스트 튜브를 넣어. 예를 들어 넣어 테스트 튜브와 뚜껑 별도로 혐 기성 안에 병을 만들기 위해 연못의 바닥에.</li>
	<li>와이어 커터와 전극에서 티타늄 리드를 잘라, 부드럽게 테스트 튜브에 전극 샘플을 수집 하 고 혐 기성 물 영역에 그것을 봉인. 샘플을 신선한 유지 하려면 샘플 컬렉션 직후 4 ° C에서 샘플을 저장 합니다. 참고: 또는, 전극 옮겨질 수 있다 무산 소 (N2 제거) 매체에 직접. (스즈키 외 에 의해 설명 된 삼목 매체 사용 11)를 미생물 성장에 대 한 충분 한 영양분을 제공 사이트에서 측정 하 고 개정 수성 지구 화학에서 설계 되었다. 이 미디어는 다른 실험실 실험에 대 한 수정 되었습니다.</li>
</ol>4. 현재 생산 및 DNA 분석에 대 한 확인 실험실
<ol><li>
전극에 부착 하는 미생물 컨소시엄의 현재 생산 능력에 대 한 전기 화학 확인.
	<ol>
<li>샘플링 된 전극, 백 금 철사와 Ag/AgCl (포화 KCl) 전기 화학 반응 기14,15 구성 전극 우리가 세 륨, 그리고 다시, 혐 기성 챔버에 각각. 삼목 매체 포함 하는 수용 성 탄수화물 전자 기증자로 전기 화학 반응 기를 채우십시오.</li>
		<li>0.2에서 전극 전위를 ' 포 이즈 ' V 대 Ag/AgCl 그리고 측정 현재 생산.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
미생물의 DNA를 사용 하 여 전극 샘플에서 DNA 추출 키트 (재료의 표 참조).
	<ol>
<li>혐 기성 글러브 박스 70% 에탄올으로 내부를 청소 하 고 소독된 접시 알루미늄 호 일에 넣어. 참고: 혐 기성 챔버 산소 농도 1 ppm 미만 여 유지 팔라듐 촉매의 면 전에 서 산소 청소를 ~ 2-3% 정도에서 수소 분위기를 유지 합니다.</li>
		<li>전기 화학 반응 장갑 상자에, 접시, 샘플 전극 위에 열고 DNA 키트에 사용 되는 튜브에 맞게 크기를 잘라. 제조 업체의 프로토콜 진행.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Nealson, K. H., Saffarini, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iron+and+manganese+in+anaerobic+respiration:+environmental+significance,+physiology,+and+regulation.">Iron and manganese in anaerobic respiration: environmental significance, physiology, and regulation.</a> Annual Reviews of Microbiology. 48, 311-343 (1994).</li><li>Lovley, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bug+juice:+harvesting+electricity+with+microorganisms.">Bug juice: harvesting electricity with microorganisms.</a> Nature Reviews Microbiology. 4 (7), 497-508 (2006).</li><li>Rabaey, K., Rozendal, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbial+electrosynthesis+-+revisiting+the+electrical+route+for+microbial+production.">Microbial electrosynthesis - revisiting the electrical route for microbial production.</a> Nature Reviews Microbiology. 8 (10), 706-716 (2010).</li><li>Lovley, D. R., Coates, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioremediation+of+metal+contamination.">Bioremediation of metal contamination.</a> Current Opinion in Biotechnology. 8 (3), 285-289 (1997).</li><li>Dinh, H. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iron+corrosion+by+novel+anaerobic+microorganisms.">Iron corrosion by novel anaerobic microorganisms.</a> Nature. 427 (6977), 829-832 (2004).</li><li>Myers, C. R., Nealson, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+manganese+reduction+and+growth+with+manganese+oxide+as+the+sole+electron+acceptor.">Bacterial manganese reduction and growth with manganese oxide as the sole electron acceptor.</a> Science. 