Informatie

Arseen (V) Reductie tot arseen (III) door micro-organismen


Ik doe momenteel onderzoek naar de toxiciteit van arseen in micro-organismen, en ik leerde over arseen (V)/(III) cycling. Arseen (III) (meestal in de vorm van arseniet) is over het algemeen 50 keer giftiger voor biologisch leven; de meeste bacteriën (of in ieder geval enkele) reduceren het minder giftige arsenaat echter tot arseniet. Ik begrijp gewoon niet waarom deze organismen arsenaat zouden reduceren tot iets giftigers. Dit lijkt geen toevallige reductie te zijn waarbij het micro-organisme arsenaat aanzag voor fosfaat, aangezien er plasmiden zijn die specifiek gecodeerd zijn met genen die arsenaat verminderen. Waarom gebeurt dit? Hoe zou dit een voordeel zijn in deze organismen en geen nadeel?


Je kunt een geweldige en recente recensie over dit onderwerp vinden, die gelukkig ook gratis toegankelijk is, hier: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2319417016000159

Arseenresistentie is alomtegenwoordig onder bacteriën, ze behouden vrijwel allemaal de ars operon. Onder arseen-resistente bacteriën is dit geen voordeel, maar arseen was en blijft een alomtegenwoordige stof en resistent zijn geeft een voordeel ten opzichte van degenen die dat niet zijn; daarom zijn bacteriën die zichzelf de moeite besparen niet in overvloed aanwezig.

De kern van uw antwoord staat in de allerlaatste samenvattende alinea:

ArsM transformeert anorganisch arseen in een zeer giftige organoarseensoort die afsterft door te concurreren met de bacteriesoorten en mogelijk ook verantwoordelijk is voor carcinogenese bij dieren. Concurrerende microbiële soorten hebben op deze milieudruk gereageerd door ontgiftingsmechanismen voor MA's (III) te ontwikkelen. Sommige produceren ArsI dat MA's(III) demethyleert tot minder toxisch anorganisch As(III), terwijl andere ArsH produceren dat MA's(III) oxideert tot niet-toxische vijfwaardige MA's(V). Het is waarschijnlijk dat al deze processen plaatsvinden in microbiële milieugemeenschappen, terwijl bacteriën, archaea, schimmels en protozoën constant vechten om dominantie.

Samengevat in figuur 5: https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S2319417016000159-gr5.jpg">DelenVerbeter dit antwoordbeantwoord 20 nov '18 om 11:32ArmatusArmatus7,5502 gouden badges26 zilveren insignes56 bronzen insignes

De rol van metaalreducerende bacteriën bij het vrijkomen van arseen uit sedimenten van de Bengaalse delta

De verontreiniging van grondwater, dat wordt onttrokken voor drinkwater en irrigatie, door arseen afkomstig van sedimenten bedreigt de gezondheid van tientallen miljoenen mensen wereldwijd, met name in Bangladesh en West-Bengalen 1,2,3 . Ondanks de rampzalige effecten op de menselijke gezondheid als gevolg van het uitgebreide gebruik van met arseen verrijkt grondwater in deze regio's, blijven de mechanismen van arseenafgifte uit sedimenten slecht gekarakteriseerd en zijn ze onderwerp van intensief internationaal debat 4,5,6,7,8. We gebruiken een microkosmos-gebaseerde benadering om deze mechanismen te onderzoeken: technieken van microbiologie en moleculaire ecologie worden gebruikt in combinatie met waterige en vaste fase-speciatie-analyse van arseen. Hier laten we zien dat anaërobe metaalreducerende bacteriën een sleutelrol kunnen spelen bij de mobilisatie van arseen in sedimenten verzameld uit een verontreinigde watervoerende laag in West-Bengalen. We laten ook zien dat, voor de sedimenten in deze studie, arseenafgifte plaatsvond na Fe(iii)-reductie, in plaats van gelijktijdig op te treden. Identificatie van de kritische factoren die de biogeochemische kringloop van arseen beheersen, is een belangrijke bijdrage aan het volledig informeren van de ontwikkeling van effectieve strategieën om deze en andere soortgelijke arseenrijke grondwateren wereldwijd te beheren.


Gerelateerde links en referenties

Geomicrobiologie, biochemie en biogeomicrobiologie:

  • Laverman, A.M., J. Switzer Blum, J.K. Schaeffer, E.J. Philips, DR. Lovley en R.S. Oremland. 1995. Groei van stam SES-3 met arsenaat en andere diverse elektronenacceptoren. toepassing omgeving. microbiologisch. 61: 3556 - 3561.
  • Dowdle, P.R., A.M. Laverman en R.S. Oremland. 1996. Bacteriële dissimilerende reductie van arseen (V) tot arseen (III) in anoxische sedimenten. toepassing omgeving. microbiologisch. 62: 1664 - 1669.
  • Stolz, JF, T. Gugliuzza, J. Switzer Blum, R.S. Oremland en F.M. Murillo. 1997. Differentiële expressie van cytochromen en reductasen in Geospirillum barnesii-stam SES3. Boog. microbiologisch. 167: 1-5.
  • Switzer Blum, J., A. Burns Bindi, J. Buzzelli, JF Stolz en R.S. Oremland. 1998. Bacillus arsenicoselenatis sp. nov., en Bacillus selenitireducens sp. nov. : twee haloalkalifielen uit Mono Lake, Californië die oxyanionen van selenium en arseen inademen. Boog. microbiologisch. 171: 19 – 30.
  • Stolz, JF, DJ Ellis, J. Switzer Blum, D. Ahmann, R.S. Oremland en D.R. Lief. 1999. Sulfurospirillum barnesii sp. nov., Sulfurospirillum arsenophilus sp. nov., en de Sulfurospirillum clade in de Epsilon Proteobacteria. Int. J. Systematisch Bacteriol. 49: 1177 - 1180.
  • Stolz, J.F. en R.S. Oremland. 1999. Bacteriële ademhaling van selenium en arseen. FEMS Microbiologie beoordelingen, 23: 615 - 627.
  • Oremland, R.S., en J.F. Stolz. 2000. Dissimilerende reductie van selenaat en arsenaat in de natuur. P. 199 – 224 In DR Lovley (ed) Environmental Metal-Microbe Interaction, Amer. Soc. Microbiologie Press, Washington, DC
  • Oremland, R.S., PR Dowdle, S. Hoeft, J.O. Sharp, J.K. Schäfer, L.G. Miller, J. Switzer Blum, R.L. Smith, N.S. Bloom, en D. Wallschlaeger. 2000. Bacteriële dissimilerende reductie van arsenaat en sulfaat in meromictische Mono Lake, Californië. Geochim. Kosmochiem. Acta 64: 3073 – 3084.
  • Zobrist, J., PR Dowdle, J.A. Davis en R.S. Oremland. 2000. Mobilisatie van arseniet door dissimilerende reductie van geadsorbeerd arsenaat. omgeving. Wetenschap. technologie. 34: 4747 - 4753.
  • Oremland, RS, DK Newman, B.W. Kail en J.F. Stolz. 2001. Bacteriële ademhaling van arsenaat en de betekenis ervan in het milieu. P. 273-296 in WT Frankenberger Jr. (ed), Environmental Chemistry of Arsenic, Marcel Dekker, New York.
  • Herbel, M.J., J. Switzer Blum, S.E. Hoeft, S. M. Cohen, L.L. Arnold, J. Lisak, J.F. Stolz en R.S. Oremland. 2002. Dissimilerende arsenaatreductase-activiteit en arsenaat-ademende bacteriën in runderpensvloeistof, hamsteruitwerpselen en de termietendarm. FEMS Microbiologie Ecologie 41: 59 – 67.
  • Oremland, RS, SE Hoeft, N. Bano, R.A. Hollibaugh en J.T. Hollibaugh. 2002 Anaërobe oxidatie van arseniet in Mono Lake-water en door een facultatieve, arseniet-oxiderende chemoautotroof, stam MLHE-1. toepassing omgeving. microbiologisch. 68: 4795 – 4802.
  • Oremland, R.S., en J.F. Stolz. 2003. De ecologie van arseen. Wetenschap 299: 939 - 944. Afkar, E., J. Lisak, C. Saltikov, P. Basu, R.S. Oremland en J.F. Stolz. 2003. Het respiratoire arsenaatreductase van Bacillus selenitireducens stam MLS10. FEMS Microbiologie Lett. 226: 107 - 112.
  • Oremland, R.S., J.F. Stolz en J.T. Hollibaugh. 2004. De microbiële arseencyclus in Mono Lake, Californië. FEMS Microbiologie Ecologie 48: 15 - 27.
  • Hoeft, SE, TR. Kulp, JF Stolz, JT. Hollibaugh en R.S. Oremland. 2004. Dissimilerende arsenaatreductie met sulfide als elektronendonor: experimenten met Mono Lake-water en isolatie van stam MLMS-1, een chemoautotrofe arsenaat-ademhaler. toepassing omgeving. microbiologisch. 70: 2741 - 2747.
  • Kulp, TR, SE Hoeft en R.S. Oremland. 2004. Redox-transformaties van arseenoxyanionen in perifytongemeenschappen. toepassing omgeving. microbiologisch. 70: 6428 - 6434.
  • Oremland, R.S., en J.F. Stolz. 2005. Arseen, microben en verontreinigde watervoerende lagen. Trends in de microbiologie 13: 45 - 49.
  • Oremland, RS, TR. Kulp, J. Switzer Blum, S.E. Hoeft, S. Baesman, L.G. Miller en J.F. Stolz. 2005. Een microbiële arseencyclus in een met zout verzadigde, extreme omgeving. Wetenschap 308: 1305 – 1308.
  • Lloyd, JR en R.S. Oremland. 2006. Microbiële transformaties van arseen in het milieu: van sodameren tot watervoerende lagen. Elementen 2: 85 - 90.
  • Stolz, JF, P. Basu, JM Santini en R.S. Oremland. 2006. Arseen en selenium in microbieel metabolisme. Ann. Rev. Microbiologie 60: 107 – 130.
  • Kulp, TR, SE Hoeft, L.G. Miller, C. Saltikov, J. Nilsen, S. Han, B. Lanoil en R.S. Oremland. 2006. Dissimilerende arsenaat- en sulfaatreductie in sedimenten van twee hypersaline, arseenrijke sodameren: Mono en Searles Lakes, Californië. toepassing omgeving. microbiologisch. 72: 6514 - 6526.
  • Hoeft, S.E., J. Switzer Blum, J.F. Stolz, F.R. Tabita, B. Witte, G.M. King, J.M. Santini en R.S. Oremland. 2007. Alkalilimnicola ehlichii, sp. november, een nieuwe, arseniet-oxiderende haloalklapihilische γ-Proteobacterium die in staat is tot chemoautotrofe of heterotrofe groei met nitraat of zuurstof als de elektronenacceptor. Int. J. Syst. Evol. microbiologisch. 57: 504 - 512.
  • Kulp, T.R., S. Han, C. Saltikov, B. Lanoil, K. Zargar en R.S. Oremland. 2007. Effecten van opgelegde zoutgradiënten op dissimilerende arsenaatreductie, sulfaatreductie en andere microbiële processen in sedimenten van twee Californische sodameren. toepassing omgeving. microbiologisch. 73: 5130 - 5137.
  • Kulp, T.R., S.E. Hoeft, M. Asao, M.T. Madigan, J.T. Hollibaugh, J.C. Fisher, J.F. Stolz, C.W. Culbertson, L.G. Miller en R.S. Oremland. 2008. Arseen (III) voedt anoxygene fotosynthese in biofilms uit hete bronnen van Mono Lake, Californië. Wetenschap 321: 967 - 970.
  • Switzer Blum, J., S. Han, Brian Lanoil, C. Saltikov, B. Witte, F.R. Tabita, S. Langley, T.J. Beveridge, John F. Stolz, L. Jahnke en R.S. Oremland. 2009. Halarsenatibacter silvermanii stam SLAS-1T, gen. nov., sp. nov., ecofysiologie van een extreem halofiele, facultatieve chemo-autotrofe arsenaat-ademhaler van de Halanaerobiales geïsoleerd uit Searles Lake, Californië. toepassing omgeving. microbiologisch. 75: 1950 - 1960.
  • Richey, C., P. Chovanec, S. Hoeft, R.S. Oremland, P. Basu en J.F. Stolz. 2009. Respiratoir arsenaatreductase als een bidirectioneel enzym. Biochem. Biofysica. Onderzoek Comm. 382: 298 - 302.
  • RS Oremland, F. Wolfe-Simon, CW Saltikov en JF Stolz. 2009. Arseen in de evolutie van aardse en buitenaardse ecosystemen. Geomicrobiology Journal,26:7,522 — 536, doi: 10.1080/01490450903102525 (online samenvatting van tijdschriftartikel)
  • Sun, W., R. Sierra-Alvarez, L. Milner, R.S. Oremland en J.A. Veld. Arseniet- en ferro-ijzeroxidatie gekoppeld aan chemolithotrofe denitrificatie voor de immobilisatie van arseen in anoxische omgevingen. omgeving. Wetenschap. technologie. 45: 6585 - 6591. (online samenvatting van tijdschriftartikel)
Amerikaanse ministerie van Binnenlandse Zaken | US Geological Survey
URL: microbiology.usgs.gov/geomicrobiology_arsenic.html
Contactinformatie pagina: GS-B Biology [email protected]
Pagina laatst gewijzigd: donderdag, 23-sep-2010 08:15:02 MDT

