Учёные впервые увидели, как живые клетки растений синтезируют целлюлозу и формируют клеточные стенки

В новаторском исследовании синтеза целлюлозы — основного компонента клеточных стенок растений — команда учёных из Университета Рутгерса-Нью-Брансуика впервые запечатлела в реальном времени процесс построения клеточной стенки живыми растительными клетками в течение 24 часов. Это открытие даёт ключевое понимание, которое может привести к созданию более устойчивых растений для увеличения производства продовольствия и снижения стоимости биотоплива.

Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, раскрывает ранее невиданный динамичный процесс. Оно может найти практическое применение в создании повседневных продуктов на основе растений: улучшенных текстильных материалов, биотоплива, биоразлагаемых пластиков и новых медицинских продуктов.

Учёные также ожидают, что работа внесёт вклад в фундаментальные знания и даст новое понимание формирования клеточных стенок. Это результат более шести лет усилий и сотрудничества трёх лабораторий из разных, но взаимодополняющих дисциплин Рутгерса.

"Эта работа — первая прямая визуализация того, как целлюлоза синтезируется и самоорганизуется в плотную сеть фибрилл на поверхности растительной клетки, начиная с первых микроскопических наблюдений клеточных стенок Робертом Гуком в 1667 году", — сказал Сан-Хюк Ли, соавтор исследования.

Микроскопические видеоизображения показывают, как протопласты (клетки с удалёнными стенками) растения Arabidopsis хаотично выпускают нити целлюлозных волокон, которые постепенно самоорганизуются в сложную сеть на внешней поверхности клетки.

"Я был очень удивлён, увидев, как из хаотического танца молекул возникают упорядоченные структуры", — отметил Ли.

Целлюлоза — самый распространённый биополимер на Земле. Это углевод, являющийся основным структурным компонентом клеточных стенок растений, широко используемый в промышленности.

"Это открытие открывает двери для исследователей, чтобы начать изучать гены, которые могут играть различные роли в биосинтезе целлюлозы у растений", — сказал Эрик Лам, соавтор исследования.

Для визуализации процесса команда использовала передовую технику микроскопии — флуоресцентную микроскопию полного внутреннего отражения. Этот подход позволил получать видео в течение 24 часов, не повреждая клетки.

• Сан-Хюк Ли (биофизик) разработал специальный микроскоп для проекта.
• Шишир Чундават (биоинженер) и его команда создали флуоресцентный зонд на основе модифицированного бактериального фермента, который специфически связывается с целлюлозой.
• Эрик Лам (эксперт по генетике растений) и его команда нашли способ удалить клеточную стенку у отдельных клеток Arabidopsis, создав "чистый лист" для отстройки новых стенок протопластами.