240 (4857), 1319-1321 (1988).</li><li>Lovley, D. R., Phillips, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+mode+of+microbial+energy+metabolism:+organic+carbon+oxidation+coupled+to+dissimilatory+reduction+of+iron+or+manganese.">Novel mode of microbial energy metabolism: organic carbon oxidation coupled to dissimilatory reduction of iron or manganese.</a> Applied and Environmental Microbiology. 54 (6), 1472-1480 (1988).</li><li>Arnold, R. G., DiChristina, T. J., Hoffmann, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reductive+dissolution+of+Fe(III)+oxides+by+Pseudomonas+sp+200.">Reductive dissolution of Fe(III) oxides by Pseudomonas sp 200.</a> Biotechnology and Bioengineering. 32 (9), 1081-1096 (1988).</li><li>Rowe, A. 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M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+trends+for+reaction+rates,+hydrogen+generation,+and+partitioning+of+iron+during+experimental+serpentinization+of+olivine.">Temperature trends for reaction rates, hydrogen generation, and partitioning of iron during experimental serpentinization of olivine.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 181, 175-200 (2016).</li><li>Morrill, P. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geochemistry+and+geobiology+of+a+present-day+serpentinization+site+in+California:+The+Cedars.">Geochemistry and geobiology of a present-day serpentinization site in California: The Cedars.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 109, 222-240 (2013).</li><li>Okamoto, A., Nakamura, R., Hashimoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-vivo+identification+of+direct+electron+transfer+from+Shewanella+oneidensis+MR-1+to+electrodes+via+outer-membrane+OmcA-MtrCAB+protein+complexes.">In-vivo identification of direct electron transfer from Shewanella oneidensis MR-1 to electrodes via outer-membrane OmcA-MtrCAB protein complexes.</a> Electrochimica Acta. 56 (16), 5526-5531 (2011).</li><li>Okamoto, A., Hashimoto, K., Nakamura, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Spectroelectrochemical Investigation on Biological Electron Transfer Associated with Anode Performance in Microbial Fuel Cells. , 207-222 (2012).</li><li>Deng, X., Nakamura, R., Hashimoto, K., Okamoto, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+from+an+Extracellular+Electrode+by+Desulfovibrio+ferrophilus+Strain+IS5+Without+Using+Hydrogen+as+an+Electron+Carrier.">Electron from an Extracellular Electrode by Desulfovibrio ferrophilus Strain IS5 Without Using Hydrogen as an Electron Carrier.</a> Electrochemistry. 83 (7), 529-531 (2015).</li></ol>

