В новаторской статье, опубликованной на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи представляют первую трехмерную модель фермента, который связывает простой сахар, глюкозу, с длинноцепочечной целлюлозой, основным строительным блоком в растительной клетке. стены, придающие растениям структуру. Целлюлоза – это самый распространенный в природе возобновляемый биоматериал и важный ресурс для производства биотоплива, который представляет собой альтернативу ископаемому топливу.
Новое понимание структуры смоделированного растительного фермента, целлюлозосинтазы, может позволить исследователям генетически сконструировать растения и деревья для получения более качественных хлопковых волокон или более прочной древесины, например. С точки зрения материаловедения, результаты также могут быть использованы для создания полезных нанокристаллов с желаемыми свойствами и функциями.
«Эта структурная модель дает нам представление о том, как работает синтез целлюлозы», – сказал д-р. Ярослава Инлинг, профессор материаловедения и инженерии штата Северная Каролина, автор-корреспондент исследования. "В долгосрочной перспективе это может привести к появлению новых генетически модифицированных растений, которые можно будет изменять, чтобы стимулировать определенные инженерные свойства целлюлозы."
В ходе исследования была изучена структура одной целлюлозосинтазы, обнаруженной в хлопковых волокнах. Исследователи сравнили свою модель со структурой аналогичного фермента у бактерий и обнаружили, что белки аналогичным образом свернуты в ключевых областях, необходимых для синтеза целлюлозы.
На лабораторных крысах семейства растений – Arabidopsis thaliana, или горчичном сорняке – исследователи определили потенциальные причины дефектного синтеза целлюлозы у мутантных растений, проведя аналогии с смоделированной синтазой хлопковой целлюлозы.
«Без ферментной структуры вы не можете делать стратегически продуманные, рациональные прогнозы относительно того, как внести полезные изменения в белки, но теперь вы можете», – сказал доктор.
Кэндис Хейглер, культуролог и биолог растений штата Северная Каролина, соавтор исследования. «В будущем мы могли бы упростить расщепление целлюлозы на биотопливо, гарантируя, что сами растения смогут хорошо расти."
Латсавонгсакда Сетхафонг, докторант штата Северная Каролина, был соавтором исследования, как и исследователи из Университета штата Пенсильвания, Университета Вирджинии, Технологического института Университета Онтарио и Университета Кентукки. Вычислительные исследования проводились при поддержке Центра изучения структуры и образования лигноцеллюлозы, исследовательского центра Energy Frontier, финансируемого Соединенным Королевством.S.
Министерство энергетики, Управление науки.