Виявлення механізмів формування целюлози в рослинах: нові дані з Ратгера

Дослідження, проведене в Ратгерському університеті у США, вперше зафіксувало на відео процес формування клітинних стінок у рослин. Результати експерименту, опубліковані в авторитетному науковому журналі Science Advances, складають значний внесок у наше розуміння структурної організації рослинних клітин.

Целюлоза є основним компонентом клітинних стінок, надаючи рослинам механічну міцність і структуру. Вона також займає важливе місце в промисловості, використовуючись для виробництва паперу, текстилю та підручних матеріалів. За підрахунками, світове виробництво целюлози досягає близько 400 мільйонів тонн на рік, що свідчить про її невід’ємну роль в багатьох галузях.

Пряме спостереження унікальних процесів

«Це стало першою прямою візуалізацією синтезу та самоорганізації целюлози в щільну мережу фібрил на поверхні рослинної клітини з моменту історичних спостережень Роберта Гука у 1667 році», — зазначив біофізик Сан-Хьок Лі. Його команда отримала можливість спостерігати за протопластами — клітинами без зовнішньої оболонки, які починали формувати целюлозні нитки.

У рамцях експерименту дослідники фіксували, як ці нитки, спочатку хаотично розташовані, поступово перетворюються на організовану структуру нової клітинної стінки. За словами Лі, результати його досліджень вразили його: «Я був вражений, коли побачив, як упорядковані структури виникають із хаотичного руху молекул, тоді як я думав, що процес утворення целюлози є набагато більш організованим».

Інноваційні методи та міждисциплінарна співпраця

Дослідження є підсумком більше шести років спільної роботи трьох лабораторій Ратгерського університету з фізики, інженерії та біології рослин. З огляду на те, що традиційні лабораторні мікроскопи не забезпечували необхідної резолюції, Лі створив спеціалізовану систему на основі мікроскопії повного внутрішнього відбиття. Цей метод дозволив отримувати високодеталізовані зображення нижньої частини клітини без пошкодження зразків протягом тривалого часу.

Доцент кафедри хімічного та біохімічного машинобудування Шішир Чундават розробив флуоресцентну систему маркування, що дозволила візуалізувати молекули целюлози під мікроскопом. Його команда використала модифікований бактеріальний фермент, здатний зв’язуватися саме з целюлозою, що стало важливим кроком у дослідженні.

Професор кафедри біології рослин Ерик Лам та його команда розробили метод для отримання протопластів, що дало змогу безпосередньо спостерігати за процесом утворення нових целюлозних волокон. «Це дозволяє уникнути впливу фонової целюлози, що могло б заважати спостереженню», — пояснив Лам.

Висновки та перспективи

Ці результати не лише кидають нове світло на біологічні механізми, що стоять за утворенням рослинних клітин, але й мають потенційне значення для біомедичних досліджень та вивчення стійкості рослин до хвороб. Згідно з даними Міжнародної організації з охорони здоров’я рослин, проблеми, пов’язані з хворобами рослин, завдають збитків у розмірі близько 220 мільярдів доларів на рік.

Дослідження Ратгерського університету може стати основою для нових підходів в агрономічних науках та розробці інноваційних матеріалів на основі целюлози, що відкриває нові горизонти в галузі стійкої економіки та екологічно чистого виробництва.