Cellulosa är en komplex sockermolekyl som syntetiseras av växter genom en process som kallas cellulosabiosyntes. Denna process involverar sammansättning av individuella glukosmolekyler till långa kedjor, som sedan buntas ihop för att bilda cellulosamikrofibriller. Dessa mikrofibriller är arrangerade på ett specifikt sätt för att skapa den starka, stela strukturen hos växtcellväggar.
I decennier har forskare försökt förstå de exakta mekanismerna bakom cellulosabiosyntes. Processens komplexitet och bristen på lämpliga verktyg har dock hindrat framsteg. Nu har ett team av forskare från University of Cambridge och University of York använt en kombination av avancerad avbildningsteknik och beräkningsmodellering för att avslöja de molekylära detaljerna i cellulosabiosyntes.
Forskarna fann att cellulosabiosyntes orkestreras av ett komplex av proteiner som kallas cellulosasyntaskomplexet (CSC). Detta komplex är beläget på ytan av växtcellmembran och består av flera subenheter som arbetar tillsammans för att sätta ihop glukosmolekyler till cellulosakedjor.
Med hjälp av kryo-elektronmikroskopi kunde forskarna fånga högupplösta bilder av CSC i aktion. De observerade att CSC har en specifik arkitektur som gör det möjligt för den att exakt kontrollera syntesen av cellulosakedjor och deras arrangemang till mikrofibriller.
Dessutom utvecklade forskarna beräkningsmodeller för att simulera dynamiken i CSC. Dessa modeller gav insikter i de molekylära interaktioner och konformationsförändringar som inträffar under cellulosabiosyntes.
Kombinationen av experimentella data och beräkningsmodellering gjorde det möjligt för forskarna att föreslå en detaljerad mekanism för cellulosabiosyntes. Denna mekanism förklarar hur CSC syntetiserar cellulosakedjor och organiserar dem i mikrofibriller, vilket i slutändan leder till bildandet av starka och stela växtcellväggar.
Denna upptäckt fördjupar inte bara vår förståelse av växtbiologi utan öppnar också för nya möjligheter för utveckling av hållbara material och biobränslen. Genom att manipulera CSC eller cellulosabiosyntesvägen kan forskare kunna konstruera växter för att producera cellulosa med specifika egenskaper, såsom ökad styrka eller biologisk nedbrytbarhet. Detta kan leda till utveckling av nya biobaserade material för förpacknings-, bygg- och andra industrier, samt förbättrade biobränslen som är mer effektiva och miljövänliga.
Sammantaget ger denna banbrytande forskning en heltäckande bild av de molekylära mekanismerna bakom cellulosabiosyntesen i växter, vilket banar väg för framtida innovationer inom hållbara material och bioenergi.
