"La forma en que se transporta la celulosa y luego se ensambla en la pared celular es un problema del santo grial en la biología vegetal", dijo Loren Hough, gerente del programa de Sistemas Biológicos y Biología Sintética en la Oficina de Ciencias, Oficina de Ciencias Energéticas Básicas del DOE. "Este estudio revela cómo los componentes básicos de la celulosa se unen para formar el producto final en la pared celular de la planta".
La celulosa es una larga cadena formada por moléculas más pequeñas llamadas glucosa. Uno de los grandes misterios es por qué la celulosa se ensambla de forma tan rígida dentro de la planta.
La celulosa se produce en una línea de ensamblaje especializada dentro de las células vegetales llamada complejo de celulosa sintasa. En un nuevo estudio publicado en la revista Nature, investigadores en China, dirigidos por Jiayang Li de la Academia de Ciencias de China, observaron de cerca la línea de ensamblaje con microscopía crioelectrónica. El instrumento permite a los investigadores examinar proteínas, como las celulosa sintasas, cuando están congeladas en acción, revelando detalles sobre cómo las proteínas realizan tareas específicas.
Los investigadores crearon complejos de enzimas celulosa sintasa que pudieron estudiar con esta técnica de microscopía crioelectrónica. Luego pudieron reconstruir un modelo detallado que mostraba los complejos proteicos implicados en la síntesis de celulosa.
Los investigadores descubrieron que la hemicelulosa actúa como un pegamento que guía la producción de celulosa dentro de las paredes celulares de las plantas. El estudio reveló cómo los pegamentos se unen para crear una fuerte matriz de cadenas de celulosa.
"Los investigadores pudieron ver las hemicelulosas interactuando con un complejo de celulosa sintasa transmembrana, ya que en realidad está sintetizando cadenas de celulosa", dijo Hough.
Comprender este mecanismo de crecimiento de las plantas podría conducir al desarrollo de nuevas plantas que produzcan más fibras de celulosa y más fuertes. Este material mejorado podría usarse para fabricar biocombustibles, papel, textiles y otros productos.
"La celulosa es uno de los recursos renovables más importantes del planeta", dijo Michael Himmel, director del Centro de Ciencias de BioEnergía (BESC), un Centro de Investigación de Bioenergía (BRC) del DOE. “Este estudio supone un gran avance en nuestra comprensión de la producción de celulosa en plantas. Es apasionante pensar en las posibilidades de utilización de este recurso vital en biocombustibles y otras aplicaciones relacionadas con la energía”.
El estudio también contribuye al proyecto Agile BioFoundry, financiado por el DOE. Agile BioFoundry está avanzando las fronteras de la biología sintética mediante el desarrollo de una "fundición ágil" que es capaz de diseñar, fabricar y probar nuevos circuitos genéticos y células enteras desde cero. El trabajo publicado en Nature es un excelente ejemplo de fundiciones ágiles en acción.
"Esta investigación muestra cómo los descubrimientos fundamentales relacionados con la biología vegetal pueden acelerarse mediante la plataforma de biología sintética de acceso abierto de Agile BioFoundry", dijo Chris Voigt, director de Agile BioFoundry y profesor de ingeniería biomédica en el Instituto de Tecnología de Massachusetts.