저자는 공개 없다.

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 ?...

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 실험실6, 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.

<table><tbody><tr><td>Carbon felt sheet</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>Used for anode and cathode</td></tr><tr><td>Titanium wire</td><td>The Nilaco Cooporation</td><td>TI-451485</td><td>Used to construct fuel cell system</td></tr><tr><td>Graphite epoxy</td><td>Electrolytica lnc.</td><td>n/a</td><td>Used to connect the&lt;br/&gt; electrodes and Ti wire</td></tr><tr><td>Drying oven</td><td>Yamato</td><td>DY300</td><td>bake the electrode to&lt;br/&gt; solidify conductive graphite epoxy</td></tr><tr><td>Digital multi meter</td><td>Fluke</td><td>616-1454</td><td>to check the ohmic value&lt;br/&gt; of resistance</td></tr><tr><td>Dissolved oxygen probe</td><td>Sper Science</td><td>#&amp;nbsp; 850045</td><td>to check the oxygen&lt;br/&gt; concentration in the environments</td></tr><tr><td>Resistor</td><td>Sodial</td><td></td><td>Used to construct fuel cell&lt;br/&gt; system</td></tr><tr><td>Conducting wire</td><td>Pico</td><td>81141s</td><td>Used to construct fuel cell&lt;br/&gt; system</td></tr><tr><td>Voltmeter and Data logger</td><td>T&amp;amp;D corporation</td><td>VR-71</td><td>Used for data recording</td></tr><tr><td>Hydrogen Hexachloroplatinate(IV) Hexahydrate</td><td>wako</td><td>18497-13-7</td><td>Used for electropolation</td></tr><tr><td>Citric acid</td><td>Wako</td><td>038-06925</td><td>Used for electropolation</td></tr><tr><td>Sulfuric acid</td><td>Wako</td><td>192-04696</td><td>Used for electropolation</td></tr><tr><td>HCl</td><td>Wako</td><td>083-01095</td><td>Used for electrode washing</td></tr><tr><td>Glass cylinder</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Custom-made, used as the electrochemical reactor</td></tr><tr><td>PTFE cover and base</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Custom-made, used as a cover and a foundation of the electrochemical reactor</td></tr><tr><td>Buthyl rubber</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Custom-made, inserted between each component of electrochemical reactor</td></tr><tr><td>Septa</td><td>GL Science</td><td>3007-16101</td><td>Used as an injection port of electrochemical reactor</td></tr><tr><td>Indium tin-doped oxide (ITO) electrode</td><td>GEOMATEC</td><td>No.0001</td><td>Used as a working electrode, 5&amp;Omega;/sq</td></tr><tr><td>Ag/AgCl KCl saturated electrode</td><td>HOKUTO DENKO</td><td>HX-R5</td><td>Used as a reference electrode, &amp;Phi;0.30mm</td></tr><tr><td>Platinum wire</td><td>The Nilaco Cooporation</td><td>PT-351325</td><td>Used as a counter electrode</td></tr><tr><td>NaHCO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;</td><td>Wako</td><td>191-01305</td><td>Used for The Cedars Media (CMS)</td></tr><tr><td>CaCO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;</td><td>Wako</td><td>030-00385</td><td>Used for CMS</td></tr><tr><td>NH&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;Cl</td><td>Wako</td><td>011-03015</td><td>Used for CMS</td></tr><tr><td>MgCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;&amp;nbsp;&amp;bull; 6H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td>Wako</td><td>135-00165</td><td>Used for CMS</td></tr><tr><td>NaOH&amp;nbsp;</td><td>Wako</td><td>198-13765</td><td>Used for CMS</td></tr><tr><td>Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;SO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Wako</td><td>194-03355</td><td>Used for CMS</td></tr><tr><td>K&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;HPO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Wako</td><td>164-04295</td><td>Used for CMS</td></tr><tr><td>CABS</td><td>SANTA CRUZ</td><td>SC-285279</td><td>Used for CMS</td></tr><tr><td>Incubator</td><td>TOKYO RIKAKIKAI CO. LTD.</td><td>LTI-601SD</td><td>Used for precultivation</td></tr><tr><td>Autoclave machine</td><td>TOMY SEIKO CO. LTD.</td><td>LSX-500</td><td>Used for sterilization of the electrochemical reactor and the medium</td></tr><tr><td>Clean bench</td><td>SANYO</td><td>MCV-91BNF</td><td>Used to prevent the contamination of the electrochemical reactor and the medium with other microbes</td></tr><tr><td>Centrifuge separator</td><td>Eppendorf</td><td>5430R</td><td>Rotational speed upto 6000&amp;times;g is required</td></tr><tr><td>Nitrogen gas generator</td><td>Puequ CO. LTD.</td><td>PNTN-2</td><td>Nitrogen gas cylinder can also be used instead of gas generator</td></tr><tr><td>UV-vis spectrometer</td><td>SHIMADZU</td><td>UV-1800</td><td>Used for optimization of cell density</td></tr><tr><td>Potentiostat</td><td>BioLogic</td><td>VMP3</td><td>Used for biofilm formation and kinetic isotope effect experiments</td></tr><tr><td>Thermal water circulator</td><td>AS ONE</td><td>TR-1A</td><td>Used for maintanance of temperature of electrochemcial reactor</td></tr><tr><td>Faraday cage</td><td>HOKUTO DENKO</td><td>HS-201S</td><td>Used for electrochemical experiments</td></tr><tr><td>Anaerobic Chamber</td><td>COY</td><td>TypeB (Vinyl)</td><td>TO conduct experiments&lt;br/&gt; under anaerobic condition</td></tr><tr><td>Ultraclean DNA Extraction kit</td><td>MoBio</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

self-standing electrochemical set-up to enrich anode-respiring bacteria on-site

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.

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?...

