Публикация 21 марта в журнале Science Advances представила первые высокоразрешающие временные записи, на которых запечатлён процесс формирования защитной клеточной стенки в живых растительных клетках.
Исследование демонстрирует сборку клеточных стен, основным элементом которых является целлюлоза – цепь сахарных молекул. «Целлюлоза – самое распространенное органическое соединение на планете», – отметил инженер-биоинженер Шишир Чундават из Университета Рутгерс, Пискатей, Нью-Джерси.
Несмотря на важность целлюлозы для производства бумаги, тканей и возобновляемого биотоплива, механизм её синтеза оставался неполностью изученным. Совместная работа специалистов, включая биолога растений Эрика Лэма и биофизика Санг-Хюк Ли из Университета Рутгерс, позволила пролить свет на этот долгосрочный биологический вопрос.
В эксперименте использовалась модель растения Arabidopsis thaliana, клетки которого предварительно лишались стен для наблюдения процесса их регенерации. Специализированный микроскоп с охлаждающей системой, поддерживающей температуру около 18° Цельсия, минимизировал фотоповреждения, а светящийся молекулярный зонд связывался с новообразованной целлюлозой, не нарушая естественное протекание процесса.
Для полного охвата динамики формирования стенки четырнадцать клеток снимались каждые шесть минут на протяжении около 24 часов, что позволило зафиксировать весь процесс регенерации. Дополнительно проводилась высокоскоростная съемка с интервалом 20 секунд на период от одного до двух часов для обнаружения быстрых этапов структурных изменений.
Анализ процесса выявил четыре ключевых этапа регенерации клеточной стенки. Сначала ферменты оболочки клетки выбрасывали короткие сегменты целлюлозы, свободно перемещавшиеся по поверхности. Затем фрагменты сталкивались и соединялись, после чего утолщённые и удлинённые волокна образовывали пересекающуюся сетку, которая на заключительном этапе уплотнялась и превращалась в стабильную прямоугольную структуру.
Иллюстрация, выполненная Ehsan Faridi/Inmywork Studio совместно с лабораториями Чундавата, Ли и Лэма, демонстрирует коричневые волокна целлюлозы, сгруппировавшиеся благодаря ферментативной активности, что наглядно отображает превращение круглой клетки в окончательно сформированную структуру стенки.
За более чем 300 лет после первых микроскопических наблюдений клеточных стен механизм синтеза целлюлозы оставался загадкой. Новые данные воспринимаются Санг-Хюк Ли как значительный прорыв в понимании основ растительной биологии, открывая перспективы для разработки инновационных методов получения возобновляемого биотоплива и оптимизации промышленного производства растительных материалов.
Изображение носит иллюстративный характер
Исследование демонстрирует сборку клеточных стен, основным элементом которых является целлюлоза – цепь сахарных молекул. «Целлюлоза – самое распространенное органическое соединение на планете», – отметил инженер-биоинженер Шишир Чундават из Университета Рутгерс, Пискатей, Нью-Джерси.
Несмотря на важность целлюлозы для производства бумаги, тканей и возобновляемого биотоплива, механизм её синтеза оставался неполностью изученным. Совместная работа специалистов, включая биолога растений Эрика Лэма и биофизика Санг-Хюк Ли из Университета Рутгерс, позволила пролить свет на этот долгосрочный биологический вопрос.
В эксперименте использовалась модель растения Arabidopsis thaliana, клетки которого предварительно лишались стен для наблюдения процесса их регенерации. Специализированный микроскоп с охлаждающей системой, поддерживающей температуру около 18° Цельсия, минимизировал фотоповреждения, а светящийся молекулярный зонд связывался с новообразованной целлюлозой, не нарушая естественное протекание процесса.
Для полного охвата динамики формирования стенки четырнадцать клеток снимались каждые шесть минут на протяжении около 24 часов, что позволило зафиксировать весь процесс регенерации. Дополнительно проводилась высокоскоростная съемка с интервалом 20 секунд на период от одного до двух часов для обнаружения быстрых этапов структурных изменений.
Анализ процесса выявил четыре ключевых этапа регенерации клеточной стенки. Сначала ферменты оболочки клетки выбрасывали короткие сегменты целлюлозы, свободно перемещавшиеся по поверхности. Затем фрагменты сталкивались и соединялись, после чего утолщённые и удлинённые волокна образовывали пересекающуюся сетку, которая на заключительном этапе уплотнялась и превращалась в стабильную прямоугольную структуру.
Иллюстрация, выполненная Ehsan Faridi/Inmywork Studio совместно с лабораториями Чундавата, Ли и Лэма, демонстрирует коричневые волокна целлюлозы, сгруппировавшиеся благодаря ферментативной активности, что наглядно отображает превращение круглой клетки в окончательно сформированную структуру стенки.
За более чем 300 лет после первых микроскопических наблюдений клеточных стен механизм синтеза целлюлозы оставался загадкой. Новые данные воспринимаются Санг-Хюк Ли как значительный прорыв в понимании основ растительной биологии, открывая перспективы для разработки инновационных методов получения возобновляемого биотоплива и оптимизации промышленного производства растительных материалов.