1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Кристаллография
  4. T. 68, № 4, 2023

Кристаллография, 2023, T. 68, № 4, стр. 607-614

Микроструктура гель-пленок бактериальной целлюлозы, синтезируемой в статических условиях культивирования штамма Gluconacetobacter hansenii GH-1/2008 на питательных средах с различными источниками углерода

А. Л. Болгова 1, *, А. А. Шевцов 2, 3, Н. А. Архарова 4, **, Д. Н. Каримов 4, И. С. Макаров 5, Т. И. Громовых 1, 4, В. В. Клечковская 4

1 Московский политехнический университет
Москва, Россия

2 Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина ФИЦ “Фундаментальные основы биотехнологии” РАН
Москва, Россия

3 Институт искусственного интеллекта AIRI
Москва, Россия

4 Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН
Москва, Россия

5 Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН
Москва, Россия

* E-mail: ashi-chi@yandex.ru
** E-mail: natalya.arkharova@yandex.ru

Поступила в редакцию 14.04.2023
После доработки 15.05.2023
Принята к публикации 15.05.2023

Аннотация

Проведен сравнительный анализ структуры высушенных пленок бактериальной целлюлозы (БЦ), продуцируемых бактериями штамма Gluconacetobacter hansenii GH-1/2008 при статическом культивировании на питательных средах с различными источниками углерода: глюкоза, сахароза, мальтоза, фруктоза, лактоза. Обнаружено, что надмолекулярная структура пленок представляет собой пространственную сетку из ориентационно-упорядоченных микрофибрилл со средним диаметром от 30 до 60 нм, состоящих из кристаллических и аморфных областей. Анализ рентгенограмм показал, что кристаллические области микрофибрилл сформированы целлюлозой I. В зависимости от состава питательной среды степень кристалличности пленок изменяется в диапазоне от ~20 до 90%. Обнаружено, что независимо от источника углерода микроструктура верхней и нижней поверхностей пленок БЦ различна и определяется статическими условиями культивирования: на верхней поверхности гель-пленок присутствуют поры диаметром до 500 нм; на нижней поверхности распределение пор по размерам носит более широкий характер (до 600 нм). Разница между средними значениями пор на верхних и нижних поверхностях варьируется от 95 до 180 и от 100 до 200 нм соответственно. Результаты измерений механических свойств пленок показали, что максимальную прочность имеют пленки, полученные при культивировании на фруктозе и сахарозе, а минимальную – на лактозе и мальтозе. Приведены данные продуктивности БЦ штамма GH-1/2008.

Список литературы

  1. Basu A., Vadanan S.V., Lim S. // Sci Rep. 2018. P. 447. https://doi.org/10.1038/s41598-018-23701-y

  2. Ross P., Mayer R., Benziman M. // Microbiol. Rev. 1991. V. 55. № 1. P. 35. https://doi.org/10.1128/mr.55.1.35-58.1991

  3. Hassan E.A., Abdelhady H.M., El-Salam S.S. A. et al. // Microbiol. Res. J. 2015. V. 9. P. 1. https://doi.org/10.9734/BMRJ/2015/18223

  4. Hong F., Qiu K. // Carbohydr. Polym. 2008. P. 545. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2007.09.015

  5. Huang Y., Zhu C., Yang J. et al. // Cellulose. 2014. V. 21. P. 1. https://doi.org/10.1007/s10570-013-0088-z

  6. Frone A.N., Panaitescu D.M., Nicolae C.A. et al. // Polymers. 2020. V. 14. 5358. https://doi.org/10.3390/polym14245358

  7. Arkharova N., Suvorova E., Severin A. et al. // Scanning. 2016. V. 38. P. 757. https://doi.org/10.1002/sca.21325

  8. Svensson A., Nicklasson E., Harrah T. et al. // Biomaterials. 2005. P. 419. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.02.049

  9. Буянов А.Л., Гофман И.В., Хрипунов А.К. и др. // Высокомолекулярные соединения. А. 2013. Т. 55. С. 512. https://doi.org/10.7868/S0507547513050036

  10. Millon L., Wan W. // Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 2006. V. 79 (2). P. 245. https://doi.org/10.1002/jbm.b.30535

  11. Klemm D., Schumann D., Udhardt U. et al. // Prog. Polym. Sci. 2001. V. 26. P. 1561. https://doi.org/10.1016/S0079-6700(01)00021-1

