Name: single-throughput complementary high-resolution analytical techniques for characterizing complex natural organic matter mixtures
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
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우리는 일본 Chanton, J.E. Kostka, mm은 Kolton 물 샘플을 수집에 대해 감사 하 고 싶습니다. 이 작품의 일부는 환경 분자 과학 연구소, 암컷 사무실의 과학 사용자 시설 사무실의 생물학과 환경 연구의 후원에서 실시 했다. PNNL는 Battelle 계약 드 AC05 76RL01830 아래 DOE에 대 한에 운영 됩니다. 이 작품은 미국 에너지 부, 과학, 및 사무실의 생물학과 환경 연구에 의해 지원 되었다 (부여: 드-AC05-00OR22725, DE SC0004632, DESC0010580, 드-SC0012088, 및 드-SC0014416).

1. 토양, 앙금, 또는 토 탄에서 유기 물질의 연속 추출
<ol><li>토양, 앙금, 또는 토 탄을 통해 유선 수집 하 고 (예를 들어, 깊이) 테스트 중인 가설에 따르면 코어 분할. 소계에 게 샘플 컨테이너 코팅 및 분석 전에 저장에 대 한-80 ℃에서 동결. 참고: 약 25 mg C이이 프로토콜에 대 한 필요 합니다. 토 탄 (일반적으로 45 %C), 말린된 토 탄의 50 mg이 필요 합니다. 더 많은 양의 샘플 C에 따라 ?...

<ol>
	<li>Bridgham, S. D., Megonigal, P. J., Keller, J. K., Bliss, N. B., Trettin, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+carbon+balance+of+North+American+wetlands.">The carbon balance of North American wetlands.</a> Wetlands. 26 (4), 889-916 (2006).</li><li>Wilson, R. 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=Greenhouse+gas+balance+over+thaw-freeze+cycles+in+discontinuous+zone+permafrost.">Greenhouse gas balance over thaw-freeze cycles in discontinuous zone permafrost.</a> Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 122 (2), 387-404 (2017).</li><li>Broder, T., Knorr, K. 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단일-처리량, 대사와는 프로테옴을 특성화 하는 데 사용 하는 완전히 결합 분석 스트림 경로 c 사이클에서 발생 하는 복잡 한 생태계에 대 한 통찰력을 제공 합니다. 토양 및 토 탄은 이기종 행렬, 그리고 따라서,이 방법의 중요 한 단계 중 하나 시작 토 탄 또는 토양 물자는 높게 균질 성 확보에 초기 단계에서 발생 합니다. 그것은 뿐만 집계 추출 효율을 줄일 수 있습니다 샘플을 분쇄 하는 것이 좋?...

