Исследователи из Вашингтонского государственного университета реконструировали способ, которым сосна производит смолу, которая может служить экологически чистой альтернативой целому ряду продуктов на основе ископаемого топлива стоимостью в миллиарды долларов.
Марк Ланге и его коллеги из Института биологической химии буквально препарировали механизм, с помощью которого лоблолли сосна производит живую смолу.
До появления в 1960-х годах альтернатив, полученных из нефти, липкая, ароматная смесь масла и смолы занимала центральное место в военно-морской промышленности и различных продуктах, от красок и лаков до крема для обуви и линолеума.
Между тем, международный спрос на олеорезины вырос. Природные олеорезины - из таких источников, как сосна лоблолли, - часто предпочтительнее. Анализ, проведенный компанией Grand View Research в 2016 году, показал, что к 2022 году мировые продажи живицы достигнут 1,7 миллиарда долларов.
Открытие лаборатории Ланге того, как он производится, «может вдохновить на новые инженерные подходы к производству возобновляемых, экологически чистых химикатов», - говорит голландский биолог Харро Баумейстер в комментарии к исследованию Ланге в Journal of Experimental Botany.
По мере развития натуральных фабрик, по словам Ланге, растения являются лидерами отрасли. По его словам, люди производят около 3000 метаболитов, небольших молекул, которые участвуют в метаболизме человека.
«Растения производят сотни тысяч, - сказал он, - и большая часть их химического разнообразия, вероятно, неизвестна. что?"
В случае сосны лоблолли живица является важной защитой от насекомых и патогенов. В то время как животное может убежать от нападающего, растение должно стоять и сражаться. Для этого сосна производит настолько токсичные живые смолы, что растению приходится хранить их в специальных структурах, называемых смоляными ходами, чтобы не отравить себя.
Чтобы увидеть, как производится живица, Ланге сконцентрировался на клетках вокруг протоков, вырезав их с помощью лазерного микроскопа.
"По сути, вы рисуете вокруг области, которую хотите вырезать, а затем лазер следует за тем, что вы рисуете, и взрывает его", - сказал Ланге.
Ланге сделал это в Центре микроскопии и визуализации им. Франчески при WSU, чей тезка, покойный Винсент Р. Франчески, также изучал смоляные ходы и их роль в защите хвойных деревьев от вредителей.
Ланге сравнил клетки вблизи смоляных протоков с клетками, находящимися дальше, в поисках экспрессии генов, запускающих выработку олеорезина.
Используя амплифицированные гены из нескольких тысяч клеток, Ланге и его коллеги идентифицировали генетические последовательности, которые, как известно, производят определенные ферменты, и сопоставили их с реакциями, которые могут привести к созданию олеорезина.
«Мы пытаемся понять биохимические реакции, которые ведут от простого импортированного источника углерода к сложной смеси олеорезина и продуктов», - сказал Ланге. «Это фабрика».
Обладая лучшими знаниями о реакциях и их генетических основах, исследователи могут исследовать деревья на наличие генов, которые делают их лучшими производителями смолы. Или они могли бы воспроизвести метаболический путь производства смолы у других организмов.
«Это может быть кишечная палочка или дрожжи, что-то в этом роде, и затем вы можете делать из них определенные химические вещества», - сказал Ланге..
«В конечном счете, - сказал Боумистер в своем комментарии, - это может привести к появлению устойчивых генотипов сосны, которые могут конкурировать с классической нефтяной химией в производстве зеленых химикатов на лесных плантациях».
Соавторы Ланге - бывшие научные сотрудники с докторской степенью Гленн Тернер и Джастин Фишедик, научный сотрудник Эмбер Пэрриш и доктор философии. студент Джордан Загер.