Le piante non hanno ossa che le sostengono come fanno le persone. Invece, hanno pareti cellulari abbastanza dure da impedire alle piante di piegarsi. Queste pareti spesse sono costituite da un materiale a base di zucchero chiamato cellulosa. I ricercatori ora hanno alcune informazioni su come si forma questo materiale e sul ruolo di un’altra sostanza chimica chiamata emicellulosa nel processo di incollaggio. La chiave è come le molecole vegetali arrivano dal punto A al punto B all’interno di una pianta.

"Il modo in cui la cellulosa viene trasportata e poi assemblata nella parete cellulare è un problema del Santo Graal nella biologia vegetale", ha affermato Loren Hough, responsabile del programma per il programma Biological Systems &Synthetic Biology presso l'Office of Science, Office of Basic Energy Sciences del DOE. “Questo studio rivela come gli elementi costitutivi della cellulosa si uniscono nel prodotto finale nella parete cellulare della pianta”.

La cellulosa è una lunga catena composta da molecole più piccole chiamate glucosio. Uno dei grandi misteri è perché la cellulosa viene assemblata in una forma così rigida all’interno della pianta.

La cellulosa viene prodotta in una catena di montaggio specializzata all'interno delle cellule vegetali chiamata complesso della cellulosa sintasi. In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature, ricercatori cinesi, guidati da Jiayang Li dell’Accademia cinese delle scienze, hanno osservato da vicino la catena di montaggio con la microscopia crioelettronica. Lo strumento consente ai ricercatori di esaminare le proteine, come le sintasi della cellulosa, quando sono congelate in azione, rivelando dettagli su come le proteine ​​svolgono compiti specifici.

I ricercatori hanno creato complessi enzimatici della cellulosa sintasi che hanno potuto studiare con questa tecnica del microscopio crioelettronico. Sono stati quindi in grado di ricostruire un modello dettagliato che mostrava i complessi proteici coinvolti nella sintesi della cellulosa.

I ricercatori hanno scoperto che l’emicellulosa agisce come una colla che guida la produzione di cellulosa all’interno delle pareti cellulari delle piante. Lo studio ha rivelato come le colle si uniscono per creare una forte matrice di catene di cellulosa.

"I ricercatori sono stati effettivamente in grado di vedere le emicellulose interagire con un complesso di cellulosa sintasi transmembrana mentre sintetizza effettivamente le catene di cellulosa", ha detto Hough.

Comprendere questo meccanismo di crescita delle piante potrebbe portare allo sviluppo di nuove piante che producono fibre di cellulosa più forti e più forti. Questo materiale migliorato potrebbe essere utilizzato per produrre biocarburanti, carta, tessuti e altri prodotti.

“La cellulosa è una delle risorse rinnovabili più importanti del pianeta”, ha affermato Michael Himmel, direttore del BioEnergy Science Center (BESC), un centro di ricerca sulla bioenergia del DOE (BRC). “Questo studio rappresenta una svolta nella nostra comprensione della produzione di cellulosa nelle piante. È entusiasmante pensare alle possibilità di utilizzo di questa risorsa vitale nei biocarburanti e in altre applicazioni legate all’energia”.

Lo studio contribuisce anche al progetto Agile BioFoundry finanziato dal DOE. L’Agile BioFoundry sta avanzando le frontiere della biologia sintetica sviluppando una “fonderia agile” in grado di progettare, realizzare e testare nuovi circuiti genetici e cellule intere da zero. Il lavoro pubblicato su Nature è un ottimo esempio di fonderie agili in azione.

“Questa ricerca mostra come le scoperte fondamentali relative alla biologia vegetale possano essere accelerate dalla piattaforma di biologia sintetica ad accesso aperto di Agile BioFoundry”, ha affermato Chris Voigt, direttore di Agile BioFoundry e professore di ingegneria biomedica presso il Massachusetts Institute of Technology.