Ученые сделали еще один шаг на пути к разгадке «целлюлозного кода»

Оболочка растительной клетки, как и процесс фотосинтеза, относится к ряду черт, отличающих растения от животных. «Строительным материалом» стенок растительной клетки является молекула целлюлозы. Она синтезируется в полукристаллическом состоянии, что чрезвычайно важно для общего функционирования клеточной оболочки. К сожалению, процессы образования кристаллической структуры до сих пор изучены недостаточно полно.

Новое исследование, проведенное учеными Дэвидом Эрхардтом (Институт науки Карнеги), Крисом Соммервиллем (Калифорнийский университет в Беркли), Сетом Деболтом (университет штата Кентукки), Райаном Гутьересом (Институт науки Карнеги), Дарио Бонеттой (университет штата Онтарио) и Хосе Эстевесом (университет Буэнос-Айреса), раскрывает новую информацию о данном процессе, а также предложения о том, как уменьшить кристалличность целлюлозы, которая является основным препятствием при производстве биотоплива. Результаты работы были опубликованы в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences» («Научные труды Национальной академии наук»).

Клеточная оболочка в растениях выполняет ряд существенных функций, включая механическую поддержку: она помогает растению выстоять под напором изменчивой погоды и сильных ветров, вырасти до нужного размера, а также противостоит заражению болезнетворными микроорганизмами.

Кроме того, клеточный материал древесины и хлопка уже давно используется человеком в различных областях – он обладает многообещающим потенциалом стать богатым источником биотоплива.

Целлюлоза служит базовой составляющей клеточной оболочки и, следовательно, является самым широко распространённым биополимером на планете. Она также является важнейшей молекулой, предопределяющей основные механические свойства клетки.

Чтобы изучить процесс образования целлюлозы в растительных клетках, ученые под руководством Сета Деболта из университета штата Кентукки сфокусировали свое внимание на различных аспектах синтезирующих систем.

Сотрудничая с Крисом Соммервиллем, Дэвид Эрхардт разработал метод наблюдения за этими системами путем их маркирования флуоресцирующим веществом, извлекаемым из медуз, и дальнейшего получения изображений помеченных белков с помощью конфокальной микроскопии. Эта техника позволяет изучить отдельные биосинтетические комплексы благодаря созданию фотографий очень высокого разрешения.

Дарио Бонетта из Института технологий при университете штата Онтарио, Сет Деболт, Крис Соммервилль и Дэвид Эрхардт исследовали большое количество молекул, пытаясь определить, какие из них препятствуют процессу образования клеточной оболочки. Отобранные молекулы далее изучались с помощью флуоресцирующего маркера, чтобы определить, каким образом они влияют на функционирование синтетических комплексов.

Изучив собранный материал, ученые обратили внимание на мутантные растения, которые демонстрируют малую восприимчивость к данным молекулам. Предполагалось, что поскольку эти растения слабо или вообще не подвержены влиянию данных молекул, их клеточные оболочки должны обладать какими-либо необычными дефектами. 

Исключив из исследования все лишнее, ученые смогли определить и изучить в генах растений два вида мутаций – CESA1 и CESA3 – которые «кодируют» определенные синтазные белки. Ожидается, что эти мутации будут обнаружены в некоторых белках, которые пересекают клеточные мембраны, образующие внутреннюю часть растительных стенок.

Другие участники исследования изучали образцы целлюлозы, содержащейся в растениях с мутациями, и обнаружили дефекты в ее структуре, которые были вызваны изменениями в белках.

Обычно, чтобы образовать цепи, сахара связываются друг с другом и создают полукристаллические волокна. Кристаллическая структура придает целлюлозе важные механические свойства – такие, как жесткость и  прочность на разрыв. Эта структура также отвечает за стойкость целлюлозы к расщеплению – главный фактор, препятствующий использованию целлюлозы для производства жидкого топлива.

Мутации CESA1 и CESA3 приводят к образованию целлюлозы с пониженной кристалличностью структуры. Такая целлюлоза расщепляется гораздо проще, что приводит к высвобождению сахаров, которые можно переработать в топливо.

 «Мы обнаружили связь между структурой протеинов, производящих целлюлозу, и структурой получаемого продукта, - объясняет Дэвид Эрхардт. – Это первый шаг на пути к пониманию того, как можно контролировать такое важное свойство целлюлозы. Он открывает новые возможности для разработки новых способов производства биотоплива».

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.biofueldaily.com/reports/Plant_toughness_Key_to_cracking_biofuels_999.html