Name: microbiologically induced calcite precipitation mediated by sporosarcina pasteurii
Uploaded: 2016-04-16T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 4 s
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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.

주 : 이하의 순서로 실험 프로토콜을 수행한다. 세균 배양 프로토콜이 제 1 절에 설명되어 있습니다 (또한 그림 1 참조). 제 2 절 외부 첨가제를 사용하여 배양 배지를 농축하기위한 프로토콜을 설명합니다. 3 장에서는 다중 모드 현미경을위한 프로토콜을 설명합니다. 모든 각 요소의 가중치는 분석 저울을 사용하여 측정 될 수있다. 각 용액의 부피 체적 실린더를 사용하여 측정 될 수있다. 참고 : - 자세한 내용은 제도적 안전 사무실에 문의 2. 적절한 바이오 안전성 프로토콜 섹션 1 따라야합니다. 1. 세균성 문화 <ol><li> 문화 박테리아 - 한천은 중간 준비 플레이트 <ol><li> 이러한 배양 접시, 플라스크로 장비와 재료를 조립, 트리스베이스, 염산, 한천, 밀리 포아 물, 산도 미터 etc.Sterilize 사용하기 전에 121 ° C에서 고압 증기 멸균하여 모든 컨테이너. </li><li> 0.1 1 L 준비밀리 포어의 물 1 L로 15.75 g 트리스 -베이스를 혼합하여 트리스​​ 완충액 3 M 수용액. 원래 용액 (pH를 10.4)의 pH 레벨을 낮추기 위해 염산 (50 % 농도)의 2,800 μl를 추가합니다. = 9의 pH를 설정하여 pH 미터를 사용하여 지속적으로 확인합니다. </li><li> 다음과 같이 두 부분으로 1 L 완충 용액을 나눈다 : <ol><li> 이 액 800 mL를 취하여. 400 ml의 각각의 두 부분으로 동등를 나눈다. 8g (NH 4) 2 SO 4, 다른 솔루션 용액 16g 효모 추출물 하나를 녹여. </li><li> 솔루션 나머지 (200 ㎖)을 타고 100 ㎖ 각각의 두 부분으로 다시 나눕니다. 2g (NH 4) 2 SO 4 일에 섞는다. 4g 효모 추출물과 다른 4g 한천을 추가합니다. </li></ol></li><li> 별도 알루미늄 호일에 각각의 플라스크를 배치하고 오토 클레이브 테이프를 부착 한 후 4 솔루션을 압력솥. 주 : 탁상용 오토 클레이브 장치가 사용되는 경우, 부피가 500 ㎖ (온도 및 압력을 자동으로 설정되어야ically) 부피의 함수로서 지정. </li><li> 오토 클레이브에서 그들을 복용 후, 옆으로 단계 1.3.1 (아래)의 두 400 ml의 솔루션을 설정합니다. 200㎖의 용액을 가지고 두 개의 100 ㎖ 용액을 혼합한다. 12 배양 접시 - (10)에 혼합물을 부어. </li></ol></li><li> 문화 박테리아 - 한천 플레이트 샘플 준비 <ol><li> 냉동고 (-80 ° C)에서 세균 주식을 제거하고 해동 할 수 있습니다. 제대로 해동 후, 세균 재고 및 바이오 안전성 후드 내부의 한천 플레이트를 배치합니다. </li><li> Sporosarcina pasteurii 재고와 팁을 만연하기 - (10 μl를 선택하는 것이 좋습니다 0.5)이 가장 작은 크기의 마이크로 피펫을 선택합니다. 킬 마이크로 피펫 팁과 한천 플레이트. 48 시간 동안 31 ° C에서 비 진탕 배양기 내부의 줄무늬 한천 플레이트를 놓습니다. </li><li> 48 시간 후, 인큐베이터에서 접시를 제거하고 단일 식민지의 존재 여부를 검사 시각. 