세계적으로, 습지 유기 C 토 탄 예금1매장으로 주로 탄소 (C), 529 페이지 포함 견적 된다. 현재, 이러한 peatlands 북미 혼자129 Tg C y-1 를 격리 그물 C 싱크 역할을 합니다. 그러나, 배수, 화재, 가뭄, 더 온난 한 온도 등 환경 장애 온실 가스를 통해 증가 C 손실의 결과로 유기 물 분해를 증가 시켜이 C 싱크를 상쇄 수 있습니다 (이산화탄소 [CO2]와 [4채널] 메탄) 생산1,2. 기후 변화는 더 온난 한 온도 또는 건조 조건 빠른 C 분해 미생물에 의해 자극 하는 경우 C 감소에 기여할 수 있습니다. 또는, 높은 온도 및 공기 CO2 농도 유기 탄소 (OC는)로 더 많은 CO2 격리를 기본 생산을 자극 수 있습니다. OC CO2 로 분해 다음 어느 정도 하 고 얼마나 빨리와 채널4 는 전자 기증자 기판, 전자 수락자의 가용성 및 중재 미생물 사이 복잡 한 상호 작용에 따라 달라 집니다를 변환입니다. 대부분의 경우, 메커니즘은 잘 성격을 나타낸, 따라서 환경 섭 반응 잘 제한 된 이며 기후 변화의 결과 peatland 생태계에 탄소 균형에 있을 것입니다 불분명 남아.
자연 유기 물질 (NOM)의 복잡 한 자연도 역사적으로 어려운 다른 혼합물에 있는 유기 화합물을 식별 했다. 최근 발전 하는 전통적으로 화합물의 특성, 어느 정도 계속 완강히 humic 또는 fulvic 화합물3,,45으로 간주, 우리의 능력 크게 향상. 우리는 지금 이러한 화합물의 많은 microbially 실제로 사용할 수 있으며 적당 한 터미널 전자 수락자 (차) 제공6,7경우 분해 수 있습니다 이해 합니다. 화합물에 대 한 탄소 (NOSC)의 명목상 산화 상태 계산 분해 하 고 필요한 차 에너지 생산량에 대 한 가능성을 예측에 대 한 통계를 제공 합니다. 그러나, 그것은7유기 물질 분자 수준 특성을 요구 한다. NOSC는 분자 수식을 통해 다음 방정식7에서 계산: NOSC = − ((−z + 4(#C) + (#H) − 3(#N) − 2(#O) + 5(#P) − 2(#S)) / (#C)) + 4, z 그물 충전이. NOSC 열역학 운전 힘8, 어떤 점에서 더 높은 NOSC와 화합물은 저하, 낮은 NOSC와 화합물 감소 하기 위해 점점 더 에너지 차와 필요로 쉽게 상관 된다. NOSC −2 보다는 더 적은으로 화합물 O2, 질산염 또는 미네소타4, 같은 차를 양보 하는 높은 에너지를 필요로 하 고 일반적으로 발생 하 여 저하 될 수 없습니다 FeIII 같은 차 들을 생성 하는 에너지를 낮은 또는 황산7. 이것은 O2 와 다른 고 에너지 차와 저조한는 부족9 및 따라서 이러한 조건 하에서 낮은 NOSC 화합물의 저하는 습지에 물이 찼 네요 무산 소 조건에서 중요 한 고려 사항 열역학으로 제한. 환경 섭 동 O2 (가장 정력적 인 전자 수락자), 유기 기판에 전자 수락자 사용할 수 변화에 영향을 주는 문학적 변화를 통해 생태계의 열역학적 상태에 영향을 미칠 수 있습니다 기본으로 생산, 및 온도 의해 더 작은 넓이에. Homoacetogenesis (즉, CO2 와 H2에서 초 산 생산)와 hydrogenotrophic methanogenesis (사이 발생 하는 교환 관련 하 여 발생 하는 습지 시스템에서 온도 효과의 중요 한 예 즉, CO2 와 H2에서 채널4 생산). 낮은 온도에서 그 homoacetogenesis는 약간 선호 따뜻한 온도 선호 채널4 생산10동안 나타납니다. 채널4 는 CO211 및 따라서 증가 생산의 비용에 채널4 의 보다 훨씬 더 강한 온실 가스가 온도 효과, 기후 변화 하는 생태계의 응답에 대 한 중요 한 암시를 할 수 있습니다. 따뜻한 온도에서 CO2 기후 온난화와 긍정적인 의견을 기여할 수 있습니다.
Peatlands CO2 의 세계적으로 중요 한 양을 생성 그리고 채널46을 통해 미생물의 호흡 유기 자연적 중요 합니다. 유기 탄소 기판의 NOSC CO2의 상대적 비율 결정: 채널4 채널4 때문에 뿐만 아니라 CO211에 비해 높은 복사 강제 때문에 중요 한 매개 변수는 생산 모델링 노력 peatlands12C 자 속 추정을 위한 중요 한 매개 변수로이 비율을 확인 했습니다. CO2이외의 터미널 전자 수락자의 부재, 그것은 수 있다 표시 전자 균형에 의해 NOSC > 0 것 유기 C 기판 CO2생산: 채널4 > 1, NOSC 유기 C = 0 생성 CO2 와4 채널 < 1 아데닌의 비율, 그리고 NOSC 유기 C에서 CO2를 생산할 예정 이다: 채널4 < 113. OC의 자연 생태계에서 분해 미생물, 중재는 그래서 그 경우에 특정 화합물의 열역학으로 가능, 운동 제한 무산 소 조건 하에서 그리고 미생물 효소의 활동으로 (즉, NOSC) 강제로 열역학 운전7. 지금까지 그것은 화합물 존재의 다양성 그들의 특성에 대 한 다른 보완 기술이 필요 하기 때문에 유기 물질을 완벽 하 게 특성을 도전 하고있다. 최근 발전 격차; 폐쇄 분석 기법에의 한 벌을 사용 하 여 우리가 유기 화합물 분자 수준 특성을 제공 하 고, 800 다 폴 리-heterocycles까지 포도 당 같은 작은 기본 대사 산물에서 어떤 경우 부 량에서 큰 범위를 분석할 수 있습니다. 이전 같은 큰 복잡 한 분자 것가지고 되었습니다 단순히으로 리그 닌 같은 또는 탄 닌 같은 특징 완강히 되었다고 가정. 그러나 분자 수준 특성,,도 이러한 큰 복잡 한 분자에 대 한 NOSC의 계산을 허용 한다. 이 NOSC 값은 선형 열역학 원동력의 유기 물 분해, 많은 경우에는 이러한 복잡 한 분자 microbially 수 실제로 있습니다 보여 사용할 수 있는 품질의 평가 대 한 수 있도록 연관 습지에 승리 무산 소 조건 에서도 분해.
O2 의 유기 물 분해를 거의 모든 자연 관찰 된 NOSC 값의 수, 이후 여기 우리가 변화에 포커스에서 유기 물질과 미생물 단백질 (즉, 습지에서 기본 드라이버를 될 것입니다. 제한 된 O2) 시스템입니다. 그러나, 우리가 논의할 것 이다 모든 기법 모든 생태계에서 유기 물질에 적용할 수 있습니다. 일반적으로, 대량 측정 광학에 기반 하 고 형광 분석 유기 물질 품질3,14을 평가 하기 위해 사용 되었습니다. 그러나 이러한 대량 측정을 사용 하 여,, 세부 묘사가 손실 됩니다 분자의 많은 수는 함께 humics 또는 fulvics 같은 일반적인 용어 분류로. 이러한 범주 정의 잘 제한 된 그리고, 사실, 연구에서 연구 하 고 비교 불가능 한 다를 수 있습니다. 또한, 대량 측정 하지 시스템을 관리 하는 열역학 계산에 필요한 분자 정보 제공 고 따라서 진정으로 유기 물 품질15평가 짧은을.
푸리에 등 개별 기술 이온 싸이 클 로트 론 공명 질량 분석 (MS FTICR), 핵 자기 공명 (NMR) 분광학을 변형, 가스 착 색 인쇄기 질량 분 광 분석 (GC-MS), 그리고 액체 착 색 인쇄기 질량 분석 (LC-MS) 이러한 분자 수준의 정보를 제공 합니다. 이러한 기술을 각각 선물 자체의 한계, 하는 동안 그들은 또한는 분자 세부 엄격한 열역학적 의미에서 유기 물 품질 측정에 필요한 달성 하기 위해 통합된 된 접근 방식에 활용 될 수 있는 그들의 자신의 힘을가지고 . GC-MS는 CO2 와 채널4 생산 (예를 들면, 포도 당, 아세테이트, 등);에 근 영향을 미칠 가능성이 중요 한 작은 대사 산물을 식별 하는 데 유용 그러나, GC-MS 표준에 대 한 확인 필요 이며 따라서 소설 화합물을 방지 하는 데이터베이스에 있는 이미 알려진된 화합물으로 제한. 또한, GC-MS 상대적 농도 변화에 대 한 유추를 허용 하지만 예 Gibb의 자유 에너지 계산에 필요한 실제 농도 정보를 제공 하지 않는 세미 질적 기술입니다. 마지막으로, GC-MS 분석 화합물 ~ 400 다 보다 작은 해상도 제한 이전 분자의 derivatization 필요 하 고 휘발성 알코올 건조 단계 동안 손실 됩니다.
1 차원 (1d) 1H 액체 상태 NMR 수 작은 대사 (포함 기본 작은 분자량 대사와 같은 알콜, 아세테이트, 아세톤, formate, pyruvate, 호박, 휘발성의 높은 양적 특성 짧은 체인 지방산 뿐만 아니라 탄수화물 악명 결 석 하 또는 MS 기반 방법에서 타협의 범위) 및 그들의 농도 특히 열역학 매개 변수를 계산 하는 데 유용. 그러나, GC-MS, 같은 복잡 한 혼합물의 1d NMR 데이터베이스를 기준으로 표준화를 요구 하 고 따라서 혼자 복잡 한 자연과 변화 생태계에서 풍부한 될 것 소설 화합물의 쉽게 식별을 허용 하지 않습니다. 또한 NMR은 MS 기반 기술을 보다 덜 민감한 따라서, NMR 시스템 헬륨 냉각 냉 프로브를 사용 하 여 1 µ M 이상만 달성은 양적 대사 산물 프로 파일링. 감사 합니다 널리 하지, 일부 NMR 냉 프로브 소금 관대 고 작은 직경 (< 3 m m 외부 직경) 튜브 샘플16에서 사용 될 때 millimolar 소금 농도의 환경 혼합물 분석을 허용 한다. 그러나, NMR의 더 합병증이 상자성 금속 및 무기물의 높은 금액 (예를 들어, Fe와 Mn, 고지대 토양에서 풍부한 수 1-3 wt %), 스펙트럼 기능을 확대 수 있습니다 그리고 복잡 하 게 NMR 스펙트럼의 해석 . 고체 상 추출 (SPE)를 사용 하 여 NMR과 MS 기반 metabolomics의 해석에서 보좌관 수 미네랄 소금 스펙트럼 품질 증가 여 방법.
직접 주입 하 여 FTICR MS 단일 샘플에서 대사 산물의 수천 수만 감지 능력이 매우 중요 한 기술 하지만 아세테이트, pyruvate, 호박 등 중요 한 작은 대사 산물을 캡처하지 않습니다 하 고 악명 높게 어렵다 설탕과 다른 탄수화물17에 대 한 사용 하 여도 그것은 정량적 인 정보를 제공지 않습니다. 그러나, 다른 기법과 달리 FTICR MS 식별 하 고 소설 화합물 분자 수식을 할당에서 능가 하 고 따라서 다른 설명 기법 보다 더 분자 정보를 제공 하는 화합물의 가장 큰 수를 식별 합니다. 특정 반응8 및 특정 아래 그들의 비율의 가능성을 통치 열역학 원동력 관련 있는 NOSC 계산 하 FTICR MS (및 다른 기술)에 의해 제공 하는 분자 정보를 사용할 수 있습니다 때문에이 유용 조건7. 또한, 함께 협동 MS, LC 등 분리 기술로 FTICR MS를 연결 하 여 양적 구조 정보 수 있습니다 달성 될,이 기술의 단점 들을 상쇄. LC-MS 지질 같은 화합물과 다른 방법의 특징이 잘 하지 않은 다른 대사 산물을 식별 하는 데 유용 합니다. 일부 수집기와 구조 설명에 대 한 관심의 특정 신원 미상의 2 차원 (2D) 액체 상태 NMR은 식별 하 고 알 수 없는 화합물18 측정을 위한 이상적인 상황에 의해 수집 LC FTICR-MS 또는 LC MS 커플링 ,19. 그러나,이 필요할 때 사용할 수 있는 매우 시간이 걸리는 단계입니다. 개별적으로 촬영, 이러한 기술의 각 유기 물질의 다른 스냅샷을 제공 하 고 그들을 통합 하 여 격리에서 기법 중 하나를 사용 하 여 보다 더 완벽 한 이해를 얻을 수 있습니다.
열역학 고려 사항에 어떤 변환 시스템에서 가능한 최고의 제약을 설정 하는 동안 유기 물 분해 미생물의 효소 활동 반응 속도 제어에 의해 중재 됩니다. 따라서, 미생물 효소 활동을 특성화 하는 통합된 omics 접근 필요 완벽 하 게 이해 하는 유기 물 분해 및 궁극적으로 습지에서 온실 가스 (CO2 와 채널4) 생산에 컨트롤 뿐만 아니라 대사 산물입니다. 이 문서에서는, 우리 완전히 대응된 분석 결과 순차적 접근을 사용 하 여 단일 샘플에서 이러한 포괄적인 분석을 달성 하는 방법을 설명 합니다. 이 이렇게 대사 산물, 단백질, proteomics와 GC-MS LC MS20 작은 대사, 단백질 및 지질 대사 산물 양적 정보를 통합 하 여 식별 하 결합 했다 지질 추출 (MPLex) 프로토콜에 확장 통해 NMR 및 더 큰 2 차 대사 산물 을 통해 FTICR 양 약간 다른 MPLex의 식별, 우리 물 추출 그리고 점점 비 극 지 용 매로 사용 하 여 순차 추출와 프로토콜을 시작합니다. 모든 기사는 단일 샘플 볼륨 제한 또는 얻기 어려운 때 샘플을 보존 하 고 이기종 샘플 매트릭스 (예를 들면, 토양 및 토 탄)에서 aliquots 사이 변이 통해 소개 하는 실험적인 오류 감소에 완료 또는 보관 조건 및 기간에 차이입니다.
마지막으로, 미생물 커뮤니티의 proteomics 분석 옴 분석 커플링, 우리 통로 유기 물 분해의 변화를 설명 하는 대사 네트워크를 구축할 수 있습니다. 이것은 우리가 어떻게 섭 시스템에 영향을 미치는 궁극 CO2 와 변경 사용할 수 유기 기판, 전자 수락자, 미생물 커뮤니티를 통해 채널4 생산에 대 한 특정 가설을 테스트 하 반응을 통해 효소 촉매의 활동을 중재.
이 방법의 전반적인 목표 대사 산물, 지질, 및 분석 오류를 제한 하는 동안 대사 네트워크를 구축 하기 위한 완벽 하 게 짝된 데이터 집합 만드는 단일 샘플에서 미생물 단백질을 분석 하기 위한 단일 처리 프로토콜을 제공 하는 .

