Cientistas Observam Células Vegetais Vivas Produzindo Celulose pela 1ª vez

Representação artística da celulose se regenerando na superfície de uma célula de protoplasto vegetal com vista ampliada. A celulose é sintetizada por complexos enzimáticos ligados à membrana plasmática (verde) e se reúne em uma rede de microfibrilas (marrom), formando o principal andaime para a parede celular. Crédito: Ehsan Faridi/ Inmywork Studio/ Chundawat, Lee and Lam Labs

Em um estudo pioneiro sobre síntese de celulose, um componente essencial das paredes celulares vegetais, pesquisadores da Rutgers University-New Brunswick registraram imagens contínuas de células vegetais vivas construindo paredes celulares ao longo de 24 horas. Suas descobertas oferecem insights valiosos que podem ajudar a desenvolver plantas mais fortes para produção aprimorada de alimentos e biocombustíveis mais acessíveis.

Publicado na Science Advances, a descoberta revela um processo dinâmico nunca visto antes com aplicações potenciais em produtos à base de plantas, como têxteis aprimorados, biocombustíveis, plásticos biodegradáveis ​​e materiais médicos inovadores.

De acordo com os pesquisadores, o estudo não apenas avança o conhecimento fundamental, mas também oferece novos insights sobre a formação da parede celular.

Um Esforço Colaborativo entre Disciplinas

Esta descoberta é o resultado de mais de seis anos de colaboração entre três laboratórios da Rutgers University de campos distintos, mas complementares: a Escola de Artes e Ciências, a Escola de Engenharia e a Escola de Ciências Ambientais e Biológicas.

“Este estudo fornece a primeira visualização direta da síntese de celulose e sua automontagem em uma rede de fibrilas na superfície de uma célula vegetal desde a observação de paredes celulares de Robert Hooke em 1667”, disse Sang-Hyuk Lee, professor associado da Rutgers University e coautor.

A pesquisa revela como processos físicos básicos como difusão e auto-organização impulsionam a formação da rede de celulose. Imagens de vídeo mostram protoplastos de Arabidopsis — células sem paredes — gerando fibras de celulose espontaneamente, que se auto-organizam em uma rede estruturada.

“Fiquei surpreso ao ver estruturas ordenadas emergirem do movimento caótico de moléculas”, disse Lee, também do Institute for Quantitative Biomedicine. “Eu esperava um processo mais estruturado, como mostrado em livros didáticos.”

A celulose, o biopolímero mais abundante da Terra, é vital para as paredes celulares das plantas e amplamente usada em papel, têxteis, filtragem e espessamento de alimentos.

“Esta descoberta abre portas para o estudo de genes envolvidos na biossíntese de celulose”, disse Eric Lam, um distinto professor de biologia vegetal. “Pesquisas futuras podem ajudar a desenvolver plantas mais fortes e resistentes ao estresse e melhorar a produção de biocombustíveis.”

Para Shishir Chundawat, professor de engenharia da Rutgers e coautor do estudo, esta pesquisa realiza um sonho de vida.

“Sempre fui fascinado pela forma como as plantas convertem a luz solar em celulose para paredes celulares”, disse Chundawat, que busca desenvolver biocombustíveis e bioquímicos sustentáveis ​​a partir de plantas e algas.

Uma Curiosidade Infantil Transformada em Busca Científica

Sua curiosidade começou com um projeto do ensino fundamental coletando folhas diversas. “Essa experiência me inspirou a estudar a produção de biomassa e suas aplicações sustentáveis.”

Cada equipe de pesquisa contribuiu com conhecimentos únicos. Quando os microscópios padrão se mostraram inadequados, a equipe recorreu à microscopia de fluorescência de reflexão interna total para obter imagens mais nítidas.

A técnica, capturando imagens da parte inferior das células, permitiu a gravação de vídeo de 24 horas sem danos ou branqueamento.

Lee, um biofísico, projetou um microscópio personalizado e liderou os esforços de geração de imagens. A equipe de Chundawat desenvolveu um método de marcação fluorescente usando uma sonda de enzima bacteriana para destacar fibras de celulose.

A equipe de Lam removeu as paredes celulares de Arabidopsis, criando uma “folha em branco” para a formação de nova celulose. “Isso eliminou a interferência de fundo, permitindo o rastreamento claro da celulose recém-sintetizada”, disse Lam.

Outros pesquisadores da Rutgers incluíram os cientistas de pós-doutorado Hyun Huh e Mohammad Irfan, o aluno de doutorado Dharanidaran Jayachandran e o técnico de laboratório Junhong Sun

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