단일 콜로니가없는 경우, t에 배치그는 또 다른 24 시간 동안 인큐베이터. </li><li> 단일 콜로니가 감지 될 때까지이 과정을 반복합니다. 시험 후 7 일을 초과하지 마십시오. 주 : 단일 콜로니도 일주일 후, 다음이 단계를 제대로 따르지 않았습니다 전체 과정은 1 단계에서 반복해야한다는 결론이 나타나지 않는 경우. </li></ol></li><li> 문화 박테리아 - 최종 샘플 준비 <ol><li> 두 개의 400 ml의 솔루션 (트리스 버퍼 + (NH 4) 혼합 2 SO 4 및 트리스 버퍼 + 효모 추출물 (1.5.1)이 함께 800 ml의 솔루션. 플라스크에이 용액 125 ml의 이동 구하십시오. </li><li> 단일 콜로니의 고농도 영역을 식별하는 한천 판 표면의 시각적 검사를 수행한다. 조심스럽게 조금씩 이동 및 마이크로 피펫 팁과 식민지 중 하나를 휴식. </li><li> 125 ml의 플라스크에 동일한 마이크로 피펫 팁을 찍어 전송받을 강력한 곱셈에 대한 세포의 충분한 수를 확인하기 위해 철저하게 저어. 삼일 - 150 rpm으로 2, 30 ℃에서 진탕 배양기에서 플라스크를 놓습니다. 이 후 - 삼일, 인큐베이터에서 플라스크를 제거합니다. </li></ol></li><li> 문화 박테리아 - 최종 세포 수 <ol><li> 가산 단일 콜로니가 나타날 수 있도록 적어도 천만 (10-7)의 희석을 달성하기 위해 PBS를 사용하여 희석되지 않은 배양액의 연속 희석을 수행한다. 한천 플레이트 중 하나에 7 병렬 등거리 선을 그립니다. <ol><li> 위에서 볼 수있을 정도로 눈에 띄는 페트리 접시의 바닥면에 굵은 선을 그려이 작업을 수행합니다. 하나의 세그먼트로 비 희석 용액의 3 작은 방울을 삭제합니다. 1:10 희석 수득 인산염 완충액 (PBS) 9 ml의 비 희석 된 용액 1ml를 추가. </li></ol></li><li> 피펫이 새로 희석액의 작은 나누어지는 (~ 0.1 ㎖) 가지고 다음 세그먼트에 3 개의 작은 방울을 놓습니다. 새로운 플라스크에 추가로 희석 열 배 (10 배)에 의해 새로 희석액을 전송PBS를 추가. 이것은 10-2 또는 1로 희석을 가져온다 : 100. <ol><li> 다음 세그먼트에서 100 솔루션 :이 일을 사용합니다. 1000 끝까지 연속하여 새로운 플라스크로 옮기고 연속적 10-3 또는 1에서 더 희석 된 샘플들을 획득하기 위해 PBS에 직렬로 10 배 (10 배) 희석 그는 갓 희석 용액의 소량으로 가공이 반복 마지막 세그먼트에 아래에 10-7 1:10 만. </li></ol></li><li> 31 ° C에서 2 일 - 1 플레이트 배양 후 한천 플레이트에있는 세포의 수를 세어 단위 (CFU) 플레이트 카운트 콜로니 포밍 수행한다. 이 희석 시료의 세균 수의 정량적 측정을 제공합니다. 주 : CFU 값 각 콜로니를 분리하고 생존 한 균체 설립라고 가정 영양 배지, 온도, 시간의 특정 조건하에 콜로니를 야기 할 수있는 시스템의 능력에 기초하여 측정된다. </li><li> 봉인필름을 자체 밀봉 저장은 나중에 사용하기 위해 냉장고에 나머지 항목으로 배양 접시. </li></ol></li></ol> 강수량을 가속화하는 영양소의 보충 2. 프로토콜 <ol><li> 전송 몇몇 멸균 원심 분리기 튜브로 제조 된 배양액 (+ 세포 배지) 9 ㎖, 10 ㎖ 양의 각. </li><li> 우레아 : 2g / L 염화 암모늄 : 새로운 배지에 다음 농도로 네 가지 구성 요소로 이루어진 외부 농축 100ml의 스톡 용액을 준비 1g / L을 탄산 수​​소 나트륨 212 ㎎ / ℓ, 염화칼슘 : 280 mg의 /엘. 