Первые искусственные каркасы для изучения роста растительных клеток

Чтобы проросток победил силу тяжести и пробился сквозь почву, растение должно почувствовать эту силу и создать противодействующую. Как именно растения ощущают механические силы, до сих пор было скрыто от наблюдения.

Открытие биологов из Вашингтонского университета в Сент-Луисе позволит изучать, как такие силы, как гравитация, влияют на формирование и рост клеток растений. В сотрудничестве с материаловедами из Технологического института Нью-Джерси и Университета штата Алабама они создали первые искусственные каркасы, способные поддерживать рост отдельных растительных клеток. Исследование опубликовано 20 октября в Science Advances.

Аспирант Райан Калкатт, первый автор работы, протестировал более 20 каркасов, каждый из которых состоял из разного материала с уникальным набором физических и химических свойств.

Ключевые свойства эффективного каркаса

Анализ показал, что наиболее эффективными были каркасы из материалов со следующими свойствами:

• Отрицательно заряженные
• Гидрофобные
• Способные генерировать электрический заряд в ответ на механическое напряжение (пьезоэлектрические)

Эти же свойства характерны для естественной клеточной стенки растения. Особенно хорошо себя показали каркасы из сополимеров поливинилиденфторид-трифторэтилена, которые имитируют структуру и свойства клеточной стенки.

Роль пектина

Исследование выявило, что за прикрепление растительных клеток к каркасу в первую очередь отвечает пектин — сложный отрицательно заряженный полисахарид, образующий гели.

«Это открытие показало, что способ прикрепления растительных клеток к каркасам аналогичен тому, как они прикрепляются друг к другу в тканях растения. Следовательно, эти каркасы в будущем подойдут для создания функциональных растительных тканей», — отметил Райан Калкатт.

Поскольку пектин содержится в клеточных стенках всех наземных растений, новая технология имеет широкий потенциал применения.

Значение открытия

Новый инструмент позволит ученым длительное время выращивать и наблюдать за клетками в физиологически релевантных условиях. Это открывает перспективы для изучения того, как растительные клетки различают разные типы сил или какие сигналы развития необходимы для превращения отдельной клетки в целое растение.

«Эта работа была бы невозможна без наших коллег-инженеров. Это отличный пример того, как слияние нескольких областей знаний может привести к созданию новых технологических платформ в биологии», — подчеркнул профессор биологии Рам Диксит.