Микроструктура гель-пленок бактериальной целлюлозы, синтезируемой в статических условиях культивирования штамма Gluconacetobacter hansenii GH-1/2008 на питательных средах с различными источниками углерода
- Авторы: Болгова А.Л.1, Шевцов А.А.2,3, Архарова Н.А.4, Каримов Д.Н.4, Макаров И.С.5, Громовых Т.И.1,4, Клечковская В.В.4
-
Учреждения:
- Московский политехнический университет
- Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина ФИЦ “Фундаментальные основы биотехнологии” РАН
- Институт искусственного интеллекта AIRI
- Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН
- Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН
- Выпуск: Том 68, № 4 (2023)
- Страницы: 607-614
- Раздел: ПОВЕРХНОСТЬ, ТОНКИЕ ПЛЕНКИ
- URL: https://journals.rcsi.science/0023-4761/article/view/137444
- DOI: https://doi.org/10.31857/S002347612370025X
- EDN: https://elibrary.ru/IENXQA
- ID: 137444
Цитировать
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.
Ключевые слова
Об авторах
А. Л. Болгова
Московский политехнический университет
Email: ashi-chi@yandex.ru
Россия, Москва
А. А. Шевцов
Институт биоинженерии им. К.Г. Скрябина ФИЦ “Фундаментальные основы биотехнологии” РАН; Институт искусственного интеллекта AIRI
Email: natalya.arkharova@yandex.ru
Россия, Москва; Россия, Москва
Н. А. Архарова
Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН
Email: natalya.arkharova@yandex.ru
Россия, Москва
Д. Н. Каримов
Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН
Email: dnkarimov@gmail.com
Россия, Москва
И. С. Макаров
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН
Email: natalya.arkharova@yandex.ru
Россия, Москва
Т. И. Громовых
Московский политехнический университет; Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН
Email: natalya.arkharova@yandex.ru
Россия, Москва; Россия, Москва
В. В. Клечковская
Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: klechvv@crys.ras.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Basu A., Vadanan S.V., Lim S. // Sci Rep. 2018. P. 447. https://doi.org/10.1038/s41598-018-23701-y
- 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
- 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
- Hong F., Qiu K. // Carbohydr. Polym. 2008. P. 545. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2007.09.015
- Huang Y., Zhu C., Yang J. et al. // Cellulose. 2014. V. 21. P. 1. https://doi.org/10.1007/s10570-013-0088-z
- Frone A.N., Panaitescu D.M., Nicolae C.A. et al. // Polymers. 2020. V. 14. 5358. https://doi.org/10.3390/polym14245358
- Arkharova N., Suvorova E., Severin A. et al. // Scanning. 2016. V. 38. P. 757. https://doi.org/10.1002/sca.21325
- Svensson A., Nicklasson E., Harrah T. et al. // Biomaterials. 2005. P. 419. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.02.049
- 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
- Millon L., Wan W. // Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 2006. V. 79 (2). P. 245. https://doi.org/10.1002/jbm.b.30535
- 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
- Wan Y., Gao C., Han M. et al. // Polym. Adv. Technol. 2011. V. 22. P. 2643. https://doi.org/10.3390/app9010107
- 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
- Yoshino A., Tabuchi M., Uo M. // Acta Biomater. 2013. V. 9. P. 6116. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.12.022
- Coffindaffer T.W., Heath B.P., Kyte K.E. et al. U.S. Patent 8.097.574. 2012.
- 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
- Amnuaikit T., Chusuit T., Raknam P. et al. // Med. Dev. 2011. V. 4. P. 77. https://doi.org/10.2147/MDER.S20935
- Czaja W., Romanovicz D., Brown Rm. // Cellulose. 2004. V. 11. P. 403. https://doi.org/10. 1023/b:cell.0000046412.11983.61
- Watanabe K., Tabuchi M., Morinaga Y. et al. // Cellulose. 1998. V. 5. P. 187. https://doi.org/10.1023/a:1009272904582
- Wang J., Tavakoli J., Tang Y. // Carbohydrate Polymers. 2019. V. 219. P. 63. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.05.008
- Bakhman M., Petrukhin I.Yu., Butenko I.Ye. et al. // EHO. 2018. № 6–2 (40). P. 61.
- Singhsa P., Narain R., Manuspiya H. // Cellulose. 2018. V. 25. P. 1571. https://doi.org/10.1007/s10570-018-1699-1
- Costa A., Almeida F., Vinhas G. et al. // Front. Microbiol. 2017. V. 8. P. 528. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.02027
- 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
- Keshk S.M.A.S., Sameshima K. // Afr. J. Biotechnol. 2005. V. 4. № 6. P. 478. https://doi.org/10.5897/AJB2005.000-3087
- 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
- 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
- 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
- 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
- Gromovykh T.I., Fan M.K., Danil’chuk T.N. Gluconacetobacter hansenii GH-1/2008 bacterial strain - bacterial cellulose producer // Patent RF. № 2464307. 2012.
- Hestrin S., Schramm M. // Biochem. J. 1954. V. 58. P. 345. https://doi.org/10.1042/bj0580345
- Bi J.C., Liu S.X., Li C.F. et al. // J. Appl. Microbiol. 2014. V. 117. P. 1305.
- Atalla R., Vanderhart D. // Science. 1984. V. 223. P. 283. https://doi.org/10.1126/science.223.4633.283
- French A.D. // Cellulose. 2014. V. 21. P. 885. https://doi.org/10.1007/s10570-013-0030-4
- Fink H.-P., Purz H., Bohn A., Kunze J. // Macromol. Symp. 1997. V. 120. P. 207. https://doi.org/10.1021/bm3005929
- 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
- Horii F., Yamamoto H., Hirai A. // Macromol. Symp. 1997. V. 120. P. 197. https://doi.org/10.1002/masy.19971200120
- Алешина Л.А., Глазкова С.В., Луговская Л.А. и др. // Химия растительного сырья. 2001. № 1. С. 5.