Glutathion-S-transferase-omega [MMA(V)-reductase] knock-out muizen: enzym- en arseenspeciesconcentraties in weefsels na toediening van arsenaat

Anorganisch arseen is een kankerverwekkende stof voor de mens waaraan miljoenen mensen worden blootgesteld via hun natuurlijk besmette drinkwater. De moleculaire mechanismen van kankerverwekkendheid zijn een raadsel gebleven, misschien omdat arsenaat biochemisch wordt omgezet in ten minste vijf andere arseenbevattende metabolieten. Bij de biotransformatie van anorganisch arseen katalyseert GSTO1 de reductie van arsenaat, MMA(V) en DMA(V) tot de meer giftige +3 arseensoorten. MMA(V)-reductase en humaan (hGSTO1-1) zijn identieke eiwitten. De hypothese dat GST-Omega knock-out muizen anorganisch arseen anders biotransformeerden dan wildtype muizen is getest. De levers van mannelijke knock-out (KO) muizen, waarin 222 bp van Exon 3 van het GSTO1-gen waren geëlimineerd, werden met PCR geanalyseerd op mRNA. Het niveau van transcripten van het GSTO1-gen in KO-muizen was 3,3-voudig lager dan in DBA/1lacJ wildtype (WT) muizen. De GSTO2-transcripten waren ongeveer twee keer minder in de KO-muis. Wanneer KO- en WT-muizen intramusculair werden geïnjecteerd met Na-arsenaat (4,16 mg As/kg lichaamsgewicht) werden de weefsels 0,5, 1, 2, 4, 8 en 12 uur na arsenaatinjectie verwijderd en werd de arseensoort gemeten met HPLC-ICP-MS , gaven de resultaten aan dat de hoogste concentratie van de recent ontdekte en zeer giftige MMA (III), een belangrijke biotransformant, zich in de nieren van zowel KO- als WT-muizen bevond. De hoogste concentratie DMA(III) was in het urineblaasweefsel voor zowel de KO- als de WT-muizen. De MMA(V)-reducerende activiteit van het levercytosol van KO-muizen was slechts 20% van die van wildtype muizen. Er blijken nog een of meer andere enzymen dan GST-O te zijn die arseen(V)-soorten kunnen verminderen, maar in mindere mate. Deze en andere studies suggereren dat elke stap van de biotransformatie van anorganisch arseen een alternatief enzym heeft om het arseensubstraat te biotransformeren.