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1067px;" width="1065">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:617px;">methoxyamine hydrochloride</td>
			<td style="width:73px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">226904</td>
			<td style="width:253px;">derivitization agent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:617px;">5 mm triple resonance salt-tolerant cold probe&#160;</td>
			<td style="width:73px;">Bruker</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>instrumentation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:617px;">capillary GC column HP-5MS column (30 m &#215; 0.25 mm &#215; 0.25 &#956;m)</td>
			<td style="width:73px;">Agilent</td>
			<td style="width:123px;">AG19091S-433</td>
			<td>instrumentation</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">reversed phase charged surface hybrid column (3.0 mm &#215; 150 mm &#215; 1.7 &#956;m particle size)</td>
			<td style="width:73px;">ThermoFisher</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>instrumentation</td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:617px;">2 mL glass vials</td>
			<td style="width:73px;">VWR International</td>
			<td style="width:123px;">46610-722</td>
			<td>sample vials</td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:617px;">autosampler vials</td>
			<td style="width:73px;">VWR International</td>
			<td style="width:123px;">97055-324; 9467671</td>
			<td>sample vials</td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:617px;">Chloroform</td>
			<td style="width:73px;">VWR International</td>
			<td>JT9174-3</td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:617px;">Ethanol</td>
			<td style="width:73px;">VWR International</td>
			<td style="width:123px;">BDH67002.400</td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:617px;">methanol</td>
			<td style="width:73px;">VWR International</td>
			<td style="width:123px;">BDH85681.400</td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:617px;">pyridine</td>
			<td style="width:73px;">VWR International</td>
			<td style="width:123px;">BDH67007.400</td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">2,2-dimethyl-2-silapentane-5-sulfonate-d6</td>
			<td style="width:73px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">178837</td>
			<td>standard</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:617px;">C8-C24 fatty acid methyl ester</td>
			<td style="width:73px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">CRM18918</td>
			<td>standard</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">N-methyl-N- (trimethylsilyl)trifluoroacetamide</td>
			<td style="width:73px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">24589-78-4</td>
			<td>standard</td>
		</tr>
		<tr height="104">
			<td height="104" style="height:104px;width:617px;">Suwanee River Fulvic Acid standard</td>
			<td style="width:73px;">International Humic Substances Society</td>
			<td style="width:123px;">2S101F</td>
			<td>standard</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">trimethylchlorosilane</td>
			<td style="width:73px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:123px;">89595</td>
			<td>standard</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:617px;">Tuning Solution</td>
			<td style="width:73px;">Agilent</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:617px;">FTICR-MS analysis software</td>
			<td style="width:73px;">Bruker</td>
			<td colspan="2">Compass DataAnalysis 4.1</td>
		</tr>
		<tr height="125">
			<td height="125" style="height:125px;width:617px;">Formularity Software</td>
			<td style="width:73px;">Pacific Northwest National Laboratory</td>
			<td style="width:123px;">Formularity</td>
			<td style="width:253px;">available for download at: https://omics.pnl.gov/software/formularity</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:617px;">GC-MS</td>
			<td style="width:73px;">Agilent</td>
			<td colspan="2">Agilent GC 7890A with MSD 5975C</td>
		</tr>
		<tr height="83">
			<td height="83" style="height:83px;width:617px;">silica-based sorbent</td>
			<td style="width:73px;">Phenomenex (Torrance, CA)</td>
			<td colspan="2">Strata C18-E (PN 8E-S001-DAK)</td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:617px;">NMR TUBE 3MM 8 150 CS5</td>
			<td style="width:73px;">VWR International</td>
			<td>KT897820-0008</td>
			<td>NMR tube</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:617px;">Varian Direct Drive 600-MHz NMR spectrometer&#160;</td>
			<td style="width:73px;">Varian Inova</td>
			<td>Varian Direct Drive 600-MHz</td>
			<td>NMR spectrometer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Chenomx NMR Suite 8.3</td>
			<td style="width:73px;">Chenomx</td>
			<td>Chenomx NMR Suite</td>
			<td>NMR software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">ultra-performance liquid chromatograph&#160;</td>
			<td style="width:73px;">waters</td>
			<td>Aquity UPLC H&#160;</td>
			<td>liquid chromatograph&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Velos-ETD Orbitrap mass spectrometer&#160;</td>
			<td style="width:73px;">ThermoFisher</td>
			<td>Thermo Scientific LTQ Orbitrap Velos</td>
			<td>mass spectrometer&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