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Self-standing Electrochemical Set-up to Enrich Anode-respiring Bacteria On-site

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.

현장 양극 다 박테리아를 풍부 하 게 각자 서 있는 전기 설정

Anaerobic respiration coupled with electron transport to insoluble minerals (referred to as extracellular electron transport [EET]) is thought to be ...

self-standing-electrochemical-set-up-to-enrich-anode-respiring

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Environment

7.6K 조회수.  National Institute for Materials Science. 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.

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Waste Water Derived Electroactive Microbial Biofilms: Growth, Maintenance, and Basic Characterization

The growth of anodic electroactive microbial biofilms from waste water inocula in a fed-batch reactor is demonstrated using a three-electrode setup controlled by a potentiostat. Thereby the use of potentiostats allows an exact adjustment of the electrode potential and ensures reproducible microbial culturing conditions. During growth the current production is monitored using chronoamperometry (CA). Based on these data the maximum current density (jmax) and the coulombic efficiency (CE) are discussed as measures for characterization of the bioelectrocatalytic performance. Cyclic voltammetry (CV), a nondestructive, i.e. noninvasive, method, is used to study the extracellular electron transfer (EET) of electroactive bacteria. CV measurements are performed on anodic biofilm electrodes in the presence of the microbial substrate, i.e. turnover conditions, and in the absence of the substrate, i.e. nonturnover conditions, using different scan rates. Subsequently, data analysis is exemplified and fundamental thermodynamic parameters of the microbial EET are derived and explained: peak potential (Ep), peak current density (jp), formal potential (Ef) and peak separation (&#916;Ep). Additionally the limits of the method and the state-of the art data analysis are addressed. Thereby this video-article shall provide a guide for the basic experimental steps and the fundamental data analysis.

Chronoamperometric growth of anodic electroactive microbial biofilms in a fed-batch reactor using a three-electrode setup, controlled by a potentiostat, is demonstrated. The extracellular electron transfer is characterized using cyclic voltammetry in the presence of the electron donor and in the absence of the electron donor. Fundamental data analysis is demonstrated.

The growth of anodic electroactive microbial biofilms from waste water inocula in a fed-batch reactor is demonstrated using a three-electrode setup ...

연구

환경과학

Electrochemically and Bioelectrochemically Induced Ammonium Recovery

Streams such as urine and manure can contain high levels of ammonium, which could be recovered for reuse in agriculture or chemistry. The extraction of ammonium from an ammonium-rich stream is demonstrated using an electrochemical and a bioelectrochemical system. Both systems are controlled by a potentiostat to either fix the current (for the electrochemical cell) or fix the potential of the working electrode (for the bioelectrochemical cell). In the bioelectrochemical cell, electroactive bacteria catalyze the anodic reaction, whereas in the electrochemical cell the potentiostat applies a higher voltage to produce a current. The current and consequent restoration of the charge balance across the cell allow the transport of cations, such as ammonium, across a cation exchange membrane from the anolyte to the catholyte. The high pH of the catholyte leads to formation of ammonia, which can be stripped from the medium and captured in an acid solution, thus enabling the recovery of a valuable nutrient. The flux of ammonium across the membrane is characterized at different anolyte ammonium concentrations and currents for both the abiotic and biotic reactor systems. Both systems are compared based on current and removal efficiencies for ammonium, as well as the energy input required to drive ammonium transfer across the cation exchange membrane. Finally, a comparative analysis considering key aspects such as reliability, electrode cost, and rate is made.
This video article and protocol provide the necessary information to conduct electrochemical and bioelectrochemical ammonia recovery experiments. The reactor setup for the two cases is explained, as well as the reactor operation. We elaborate on data analysis for both reactor types and on the advantages and disadvantages of bioelectrochemical and electrochemical systems.

We demonstrate the extraction of ammonium from an ammonium-rich stream using an electrochemical and a bioelectrochemical system. The reactor setup, operation and data analysis are discussed.

전기 및 Bioelectrochemically 유도 암모늄 복구

Streams such as urine and manure can contain high levels of ammonium, which could be recovered for reuse in agriculture or chemistry. The extraction of ...