Abstract

Vermindering van arsenaat As(V) en As-dragende Fe(hydr)oxiden zijn voorgesteld als dominante routes van As-afgifte in bodems en watervoerende lagen. Hier onderzoeken we As-elutie van kolommen beladen met met ferrihydriet gecoat zand gepresorbeerd met As(V) of As(III) bij een neutrale pH bij Fe en/of As-reductie. Biotisch gestimuleerde reductie wordt vervolgens vergeleken met abiotische elutie. Kolommen werden geënt met Shewanella putrefaciens stam CN-32 of Sulfurospirillum barnesii stam SES-3, organismen die in staat zijn tot As(V)- en Fe(III)-reductie, of Bacillus benzoevorans stam HT-1, een organisme dat in staat is tot As(V) maar niet tot Fe(III)-reductie. Op basis van gelijke oppervlaktedekkingen overschreed As(III)-elutie uit abiotische kolommen de As(V)-elutie met een factor 2, dus As(III) wordt gemakkelijker vrijgemaakt uit ferrihydriet onder de opgelegde reactieomstandigheden. Biologisch gemedieerde As-reductie geïnduceerd door B. benzoevorans verbetert de afgifte van totaal As ten opzichte van As(V) onder abiotische omstandigheden. Echter, onder Fe-reducerende omstandigheden die worden aangeroepen door ofwel S. barnesii of S. putrefaciens, werd ongeveer drie keer meer As (V of III) vastgehouden in de vaste stoffen van de kolom in vergelijking met de abiotische experimenten, ondanks een aanzienlijke afname van het oppervlak als gevolg van biotransformatie van vaste fasen. Verbeterde As-sekwestratie na ferrihydrietreductie is consistent met adsorptie of opname van As in biologisch getransformeerde vaste stoffen. Onze waarnemingen geven aan dat As-retentie en -afgifte uit Fe (hydr)oxide(n) wordt gecontroleerd door complexe routes van Fe-biotransformatie en dat reductieve oplossing van As-dragend ferrihydriet As-sekwestratie kan bevorderen in plaats van desorptie onder de hier onderzochte omstandigheden.


Abstract

Bacteriële reductie van arseen(V) en ijzer(III)oxiden beïnvloedt de redoxcycli en verdeling van arseen (As) tussen vaste en waterige fasen in sediment-poriewatersystemen. Er werden twee soorten anaërobe bacteriële incubaties ontworpen om de relatieve volgorde van As(V)- en Fe(III)-oxidereductie te onderzoeken en om het effect van geadsorbeerde As-soorten op de snelheid van ijzerreductie te meten, met behulp van waterhoudend ijzeroxide (HFO) als de ijzeren ondergrond. In één reeks experimenten werd HFO vooraf geëquilibreerd met As (V) en geënt met vers sediment uit Haiwee Reservoir (Olancha, CA), een door As beïnvloede veldlocatie. De tweede set incubaties bestond uit HFO (zonder As) en As(III)- en As(V)- geëquilibreerde HFO geïncubeerd met Shewanella sp. ANA-3 wildtype (WT) en ANA-3ΔarrA, een mutant die niet in staat is het respiratoire As(V)-reductase te produceren. Van de twee routes voor microbiële As(V)-reductie (ademhaling en ontgifting), was de ademhalingsroute dominant onder deze experimentele omstandigheden. Bovendien verhoogde As(III) geadsorbeerd aan het oppervlak van HFO de snelheid van microbiële Fe(III)-reductie. In de sediment- en ANA-3-incubaties werd As(V) gelijktijdig of voorafgaand aan Fe(III) gereduceerd, consistent met thermodynamische berekeningen op basis van de chemische omstandigheden van de ANA-3 WT-incubaties.

Afdeling Engineering en Toegepaste Wetenschappen, California Institute of Technology.

Afdeling Biologie, California Institute of Technology.

Huidig ​​adres: Afdeling Milieutoxicologie, Universiteit van Californië, Santa Cruz, CA 95064.

Afdeling Geologische en Planetaire Wetenschappen, California Institute of Technology.

Howard Hughes Medisch Instituut.

Corresponderende auteur telefoon: (626)395-3644 e-mail [email protected] Corresponderende auteur adres: California Institute of Technology, 1200 E California Blvd, MC 138-78, Pasadena, CA 91125.


2. materialen en methoden

2.1 Veldbemonstering en stamisolatie

Monsters werden verzameld uit het drainagekanaal van de Growler Hot Spring in het noorden van Californië, VS. Metingen van temperatuur en pH werden in het veld uitgevoerd met behulp van een draagbare meter Orion model 290A uitgerust met een elektrode van Orion model 9107. Monsters voor As(III)/(V)-metingen werden verzameld met een injectiespuit, gefiltreerd (0,22 m) in polypropyleen vaten met schroefdop en op ijs geplaatst.