single-throughput complementary high-resolution analytical techniques for characterizing complex natural organic matter mixtures

자연 유기 물질 (NOM) 역사적으로, 특성화 하기 어려운 증명 하는 유기 화합물의 수천의 매우 복잡 한 혼합물으로 구성 된다. 그러나, NOM의 분해에서 발생 하는 온실 가스 (이산화탄소 CO2와 메탄 [채널4]) 생산에 열역학 및 운동 제어, 이해 하는 분자 수준의 특성화와 결합 하 여 미생물 프로테옴 분석은 필요 합니다. 또한, 기후 및 환경 변화는 잠재적으로 유기 물 기판의 공급 및 변환을 수행 하는 미생물에 영향을 주는 복잡 한 상호 작용을 열 받은 자연 생태계를 교란 하 예상 된다. 유기 물, 미생물 proteomics, 경로 및 유기 물 분해 되는 변환의 상세한 분자 특성화 방향 및 환경 변화의 효과의 크기를 예측 하는 데 필요한 것입니다. 이 문서에서는 단일 샘플에서 포괄적인 대사 산물 특성화에 대 한 방법론 처리량 푸리에 변환 이온 싸이 클 로트 론 공명 질량 분석 (MS FTICR), 가스 크로마토그래피 질량 분석 (GC-MS)를 직접 주입 하 여 핵 자기 공명 (NMR) 분광학, 액체 착 색 인쇄기 질량 분석 (MS LC), 그리고 proteomics 분석. 이 방법은 유기 물질 분해, 결과 CO2 와 채널4 생산 속도, 그리고 환경 섭 동에 대 한 그들의 응답의 통로 유추에 대 한 통계 신뢰도 향상 완벽 하 게 결합 하 여 데이터 집합에서 발생 합니다. 여기 우리는 peatlands;에서 수집 된 NOM 샘플에이 메서드를 적용 한 결과 제시 그러나, 프로토콜 (예를 들어, 물, 숲된 토양, 해양 퇴적 물, 등) 어떤 NOM 샘플에 적용 됩니다.