화학

Laboratory Simulation of an Iron(II)-rich Precambrian Marine Upwelling System to Explore the Growth of Photosynthetic Bacteria

A conventional concept for the deposition of some Precambrian Banded Iron Formations (BIF) proceeds on the assumption that ferrous iron [Fe(II)] upwelling from hydrothermal sources in the Precambrian ocean was oxidized by molecular oxygen [O2] produced by cyanobacteria. The oldest BIFs, deposited prior to the Great Oxidation Event (GOE) at about 2.4 billion years (Gy) ago, could have formed by direct oxidation of Fe(II) by anoxygenic photoferrotrophs under anoxic conditions. As a method for testing the geochemical and mineralogical patterns that develop under different biological scenarios, we designed a 40 cm long vertical flow-through column to simulate an anoxic Fe(II)-rich marine upwelling system representative of an ancient ocean on a lab scale. The cylinder was packed with a porous glass bead matrix to stabilize the geochemical gradients, and liquid samples for iron quantification could be taken throughout the water column. Dissolved oxygen was detected non-invasively via optodes from the outside. Results from biotic experiments that involved upwelling fluxes of Fe(II) from the bottom, a distinct light gradient from top, and cyanobacteria present in the water column, show clear evidence for the formation of Fe(III) mineral precipitates and development of a chemocline between Fe(II) and O2. This column allows us to test hypotheses for the formation of the BIFs by culturing cyanobacteria (and in the future photoferrotrophs) under simulated marine Precambrian conditions. Furthermore we hypothesize that our column concept allows for the simulation of various chemical and physical environments &#8212; including shallow marine or lacustrine sediments.

Laboratory Simulation of an IronII-rich Precambrian Marine Upwelling System to Explore the Growth of Photosynthetic Bacteria

We simulated a Precambrian ferruginous marine upwelling system in a lab-scale vertical flow-through column. The goal was to understand how geochemical profiles of O2 and Fe(II) evolve as cyanobacteria produce O2. The results show the establishment of a chemocline due to Fe(II) oxidation by photosynthetically produced O2.

선캄브리아 해양 용승 시스템 광합성 박테리아의 성장을 탐구하는이 풍부한 철 (II)의 실험실 시뮬레이션

A conventional concept for the deposition of some Precambrian Banded Iron Formations (BIF) proceeds on the assumption that ferrous iron [Fe(II)] upwelling ...

Continuously-stirred Anaerobic Digester to Convert Organic Wastes into Biogas: System Setup and Basic Operation

Anaerobic digestion (AD) is a bioprocess that is commonly used to convert complex organic wastes into a useful biogas with methane as the energy carrier 1-3. Increasingly, AD is being used in industrial, agricultural, and municipal waste(water) treatment applications 4,5. The use of AD technology allows plant operators to reduce waste disposal costs and offset energy utility expenses. In addition to treating organic wastes, energy crops are being converted into the energy carrier methane 6,7. As the application of AD technology broadens for the treatment of new substrates and co-substrate mixtures 8, so does the demand for a reliable testing methodology at the pilot- and laboratory-scale.
Anaerobic digestion systems have a variety of configurations, including the continuously stirred tank reactor (CSTR), plug flow (PF), and anaerobic sequencing batch reactor (ASBR) configurations 9. The CSTR is frequently used in research due to its simplicity in design and operation, but also for its advantages in experimentation. Compared to other configurations, the CSTR provides greater uniformity of system parameters, such as temperature, mixing, chemical concentration, and substrate concentration. Ultimately, when designing a full-scale reactor, the optimum reactor configuration will depend on the character of a given substrate among many other nontechnical considerations. However, all configurations share fundamental design features and operating parameters that render the CSTR appropriate for most preliminary assessments. If researchers and engineers use an influent stream with relatively high concentrations of solids, then lab-scale bioreactor configurations cannot be fed continuously due to plugging problems of lab-scale pumps with solids or settling of solids in tubing. For that scenario with continuous mixing requirements, lab-scale bioreactors are fed periodically and we refer to such configurations as continuously stirred anaerobic digesters (CSADs).
This article presents a general methodology for constructing, inoculating, operating, and monitoring a CSAD system for the purpose of testing the suitability of a given organic substrate for long-term anaerobic digestion. The construction section of this article will cover building the lab-scale reactor system. The inoculation section will explain how to create an anaerobic environment suitable for seeding with an active methanogenic inoculum. The operating section will cover operation, maintenance, and troubleshooting. The monitoring section will introduce testing protocols using standard analyses. The use of these measures is necessary for reliable experimental assessments of substrate suitability for AD. This protocol should provide greater protection against a common mistake made in AD studies, which is to conclude that reactor failure was caused by the substrate in use, when really it was improper user operation 10.