조심스럽게 분석 균형을 사용하여 모든 성분을 측정하고 오토 클레이브에 신선한 비커 중간 위치 (121 ° C, 15 PSI, 15 분)를 제외한 모든 요소를​​ 섞는다. <ol><li> 오토 클레이브 후, 새로운 배지 1 ㎖와 우레아 (2 mg)을 필요한 양을 혼합하여 농축 과정을 완료 0.22 μm의 주사기 필터를 갖춘 주사기를 통과한다. </li><li> 1 추가준비된 배양액 (+ 세포 배지) 9 mL를 함유 멸균 원심 분리기 튜브에 첨가물이 농축 배지 ㎖ (단계 2.1 참조). 주 : 모든 성분, 상승 된 온도에서 분해되는 요소는, 오토 클레이브에서 멸균 될 수 없다. 다른 성분은 멸균 한 후 따라서, (121 ° C, 15 PSI, 15 분)을, 우레아 0.22 μm의 주사기 필터를 통해 마지막으로 첨가된다. </li></ol></li><li> 소용돌이 각각의 튜브는 철저하게 기계 vortexer를를 사용. 30 ° C에서 비 진탕 배양기에서 농축 액체 (세포 + 중간 + 첨가제)를 놓습니다. 강수량의 개시를 위해 정기적으로 모든 장치를 모니터링합니다. 강수량의 발병이 육안으로 감지되면 광학 현미경을 사용하여, 현미경 관찰을 시작합니다. 실험 시작 후 36 시간 - 이것은 보통 30 사이입니다. </li></ol> 멀티 모드 현미경 3. 프로토콜 <ol><li> 높은 MAGNIFICAT 유체의 소량 (~ 1 ㎖)에 전송이온 시야 모드 초기 관찰을 수행하는 시스템의 coverglass 현미경 - 챔버. ,로 시작하는 가장 낮은 배율 (4X) 모든 관측을 시작합니다. 이는 따르면 석출물의 분포에 대한 따라서 글로벌 정보의 넓은 범위를 제공한다. </li><li> 강수량의 큰 볼륨으로 특정 영역을 선택하고 점진적으로 배율을 증가시켜 (20X, 40X, 60X)를 확대합니다. 참고 : 제대로 (때문에 매우 가까운 굴절률에) 세포 외 고분자 물질 시야에서 (EPS)에서 세포를 해결하는 것은 불가능하기 때문에 필요할 때마다, 위상 콘트라스트 모드를 전환 할 수 있습니다. 이 모드에서는, (벌크 셀 상이한 위상 인) 세포막 단지 윤곽 따라서 시각적 차별화를 가능하게 표시된다. </li><li> 마지막으로, 빨간색 죽은 구성 요소를 색칠하면서 선택적으로 녹색으로 흐르는 부품 염료 라이브 / 죽은 얼룩 약간의 실을 염색. 표준 프로토콜 28을 참조하십시오 &lt;/ SUP&gt;. </li><li> 형광 모드에 스위치가 제대로 빨간색과 녹색 지역을 구분합니다. 레드 ((540)의 여기 파장 레드 필터 큐브 - 660 나노 미터 - 580 nm의, 600의 595 nm의 배리어 필터의 다이크로 익 미러) - 480 나노 미터의 다이크로 익 미러 (440)의 여기 파장을 가진 녹색 (GFP 롱 패스 그린 필터 큐브 510 ㎚) 필터 큐브의 505 nm의 배리어 필터는 형광 현미경을 용이하게하기 위해 사용된다. </li><li> 일단 모든 멀티 모드 데이터는 최상의 명암비와 선명도를 얻기 위해 가장 좋은 이미지를 수동으로 오버레이 (개별 시야, 위상차 및 형광 이미지)를 선택, 수집되었습니다. </li><li> 결정 구조를 이해하기 위해 건조 된 고체 시료에 대한 SEM을 수행합니다. 이것은 잘 확립 된 표준 절차입니다. (22)는 작용기 (탄산염)의 화학 서명을 확인하기 XPS를 수행합니다. 이뿐만 아니라 잘 설립 및 표준 절차입니다. (23) </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

