إن الفهم الكامل للكيفية التي تصنع بها النباتات السليلوز ، والذي هو المكون الرئيسي لمعظم جدران الخلايا النباتية المستخدمة في العديد من المواد التي صنعها الإنسان ، قد يكون لها آثار مهمة على استخدامها في الوقود الحيوي. وقد حدد الباحثون في جامعة ولاية بنسلفانيا هذه العملية وتشمل الخطوات الرئيسية في هذا العمل ، بالإضافة إلى الأدوات التي تستخدمها الخلايا النباتية لصنع السليلوز ، تسليم المكونات الرئيسية إلى البروتينات المستخدمة لصنع السليلوز ، وقد نشرت ورقة تصف هذا البحث في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences في 26 مارس. .
وقال البروفيسور المساعد في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية بجامعة ولاية بنسلفانيا ، "إن السليلوز هو أكثر أنواع البوليمر الحيوي وفرة في العالم ، ويشغل 95٪ من الورق و 90٪ من القطن ، ومشتقاته". حتى في المستحلبات المثلجة ، في السنوات العشر الماضية ، يعتبر السليلوز هو المكون الرئيسي للوقود الحيوي ، ففهم كيفية تصنيع السليلوز قد يمكّننا من تحسين استخدامه كمصدر للطاقة المتجددة.
تنتج السليلوز في العديد من الضروريات اليومية بشكل رئيسي عن طريق النباتات ، على الرغم من أن السليلوز له أهمية اقتصادية ، قبل هذه الدراسة ، كان لدى الباحثين فقط فهم أساسي لكيفية إنشاء النباتات لهذا المصدر الغني.
وقال غو: "نعرف أن السليولوز يتم تصنيعه في غشاء البلازما ، الذي يحيط بالخلايا النباتية داخل مجمع بروتين غير متجانس - مجموعة مختلفة من البروتينات - تسمى مجمع السليولوز سينسيز". ليس من المعروف ما إذا كانت البروتينات الأخرى تشارك في المجمعات أو كيف تدخل البروتينات إلى غشاء البلازما ، وللإجابة على هذه الأسئلة ، فإننا نستخدم مجموعة من الأساليب بما في ذلك تصوير الخلايا وعلم الوراثة الوظيفي والبروتيوميات لإنشاء جدول زمني للأحداث. التعرف على البروتينات الرئيسية المشاركة في إعداد تخليق الخلايا.
ووجد الباحثون أن بروتين يسمى بروتين يتفاعل مع سينسيوز سينسيز 1 (CSI1) يتفاعل مع مركب سينزوز السينثيز قبل التركيب ، وقد يساعد على تحديد المواقع على غشاء البلازما الناتج. كما أوضحت أن CSI1 يتفاعل مع مركب منفصل يسمى مجمع الحويصلة الذي يشارك في نقل المواد إلى غشاء البلازما لمختلف الأنواع والبروتينات المسماة PATROL1 ، وقد تساهم هذه المكونات في تصنيع السليلوز. ينتشر مجمع الإنزيم بسرعة إلى الغشاء الخارجي للخلية قبل التوليف.
"نحن نعلم أن مجمعات الأكياس يتم حفظها من الناحية التطورية. وبنيتها في الخميرة والثدييات لا تتغير بشكل أساسي. لقد أكدنا هنا دورها في النباتات. لكن PATROL1 هو بروتين خاص بالنباتات ، إنه ليس مثل أي شيء نراه في الثدييات أو الخميرة ، نحن في حيرة من أمر ما يفعله PATROL1 بالفعل ويسرنا مواصلة التحقيق في وظيفته.
لأن CSI1 يتفاعل مع العديد من المكونات الأساسية لتخليق السليلوز ، يخطط فريق البحث لاستخدامه كأداة لزيادة توضيح هذه العملية الهامة وتطورها.
وقال "نأمل أخيراً في أن نكون قادرين على تفسير كيف أن الخلايا النباتية نعرف كيف نبني السليولوز ، لكي نحلها بفاعلية مرة أخرى من أجل الوقود الحيوي" ، هذا ما سيزيد في نهاية المطاف من كفاءة إنتاج طاقة الكتلة الحيوية.
بالإضافة إلى قو ، يضم فريق البحث أيضًا شياو يوي تشو من جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، الذي تم تمويله من قبل مؤسسة العلوم الوطنية (1121375) ، وقدم معهد الطاقة والبيئة ومعهد هاك لعلوم الحياة دعمًا إضافيًا.
