超解像光・電子顕微鏡によるバクテリアセルロース・リボンの超分子構造とナノスケール転位の相関解明

2023年5月14日 18:31

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.biomac.2c01108

ムーハナド・バビ
,
アリッサ・ウィリアムズ（Alyssa Williams
,
マーシャ・リード
,
キャサリン・グランドフィールド
,
ナビル・D・バシム
と
ホセ・M・モラン＝ミラバル
これを引用する：バイオマクロモレキュールズ 2023, 24, 1, 258-268
掲載日：2022年12月28日
https://doi.org/10.1021/acs.biomac.2c01108
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SUBJECTS
セルロース、
画像処理、
モルフォロジー
ナノファイバー
透過型電子顕微鏡
概要
セルロースは、植物やバクテリアによって自然に生産される構造的な直鎖多糖類であり、地球上で最も豊富なバイオポリマーである。セルロースのナノからマイクロスケールまでの階層構造は、その生合成と、この持続可能な資源を材料用途に加工する能力に密接に関連している。しかしながら、バクテリアのセルロースミクロフィブリルの形態や高次構造への組み立て、また、セルロースの結晶と無秩序が交互に現れる超分子構造の構造的起源については、これまで解明されていませんでした。本研究では、高分解能の透過型電子顕微鏡と原子間力顕微鏡を用いて、バクテリアのセルロースリボンの構造階層の異なるレベルでの形態を研究し、ナノメートル幅のミクロフィブリルの直接可視化を実現しました。セルロースリボンの非永続的なねじれを詳細に評価した結果、ねじれはバンドルとミクロフィブリルレベルのナノ構造欠陥と関連していることがわかった。セルロースリボンに沿って存在する持続的な無秩序領域の構造的起源を調べるために、相関的な超解像光・電子顕微鏡ワークフローを採用し、超解像蛍光顕微鏡で見ることができる無秩序領域が、電子顕微鏡で観察されたリボンのねじれと大きく相関することを観察しました。バクテリアセルロースの階層的な集合体とその無秩序領域の超微細構造を解明することで、セルロースの生合成と加水分解に対する感受性に関する知見が得られました。これらの知見は、セルロースの細胞指向性集合体の理解、新しいセルロースベースのナノ材料の開発、より効率的なバイオマス変換戦略の開発に重要である。
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バクテリアセルロースの先細り端のTEM画像、SR-CLEMワークフローで課題となった基板の変形、破片の蓄積、イメージングアーチファクトのTEMおよびSR画像（PDF)
超解像光・電子顕微鏡を用いたバクテリアセルロースリボンの超分子構造とナノスケール転位の相関性の解明
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サポート情報です：超分子構造とナノスケールの転位を解明した
超分子構造とナノスケールの転位を解明する
バクテリアセルロースリボンの超分子構造とナノスケール転位を解明する。
光・電子顕微鏡による超高分解能観察
ムーハナド・バビ
1,6
Alyssa Williams
2,
† マーシャ・リード
3
キャサリン・グランドフィールド
2,4,5
ナビル・D．
バシム
2,3,4
およびJose M. Moran-Mirabal
1,2,5,6
*
1.
カナダ、ON州ハミルトン、マクマスター大学化学・ケミカルバイオロジー学科
2.
マクマスター大学バイオメディカル工学部、カナダ、ON州ハミルトン市
3.
カナダ電子顕微鏡センター、マクマスター大学、ハミルトン、ON、カナダ
4.
マクマスター大学材料科学・工学部（ON.Hamilton,Canada） 4．
カナダ
5.
ブロックハウス材料研究所、マクマスター大学、ハミルトン、ON、カナダ
6.
先進光顕微鏡センター、マクマスター大学、ハミルトン、ON、カナダ
*Please address correspondence to
mirabj@mcmaster.ca
これらの著者は、この研究に等しく貢献した
補足図
図 S1.
セルロースリボンの端は先細りになっている。スケールバーは2μm（左）、500nm（右上、右下）。
右上と右下）。
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