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...

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.

<table><tbody><tr><td>Petridish</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB0875712</td><td>Petridishes being used as Agar plate</td></tr><tr><td>Pyrex Flasks</td><td>Fisher Scientific</td><td>S63268</td><td>Corning Erlenmeyer</td></tr><tr><td>Tris-Base</td><td>Promega</td><td>H5133</td><td>being used to make Tris-Buffer</td></tr><tr><td>Hydrochloric Acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H9892</td><td>1.0 N, Bioreagent, suitable for cell culture</td></tr><tr><td>Agar Powder</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A1296</td><td>microbiology tested, plant cell culture tested, cell culture tested, powder</td></tr><tr><td>Ammonium Sulphate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A4418</td><td>for Molecular Biology</td></tr><tr><td>Yeast extract powder</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>51475</td><td></td></tr><tr><td>Measuring Cylinder</td><td>Cole-Parmer</td><td>CP08559GC</td><td>Cole-Parmer Class A Graduated Cylinder w/Cal Cert,TC; 1,000 ml,1/Pk</td></tr><tr><td>Analytical Balance</td><td>OHAUS</td><td>AX124E</td><td>being used to measure weight of reagents</td></tr><tr><td>Autoclave</td><td>Brinkmann</td><td>58619000</td><td></td></tr><tr><td>Autoclave Tape</td><td>VWR</td><td>52428864</td><td></td></tr><tr><td>Aluminum Foil</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z185140</td><td>being used to seal the flask before placing it in Autoclave</td></tr><tr><td>Bacterial Stock</td><td>Cedarlane</td><td>11859</td><td>-80 &amp;deg;C stock of &lt;em&gt;S. pasteurii&lt;/em&gt;, ATCC No. is mentioned against Cat. No.</td></tr><tr><td>Mline Single-Channel Mechanical Pipettors, Variable Volume</td><td>Biohit</td><td>725010</td><td>Marketed by VWR under catalog number 14005976</td></tr><tr><td>Micropipette Tip</td><td>Fisher Scientific</td><td>212772B</td><td>Used for scratching Agar plates</td></tr><tr><td>Incubator</td><td>Binder</td><td>80079098</td><td>Microbiology Incubator,BF Series</td></tr><tr><td>Shaking Incubator</td><td>VWR</td><td>14004300</td><td>VWR Signature Benchtop Shaking Incubators</td></tr><tr><td>Phosphate Buffer Saline (PBS)&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P7059</td><td></td></tr><tr><td>BD Falcon Express Pipet-Aid Pipetting Device</td><td>BD Biosciences</td><td>357590</td><td>Marketed by VWR under catalog number 53106220</td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P7793</td><td>Being used to seal Agar plates</td></tr><tr><td>Urea</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>U1250</td><td>Enrichment for nutrient medium</td></tr><tr><td>Sodium Bicarbonate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S8875</td><td>Enrichment for nutrient medium</td></tr><tr><td>Calcium chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C1016</td><td>Enrichment for nutrient medium</td></tr></tbody></table>

microbiologically induced calcite precipitation mediated by sporosarcina pasteurii

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.

S.는 alkaliphile (24)는 상대적으로 가혹한 조건에서 살아남을 수있는 pasteurii. 전술 한 배양 프로토콜 및 S. 하였다 때 pasteurii 박테리아 시간 (도 2a)을 통해 탄산 칼슘의 석출을 유도, 챔버 내부에서 성장된다.도 2 (b) 배양액 내의 박테리아 세포 집단의 위상차 광학 현미경 이미지를 나타낸다. 각 셀은 매우 명백 세균 ...

