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。

1. 環境培養の 2 電極システムの構築
<ol><li>
陽極材料の調製と炭素の治療は、電極 (図 2) を感じた。
	<ol>
<li>必要なバイオマス濃縮によって次元が同じに感じたカーボンをカットします。30 分 90% エタノールで各電極を浸す、少なくとも 8 回を各洗浄後 1 分間 sonicating、脱イオン水ですすぐ。</li>
		<li>1 M HCl、各洗浄のため 12 時間の最小の攪拌で 2 回電極を洗浄します。</li>
		<li>6-12 h または液体がなくなるまで暖かい (37 ° C) オーブンで電極を乾燥させます。</li>
		<li>ポリテトラフルオロ エチレン平板 (非粘着面) の製造元のプロトコルごとのグラファイトのエポキシを使用してチタン線に電極を接続します。 注: 好気性の腐食への高い耐性のためチタン線を使いました。</li>
		<li>120 ° C 6 h で電極を焼きます。</li>
		<li>チタン線間の抵抗をテストし、炭素オーム計で感じ、ワイヤーとフェルト電極間抵抗は 5 ω 未満であることを確認します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
炭素上の白金の electroplation を感じた陰極材料の調製用電極
	<ol>
<li>カーボン フェルト電極、ガラス容器で 12 h 最低 2 M コで 1.1 の手順で準備が水没します。</li>
		<li>電気化学的洗浄も参照 (RE) と対向電極 (CE) を収容する 3 電極反応電極 (WE) を作業として電極を配置します。我々 は、接続日時、および CE ワニ口クリップでポテンシオスタットを。オーム計ですべての接続を確認します。 注意: Ag/agcl (飽和 KCl) を使用して電極と白金線として日時と CE、それぞれ。</li>
		<li>身のこなしで 1.0 V 対.電極銀/塩化銀 600 の 2 M (全体の電極が水没する十分な量を使用して) 島を含む電解質溶液で s。(これはガラス製) 電気化学リアクターから電極を取り出します。脱イオン水で電極を各洗浄後 1 分間 sonicating 少なくとも 8 回すすぎます。少なくとも 12 時間の 100 ° C で電極を乾燥させます。</li>
		<li>めっき液を準備するには、2 M 硫酸の 1 L にクエン酸 100 g、硫酸ナトリウムの 5 g、リン酸二水素ヘキサクロロ白金酸 (IV) 六水和物 2 g を追加します。</li>
		<li>重量を量る掃除手順 1.2.1–1.2.2 の準備として電極を乾燥し、1.2.3 のステップで準備としてめっき液で電極をカバーします。3 回 30 のめっき液で電極を超音波それぞれ秒。</li>
		<li>-0.2 で電極の電位を投げかけてによって電極を電気メッキ V vs. Ag/agcl 460 のめっき液で s。脱イオン水で 2 回電極を洗い、プラチナの廃棄物を破棄します。</li>
		<li>20 sonicating に少なくとも 3 回、脱イオン水に電極を洗浄後各リンス s。さらに少なくとも 3 回の超音波処理なしをすすいでください。</li>
		<li>少なくとも 12 h. 重量を量る電極炭素めっきプラチナを定量化する 100 ° C で乾燥の電極は、電極を感じた。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 建設および 2 電極システムの設置
<ol><li>
自然の環境で各電極の設置場所の調査。
	<ol>
<li>溶存酸素 (DO) プローブを用いた酸素濃度を決定します。</li>
		<li>サイトでの深さを確認します。 注: 陽極の望ましい環境条件、一貫した水和と無酸素状態であった。必要な場合は、光からアノードをシールドで酸素の光合成の影響を削除します。陰極の配置のための理想的な条件が一貫して水和し、表面近傍の水好気します。必要に応じて、陰極の表面の接触を維持するためにフロートを取り付けます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
燃料電池型 2 電極培養システムの構築
	<ol>
<li>2 本の線をねじることによって (1 つの陽極と 1 つのプラチナ メッキの陰極) 電極から所望の長さの絶縁電線・ チタン線のリードを接続します。耐水性ワックスとの接続をカバーし、マリン グレード熱収縮チューブを使用してさらに保護します。</li>
		<li>知られている抵抗の抵抗によって、カソードとアノード 2 本のワイヤを接続します。 注: 生物学的システムの低い抵抗器 (10 に 1,000 Ω) はより一貫性のある生物学的活性の結果します。必要な場合、高抵抗はネガティブ コントロールとしての生物学的活性を防ぐ。抵抗とリード線との間の任意の接続の腐食を防ぐためには、熱収縮チューブを保護します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
測定電圧と時間の経過とともに温度ログです。
	<ol>
<li>燃料電池反応から現在の生産を推定するため抵抗の両端間の電圧を確認してください。</li>
		<li>(製造元のプロトコルを見なさい) アノードとカソードにつながる適切に接続されたデータ ログ出力電圧計を使用して時間をかけて電圧差を測定します。 注: 同時温度データロギング オプション、ですが、この情報は現在ではなく、非生物的に生物学的変動の変化に関連を助けることができます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
