Ett team av forskare har fått nya insikter om hur cellulosa, det mest förekommande organiska materialet på jorden och ryggraden i växtcellväggar, byggs och underhålls och hur denna process kan störas. De fann att en grupp enzymer som kallas cellulosasyntaser, arbetar i team, arbetar med en grad av precision och koreografi som inte hade setts i andra biologiska system.

Fynden, rapporterade i tidskriften Science, skulle potentiellt kunna vägleda forskare i att utveckla nya och mer effektiva sätt att bryta ner cellulosa till sockerarter som kan fermenteras för att producera biobränslen, såsom etanol.

"Med detta arbete har vi nu en förbättrad ritning av cellulosasyntaskomplex som vi kan utnyttja för produktion av biobränslen, bioprodukter och nästa generations biobaserade material", säger Alexander Auer, en forskarassistent vid DOE:s Joint Bioenergy Institute (JBEI) ) och huvudförfattare till studien.

En tredjedel av världens odlingsmark används för att odla råvaror för transportbränslen, och nästan all råvara är växter, enligt JBEI. Sockret i växter kan fermenteras till biobränslen, såsom etanol, men sockret låses in i växtens cellväggar i form av cellulosa och andra motsträviga material som är svåra att bryta isär.

Att förbehandla växtmaterialet med cellulasenzymer, som bryter ner cellulosan, kan hjälpa till att frigöra dessa sockerarter, men denna process kan vara dyr och ineffektiv och kräver dyra enzymer som är svåra att producera i stor skala.

Forskarna i denna studie, med stöd från DOE:s Bioenergy Research Center, använde atomkraftsmikroskopi, vilket gjorde det möjligt för dem att se med nästan molekylär upplösning hur cellulosasyntaser rörde sig över en yta. De hittade också placeringen och organisationen av cellulosabiosyntesmaskineriet som ansvarar för att organisera hur cellulosa byggs och underhålls.

"Komplexet har en nästan kristallin organisation, vilket hjälper de flera underenheterna, som är ansvariga för att syntetisera cellulosa, att röra sig exakt och effektivt längs ett mycket definierat spår medan man bygger cellulosa," sa Auer. "Att störa detta intrikata, välordnade maskineri öppnar nya strategier för att göra nedbrytningen av cellulosa mer effektiv."

Auer sa att resultaten kommer att "vägleda framtida metoder för proteinteknik och syntetisk biologi för att öka effektiviteten och minska kostnaderna för enzymatisk omvandling av cellulosa till bränslen och andra säljbara produkter."