우리는 설명된 보완 분석 프로토콜을 수행 하 고 미네소타, 미국에서에서 가문비나무와 Peatlands 응답 아래 변경 환경 (가문비나무) 사이트에서 S1 수렁에 깊이 가진 토 탄을 비교. 이러한 결과 영구 동 토 층 늪지와 펜에서 사이트 대사 산물 및 효소 활동에 다를 수 있습니다 방법을 보여 북부 스웨덴에서 비교 됩니다. 우리는 proteomics 분석에 3,312 효소 발견. 깊이와 효소 활동의 분석 효소의 수 15 cm와...

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Single-throughput Complementary High-resolution Analytical Techniques for Characterizing Complex Natural Organic Matter Mixtures

이 프로토콜 자연 유기 물질과 다른 생태계에서 미생물 단백질의 완전 한 쌍 특성에 culminating 보완 분석 및 omics 기술에 대 한 단일 처리량을 설명 합니다. 이 이렇게 강력한 비교 대사 경로 및 변환을 설명 하는 온실 가스 생산 및 환경 변화에 대 한 응답을 예측에 대 한 중요 한 식별 수 있습니다.

복잡 한 자연 유기 물질 혼합물을 특성화에 대 한 단일 처리량 보완 고해상도 분석 기법

Natural organic matter (NOM) is composed of a highly complex mixture of thousands of organic compounds which, historically, proved difficult to ...

