Baumeisterin Natur muss hinsichtlich zukünftiger Biokraftstoffe Geheimnisse preisgeben
Eine US-amerikanisch-niederländische Forschungszusammenarbeit hat die Wissenschaft der Umwandlung von Pflanzen in Energie einen guten Schritt vorangebracht. Die in der Fachzeitschrift Nature Cell Biology veröffentlichten EU-finanzierten Forschungsergebnisse haben dem Gebiet des Wissens über die Zellulose das Molekül hinzugefügt, aus dem Pflanzenzellwände bestehen und das der Schlüssel zur Erzeugung energiereicher Ernten der Zukunft ist. Die von Wissenschaftlern an der Universität Wageningen in den Niederlanden und der Carnegie Institution for Science in den USA durchgeführte Forschungstätigkeit wurde zum Teil durch die Initiative NEST ("Neue und aufkommende wissenschaftliche und technologische Entwicklungen") des Sechsten Forschungsrahmenprogramms (RP6) der Europäischen Union finanziert. Das bisher erreichte wissenschaftliche Verständnis für Zellulose - wie sie ausgebildet wird und welche Prozesse diesem Vorgang zugrunde liegen - ist recht begrenzt. Dennoch ist das Potenzial der Zellulose, zur Entwicklung erneuerbarer Biokraftstoffe auf pflanzlicher Basis beizutragen, als enorm einzuschätzen. Aus diesem Grund nahm das Team US-amerikanischer und niederländischer Wissenschaftler in ihrer Forschungsarbeit gezielt das Fasermolekül unter die Lupe, um neue Energiequellen in greifbare Nähe zu rücken. "Zellulose ist das am reichlichsten vorhandene Reservoir an erneuerbaren Kohlenwasserstoffen weltweit", wie David Ehrhardt vom Fachbereich Pflanzenbiologie der Carnegie Institution, Koautor der Veröffentlichung, erklärt. Der Professor fügt hinzu: "Um überhaupt ein Verständnis dafür zu entwickeln, auf welche Weise Zellulose modifiziert und wie die Entwicklung von Pflanzen manipuliert werden könnte, um Kulturpflanzen hin zu effizienten Energiequellen zu verbessern, müssen wir zuerst die zellulären Prozesse verstehen, die Zellulose bilden und Zellwände aufbauen." Als Ausgangspunkt nutzten die Wissenschaftler die Ergebnisse einer früheren, auch von Professor Ehrhardt und seinem Team durchgeführten Studie, bei der hochmoderne Bildgebungsverfahren zum Einsatz kamen, um Zellulosemoleküle innerhalb der Arabidopsis-Pflanze zu beobachten. Im Lauf dieser Studie erzeugte die Gruppe eine fluoreszierende Version des Enzyms, das Zellulosefasern (Zellulosesynthase) erzeugt, und des Proteins, das mit den Mikrotubuli (Tubulin) zusammenhängt. Die Ergebnisse bewiesen, dass es einen Zusammenhang zwischen Zellwandsynthese und Mikrotubuli (Proteinfasern) gibt, und dass es genau dieser Zusammenhang ist, der die Form der Zelle bestimmt. In der aktuellen Studie richtete das Team seine Aufmerksamkeit darauf, auf welche Weise die Assoziation zwischen den Zellulosesynthasekomplexen und den Mikrotubuli ausgelöst wird. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass das hinter der Zellulose stehende Proteinnetzwerk eine doppelte Funktion hat. Es bildet den Rahmen für die Struktur der Zellwände und wirkt zusätzlich als "Verkehrspolizist", der die wichtigen, das Wachstum fördernden Moleküle dorthin leitet, wo sie benötigt werden. So wissen wir jetzt, wie die Enzyme das Kunststück fertigbringen, an der richtigen Stelle in der Zelle zu erscheinen, um Zellulose zu erzeugen und sicherzustellen, dass die Pflanzenzellen die richtige Form haben. Die Wissenschaftler konnten dank der Ergebnisse außerdem neue Informationen zu den an der Bewegung von Pflanzen-Mikrotubuli beteiligten Prozessen ("Treadmilling") gewinnen. Sie gehen nun davon aus, dass die Strukturen innerhalb der Zelle, die Zellulosesynthase beinhalten und die während längeren, mit Stress verbundenen Zeitabschnitten in den Mikrotubuli bleiben, mit diesem Prozess in Verbindung stehen, und dass die Zellulosesynthase nur dann, wenn der Stress vorbei ist, von den Organellen in die Zellmembran gebracht wird.
Länder
Niederlande, Vereinigte Staaten