Met behulp van aseptische technieken werd biofilm bij de Growler Hot Spring verzameld in natuurlijke geothermische vloeistoffen, in steriele Falcon-buizen geplaatst en op ijs gezet. Microbiële monsters werden naar het laboratorium getransporteerd en gebruikt als inoculum bij verrijkingscultuur. Groeimedium voor verrijkingen bevatte 0,2% (w/v) gistextract, 0,8 g l −1 (NH4)2DUS4, 0,4 g l −1 KH2PO4, 0,18 g l −1 MgSO4.7H2O, en 1,75 g l -1 NaCl. Het medium werd voorafgaand aan autoclaveren bij kamertemperatuur met NaOH op pH 7,5 ingesteld. Het verrijken kweken werd aëroob uitgevoerd bij 70°C in goed afgesloten polycarbonaat kolven met schroefdop. Er werden seriële verdunningen van de verrijkingsculturen uitgevoerd om het isolaat genaamd HR13 te verkrijgen. Geïsoleerde stammen werden bewaard door uitstrijken op vast medium bestaande uit 0,2% (w/v) gistextract, 0,8 g l -1 (NH4)2DUS4, 0,4 g l −1 KH2PO4, 0,18 g l −1 MgSO4.7H2O, 1,75 g l −1 NaCl, 1,2 g l −1 MgCl2.6H2O, en 3,0 gl -1 Gelrite (Sigma) en bewaard in 16% glycerol bij -80°C.

2.2 Fylogenetische analyse

Chromosomaal DNA werd geëxtraheerd uit zuivere culturen volgens een aangepast vries-ontdooiprotocol van Bond et al. [ 11] (pH 7,0 PBS werd tijdens de eerste wassingen vervangen door pH 1,2 PBS). Gezuiverd DNA werd gebruikt als de matrijs in 16S-rRNA-genamplificatie door PCR. 25 l PCR-reacties bevatten 25 ng template-DNA, 1 x PCR-buffer (Perkin Elmer), 200 μM van elk van de vier deoxynucleosidetrifosfaten, 2,5 mM MgCl2, de primers 27F en 1492R [12] bij 350 nM elk, en 0,025 U AmpliTaq Gold (Perkin Elmer). Een Perkin Elmer Gene Amp 2400 werd gebruikt voor thermische cycli. Amplificatiecondities bestonden uit een initiële denaturatie bij 94°C gedurende 5 minuten, gevolgd door 30 cycli van 94°C gedurende 60 seconden, 45°C gedurende 45 seconden en 72 °C gedurende 90 seconden, en een laatste incubatie bij 72 °C gedurende 20 minuten. PCR-producten voor sequencing werden gezuiverd met behulp van QIAquick-zuiveringskolommen (Qiagen) en werden gebruikt in sequentiëringsreacties die werden uitgevoerd met behulp van de Prism Big Dye terminator-sequencingkit (Applied Biosystems) volgens de aanwijzingen van de fabrikant. Verlengingsproducten werden verkregen met behulp van de primers 27F, 1492R, 690R en 515F [12], en de DNA-sequenties werden bepaald op een geautomatiseerde sequencer bij het University of Wisconsin Biotechnology Center.

Overlappende 16S rDNA-sequenties van HR13 werden geassembleerd met behulp van het programma SeqEd om één sequentie van 1416 basenparen te verkrijgen (GenBank toegangsnummer AF384168). Vergelijkbare 16S rDNA-sequenties, gebaseerd op BLAST (basic local alignment search tool) [13] resultaten, en andere referentiesequenties werden verkregen van GenBank. De sequenties werden uitgelijnd met behulp van de FastAligner-functie van de ARB EDIT-tool binnen het ARB-softwarepakket. Uitlijningen werden met het oog gecontroleerd, handmatig aangepast en geëxporteerd naar het programma PAUP * voor fylogenetische analyses. Binnen PAUP* werd de Jukes-Cantor-correctie gebruikt en werden fylogenetische analyses uitgevoerd met behulp van de afstands- en spaarzaamheidsmethoden. Er werd een fylogenetische boom geconstrueerd met behulp van de methode voor het verbinden van buren en er werden bootstrapping-analyses uitgevoerd om de statistische betrouwbaarheid van de vertakkingspunten te bepalen.

2.3 Arseenoxidatie- en reductieassays

Om te testen op het vermogen om arseniet te oxideren, werd het isolaat HR13 geënt in 125 ml polycarbonaat kolven met schroefdop met 60 ml medium (verrijkingsmedium zoals hierboven beschreven) dat 75 mg 1 -1 As(III) bevat. Kolven werden aëroob geïncubeerd bij 70°C met en zonder schudden (125 rpm). Controle-experimenten met niet-geïnoculeerde, steriele media met 75 mg ul arseniet werden ook onder dezelfde omstandigheden geïncubeerd. Monsters van 1 ml van biologische en abiotische experimenten werden in de loop van de tijd genomen voor metingen van celdichtheid en voor bepalingen van arseenspeciatie. Monsters werden gecentrifugeerd, gedecanteerd en bewaard bij -20 ° C voorafgaand aan arseenanalyses.

Basaal groeimedium voor anaërobe kweken van HR13 bestond uit 3 mM natriumlactaat, 30 mg l -1 gistextract, 50 mg l -1 trypton, 0,8 g l -1 NH4Cl, 0,4 g l −1 KH2PO4, 0,16 g l −1 MgCl2, en 1 mg l -1 Resazarin-kleurstof. Het medium werd met NaOH op pH 8,0 ingesteld, 30 min gekookt, op ijs geplaatst en gespoeld met N2 tot het koud is. Onder continu N2 stroom, werd het medium verdeeld in flessen van 125 ml, afgesloten met butylrubberen stoppen en aluminium doppen, en geautoclaveerd.