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Microbiologically Induced Calcite Precipitation Mediated by Sporosarcina pasteurii

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.

미생물 학적으로 방해석 강수량 유도에 의해 중재<em&gt; Sporosarcina pasteurii</em

The particular bacterium under investigation here (S. pasteurii) is unique in its ability, under the right conditions, to induce the hydrolysis of urea ...

microbiologically-induced-calcite-precipitation-mediated-sporosarcina

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Microbiologically Induced Calcite Precipitation Mediated by Sporosarcina pasteurii

21.8K 조회수.  University of Alberta. 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.

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Physical Isolation of Endospores from Environmental Samples by Targeted Lysis of Vegetative Cells

Endospore formation is a survival strategy found among some bacteria from the phylum Firmicutes. During endospore formation, these bacteria enter a morpho-physiological resting state that enhances survival under adverse environmental conditions. Even though endospore-forming Firmicutes are one of the most frequently enriched and isolated bacterial groups in culturing studies, they are often absent from diversity studies based on molecular methods. The resistance of the spore core is considered one of the factors limiting the recovery of DNA from endospores. We developed a method that takes advantage of the higher resistance of endospores to separate them from other cells in a complex microbial community using physical, enzymatic and chemical lysis methods. The endospore-only preparation thus obtained can be used for re-culturing or to perform downstream analysis such as tailored DNA extraction optimized for endospores and subsequent DNA sequencing. This method, applied to sediment samples, has allowed the enrichment of endospores and after sequencing, has revealed a large diversity of endospore-formers in freshwater lake sediments. We expect that the application of this method to other samples will yield a similar outcome.

A method to single out bacterial endospores from complex microbial communities was developed to perform tailored culture or molecular studies of this group of bacteria.

식물 세포의 표적으로 용해하여 환경 시료에서 내생 포자의 물리적 분리

Endospore formation is a survival strategy found among some bacteria from the phylum Firmicutes. During endospore formation, these bacteria enter a ...

연구

환경과학

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

싱크로 빠른 단층 촬영을 사용하여 탄산염의 반응의 동적 기공 규모의 저수지 조건 이미징

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

공학

Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with sufficient heavy metal adsorption capacity. To this end, blast furnace slag, a residue from iron-making, is utilized as the starting material. Calcium is selectively extracted from the slag by leaching with acetic acid (2 M CH3COOH) as the extraction agent. The filtered leachate is subsequently physico-chemically purified and then carbonated to form precipitated calcium carbonate (PCC) of high purity (&lt;2 wt% non-calcium impurities, according to ICP-MS analysis). Sodium hydroxide is added to neutralize the regenerated acetate. The morphological properties of the resulting calcitic PCC are tuned for its potential application as a filler in papermaking. In parallel, the residual solids from the extraction stage are subjected to hydrothermal conversion in a caustic solution (2 M NaOH) that leads to the predominant formation of a particular zeolitic mineral phase (detected by XRD), namely analcime (NaAlSi2O6&#8729;H2O). Based on its ability to adsorb Ni2+, as reported from batch adsorption experiments and ICP-OES analysis, this product can potentially be used in wastewater treatment or for environmental remediation applications.

A protocol for the parallel production of precipitated calcium carbonate and zeolitic material from blast furnace slag via mineral carbonation and alkaline hydrothermal conversion, respectively, is presented. The performance of the zeolitic material towards nickel adsorption is tested.

고로 슬래그의 양방향 가치 증식 : 침전 된 탄산 칼슘과 제올라이트 중금속 흡착제의 합성

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with ...

Monitoring Pedogenic Inorganic Carbon Accumulation Due to Weathering of Amended Silicate Minerals in Agricultural Soils.