이 프로토콜은 메타볼로믹스, 프로테오믹스 및 리피도믹, 핵 자기 공명 분광법 플랫폼을 사용하여 질량 분광법을 모두 사용하여 단일 시료의 포괄적이고 편견없는 분자 특성화를 위한 방법을 설명합니다. 이 접근법의 중요성은 우리가 대사와 분해 경로를 추론할 수 있도록 분자의 다른 모형을 확인해서, 게놈의 생물학 계통 하류를 특성화할 수 있다는 것입니다. 순차추출 기법은 물을 이용한 생체 이용 가능, 극성 화합물을 추출한 다음 MPLEx가 단일 샘플에서 단백질과 지질뿐만 아니라 추가극성 화합물또는 대사산물을 포획합니다.이 방법의 시각적 데모는 두 번째 추출 단계에서 세 개의 레이어를 분리하고 다른 분석 기기 간에 추출을 분할하여 과학자를 안내하기 때문에 중요합니다. 통합다중 오믹 분석은 복잡한 생물학적 시스템에 대한 보다 효과적인 조사와 완전한 이해를 제공합니다. 이 견고한 방법은 다양한 분자를 추출하며 다양한 샘플 유형에 적용됩니다.텍스트 프로토콜에 설명된 대로 샘플의 수집 및 준비로 이 절차를 시작합니다. 에탄올 세척, 스테인레스 스틸 기구를 사용하여, 각 건조 된 샘플의 50 밀리그램을 개별 2 밀리리터 유리 튜브에 넣습니다. 각 샘플에 증류된 탈가스물을 1밀리리터추가 합니다.그런 다음 바이알을 캡하고 셰이커 테이블에서 2 시간 동안 흔들어 줍니다. 30분 동안 15,000배의 중력으로 샘플을 원심분리합니다. 그런 다음 솔루션이 실온에서 20 분 동안 서 있도록 하십시오.각 샘플에서 상체를 저장합니다. 이러한 추출 단계를 반복하여 현재 추출된 잔류물에 MPLEx 추출을 수행합니다. 증류, 탈가스물에 대한 메탄올 혼합물에 영하 20도 섭씨 4~3도클로로포름을 대체한다.신중하게 파이프팅에 의해 상단 레이어를 제거하여 시각적으로 구별 될 두 가지 결과 용매 층을 분리합니다. 동결 건조기에서 낮은 비 극성 층을 건조. 건조하자마자 다음 며칠 내에 분석하면 클로로폼 5개소와 메탄올 195마이크로리터를 추가합니다.4ier 변환 이온 사이클로트론 공명 질량 분광에 대한 전기 분무 이온화 효율을 향상시키기 위해, 직접 주입에 의해 약식 FTICR-MS. 메탄올에서 1대 1의 클로로폼 추출물을 희석시키고, 메탄올에서 2대 1의 수질 추출물을 추출한다. FTICR-MS에 약 100~1, 300달톤의 질량 범위에 걸쳐 조정 용액100마이크로리터를 직접 주입하여 FTICR 분광계를 교정합니다.전기분무소 이온화 원에 수완강 풀빅산 표준의 마이크로리터 100마이크로리터를 직접 주입한다. 주사기 펌프를 통해 FTICR 분광계에 결합하여 분당 3.0 마이크로리터의 유량으로 설정됩니다. 바늘 전압을 양수 4.4 킬로볼트로 설정합니다.1-100 질량을 충전하여 180°C의 유리 모세관을 큐에 담급다. 분석 소프트웨어를 사용하여 결과 스펙트럼을 검사하여 데이터의 품질을 확인합니다. 이제 분당 3.0 마이크로리터로 설정된 주사기 펌프를 통해 FTICR 분광계에 결합된 전기분무분화 원에 직접 주입을 통해 각 추출물의 100마이크로리터를 도입한다.매개 변수를 이전과 같이 설정합니다. 탄소 농도의 변동을 고려하여 각 샘플 또는 샘플 그룹에 대한 이온 축적 시간을 조정합니다. 각 샘플에 대해 144개의 스캔을 수집하고 스캔을 평균한 다음 상동성 CH2 계열을 사용하여 내부 교정을 수행합니다.농축기를 사용하여 추출물을 건조시키고 후속 가스 크로마토그래피 질량 분광법, 액체 크로마토그래피 질량 분광법 및 핵 자기 공명 분광분석을 위해 추출물의 나머지 부분을 저장합니다. GC-MS를 준비하려면 먼저 텍스트 프로토콜에 자세히 설명된 대로 빈 제어 샘플을 준비합니다. 카비놀 그룹을 보호하기 위해 파라다인의 밀리리터 메톡사민 염산염당 20밀리리터를 메탄올 추출물, 물 추출물, 블랭크 및 FAME 교정 샘플을 포함한 각 샘플에 추가합니다.대문자로 바이알을 밀봉합니다. 추출물을 20초 동안 소용돌이치게 한 다음 추출물을 60초 동안 초음파 처리합니다. 100배의 중력에서 90분간 섭씨 37도에서 추출한 추출물을 원심분리합니다.각 샘플에 1%트리메틸클로로실레인으로 MSTFA 80마이크로리터를 추가합니다. 이전과 같이 추출물을 소용돌이게 하고 초음파 처리한 후, 100배 의 중력에서 30분 동안 37°C에서 추출물을 다시 원심분리합니다. 냉각 추출물을 실온으로 냉각한 후 GC-MS 자동 샘플러 바이알로 옮김합니다.텍스트 프로토콜에 설명된 대로 GC-MS 분석 및 데이터 처리를 진행합니다. 액체 상태 NMR 분석을 준비하기 위해 5 밀리머 DSS 내부 표준으로 나머지 물 추출물을 10%까지 희석시하십시오. 혼합물을 고품질의 3mm 외경의 borosilicate 유리 NMR 튜브로 옮길 수 있습니다.텍스트 프로토콜에 설명된 대로 NMR 분석 및 데이터 처리로 진행합니다. LC-MS 리피도믹스 분석을 수행하려면 각 추출물의 10마이크로리터를 역상 충전 표면 하이브리드 컬럼을 사용하여 Orbitrap 질량 분광계에 결합하여 초고성능 액체 크로마토그래피 시스템에 주입합니다. 분당 250 마이크로리터의 유량으로 텍스트 프로토콜에 나열된 대로 34분 그라데이션을 설정합니다.더 높은 에너지 충돌 해리와 충돌로 인한 해리와 함께 음수 및 양성 이온화 모드를 모두 사용합니다. 프로테오믹스 분석을 수행하기 위해, 먼저 텍스트 프로토콜에 설명된 메탄올 단계의 나머지 부분에 대한 MPLEx 프로토콜에 따라 단백질을 추출한다. 토탄은 미국 미네소타의 변화하는 환경 이나 SPRUCE 사이트에서 가문비 나무와 토탄 응답에서 S1 수렁의 깊이와 비교되었다.3, 312효소는 프로테오믹스 분석에서 확인되었다. 깊이를 가진 효소 활동의 분석은 효소의 수가 SPRUCE 보그에서 15 센티미터와 45 센티미터 사이에서 급격하게 감소한다는 것을 보여줍니다. 사이트가 대사 산물 및 효소 활동에서 어떻게 다를 수 있는지 보여주기 위해 SPRUCE 결과는 스웨덴 북부의 퍼머프로스트 보그와 펜의 결과와 비교됩니다.전체 67, 040 대사 산물은 FTICR-MS, NMR, GC-MS 및 LC-MS 분석의 조합으로부터 모든 SPRUCE 토탄 샘플에서 확인되었다. 여기에 다른 깊이에서 다양한 기술을 통해 식별 된 다른 화학 클래스의 상대적 분획이다. 아미노산과 설탕은 깊이로 감소하는 동안, 이것은 지질에 대 한 관찰 되지 않습니다.KEGG 데이터베이스에 대한 모든 분석에서 확인된 대사 산물을 교차 검증함으로써 확인된 화합물이 트리카박스실산 주기, 글리코리시스 및 당 대사와 같은 일반적인 대사 경로에 관여하는 것으로 확인되었다. 이 절차 전반에 걸쳐 잠재적인 오염 원인을 인식하는 것이 중요합니다. 분석을 통해 샘플 수집에서 시작하여 샘플은 이온화에 부정적인 영향을 줄 수 있는 페깅 플라스틱과 접촉해서는 안 됩니다.추출 절차 중에 사용되는 많은 용매는 위험하거나 인화성이 있습니다. 항상 피부와 눈접촉을 방지하고 오염시 오염을 피하기 위해 적절한 PPE를 착용하십시오.

