Новые 3D-методы визуализации могут улучшить понимание структуры биотопливного растительного материала
Сравнение методов 3D-визуализации с помощью просвечивающего электронного микроскопа (TEM) выявило ранее невиданные детали строения клеточных стенок растений. Таковы результаты исследования, опубликованного 10 сентября 2014 года в открытом журнале PLOS ONE.
Задача и проблема
Экономичное производство биотоплива из растительного материала требует эффективного разрушения клеточных стенок для извлечения сложных сахаров, необходимых для ферментации. Однако точная трехмерная пространственная организация ключевых компонентов стенки — целлюлозы, гемицеллюлозы, пектина и лигнина — оставалась неясной из-за ограничений стандартных 2D-методов или методов низкого разрешения.
Сравнение методов
Ученые сравнили три разных подхода к подготовке образцов стеблевой ткани растений для 3D-TEM:
- Обычный метод: химическая фиксация с помощью микроволн с последующим заключением в смолу и визуализацией при комнатной температуре.
- HPF-FS: сверхбыстрая заморозка под высоким давлением с последующей заменой замороженной воды на растворитель (freeze substitution), заключением в смолу и визуализацией при комнатной температуре.
- Крио-метод: крио-иммобилизация свежей ткани методом самонапряженного быстрого замораживания, крио-срезы и крио-томография (электронная микроскопия при очень низких температурах).
Результаты
Качественный и количественный анализ показал, что ультраструктура растений и организация клеточной стенки в крио-иммобилизованных образцах сохранялись значительно лучше, чем в образцах, подготовленных обычным методом. Однако из-за высокой технической сложности крио-томографии для масштабных количественных анализов лучше подходят образцы, подготовленные методом HPF-FS.
Значение
Как отметил соавтор работы Манфред Ауэр: «Мы разработали и сравнили новые подходы к подготовке образцов и молекулярной 3D-визуализации для клеточных стенок растений, что дало понимание их истинной трехмерной архитектуры. Это приведет к целенаправленному реинжинирингу культур для биотоплива второго поколения».