The present study aims to demonstrate a systematic procedure for monitoring inorganic carbon induced by enhanced weathering of comminuted rocks in agricultural soils. To this end, the core soil samples taken at different depth (including 0-15 cm, 15-30 cm, and 30-60 cm profiles) are collected from an agriculture field, the topsoil of which has already been enriched with an alkaline earth metal silicate containing mineral (such as wollastonite). After transporting to the laboratory, the soil samples are air-dried and sieved. Then, the inorganic carbon content of the samples is determined by a volumetric method called calcimetry. The representative results presented herein showed five folded increments of inorganic carbon content in the soils amended with the Ca-silicate compared to control soils. This compositional change was accompanied by more than 1 unit of pH increase in the amended soils, implying high dissolution of the silicate. Mineralogical and morphological analyses, as well as elemental composition, further corroborate the increase in the inorganic carbon content of silicate-amended soils. The sampling and analysis methods presented in this study can be adopted by researchers and professionals looking to trace pedogenic inorganic carbon changes in soils and subsoils, including those amended with other suitable silicate rocks such as basalt and olivine. These methods can also be exploited as tools for verifying soil inorganic carbon sequestration by private and governmental entities to certify and award carbon credits.

The verification method described here is adaptable for monitoring pedogenic inorganic carbon sequestration in various agricultural soils amended with alkaline earth metal silicate-containing rocks, such as wollastonite, basalt, and olivine. This type of validation is essential for carbon credit programs, which can benefit farmers that sequester carbon in their fields.

농업 토양에서 수정 된 실리케이트 미네랄의 풍화로 인해 페도게닉 무기 탄소 축적모니터링.

The present study aims to demonstrate a systematic procedure for monitoring inorganic carbon induced by enhanced weathering of comminuted rocks in ...

Bioprospecting of Extremophilic Microorganisms to Address Environmental Pollution

Geothermal springs are rich in various metal ions due to the interaction between rock and water that takes place in the deep aquifer. Moreover, due to seasonality variation in pH and temperature, fluctuation in element composition is periodically observed within these extreme environments, influencing the environmental microbial communities. Extremophilic microorganisms that thrive in volcanic thermal vents have developed resistance mechanisms to handle several metal ions present in the environment, thus taking part to complex metal biogeochemical cycles. Moreover, extremophiles and their products have found an extensive foothold in the market, and this holds true especially for their enzymes. In this context, their characterization is functional to the development of biosystems and bioprocesses for environmental monitoring and bioremediation. To date, the isolation and cultivation under laboratory conditions of extremophilic microorganisms still represent a bottleneck for fully exploiting their biotechnological potential. This work describes a streamlined protocol for the isolation of thermophilic microorganisms from hot springs as well as their genotypical and phenotypical identification through the following steps: (1) Sampling of microorganisms from geothermal sites ("Pisciarelli", a volcanic area of Campi Flegrei in Naples, Italy); (2) Isolation of heavy metal resistant microorganisms; (3) Identification of microbial isolates; (4) Phenotypical characterization of the isolates. The methodologies described in this work might be generally applied also for the isolation of microorganisms from other extreme environments.

The isolation of heavy metal-resistant microbes from geothermal springs is a hot topic for the development of bioremediation and environmental monitoring biosystems. This study provides a methodological approach for isolating and identifying heavy metal tolerant bacteria from hot springs.

환경 오염을 해결하기위한 Extremophilic 미생물의 생물 탐사

Geothermal springs are rich in various metal ions due to the interaction between rock and water that takes place in the deep aquifer. Moreover, due to ...