Research

JoVE Journal

Environment

The Use of High-resolution Infrared Thermography (HRIT) for the Study of Ice Nucleation and Ice Propagation in Plants

The Use of High-resolution Infrared Thermography HRIT for the Study of Ice Nucleation and Ice Propagation in Plants

식물의 얼음 핵 얼음 전파의 연구에 대한 고해상도 적외선 체열 (HRIT)의 사용

Freezing events that occur when plants are actively growing can be a lethal event, particularly if the plant has no freezing tolerance. Such frost events ...

연구

환경과학

Assessment of Labile Organic Carbon in Soil Using Sequential Fumigation Incubation Procedures

순차 훈증 배양 절차를 사용하여 토양으로 불안정 유기 탄소의 평가

Management practices and environmental changes can alter soil nutrient and carbon cycling. Soil labile organic carbon, a readily decomposable C pool, is ...

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

을 통해 유기 물질 생지 화학을 용해의 이해<em&gt; 현장에서</em&gt; 스트림 생태계에서 영양소 조작을

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

Automated, High-resolution Mobile Collection System for the Nitrogen Isotopic Analysis of NOx

Automated, High-resolution Mobile Collection System for the Nitrogen Isotopic Analysis of NOx

고해상도 모바일 콜렉션 시스템은 NO의 질소 동위 원소 분석, 자동화<sub&gt; X</sub

Nitrogen oxides (NOx = NO + NO2) are a family of atmospheric trace gases that have great impact on the environment. NOx concentrations directly influence ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in a Flow Tube Reactor

생산 및 흐름 튜브 반응 기에서 유기 미 립 자 물질의 측정

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in the Harvard Environmental Chamber

생산 및 하버드 환경 챔버에 유기 미 립 자 물질의 측정

The production and the evolution of atmospheric organic particulate matter (PM) are insufficiently understood for accurate simulations of atmospheric ...

Improving Infrared Spectroscopy Characterization of Soil Organic Matter with Spectral Subtractions

스펙트럼 차감으로 토양 유기 물질의 적외선 분광학 특성 개선

Soil organic matter (SOM) underlies numerous soil processes and functions. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy detects infrared-active organic ...

Isolation of Mandibular Gland Reservoir Contents from Bornean 'Exploding Ants' (Formicidae) for Volatilome Analysis by GC-MS and MetaboliteDetector

Isolation of Mandibular Gland Reservoir Contents from Bornean 'Exploding Ants' Formicidae for Volatilome Analysis by GC-MS and MetaboliteDetector

악의 선 저수지 내용 보에서의 절연 ' 개미 (Formicidae) GC-MS와 MetaboliteDetector Volatilome 분석에 대 한 폭발

The aim of this manuscript is to present a protocol describing the metabolomic analysis of Bornean &#39;exploding ants&#39; belonging to the Colobopsis ...

Assessing the Particulate Matter Removal Abilities of Tree Leaves

단풍 나무의 미 립 자 물질 제거 능력 평가

Based on the conventional cleaning methods (water cleaning (WC) + brush cleaning (BC)), this study evaluated the influence of ultrasonic cleaning (UC) on ...

Characterizing Microbiome Dynamics &#8211; Flow Cytometry Based Workflows from Pure Cultures to Natural Communities

Characterizing Microbiome Dynamics ÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã…â€œ Flow Cytometry Based Workflows from Pure Cultures to Natural Communities

특성화 미생물 역학-Cytometry 워크플로 순수 문화에서 자연 커뮤니티를 기반으로

The investigation of pure cultures and monitoring of microbial community dynamics is vital to understand and control natural ecosystems and technical ...