「セルロースがどのように輸送され、その後、細胞壁に組み立てられるかは、植物生物学の聖杯問題です」と、DOEの基本エネルギー科学局のDOEの科学局の生物システムおよび合成生物学プログラムのプログラムマネージャーであるローレン・ハフは述べています。 「この研究は、セルロースのビルディングブロックが植物の細胞壁の最終製品にどのように結合するかを明らかにしています。」
セルロースは、グルコースと呼ばれる小さな分子で構成される長鎖です。大きな謎の1つは、セルロースが植物内でこのような硬い形に組み立てられる理由です。
セルロースは、セルロースシンターゼ複合体と呼ばれる植物細胞内の特殊な組立ラインで生成されます。 Nature誌に掲載された新しい研究では、中国科学アカデミーのJiayang Liが率いる中国の研究者は、Cryo-Electron顕微鏡で組み立てラインをよく見ました。この機器により、研究者はセルロースシンターゼなどのタンパク質が作動中に凍結されているときに調べ、タンパク質が特定のタスクを実行する方法についての詳細を明らかにすることができます。
研究者は、セルロース合成酵素酵素複合体を作成し、この極低電子顕微鏡技術で研究できる。その後、セルロースの合成に関与するタンパク質複合体を示す詳細なモデルを再構築することができました。
研究者たちは、ヘミセルロースが植物の細胞壁内でセルロース産生を導く接着剤のように作用することを発見しました。この研究では、接着剤がどのように集まってセルロース鎖の強力なマトリックスを作成するかを明らかにしました。
「研究者は、実際にセルロース鎖を合成しているため、膜貫通セルロース合成酵素複合体と相互作用するヘミセルロースを実際に見ることができました」とハフは言いました。
この植物の成長メカニズムを理解すると、より強力なセルロース繊維を生成する新しい植物の発達につながる可能性があります。この改善された材料は、バイオ燃料、紙、織物、その他の製品を作るために使用できます。
「セルロースは、地球上で最も重要な再生可能資源の1つです」と、DOE BioEnergy Research Center（BRC）であるBioenergy Science Center（BESC）のディレクターであるMichael Himmel氏は述べています。 「この研究は、植物におけるセルロース生産の理解における突破口です。バイオ燃料やその他のエネルギー関連のアプリケーションにおけるこの重要なリソースの利用の可能性について考えるのはエキサイティングです。」
この研究は、DOEが資金提供したアジャイルバイオ拡大プロジェクトにも貢献しています。アジャイルバイオ伸びは、新しい遺伝的回路と全細胞全体をゼロから設計、製造、テストできる「アジャイル鋳造」を開発することにより、合成生物学のフロンティアを進めています。 Natureで掲載された作品は、アジャイルファウンドリーの実施の代表的な例です。
「この研究は、植物生物学に関連する根本的な発見が、アジャイルバイオファウンドリーのオープンアクセス合成生物学プラットフォームによってどのように加速されるかを示しています」と、マサチューセッツ工科大学の生物医学工学のアジャイルバイオファウンドディレクター兼教授であるクリスヴォイトは述べています。