データロガーとの電気的接続の保護
	<ol>
<li>ロガーおよびすべての電気接続を雨から保護するために静止したおよび/またはプラスチック製の袋を使用します。</li>
		<li>ビニール袋や強風から守るためにしっかりとケーブルを修正します。図 1に例を示します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 自然環境から電極サンプル集
<ol><li>アノード サンプルの品質の酸素混入による破壊を防止するには、嫌気性条件下で電極を収集します。</li>
	<li>電極のサンプルを収集する前に、少なくとも 30 分は、嫌気性の場所にテスト チューブを置きます。たとえば、試験管と入れて蓋別々 に内嫌気性ボトルに池の下部に。</li>
	<li>ワイヤー カッターを持つ電極からチタン鉛を削減、穏やかに、試験管に電極のサンプルを収集し、嫌気性ゾーンのシールします。サンプルを新鮮に保つために、サンプルのコレクションの直後に 4 ° C でサンプルを保存します。 注: また、電極が直接メディアに転送無酸素 (N2パージ)。(鈴木らによって記述された杉媒体を用いてください。11) には微生物の発育に十分な栄養素を提供するために水溶液の地球化学のサイトで測定され、改正から設計されました。このメディアは、異なる実験のため変更されました。</li>
</ol>4. 現在の生産および DNA 分析のため実験室の確認
<ol><li>
電極にアタッチする微生物コンソーシアの現在の生産能力の電気化学的確認。
	<ol>
<li>サンプリングされた電極、白金線、Ag/agcl (飽和 KCl) と電気化学リアクター14,15を構築電極と、我々 は、CE、嫌気性チャンバーで、それぞれ。杉中可溶性炭水化物電子ドナーを含む電気化学リアクターを入力します。</li>
		<li>0.2 で身のこなしは電極電位 V vs. Ag/agcl と現在の生産量。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
微生物の DNA を用いた電極サンプルからの DNA 抽出キット (材料の表を参照してください)。
	<ol>
<li>70% のエタノールの嫌気グローブ ボックスの内側をきれいにしアルミ箔上に滅菌皿を置きます。 注: 嫌気性チャンバーはパラジウム触媒存在下で酸素を清掃する 〜 2-3% 程度の水素雰囲気を維持することによって 1 ppm 未満の酸素濃度を維持します。</li>
		<li>グローブ ボックス内電気化学リアクターを開き、皿、試料電極を入れて、DNA キットで使用される管にフィットするサイズにカットします。製造元のプロトコルを続行します。</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. R., 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=In+situ+electrochemical+enrichment+and+isolation+of+a+magnetite-reducing+bacterium+from+a+high+pH+serpentinizing+spring.">In situ electrochemical enrichment and isolation of a magnetite-reducing bacterium from a high pH serpentinizing spring.</a> Environmentakl Microbiology. 19 (6), 2272-2285 (2017).</li><li>Suzuki, S., 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=Microbial+diversity+in+The+Cedars,+an+ultrabasic,+ultrareducing,+and+low+salinity+serpentinizing+ecosystem.">Microbial diversity in The Cedars, an ultrabasic, ultrareducing, and low salinity serpentinizing ecosystem.</a> Proceedings of the National Academy of Science U S A. 110 (38), 15336-15341 (2013).</li><li>Suzuki, S., 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=Physiological+and+genomic+features+of+highly+alkaliphilic+hydrogen-utilizing+Betaproteobacteria+from+a+continental+serpentinizing+site.">Physiological and genomic features of highly alkaliphilic hydrogen-utilizing Betaproteobacteria from a continental serpentinizing site.</a> Nature Communications. 5, 3900 (2014).</li><li>McCollom, T. 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>