Aeroob gegroeide cellen van HR13 werden geoogst, driemaal gewassen met 0,2% (w/v) NaCl en geënt in anaërobe preculturen van 60 ml die 75 mg l −1 arsenaat (als Na2HAsO4). Na 5 dagen incubatie bij 70°C werden voorkweken geoogst, driemaal gewassen en gebruikt om As(V)-ademhalingsexperimenten te inoculeren. Er werden drie reeksen anaërobe experimenten uitgevoerd: (i) geïnoculeerd medium met 75 mg l −1 As(V) (vijf replica's), (ii) geïnoculeerd medium zonder toevoeging van arseen (drie replica's) en (iii) niet-geïnoculeerd controles die 75 mg l −1 As(V) bevatten (drie herhalingen). De experimenten werden bij 70°C geïncubeerd en er werden periodiek gedurende 27 dagen monsters van 1 ml genomen voor celdichtheid en As(III)/As(V)-metingen. Kweekvaten werden continu gespoeld met N2 tijdens alle inentings- en bemonsteringsprocedures.

2.4 Analytische methoden

Metingen van arseenspeciatie in laboratoriumexperimenten volgden de ion-gepaarde chromatografiemethode van Bushee et al. [14] en het arsinegeneratieprotocol van Howard en Hunt [15]. Celdichtheden in aërobe experimenten werden bepaald door de optische dichtheid bij 600 nm te meten met behulp van een Perkin Elmer Lambda 3 UV/VIS-spectrofotometer. Celconcentraties in anaërobe kweken werden gemeten met behulp van een Petroff Hausser-telkamer.


Arseen (V) Reductie tot arseen (III) door micro-organismen - Biologie

Alle door MDPI gepubliceerde artikelen worden direct wereldwijd beschikbaar gesteld onder een open access licentie. Er is geen speciale toestemming nodig om het door MDPI gepubliceerde artikel geheel of gedeeltelijk te hergebruiken, inclusief figuren en tabellen. Voor artikelen die zijn gepubliceerd onder een open access Creative Common CC BY-licentie, mag elk deel van het artikel zonder toestemming worden hergebruikt, op voorwaarde dat het originele artikel duidelijk wordt geciteerd.

Feature Papers vertegenwoordigen het meest geavanceerde onderzoek met een aanzienlijk potentieel voor grote impact in het veld. Feature Papers worden ingediend op individuele uitnodiging of aanbeveling door de wetenschappelijke redacteuren en ondergaan peer review voorafgaand aan publicatie.

De Feature Paper kan ofwel een origineel onderzoeksartikel zijn, een substantiële nieuwe onderzoeksstudie waarbij vaak verschillende technieken of benaderingen betrokken zijn, of een uitgebreid overzichtsdocument met beknopte en nauwkeurige updates over de laatste vooruitgang in het veld dat systematisch de meest opwindende vooruitgang in de wetenschappelijke literatuur. Dit type paper geeft een blik op toekomstige onderzoeksrichtingen of mogelijke toepassingen.

Editor's Choice-artikelen zijn gebaseerd op aanbevelingen van de wetenschappelijke redacteuren van MDPI-tijdschriften van over de hele wereld. Redacteuren selecteren een klein aantal artikelen die recentelijk in het tijdschrift zijn gepubliceerd en waarvan zij denken dat ze bijzonder interessant zijn voor auteurs, of belangrijk zijn op dit gebied. Het doel is om een ​​momentopname te geven van enkele van de meest opwindende werken die in de verschillende onderzoeksgebieden van het tijdschrift zijn gepubliceerd.


Arseen

De omstandigheden die arseenoplossing (oplossen in het water) en mobilisatie (beweging met het grondwater naar uw kraan) bevorderen, zijn afhankelijk van de omstandigheden. Wat zeker is, is dat er meer voor nodig is dan alleen hoge arseenconcentraties in de bodem of rotsen van een regio. De bodem in Bangladesh bevat veel minder arseen dan bodems in veel gebieden die het probleem van veel arseen in het grondwater niet delen, dus wat is het verschil? Nou, om te beginnen moet het arseen in een oplosbare vorm zijn om in het drinkwater terecht te komen.

Van de vele bekende vormen van arseen worden er maar een paar vaak aangetroffen in water.

  • Als het arseen niet oplosbaar is, zal het neerslaan en als onderdeel van de bodem in de vaste fase van het grondwatersysteem achterblijven.
  • Als er een bindingsplaats op het bodemoppervlak beschikbaar is, en het arseen is in een vorm die sterk bindt, zal het ook de waterfase verlaten en zich hechten aan de bodem.

Dus voor de meeste soorten arseen blijven ze gewoon zitten. De beslissende factor is waarschijnlijk een proces dat die stabiele, onoplosbare of vastzittende vormen van arseen omzet in een vorm die oplosbaar is in water

We hebben gezien dat de vorm van arseen zowel de toxiciteit als de mobiliteit beïnvloedt. Organische vormen van arseen zijn zeldzaam in grondwater, dus we zullen ze in deze discussie buiten beschouwing laten. Het meeste arseen dat in grondwater wordt aangetroffen, is ofwel anorganisch As(III) voornamelijk als ongeladen arseenzuur, ofwel anorganisch As(V) in de vorm van arseenzuur minus een of twee van zijn protonen (dus met een lading van –1 of –2 ). Dat is het geval bij neutrale pH. Zoals besproken in de sectie 'Wat is arseen', zorgt de lading op As(V) ervoor dat het zich kan binden aan plaatsen op het oppervlak van gronddeeltjes, waardoor het uit het water wordt verwijderd. Net als in die paragraaf gaan we ervan uit dat de interactie tussen arseenverbindingen en oppervlakken te wijten is aan de lading, ook al is de werkelijke situatie ingewikkelder dan dat.