  12. Wan Y., Gao C., Han M. et al. // Polym. Adv. Technol. 2011. V. 22. P. 2643. https://doi.org/10.3390/app9010107

  13. Wang J., Gao C., Zhang Y. et al. // Mater. Sci. Eng. C. 2010. P. 214. https://doi.org/10.1016/j.msec.2009.10.006

  14. Yoshino A., Tabuchi M., Uo M. // Acta Biomater. 2013. V. 9. P. 6116. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.12.022

  15. Coffindaffer T.W., Heath B.P., Kyte K.E. et al. U.S. Patent 8.097.574. 2012.

  16. Hasan N., Biak D.R.A., Kamarudin S. // Int. J. Adv. Sci. Eng. Inform. Technol. 2012. V. 2. P. 272. https://doi.org/10.18517/ijaseit.2.4.201

  17. Amnuaikit T., Chusuit T., Raknam P. et al. // Med. Dev. 2011. V. 4. P. 77. https://doi.org/10.2147/MDER.S20935

  18. Czaja W., Romanovicz D., Brown Rm. // Cellulose. 2004. V. 11. P. 403. https://doi.org/10. 1023/b:cell.0000046412.11983.61

  19. Watanabe K., Tabuchi M., Morinaga Y. et al. // Cellulose. 1998. V. 5. P. 187. https://doi.org/10.1023/a:1009272904582

  20. Wang J., Tavakoli J., Tang Y. // Carbohydrate Polymers. 2019. V. 219. P. 63. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.05.008

  21. Bakhman M., Petrukhin I.Yu., Butenko I.Ye. et al. // EHO. 2018. № 6–2 (40). P. 61.

  22. Singhsa P., Narain R., Manuspiya H. // Cellulose. 2018. V. 25. P. 1571. https://doi.org/10.1007/s10570-018-1699-1

  23. Costa A., Almeida F., Vinhas G. et al. // Front. Microbiol. 2017. V. 8. P. 528. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.02027

  24. Mikkelsen D., Flanagan B.M., Dykes G.A. et al. // Microbiol. 2009. V. 107. P. 576. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2009.04226.x

  25. Keshk S.M.A.S., Sameshima K. // Afr. J. Biotechnol. 2005. V. 4. № 6. P. 478. https://doi.org/10.5897/AJB2005.000-3087

  26. Wang S.S., Han Y.-H., Chen J.-L. et al. // Polymers. 2018. V. 10. P. 963. https://doi.org/10.1016/10.3390/polym10090963

  27. Киселева О.И., Луценко С.В., Фельдман Н.Б. и др. // Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2021. № 53. С. 22. https://doi.org/10.17223/19988591/53/2

  28. Gromovykh T.I., Pigaleva M.A., Gallyamov M.O. et al. // Carbohydr. Polym. 2020. V. 237. P. 116140 https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116140

  29. Skvortsova Z.N., Gromov T.I., Grachev V.S. et al. // Colloid J. 2019. V. 81. № 4. P. 441. https://doi.org/10.1134/S1061933X19040161

  30. Gromovykh T.I., Fan M.K., Danil’chuk T.N. Gluconacetobacter hansenii GH-1/2008 bacterial strain - bacterial cellulose producer // Patent RF. № 2464307. 2012.

  31. Hestrin S., Schramm M. // Biochem. J. 1954. V. 58. P. 345. https://doi.org/10.1042/bj0580345

  32. Bi J.C., Liu S.X., Li C.F. et al. // J. Appl. Microbiol. 2014. V. 117. P. 1305.

  33. Atalla R., Vanderhart D. // Science. 1984. V. 223. P. 283. https://doi.org/10.1126/science.223.4633.283

  34. French A.D. // Cellulose. 2014. V. 21. P. 885. https://doi.org/10.1007/s10570-013-0030-4

  35. Fink H.-P., Purz H., Bohn A., Kunze J. // Macromol. Symp. 1997. V. 120. P. 207. https://doi.org/10.1021/bm3005929

  36. Клечковская В.В., Баклагина Ю.Г., Степина Н.Д. и др. // Кристаллография. 2003. Т. 48. № 5. С. 813. https://doi.org/10.1134/1.1612596

  37. Horii F., Yamamoto H., Hirai A. // Macromol. Symp. 1997. V. 120. P. 197. https://doi.org/10.1002/masy.19971200120

  38. Алешина Л.А., Глазкова С.В., Луговская Л.А. и др. // Химия растительного сырья. 2001. № 1. С. 5.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Кристаллография

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал