Celulele vegetale fără perete celular sunt fragile, așa că este greu de imaginat construcția acesteia.
Celulele vegetale sunt înconjurate de un strat protector structurat complex numit perete celular. Este construit din microfibrilele de celuloză împletite cu polizaharide precum hemiceluloza sau pectina. Știm cum arată celulele plantelor fără pereții lor și știm cum arată atunci când pereții sunt complet asamblați, dar nu am văzut niciodată procesul de construire a pereților în acțiune. „Știam punctul de plecare și punctul de finisare, dar habar nu aveam ce se întâmplă între ele”, spune Eric Lam, biolog de plante la Universitatea Rutgers. Este coautor al studiului care a prins pentru prima dată celulele plantelor de construire a pereților în acțiune. Și odată ce am văzut cum a funcționat clădirea peretelui celular, nu arăta nimic de genul în care am desenat asta în manualele de biologie.
Camera-Shy Builders
Celulele vegetale fără ziduri, cunoscute sub numele de protoplaste, sunt foarte fragile și a fost dificil să le menținem în viață la microscop pentru câteva ore necesare pentru a construi pereți. Celulele vegetale sunt, de asemenea, foarte sensibile la lumină, iar majoritatea tehnicilor de microscopie necesită îndreptarea unei surse de lumină puternice asupra lor pentru a obține imagini bune.
Apoi a fost problema urmăririi progreselor lor. „Celuloza nu este fluorescentă, așa că nu o puteți vedea cu microscopie tradițională”, spune Shishir Chundawat, biolog la Rutgers. „Aceasta a fost una dintre cele mai mari probleme din trecut.” Singurul mod în care îl puteți vedea este dacă îi atașați un marker fluorescent la acesta. Din păcate, markerii folosiți de obicei pentru etichetarea celulozei erau fie legați de alți compuși, fie au fost toxici pentru celulele vegetale. Având în vedere fragilitatea și sensibilitatea lor la lumină, celulele pur și simplu nu au putut supraviețui foarte mult timp cu markeri toxici.
Deci, echipa lui Lam și-a dezvoltat propria platformă de imagistică construită la comandă. Celulele care joacă în videoclipul de construire a peretelui echipei au fost protoplaste ale Arabidopsisului, o mică plantă cu flori aparținând aceleiași familii ca varza și muștarul. Ca tehnică de tragere la alegere, echipa a selectat microscopie fluorescentă de reflecție internă totală (TIRFM), care luminează doar o secțiune minusculă a eșantionului la un moment dat, reducând fototoxicitatea la niveluri gestionabile. Pentru etichetare, echipa a legat părți ale enzimelor care se lipesc de celuloză de un marker fluorescent verde non-toxic care ar putea fi utilizat în celulele vii.
Configurația a inclus, de asemenea, un bec LED programabil care s -a oprit automat după fiecare ciclu de imagistică și un sistem de control al temperaturii care a menținut celulele la un constant de 18 ° C (64 ° F). Odată ce configurarea a fost gata, echipa a tras -o și a lăsat protoplastele acolo timp de 24 de ore. „Acest lucru ne -a permis să avem toate componentele pentru a vedea procesul și a înțelege cum funcționează cu adevărat”, spune Lam. Și cum funcționează cu adevărat s -a dovedit destul de surprinzător.
Comandarea haosului
„Ideea pe care am avut -o cu privire la acest proces a fost că celulele au extrudat continuu aceste fibre lungi de polimer care s -au asamblat pentru a forma pereți celulari”, a spus Chundawat pentru ARS. „Nu a funcționat așa – a fost mult mai complex.” La început, s -au format fibre de celuloză foarte scurte care au fost mutate pe suprafața celulei aparent la întâmplare, de parcă căutați alte fibre scurte. Când acele fibre scurte se întâlnesc și se angajează între ele, ele se combină în fibrele mai lungi care ies din celulă, cum ar fi fluturând tentaculele. Abia după ce s -au aruncat în alte fibre, încep să se împletească și să se asigure în structura organizată a peretelui celular. „A fost un proces în două etape. Acesta a fost ceva ce nu ne așteptam”, spune Chundawat.
Văzând că acest proces se desfășoară a dus la câteva întrebări fără răspuns. „Celulele asamblează pereți din piese foarte mici care se găsesc cumva. Este un proces condus de energie care folosește energie pentru a continua într-o direcție specifică sau un proces stocastic bazat pe coliziuni aleatorii?” Se întreba Lam. „Nu știm, dar vom afla.”
Un alt lucru este că timpul de timp a dezvăluit doar celuloza și abia după ce a fost la suprafața protoplastelor. Există multe enzime implicate în biosinteza celulozei și exportul pe care echipa lui Lam a ratat -o pe bandă. Următorii pași, indică echipa, vor include înregistrarea procesului în 3D cu etichete fluorescente atașate la alte substanțe chimice și enzime. Acest lucru ar trebui să ne permitem să ne dăm seama ce proteine specifice reglează procesul de biosinteză a celulozei care ar trebui, speră cercetătorii, să extindă impactul muncii lor dincolo de tragerea timpului de răcire.
Cu o platformă de imagistică capabilă să înregistreze clădirea peretelui celular de la început până la sfârșit, echipa intenționează să investigheze modul în care perturbarea diferitelor gene și căi diferite ar afecta procesul de asamblare a pereților. „[It’s] Ca și într-o mașină-prin eliminarea unei bucăți din sistem simultan, puteți vedea cum performanța este modificată ”, spune Lam. Odată identificate genele necesare, echipa speră că reglarea fină a activității lor va crește randamentul de biomasă. Am putea face culturi mai robuste și am putea conduce costurile de a reduce biochimice sau biocombustibili ”, susține Chundawat.
Progrese științifice, 2025. DOI: 10.1126/sciadd.ads6312
Jacek Krywko este un scriitor de știință și tehnologie independentă care acoperă explorarea spațială, cercetarea inteligenței artificiale, informatică și tot felul de vrăjitorie de inginerie.
Comentarii recente