Naarmate de pH stijgt, zullen de verbindingen de neiging hebben om meer en meer negatief geladen te worden, aangezien het arseen en het arseenzuur H+-groepen verliezen. De lading van deze arseenverbindingen hangt dus af van de pH. Je zou (terecht) kunnen raden dat naarmate de pH stijgt, de lading op de arseenverbindingen negatiever wordt en dat ze beter zouden moeten binden aan positief geladen plaatsen op het bodemoppervlak. Het probleem is dat de bodembindende plaatsen ook worden beïnvloed door de pH. Naarmate de pH stijgt en het water basisch wordt, associëren OH-groepen uit het water zich ook met de adsorptie- of ionenuitwisselingsplaatsen op de bodem, waardoor ze worden geneutraliseerd. Als ze eenmaal zijn geneutraliseerd, zijn ze niet aantrekkelijk voor de arseenverbindingen. De oplosbaarheid van metalen in water wordt ook beïnvloed door de pH, dus als je een pH bereikt die de minerale fase oplost, zal dat resulteren in het vrijkomen van alles wat eraan gebonden is. Dus in plaats van in concentratie te verminderen, kan de arseenconcentratie in water met een hoge pH zelfs omhoog gaan!

In het zuidwesten van de Verenigde Staten kan de pH van het grondwater zelfs hoog zijn vanwege de droge, droge omstandigheden. Water verdampt onder deze omstandigheden, waardoor de concentratie van alles wat erin is opgelost toeneemt. Deze wateren hebben ook de neiging om een ​​zeer lange verblijftijd te hebben en oudere wateren hebben meestal hogere pH-waarden dan water dat sneller door het systeem wordt gespoeld. Dus hoge arseenconcentraties in het droge zuidwesten kunnen hoog zijn vanwege (1) concentratie door verdamping en (2) desorptie vanwege de hoge pH.

Er is een algemene trend tussen pH en arseenconcentratie in grondwater. Naarmate de pH stijgt, heeft de arseenconcentratie de neiging om omhoog te gaan. Helaas is de correlatie niet perfect: de werkelijke situatie is veel complexer dan mijn verklaring. Maar als de pH van uw bronwater hoog is, loopt u een groter risico om ook een hoog arseengehalte te hebben, dus u moet het water testen.

De andere belangrijke factor die de vorm van arseen in oplossing beïnvloedt, is iets dat de redoxtoestand van het milieu wordt genoemd. Het woord redox is een samentrekking van "reductie" en "oxidatie". Een redoxreactie is elke reactie waarbij elektronen van het ene atoom naar het andere worden doorgegeven. Bij een reactie als deze wordt één chemische stof gereduceerd (dat is de chemische stof die het elektron opneemt) en één chemische stof wordt geoxideerd (degene die het elektron verliest). Soms gebruiken mensen het gezegde "LEO de leeuw zegt GER" om te onthouden wat is wat is: Verlies van Elektron = Oxidatie (LEO) Aanwinst van Elektron = Reductie (GER).

  • Sommige chemicaliën, zoals O2, zijn echt goed in het oxideren van andere chemicaliën.
  • Sommige chemicaliën zoals waterstofsulfide (H2S) zijn geweldig in het verminderen van andere chemicaliën.
  • Veel chemicaliën vallen er tussenin.

Omdat niet alle chemicaliën gelijk zijn in hun vermogen om te worden gereduceerd of geoxideerd, zijn ze getest en hebben ze waarden toegewezen gekregen voor hun "elektronenoverdrachtspotentieel". Hoe lager de elektronenoverdrachtspotentiaal, hoe kleiner de kans dat een verbinding elektronen opneemt (versterkt) of wordt gereduceerd.

Als je alle chemicaliën in een oplossing neemt en de elektronenoverdrachtpotentialen van elk bij elkaar optelt, kun je ontdekken of de omgeving de neiging heeft om de toegevoegde chemicaliën te verminderen of de neiging heeft om ze te oxideren. In het algemeen geldt dat als de zuurstofconcentratie in de omgeving hoog is, de redoxpotentiaal positief zal zijn en de kans groot is dat verbindingen in het systeem worden geoxideerd. Dit is een oxiderende omgeving. Als er daarentegen geen zuurstof aanwezig is en een hoge concentratie waterstofsulfide aanwezig is, is dit een reducerende omgeving en zullen chemicaliën die het systeem binnenkomen de neiging hebben te worden verminderd.

Oké, laten we teruggaan naar arseen. Onder reducerende omstandigheden is de meest stabiele oplosbare vorm van anorganisch arseen als arseenzuur (As(III)). Onder oxiderende omstandigheden zal het meeste arseen in de As(V)-vorm zijn, arseenzuur, omdat het stabieler is onder oxiderende omstandigheden. Nogmaals, onthoud dat de mobiliteit van arseen kan afhangen van zijn lading, dus bij neutrale pH is arseenzuur mobieler dan de gedissocieerde vormen van arseenzuur. Dat betekent dat arseen waarschijnlijk mobieler zal zijn onder reducerende omstandigheden omdat meer van het arseen als arseenzuur aanwezig zal zijn.