Laboratory-scale anaerobic digesters allow scientists to research new ways of optimizing existing applications of anaerobic biotechnology and to evaluate the methane producing potential of various organic wastes. This article introduces a generalized model for the construction, inoculation, operation, and monitoring of a laboratory-scale continuously stirred anaerobic digester.

시스템 설치 및 기본 작업 : Biogas로 유기 폐기물을 변환하는 혐기성 소화조를 지속 - 흔들

Anaerobic digestion (AD) is a bioprocess that is commonly used to convert complex organic wastes into a useful biogas with methane as the energy carrier ...

생체공학

Electrochemical Detection of Deuterium Kinetic Isotope Effect on Extracellular Electron Transport in Shewanella oneidensis MR-1

Direct electrochemical detection of c-type cytochrome complexes embedded in the bacterial outer membrane (outer membrane c-type cytochrome complexes; OM c-Cyts) has recently emerged as a novel whole-cell analytical method to characterize the bacterial electron transport from the respiratory chain to the cell exterior, referred to as the extracellular electron transport (EET). While the pathway and kinetics of the electron flow during the EET reaction have been investigated, a whole-cell electrochemical method to examine the impact of cation transport associated with EET has not yet been established. In the present study, an example of a biochemical technique to examine the deuterium kinetic isotope effect (KIE) on EET through OM c-Cyts using a model microbe, Shewanella oneidensis MR-1, is described. The KIE on the EET process can be obtained if the EET through OM c-Cyts acts as the rate-limiting step in the microbial current production. To that end, before the addition of D2O, the supernatant solution was replaced with fresh media containing a sufficient amount of the electron donor to support the rate of upstream metabolic reactions, and to remove the planktonic cells from a uniform monolayer biofilm on the working electrode. Alternative methods to confirm the rate-limiting step in microbial current production as EET through OM c-Cyts are also described. Our technique of a whole-cell electrochemical assay for investigating proton transport kinetics can be applied to other electroactive microbial strains.

Electrochemical Detection of Deuterium Kinetic Isotope Effect on Extracellular Electron Transport in Shewanella oneidensis MR-1

Here we present a protocol of whole-cell electrochemical experiments to study the contribution of proton transport to the rate of extracellular electron transport via the outer-membrane cytochromes complex in Shewanella oneidensis MR-1.

전기 화학 탐지의 중수소 활동적인 동위 원소 효과 Shewanella oneidensis 미스터-1에서 세포 외 전자 전송에

Direct electrochemical detection of c-type cytochrome complexes embedded in the bacterial outer membrane (outer membrane c-type cytochrome complexes; OM ...

생화학

Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under physiologically relevant conditions.1 These measurements are performed on living biofilms in aqueous medium using source and drain electrodes patterned on a glass surface in a specialized configuration referred to as an interdigitated electrode (IDA) array. A biofilm is grown that extends across the gap connecting the source and drain. Potentials are applied to the electrodes (ES and ED) generating a source-drain current (ISD) through the biofilm between the electrodes. The dependency of electrical conductivity on gate potential (the average of the source and drain potentials, EG = [ED + ES]/2) is determined by systematically changing the gate potential and measuring the resulting source-drain current. The dependency of conductivity on gate potential provides mechanistic information about the extracellular electron transport process underlying the electrical conductivity of the specific biofilm under investigation. The electrochemical gating measurement method described here is based directly on that used by M. S. Wrighton2,3 and colleagues and R. W. Murray4,5,6 and colleagues in the 1980&#39;s to investigate thin film conductive polymers.

