שיטה משופרת להנדסה גנטית של צמחים לביו-דלק

חוקרים פיתחו מערכת מערכת שתוכל לאפשר למדענים לזהות ולאפיין את תפקידם של חומרים המעבירים סוכרים בתוך התאים, חומרים המהווים מרכיבים חיוניים בביוסינתזה של דופנות התאים בצמחים

חוקרים פיתחו כלי מדעי חדש ועוצמתי שיוכל לסייע בהנדסה הגנטית של יבולים המשמשים להכנת דלקים במסגרת ביו-אנרגיה נקייה, “ירוקה” ומתחדשת – מערכת שתוכל לאפשר למדענים לזהות ולאפיין את תפקידם של חומרים המעבירים סוכרים בתוך התאים, חומרים המהווים מרכיבים חיוניים בביוסינתזה של דופנות התאים בצמחים.

המדענים, מהמשרד לאנרגיה של ארה”ב (DOE) ומהמעבדה הלאומית ברקלי לורנס (Berkeley Lab), מסבירים: “המערכת הייחודית שלנו אפשרה לנו לאפיין את פעילותם של חומרים האחראים להעברה של סוכרים בצמח ‘תודרנית לבנה’ (Arabidopsis) ולאתר משפחה של שישה חומרים חדשים כאלו שמעולם לא תוארו בספרות,” אומר Henrik Scheller, אחד מהחוקרים הראשיים. “השיטה שלנו תוכל להציע התקדמות מהירה בתחום של קביעת תפקודיהם של חומרים המעבירים סוכרים בצמחים ובאורגניזמים אחרים, סוגיה חשובה להנדסה המטבולית של דופנות תאים.” המאמר המתאר את תוצאות המחקר פורסם זה מכבר בכתב-העת המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

הסוכרים הנמצאים בביומסה של צמחים מהווים מקור בעל פוטנציאל כביר לפיתוחה של אנרגיה ידידותית לסביבה במידה וניתן יהיה להמיר אותם ביעילות לדלקים לתחבורה – בנזין, דיזל ודלק סילוני – באופן שיהיה תחרותי מבחינה כלכלית ביחס לדלקים מבוססי פטרול. אחד מגורמי ההצלחה במסגרת מאמץ זה יהיה להנדס יבולים צמחיים שדופנות התאים שלהם עברו אופטימיזציה מבחינת תכולת הסוכר שבהן.

פרט לצלולוזה (תאית) ו-callose, רב-הסוכרים המורכבים הנמצאים בדופנות התאים של הצמחים מסונתזים באברון גולג’י (Golgi) ע”י אנזימים המכונים glycosyltransferases. רב-סוכרים אלו נבנים מחומרי-גלם של סוכרים פשוטים יותר המועברים לתוך אברון הגולג’י מהציטוזול, או מטריצה ציטופלסמטית, שהוא הנוזל הציטופלזמתי הנמצא בתוך התאים, ואשר אינו מהווה חלק מאברוני התא ואינו תחום על ידי ממברנות פנימיות בתוך התא. על אף חשיבותם הרבה, רק מספר מועט של חומרים האחראים להעברתם של סוכרים אלו אופיינו ברמה המולקולארית. חלק נכבד מהעיכוב במחקר זה היה המחסור בחומרים הנדרשים לשם ביצוע אפיונים אלו.

“חומרים מעבירי סוכרים ממקור של יונקים זמינים מסחרית בשל העניין הרפואי בהם, אולם אלו שהם ממקור צמחי אינם כה זמינים, מה שהופך את המחקר שלהם ושל האנזימים הקשורים אליהם למאתגר,” מסביר החוקר הראשי.

עבור פיתוח המערכת החדשה שלהם, החוקרים הכינו מספר חומרים מלאכותיים המסוגלים להעביר סוכרים לתאים ואז החדירו אותם לתוך ליפוזומים לשם בחינתם בסקפטרוסקופיית מסות. החוקרים ניצלו את השיטה הזו לשם אפיון פעילותם של 6 חומרים חדשים האחראים להעברת סוכרים בצמח ‘תודרנית לבנה’ (Arabidopsis), קרוב משפחה של הצמח חרדל, המשמש כצמח מודל במחקרים של ביו-דלקים מתקדמים.

“מצאנו כי הזמינות של חומר-הגלם המגביל היא בעלת השפעות שונות באשר לתוצרי רב-סוכרים נפרדים, מה שמרמז כי הביוסינתזה של רב-הסוכרים בדופנות התא באברון הגולג’י של צמחים מווסתת גם ע”י מנגנונים האחראים להעברת חומרי-הגלם.” בנוסף לאיתורם של 6 חומרים חדשים אלו, השיטה החדשה שימשה לאפיונם של 20 חומרים מעבירי-סוכר נוספים שפרטיהם יפורסמו בקרוב.

הידיעה על המחקר