| 研究課題/領域番号 |
19K06167
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
堀川 祥生 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 特任准教授 (90637711)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 赤外分光法 / ヘミセルロース / グルコマンナン / 細胞壁 |
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| 研究実績の概要 |
木質細胞壁の主要成分であるセルロースとリグニンこれら化学的特性が異なる2成分の相互作用を向上させる分子こそがヘミセルロースである。針葉樹材ヘミセルロースのうち約2/3をグルコマンナンが占めている。一般的にグルコマンナンの構成糖であるマンノースは中性糖分析で評価されるが、試料調製に時間も労力も消費することに加え、高価な装置と長い測定時間を要する。そこで本研究では赤外分光法による簡便且つ迅速な成分評価法の確立を目的とした。
まずグルコマンナンを含めた細胞壁成分単一試料から赤外スペクトルを取得し、吸収パターンを比較したところマンノース残基に特有の吸光バンドが認められた。さらに他の細胞壁成分は、この波数領域に大きく重ならないことを見出した。
検量モデルの構築にはグルコマンナンおよびセルロースそれぞれのモデル試料としてプロポールならびにスギから調製したナノファイバーを用いた。これらを適切な割合で混合し，ATR(Attenuated Total Reflectance)アクセサリーが装備された赤外分光分析装置を用いてスペクトルを収集し、吸光度を算出した。リファレンスデータを取得するため、高速液体クロマトグラフィーを用いて糖分析を実施した。得られたマンノース量を赤外吸収スペクトルと相関させ、検量モデルを構築した。検量モデルの精度は相関係数を用いて評価したところ、高い精度を示した。
さらに未知試料のマンノース濃度を糖分析で見積もった値と検量モデルで推測した値を比較したところ、ある一定の精度を示した。これらの結果から、赤外分光法を利用したマンノースの定量評価が可能であることが示唆された。グルコマンナンを含めたヘミセルロースの定量は非常に困難であることから、赤外分光分析によって簡便且つ迅速に評価できる成果は非常に意義が高いと言える。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2019年度は汎用的なATRアクセサリーを使用し、赤外線吸収スペクトルとマンノース量の検量モデルの構築に取り組んだ。まずセルロースならびにグルコマンナンに相当するモデル試料について検討した。この際、オリジナルスペクトルに加え、二次微分などスペクトル前処理も試験しながら最適化を図ったところ、当初の予定であった決定係数＞0.9以上の検量モデルの構築に成功した。
次に本検量モデルの精度の評価を行った。未知試料を調製し、得られた赤外吸収スペクトルを検量モデルに供して予測値を収集した。化学分析によって得られた値と相関させたところ比較的高い予測精度に至った。本成果は簡便・迅速なヘミセルロース評価法の確立として意義が高く、2020年度に実施する予定の研究の基盤となる成果である。以上の内容からおおむね順調に進展している、と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
2019年度に達成したATRアクセサリーによる赤外吸収スペクトルから構築した検量モデルをさらに発展させる。2020年度は顕微アクセサリーを使用し、モデル試料から透過モードでスペクトルを収集する。オリジナルスペクトルに加え、前処理を施したスペクトルと化学分析データを相関させて検量モデルの構築をめざす。
次に木粉試料や培養細胞ならびに木材切片等に関し、顕微赤外分光法によって組織・細胞からスペクトルを取得する。数十マイクロメートルオーダーまで照射光を絞ることにより、細胞レベルからスペクトルを収集する。得られた分光データをこれまでに構築した検量モデルを用いてマンノース量を予測する。リファレンスデータを取得するため、同じ試料に一次抗体としてグルコマンナンを認識するモノクローナル抗体を作用させる。これに蛍光標識した二次抗体を反応させプレパラートを作成した後、蛍光顕微鏡・共焦点レーザー顕微鏡観察を行う。得られた画像データを数値化し、グルコマンナンデータを集積する。一連のリファレンスデータを赤外スペクトルから予測したマンノース含有量と相関させ、信頼性が高い検量モデルの構築を目指す。
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