Net zoals de pH van het systeem bindingsplaatsen op bodemdeeltjes beïnvloedt, beïnvloedt de redoxpotentiaal ook de bindingsplaatsen. Veel van de bindingsplaatsen voor arseen zijn gemaakt van geoxideerd ijzer, aluminium of mangaansoorten die een coating vormen op de gronddeeltjes of op het rotsoppervlak. Soms kunnen de metalen op het grondoppervlak ook worden gereduceerd, waardoor ze in oplossing komen. Dat betekent dat de bindingsplaatsen aan het oppervlak niet meer beschikbaar zijn en het arseen dat vroeger gebonden was, in oplossing komt.

Dat maakt twee onafhankelijke factoren die waarschijnlijk de mobiliteit van arseen verhogen onder reducerende omstandigheden:

  • reductie van As(V) tot As(III), wat mobieler is
  • vermindering van bindingsplaatsen, vrijgeven van gebonden arseen

Een andere factor die de mobiliteit van arseen onder reducerende omstandigheden kan beïnvloeden, is sulfide. Als er sulfide aanwezig is in water dat arseen bevat, kunnen het arseen en sulfide neerslaan, waardoor beide uit de waterfase worden verwijderd. Je krijgt dus alleen onder reducerende omstandigheden een verhoogde mobiliteit van arseen zolang er geen sulfide in het water zit.

We hebben dit allemaal besproken alsof het chemicaliën waren in een pot water met wat aarde erin. We moeten nog een complicerende factor toevoegen. Levende wezens laten chemische reacties veel sneller plaatsvinden dan ze normaal zouden gaan zonder leven door eiwitten te gebruiken die enzymen worden genoemd. Enzymen brengen alle chemicaliën samen die nodig zijn voor een bepaalde reactie, zodat deze sneller kan verlopen. Wanneer de reactie is voltooid, laat het enzym de producten vrij en begint opnieuw.

Het punt van het katalyseren van reacties, vanuit het oogpunt van het organisme, is om de energie die vrijkomt bij de reactie vast te houden om beweging of groei te voeden, of om nieuw celmateriaal te bouwen. Je cellen gebruiken enzymsystemen voor de ademhaling. Bij de ademhaling reageren het voedsel dat je eet en de zuurstof uit de lucht die je inademt samen, waarbij energie, koolstofdioxide en water vrijkomen. Je vangt de energie op zodat je kunt lopen, rennen, groeien, je hart laten kloppen en nog veel, veel meer!

Er zijn niet zoveel levende wezens in het grondwater als op het aardoppervlak, maar er zijn bacteriën die overleven en groeien in deze omgeving.

  • Sommigen van hen kunnen de reductie van As(V) tot As(III) versnellen. Die reactie zou de mobiliteit van arseen in water vergroten.
  • Andere bacteriën kunnen Fe(III) op bodemoppervlakken reduceren tot Fe(II), dat vrijkomt in het water. Nogmaals, elk arseen dat aan de Fe(III)-bindingsplaats op het bodemdeeltje was gehecht, zou ook in het grondwater terechtkomen.

Deze twee voorbeelden laten zien hoe bacteriën de mobiliteit van arseen direct (door het arseen te verminderen) of indirect (door de bindingsplaats te verminderen) kunnen beïnvloeden. Deze activiteiten in grondwater worden meestal beperkt door de hoeveelheid voedsel die voor de bacteriën beschikbaar is.

"Voedsel" voor de bacteriën is in dit geval organische koolstof - hetzelfde als je eigen voedsel. Normaal gesproken is het zeer laag in grondwater omdat de afbreekbare organische koolstof wordt afgebroken nabij het oppervlak van de bodemkolom waar er voldoende organismen zijn om het te gebruiken, of wordt gebonden aan deeltjes nabij het oppervlak. Er is steeds minder beschikbaar naarmate het water naar beneden beweegt in de richting van de grondwaterspiegel. In places where the organic carbon in the water is enriched – say by applying manure to soil just before a rain, or where a landfill releases organic carbon – more can reach depths in the groundwater to feed the bacteria that live there. Organic carbon in this system acts as a reductant, reducing the redox potential and fueling the reduction of As(V) to As(III) and Fe(III) to Fe(II). Again, both reactions increase the mobility of arsenic in water.

In groundwater environments with plenty of oxygen, oxidation reactions can also potentially release arsenic. In these situations, arsenic has to be associated with a reduced chemical, like sulfide. Many arsenic-containing minerals also contain sulfide.

In the presence of oxygen, bacteria can oxidize sulfides instead of organic carbon to generate energy (for these bacteria, reduced sulfur is “food”). Once the sulfide is oxidized to sulfate, it is soluble in water, and releases the arsenic. This is the same process as the one that releases acid and metals into water at mining sites, and it is the way that bacteria contribute to acid mine drainage.

Note that these reactions can occur without bacteria present, but they will proceed more slowly.


Can You Filter Arsenic Out of Water

Yes, you can filter arsenic out of the water with a reverse osmosis system and other featured arsenic water filters earlier. But while these systems can reduce or eliminate arsenic from water, they also require periodic maintenance to ensure optimal function.

What water filter will remove arsenic?

Different types of filters can help filter arsenic out of water. One is a reverse osmosis filtration system. It forces water to pass through a membrane where the contaminants will be left behind.

A RO system ensures that water entering the main water supply line isn’t just clean but also treated. However, this unit requires periodic membrane changes.

Refer to your user manual for guidance. Check out our reviews earlier for other water filters that can remove arsenic from your water supply.


Bekijk de video: They use the bodys good bacteria against diseases (Januari- 2022).