Calcium Carbonate Formation in the Presence of Biopolymeric Additives

Biomineralization is the formation of minerals in the presence of organic molecules, often related with functional and/or structural roles in living organisms. It is a complex process and therefore a simple, in vitro, system is required to understand the effect of isolated molecules on the biomineralization process. In many cases, biomineralization is directed by biopolymers in the extracellular matrix. In order to evaluate the effect of isolated biopolymers on the morphology and structure of calcite in vitro, we have used the vapor diffusion method for the precipitation of calcium carbonate, scanning electron microscopy and micro Raman for the characterization, and ultraviolet-visible (UV/Vis) absorbance for measuring the quantity of a biopolymer in the crystals. In this method, we expose the isolated biopolymers, dissolved in a calcium chloride solution, to gaseous ammonia and carbon dioxide that originate from the decomposition of solid ammonium carbonate. Under the conditions where the solubility product of calcium carbonate is reached, calcium carbonate precipitates and crystals are formed. Calcium carbonate has different polymorphs that differ in their thermodynamic stability: amorphous calcium carbonate, vaterite, aragonite, and calcite. In the absence of biopolymers, under clean conditions, calcium carbonate is mostly present in the calcite form, which is the most thermodynamically stable polymorph of calcium carbonate. This method examines the effect of the biopolymeric additives on the morphology and structure of calcium carbonate crystals. Here, we demonstrate the protocol through the study of an extracellular bacterial protein, TapA, on the formation of calcium carbonate crystals. Specifically, we focus on the experimental set up, and characterization methods, such as optical and electron microscopy as well as Raman spectroscopy.

We describe a protocol for the precipitation and characterization of calcium carbonate crystals that form in the presence of biopolymers.

생체 고분자 첨가제의 존재에 있는 탄산칼슘 대형

Biomineralization is the formation of minerals in the presence of organic molecules, often related with functional and/or structural roles in living ...

화학

Sandy Soil Improvement through Microbially Induced Calcite Precipitation (MICP) by Immersion

The goal of this article is to develop an immersion method to improve the microbially induced calcite precipitation (MICP) treated samples. A batch reactor was assembled to immerse soil samples into cementation media. The cementation media can freely diffuse into the soil samples in the batch reactor instead of cementation media being injected. A full contact flexible mold, a rigid full contact mold, and a cored brick mold were used to prepare different soil sample holders. Synthetic fibers and natural fibers were selected to reinforce the MICP-treated soil samples. The precipitated CaCO3 in different areas of the MICP-treated samples was measured. The CaCO3 distribution results demonstrated that the precipitated CaCO3 was distributed uniformly in the soil sample by the immersion method.

Sandy Soil Improvement through Microbially Induced Calcite Precipitation MICP by Immersion

Here, microbially induced calcite precipitation (MICP) technology is presented to improve soil properties by immersion.

침수에 의한 미생물 유발 방해석 침전(MICP)을 통한 모래 토양 개선

The goal of this article is to develop an immersion method to improve the microbially induced calcite precipitation (MICP) treated samples. A batch ...

A Semi-Automated and Reproducible Biological-Based Method to Quantify Calcium Deposition In Vitro

Vascular calcification involves a series of degenerative pathologies, including inflammation, changes to cellular phenotype, cell death, and the absence of calcification inhibitors, that concomitantly lead to a loss of vessel elasticity and function. Vascular calcification is an important contributor to morbidity and mortality in many pathologies, including chronic kidney disease, diabetes mellitus, and atherosclerosis. Current research models to study vascular calcification are limited and are only viable at the late stages of calcification development in vivo. In vitro tools for studying vascular calcification use end-point measurements, increasing the demands on biological material and risking the introduction of variability to research studies. We demonstrate the application of a novel fluorescently labeled probe that binds to in vitro calcification development on human vascular smooth muscle cells and determines the real-time development of in vitro calcification. In this protocol, we describe the application of our newly developed calcification assay, a novel tool in disease modeling that has potential translational applications. We envisage this assay to be relevant in a broader spectrum of mineral deposition research, including applications in bone, cartilage, or dental research.

A Semi-Automated and Reproducible Biological-Based Method to Quantify Calcium Deposition In Vitro

Cardiovascular disease is the leading cause of death worldwide. Vascular calcification contributes substantially to the burden of cardiovascular morbidity and mortality. This protocol describes a simple method to quantify vascular smooth muscle cell-mediated calcium precipitation in vitro by fluorescent imaging.

시험관 내에서 칼슘 침착을 정량화하기 위한 반자동화되고 재현 가능한 생물학적 기반 방법

Vascular calcification involves a series of degenerative pathologies, including inflammation, changes to cellular phenotype, cell death, and the absence ...