A protocol for measuring electrical conductivity of living microbial biofilms under physiologically relevant conditions is presented.

특성화 생활 Biofilms 통해 전자 전송

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under ...

환경 미생물 배양을 위한 현장 시뮬레이션 혐기성 방법

A Set of In Situ Informed Simulated Medium Formats for Culturing Environmentally Acquired Anaerobic Microorganisms

Culture-dependent research of anaerobic microorganisms rests upon methodological competence. These methods must create and maintain suitable growth conditions (e.g., pH and carbon sources) for anaerobic microorganisms while also allowing samples to be extracted without compromising the artificial environment. To this end, methods that are informed by and simulate an in situ environment can be of great aid in culturing microorganisms from that environment. Here, we outline an in situ informed and simulated anaerobic method for culturing terrestrial surface and subsurface microorganisms, emphasizing anaerobic sample collection with minimal perturbation. This protocol details the production of a customizable anaerobic liquid medium, and the environmental&#160;acquisition and in vitro growth of anaerobic microorganisms. The protocol also covers critical components of an anaerobic bioreactor used for environmental simulations of sediment and anaerobic liquid media for environmentally acquired cultures. We have included preliminary Next Generation Sequencing data from a maintained microbiome over the lifespan of a bioreactor where the active culture dynamically adjusted in response to an experimental carbon source.

저자 스포트라이트: In Situ Culturing을 통해 미지의 환경에서 육상 혐기성 미생물의 미스터리 풀기

The focus of this paper is to detail best practices for making media for fastidious anaerobic microorganisms acquired from an environment. These methods help manage anaerobic cultures and can be applied to support the growth of elusive uncultured microorganisms, the "microbial dark matter."

환경적으로 획득한 혐기성 미생물을 배양하기 위한 In Situ Informed Simulated Medium 형식 세트

Culture-dependent research of anaerobic microorganisms rests upon methodological competence. These methods must create and maintain suitable growth ...

A Novel Bioreactor for High Density Cultivation of Diverse Microbial Communities

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past studies have evaluated the performance of the reactor for the removal of COD1 and nitrogen species2-4 by heterotrophic and chemoautotrophic bacteria, respectively. The HDBR design eliminates the requirement for external flocculation/sedimentation processes while still yielding effluent containing low suspended solids. In this study, the HDBR is applied as a photobioreactor (PBR) in order to characterize the nitrogen removal characteristics of an algae-based photosynthetic microbial community. As previously reported for this HDBR design, a stable biomass zone was established with a clear delineation between the biologically active portion of the reactor and the recycling reactor fluid, which resulted in a low suspended solid effluent. The algal community in the HDBR was observed to remove 18.4% of total nitrogen species in the influent. Varying NH4+ and NO3- concentrations in the feed did not have an effect on NH4+ removal (n=44, p=0.993 and n=44, p=0.610 respectively) while NH4+ feed concentration was found to be negatively related with NO3- removal (n=44, p=0.000) and NO3- feed concentration was found to be positively correlated with NO3- removal (n=44, p=0.000). Consistent removal of NH4+, combined with the accumulation of oxidized nitrogen species at high NH4+ fluxes indicates the presence of ammonia- and nitrite-oxidizing bacteria within the microbial community.

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Here, the HDBR is successfully applied in a photobioreactor (PBR) configuration for the study of nitrogen metabolism by a mixed high density algal community.

다양한 미생물 커뮤니티의 고밀도 배양위한 새로운 생물 반응기

A novel reactor design, coined a high density bioreactor (HDBR), is presented for the cultivation and study of high density microbial communities. Past ...

현장 양극 다 박테리아를 풍부 하 게 각자 서 있는 전기 설정

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전기 화학 탐지의 중수소 활동적인 동위 원소 효과 Shewanella oneidensis 미스터-1에서 세포 외 전자 전송에

특성화 생활 Biofilms 통해 전자 전송

환경적으로 획득한 혐기성 미생물을 배양하기 위한 In Situ Informed Simulated Medium 형식 세트

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