As plantas não têm ossos que as sustentem como as pessoas. Em vez disso, eles têm paredes celulares duras o suficiente para evitar que as plantas se curvem. Essas paredes grossas são feitas de um material à base de açúcar chamado celulose. Os pesquisadores agora têm algumas dicas sobre como esse material se forma e o papel de outro produto químico chamado hemicelulose no processo de colagem. A chave é como as moléculas da planta vão do ponto A ao ponto B dentro de uma planta.

“Como a celulose é transportada e depois montada na parede celular é um problema do Santo Graal na biologia vegetal”, disse Loren Hough, gerente do programa de Sistemas Biológicos e Biologia Sintética no Office of Science do DOE, Office of Basic Energy Sciences. “Este estudo revela como os blocos de construção da celulose se unem no produto final na parede celular da planta.”

A celulose é uma longa cadeia composta por moléculas menores chamadas glicose. Um dos grandes mistérios é por que a celulose é montada de uma forma tão rígida dentro da planta.

A celulose é produzida em uma linha de montagem especializada dentro das células vegetais chamada complexo de celulose sintase. Num novo estudo publicado na revista Nature, investigadores na China, liderados por Jiayang Li, da Academia Chinesa de Ciências, observaram atentamente a linha de montagem com microscopia crioeletrónica. O instrumento permite aos investigadores examinar proteínas, como as sintases da celulose, quando estão congeladas em acção, revelando detalhes sobre como as proteínas realizam tarefas específicas.

Os pesquisadores criaram complexos enzimáticos de celulose sintase que puderam estudar com esta técnica de microscópio crioeletrônico. Eles conseguiram então reconstruir um modelo detalhado mostrando os complexos proteicos envolvidos na síntese da celulose.

Os pesquisadores descobriram que a hemicelulose atua como uma cola que orienta a produção de celulose dentro das paredes celulares das plantas. O estudo revelou como as colas se unem para criar uma forte matriz de cadeias de celulose.

“Os pesquisadores conseguiram ver as hemiceluloses interagindo com um complexo transmembrana de celulose sintase enquanto ele sintetizava cadeias de celulose”, disse Hough.

A compreensão deste mecanismo de crescimento das plantas pode levar ao desenvolvimento de novas plantas que produzam mais e mais fortes fibras de celulose. Este material melhorado poderia ser usado para fabricar biocombustíveis, papel, têxteis e outros produtos.

“A celulose é um dos recursos renováveis ​​mais importantes do planeta”, disse Michael Himmel, diretor do BioEnergy Science Center (BESC), um DOE Bioenergy Research Center (BRC). “Este estudo é um avanço na nossa compreensão da produção de celulose nas plantas. É emocionante pensar nas possibilidades de utilização deste recurso vital em biocombustíveis e outras aplicações relacionadas com a energia.”

O estudo também contribui para o projeto Agile BioFoundry financiado pelo DOE. A Agile BioFoundry está avançando nas fronteiras da biologia sintética ao desenvolver uma “fundição ágil” que é capaz de projetar, fabricar e testar novos circuitos genéticos e células inteiras a partir do zero. O trabalho publicado na Nature é um excelente exemplo de fundições ágeis em ação.

“Esta pesquisa mostra como as descobertas fundamentais relacionadas à biologia vegetal podem ser aceleradas pela plataforma de biologia sintética de acesso aberto da Agile BioFoundry”, disse Chris Voigt, diretor da Agile BioFoundry e professor de engenharia biomédica no Instituto de Tecnologia de Massachusetts.