Спустя более чем 350 лет с момента открытия Робертом Гуком клеточных стенок в 1667 году, учёным из Ратгерского университета (США) удалось вживую наблюдать процесс синтеза целлюлозы и формирования клеточных стенок в живых растительных клетках. Это выдающееся открытие проливает свет на динамику важнейшего этапа жизни растений и открывает перспективы для выведения более устойчивых сельскохозяйственных культур, создания доступного биотоплива, а также разработки новых материалов, таких как биоразлагаемый пластик и медицинские изделия.
Проводившееся более шести лет исследование, объединившее усилия трёх лабораторий, продемонстрировало, как протопласты (клетки без стенок) растения Arabidopsis, ближайшего родственника капусты, хаотично создают целлюлозные волокна, постепенно формируя плотную сеть на поверхности клеток. Уникальные изображения, полученные с использованием усовершенствованных методов микроскопии, опровергли традиционные представления о строго упорядоченном процессе синтеза.
«Меня поразило, как из хаотического движения молекул формируются организованные структуры, — признался Сан-Хёк Ли, доцент кафедры и соавтор исследования. — Это полностью меняет наше понимание клеточной биологии».
Целлюлоза — это наиболее распространённый биополимер на Земле, составляющий основу клеточных стенок растений. Её применения охватывают изготовление бумаги, текстиля, фильтров и загустителей для пищевой промышленности. Однако вплоть до настоящего момента учёные не могли провести детальный анализ процесса её синтеза из-за ограничений методов микроскопии: традиционные технологии давали размытые изображения и повреждали клетки при длительной съёмке.
Для преодоления этой проблемы команда применила метод микроскопии полного внутреннего отражения с флуоресцентной визуализацией. Сан-Хёк Ли разработал специализированный микроскоп, который способен беспрерывно снимать процесс на протяжении 24 часов без повреждения клеток. Биоинженер Шишир Чундават создал флуоресцентный зонд на основе модифицированного бактериального фермента, который селективно связывается с целлюлозой, подсвечивая её волокна. Эрик Лам, специалист по генетике растений, обеспечил эксперимент с «чистого листа», удалив исходные клеточные стенки у Arabidopsis, чтобы наблюдать формирование новых структур в контролируемых условиях.
Теперь у нас есть возможность изучать гены, которые отвечают за синтез целлюлозы, и проектировать растения с улучшенными характеристиками — от устойчивости к засухе до эффективного поглощения углерода
— отметил Лам
Открытие также важно для биоэнергетики. Чундават, вдохновлённый с детства многообразием растительного мира, планирует использовать полученные знания для создания методов производства биотоплива из сухопутных и морских растений. «Понимание фундаментальных механизмов позволит разрабатывать более эффективные и экологически чистые решения», — добавил он.
Этот научный прорыв не только углубляет фундаментальные знания о растительной жизни, но и создаёт предпосылки для инноваций в области сельского хозяйства, энергетики и материаловедения. Учёные подчеркивают, что следующим этапом станет изучение генетических и физических факторов, влияющих на самоорганизацию целлюлозы, что приблизит эру «программируемых» растений с заданными характеристиками.
Источник: iXBT
_large.jpg "Обнаружен «тёмный кислород» на Земле. В NASA считают, что он может присутствовать подо льдом на Энцеладе и Европе")