著者が明らかに何もありません。

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...

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。

<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

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。

現在の生産は、図 3に示すように、電圧データロガーを使用して約 3ヶ月間正常に測定しました。今回は、春に影響を与える強力な秋の雨のため、春の長い安定した潜伏期間だったので選ばれました。短い期間は、長い期間は、バイオマスのより強力な濃縮を提供することが、十分な可能性があります。電気化学的培養後 2 電極システムの接続を...

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

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。

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

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

Research

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Environment

7.6K ビュー.  National Institute for Materials Science. 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。

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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 ...

環境学

A Technique to Screen American Beech for Resistance to the Beech Scale Insect (Cryptococcus fagisuga Lind.)

Beech bark disease (BBD) results in high levels of initial mortality, leaving behind survivor trees that are greatly weakened and deformed.&#160;The disease is initiated by feeding activities of the invasive beech scale insect, Cryptococcus fagisuga, which creates entry points for infection by one of the Neonectria species of fungus.&#160;Without scale infestation, there is little opportunity for fungal infection. Using scale eggs to artificially infest healthy trees in heavily BBD impacted stands demonstrated that these trees were resistant to the scale insect portion of the disease complex1.&#160;Here we present a protocol that we have developed, based on the artificial infestation technique by Houston2, which can be used to screen for scale-resistant trees in the field and in smaller potted seedlings and grafts.&#160;The identification of scale-resistant trees is an important component of management of BBD through tree improvement programs and silvicultural manipulation.

A Technique to Screen American Beech for Resistance to the Beech Scale Insect Cryptococcus fagisuga Lind.

Beech bark disease is initiated by feeding activities of the beech scale insect that create fungal entry points in the bark.&#160;Trees that are resistant to the scale insect are also disease resistant.&#160;Here we present the protocol we have developed to screen individual beech trees for beech scale resistance.

ブナスケール昆虫への抵抗のためのアメリカのブナを（画面ための技術<em&gt;クリプトコッカスfagisuga</em&gt;リンド。）

Beech bark disease (BBD) results in high levels of initial mortality, leaving behind survivor trees that are greatly weakened and deformed.&#160;The ...

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.

電気化学的およびBioelectrochemically誘起アンモニウム回復

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 ...

化学

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.

電気化学検出の重水素速度論的同位体効果シェワネラ oneidensis氏 1 の細胞外電子輸送

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

生化学

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.

生きているバイオ フィルムにおける電子輸送特性評価

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

環境微生物培養のためのIn Situ模擬嫌気性法

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.

著者スポットライト:In Situ Culturingによる未知の環境における陸生嫌気性微生物の謎の解明

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."

環境的に獲得した嫌気性微生物を培養するための In Situ 情報に基づく模擬培地フォーマットのセット

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.

多様な微生物群集の高密度栽培のための新しいバイオリアクター

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

生物工学

<meta charset="utf8"></head><body>DHNAを用いた Lactiplantibacillus plantarum におけるEETのクロノアンペロメトリー解析

Characterizing Mediated Extracellular Electron Transfer in Lactic Acid Bacteria with a Three-Electrode, Two-Chamber Bioelectrochemical System

Many bacteria perform extracellular electron transfer (EET), whereby electrons are transferred from the cell to an extracellular terminal electron acceptor. This electron acceptor can be an electrode and electrons can be delivered indirectly via a redox-active mediator molecule. Here, we present a protocol to study mediated EET in Lactiplantibacillus plantarum, a probiotic lactic acid bacterium widely used in the food industry, using a bioelectrochemical system. We detail how to assemble a three-electrode, two-chambered bioelectrochemical system and provide guidance on characterizing EET in the presence of a soluble mediator using chronoamperometry and cyclic voltammetry techniques. We use representative data from 1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid (DHNA)-mediated EET experiments with L. plantarum to demonstrate data analysis and interpretation. The techniques described in this protocol can open new opportunities for electro-fermentation and bioelectrocatalysis. Recent applications of this electrochemical technique with L. plantarum demonstrated an acceleration of metabolic flux towards producing fermentation end-products, which are critical flavor components in food fermentation. As such, this system has the potential to be further developed to alter flavors in food production or produce valuable chemicals.

<meta charset="utf8"></head><body>乳酸菌における媒介細胞外電子移動の特性評価 3電極2チャンバー生体電気化学システムによる

Here we present a protocol for characterizing mediated extracellular electron transfer (EET) in lactic acid bacteria using a three-electrode, two-chamber bioelectrochemical system. We illustrate this method with Lactiplantibacillus plantarum and the redox mediator 1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid and provide a thorough description of the electrochemical techniques used to evaluate mediated EET.

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

要約

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

ブナスケール昆虫への抵抗のためのアメリカのブナを（画面ための技術

電気化学的およびBioelectrochemically誘起アンモニウム回復

電気化学検出の重水素速度論的同位体効果シェワネラ oneidensis氏 1 の細胞外電子輸送

生きているバイオフィルムにおける電子輸送特性評価

環境的に獲得した嫌気性微生物を培養するための In Situ 情報に基づく模擬培地フォーマットのセット

環境的に獲得した嫌気性微生物を培養するための In Situ 情報に基づく模擬培地フォーマットのセット

環境的に獲得した嫌気性微生物を培養するための In Situ 情報に基づく模擬培地フォーマットのセット

多様な微生物群集の高密度栽培のための新しいバイオリアクター

乳酸菌における媒介細胞外電子移動の特性評価 3電極2チャンバー生体電気化学システムによる

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

要約

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環境的に獲得した嫌気性微生物を培養するための In Situ 情報に基づく模擬培地フォーマットのセット

環境的に獲得した嫌気性微生物を培養するための In Situ 情報に基づく模擬培地フォーマットのセット

環境的に獲得した嫌気性微生物を培養するための In Situ 情報に基づく模擬培地フォーマットのセット

多様な微生物群集の高密度栽培のための新しいバイオリアクター

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