Расшифрован механизм синтеза целлюлозы: прорыв для биотоплива и медицины

Исследователи из Медицинской школы Университета Вирджинии раскрыли секреты производства целлюлозы — самого распространенного природного полимера на Земле. Это открытие может иметь серьёзные последствия как для производства биотоплива, так и для борьбы с бактериальными инфекциями.

Значение для биотоплива и медицины

• Биотопливо: Понимание синтеза и отложения целлюлозы, основного компонента клеточных стенок растений, может привести к новым способам её разрушения или созданию растений с более слабыми стенками. Это упростит переработку биомассы.
• Борьба с инфекциями: Целлюлоза — один из компонентов, которые бактерии используют для создания прочных биоплёнок, позволяющих им прикрепляться к поверхностям (например, зубной налёт). Блокировка этого процесса облегчила бы уничтожение бактерий и предотвратила бы их распространение на медицинских инструментах.

Суть открытия

В статье, опубликованной 9 декабря в онлайн-издании журнала Nature, исследователи впервые определили трёхмерную архитектуру ферментного комплекса, ответственного за производство целлюлозы. Они выяснили, как новые полимеры целлюлозы экструдируются из клетки через специальный канал — аналогично тому, как паук выпускает нить паутины.

Ключевая особенность: Этот фермент уникален — он одновременно производит полимеры целлюлозы (присоединяя молекулы глюкозы) и выталкивает их наружу. Обычно эти функции разделены между разными ферментами.

Метод и неожиданный результат

Используя рентгеноструктурный анализ (XRD) и сложные математические методы, команда построила атомную модель комплекса. Им удалось почти невозможное: зафиксировать "моментальный снимок" синтеза нового полимера целлюлозы и его транспорта изнутри клетки наружу. Это было неожиданно, так как процесс мимолётен, а метод требует работы с крайне стабильным и однородным белковым ансамблем.

Будущие направления

Исследователи планируют изучить биосинтез хитина — основного компонента панцирей насекомых. Предотвращение его образования может стать эффективным методом борьбы с вредителями.

Публикация: Статья "Crystallographic snapshot of cellulose synthesis and membrane translocation" (авторы: Jacob L.W. Morgan, Joanna Strumillo, Jochen Zimmer) опубликована в Nature и войдет в один из будущих печатных выпусков.