생화학

Prospecting Microbial Strains for Bioremediation and Probiotics Development for Metaorganism Research and Preservation

Pollution affects all biomes. Marine environments have been particularly impacted, especially coral reefs, one of the most sensitive ecosystems on Earth. Globally, 4.5 billion people are economically dependent on the sea, where most of their livelihood is provided by coral reefs. Corals are of great importance and therefore their extinction leads to catastrophic consequences. There are several possible solutions to remediate marine pollutants and local contamination, including bioremediation. Bioremediation is the capacity of organisms to degrade contaminants. The approach presents several advantages, such as sustainability, relatively low cost, and the fact that it can be applied in different ecosystems, causing minimal impacts to the environment. As an extra advantage, the manipulation of endogenous microbiomes, including putative beneficial microorganisms for corals (pBMCs), may have probiotic effects for marine animals. In this context, the use of the two approaches, bioremediation and pBMC inoculation combined, could be promising. This strategy would promote the degradation of specific pollutants that can be harmful to corals and other metaorganisms while also increasing host resistance and resilience to deal with pollution and other threats. This method focuses on the selection of pBMCs to degrade two contaminants: the synthetic estrogen 17a-ethinylestradiol (EE2) and crude oil. Both have been reported to negatively impact marine animals, including corals, and humans. The protocol describes how to isolate and test bacteria capable of degrading the specific contaminants, followed by a description of how to detect some putative beneficial characteristics of these associated microbes to their coral host. The methodologies described here are relatively cheap, easy to perform, and highly adaptable. Almost any kind of soluble target compound can be used instead of EE2 and oil.

Pollution affects all biomes. Marine environments have been particularly impacted, especially coral reefs, one of the most sensitive ecosystems on Earth. Bioremediation is the capacity of organisms to degrade contaminants. Here, we describe methodologies to isolate and test microbes presenting bioremediation ability and potential probiotic characteristics for corals.

메타유기 연구 및 보존을 위한 생물 정화 및 프로바이오틱스 개발을 위한 미생물 균주 발굴

Pollution affects all biomes. Marine environments have been particularly impacted, especially coral reefs, one of the most sensitive ecosystems on Earth. ...

생체공학

Production and Analysis of Sporosarcina pasteurii Biocement Bricks Using Custom 3D-Printed Molds for Unconfined Compression Tests

Cement is a key building material used in many structures across the globe, from foundations for homes to historical monuments and roadways. It is a critical and abundant material worldwide. However, the traditional production of cement is a major contributor to man-made atmospheric CO2, leading to greenhouse gas emissions and climate change. Microbially induced calcite precipitation (MICP) is a biological process in which Sporosarcina pasteurii or other bacteria produce a cement material that is as strong as traditional cement, but biocement is carbon-neutral. This MICP method of producing biocement is a promising technology and is currently under active investigation by many companies, countries, and research groups. The protocol presented here employs custom-designed, reusable, 3D-printed molds for flow-through MICP treatment of soil or sand, producing cylindrical bricks that meet standard specifications for unconfined compression tests. The individual, free-standing, reservoir-topped molds allow convenient parallel testing of multiple variables and replicates. This protocol outlines the S. pasteurii MICP reaction and the creation, assembly, and use of the 3D-printed molds to generate biocement cylindrical bricks.

Sporosarcina pasteurii is a ureolytic bacterium that breaks down urea into carbonate and ammonium. The carbonate combines with calcium to form calcium carbonate, creating a crystal lattice that anchors surrounding particles together to produce biocement. This is a convenient protocol for using 3D-printed molds to create biocement bricks suitable for compression testing.

제한되지 않은 압축 테스트를 위해 맞춤형 3D 프린팅 금형을 사용한 Sporosarcina pasteurii 바이오시멘트 벽돌의 생산 및 분석

Cement is a key building material used in many structures across the globe, from foundations for homes to historical monuments and roadways. It is a ...

미생물 학적으로 방해석 강수량 유도에 의해 중재

요약

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