微生物のナノ紡糸により作り出されるセルロースの分子集合状態

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650951
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 平井 諒子 京都大学, 化学研究所, 助手 (20156623)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 辻 正樹 京都大学, 化学研究所, 助教授 (60172003) ; 堀井 文敬 京都大学, 化学研究所, 教授 (70124758)
• Keywords: 酢酸菌 / セルロース / ナノ紡糸 / 電子顕微鏡 / 電子回折 / X線回折 / セルロースII / 固体高分解能NMR

Research Abstract

1個の酢酸菌は28℃の標準培養条件下では、菌体の長軸の方向に40〜60nm幅の1本の右巻きにねじれたリボン状集合体を排出する。しかし、4℃の低温で培養すると、多数のstrand状のセルロースからなる帯状集合体が、菌体の長軸に垂直な方向に押し出されること、またstrandの数の異なる「密な構造」と「粗な構造」の2種類が生成することを見出している。本研究では、これらリボン状および帯状セルロース集合体の構造を精密解析し、セルロースの分子集合状態を明らかにするを目的とする。本年度は下記のような結果を得た。
1.透過型電子顕微鏡観察により、「密な構造」の帯状集合体の各strandは6-9nm x 10-22nmの大きさであることがわかった。低温での制限視野電子回折および微小部電子回折測定を行った結果、「密な構造」の帯状集合体は、セルロースIIの結晶に対応する赤道上の3つの反射が観測できるが、「粗な構造」の場合は結晶の反射は観測できなかった。
2.4℃の低温培養と同様に、寒天培地上でも「密な構造」の帯状集合体が生成することを利用して、X線回折用の試料を作製し、その微結晶サイズを求めた。各赤道方向の反射に対する微結晶サイズは、6.6-8.2nmであった。この値は、セルロースIIの結晶構造を有する再生セルロースである銅アンモニア繊維や高濃度の水酸化ナトリム水溶液で処理したバクテリアセルロースの微結晶サイズの約1.4-2.5倍であった。
3.リボン状集合体はセルロースI_α(64%)とI_β(36%)からなる複合結晶である。一方、「密な構造」の帯状集合体の固体高分解能^<13>C NMRスペクトルを測定した結果、化学シフト値はセルロースIIの結晶構造を有する銅アンモニア繊維の値とほほ同じであり、結晶化度は約50%であった。

Research Products

• [Publications] Asako Hirai: "TEM Study of Band-Like Cellulose Assemblies Produced by Acetobacter xylinum at 4℃"Cellulose. (in press). (2002)
• [Publications] 平井 諒子: "低温培養で酢酸菌が産生する帯状セルロース集合体のTEM法による構造解析"Polymer Preprints, Japan. 50・3. 540-540 (2001)
• [Publications] 平井 諒子: "酢酸菌の低温培養により生成する帯状セルロース集合体の時間経過に伴う構造変化"セルロース学会第8回年次大会講演要旨集. 34-35 (2001)
• [Publications] 平井 諒子: "微生物が作るセルロースの分子集合状態"Polymer Preprints, Japan. 50・9. 1655-1656 (2001)
• [Publications] Asako Hirai: "Structure of Band-like Cellulose Assemblies Produced by Acetobacter Xylinum as Revealed by TEM and X-Ray Diffraction Analysis"Proceedings of The Sixth International Symposium Organized by Institute for Chemical Research (ICR), Kyoto University. 127-130 (2001)