Forskere vil styrker træet på celleniveau
Med en genteknologisk metode er det nu for første gang muligt at se, hvordan veddet inde i planter bliver bygget. Den nye forskning i planters cellevægge åbner op for at skabe stærkere byggematerialer
Når det er muligt for nogle træer at blive over 100 meter høje, skyldes det et komplekst biologisk ingeniørstykke. For det er ikke kun et spørgsmål om de rette mængder vand og lys, men også om at bygge cellevægge, der er stærke nok til både at holde træet oprejst og modstå det enorme pres, der dannes, når træet suger vand fra rødderne og helt ud til bladene.
Det er de såkaldte sekundære cellevægge i træer og planter, der klarer den opgave. Disse cellevægge, som vi også kender som ved eller træ, er opbygget af nogle særlige, raffinerede mønstre, der holder væggene stærke og forbinder de celler, der transporterer vand, med hinanden.
Men det har været lidt af et mysterium, hvordan mønstrene bliver til. Nu er mysteriet ved at løse sig. Det er nemlig for første gang været muligt at observere tilblivelsesprocessen inde i planten - endda i real-time. Et internationalt forskerhold, som bl.a. tæller professor Staffan Persson fra Københavns Universitet, har fundet en metode til at følge den biologiske proces live i et mikroskop.
Det åbner op for, at man kan ændre byggeprocessen og måske gøre planteveddet stærkere. Det vender vi tilbage til.
Genteknologisk trick
Ved dannes i væv dybt inde i planten, er det svært at observere byggeprocessen, da mikroskoper fungerer bedst på overfladen af et objekt. Derfor tog forskerne et genteknologisk trick i brug. Ved at modificere cellerne med en slags genetisk tænd-sluk-kontakt, kunne forskerne aktivere alle plantens celler til at producere vedcellevægge - også dem på overfladen. Dermed kunne de observere den detaljerede byggeproces i et mikroskop, direkte mens den foregik.
Vedcellevægge består hovedsageligt af cellulose, der bliver produceret af enzymer, der findes på overfladen af alle planteceller. Processen foregår groft sagt ved at små proteinrør - såkaldte mikrotubuli - danner et ordnet arrangement tæt på celleoverfladen. Proteinrørene fungerer som spor, der guider enzymerne til, hvor de skal aflejre byggemateriale til væggen.
- Man kan se byggeprocessen som et togsystem, hvor toget er enzymerne, der bevæger sig fremad, mens de producerer cellulosefibre. Mikrotubili styrer enzymernes retning ligesom togskinner. Under dannelsen af vedcellevæggene ændrer togskinnenettet - altså mikrotubuli - sin struktur fuldstændigt for at kunne danne de mønstrede cellevægge - det er den proces, vi nu kan følge direkte i vores mikroskoper, forklarer Staffan Persson fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab.
Han tilføjer:
- Vi har nu en bedre forståelse af de mekanismer, som får de her mikrotubili til at omarrangere sig, så mønstrene dannes, og vi kan tilmed simulere byggeprocessen på computer. Næste skridt er at finde måder, der gør det muligt at lave ændringer i systemet – f.eks. lave om på mønstrene.
Førsteforfatter René Schneider, der er tilknyttet University of Melbourne i Australien, tilføjer:
- Ændrer man mønstrene, kan det ændre den måde, planten gror på eller distribuerer vand på, som så kan have indflydelse på plantens højde eller biomasse. Hvis man for eksempel kan lave træer, der ophober mere biomasse, kan det potentielt bidrage til at sænke hastigheden for, hvor hurtigt der akkumuleres CO2 i atmosfæren.
Læs mere under billedet...
Visualisering af mønster i cellevæg. Foto: René Schneider
Kan udvikle stærkere eller nye typer byggematerialer af træ
På lidt længere sigt er det ifølge Staffan Persson en af de mest oplagte anvendelsesmuligheder at manipulere den biologiske proces til at udvikle stærkere eller nye typer byggematerialer af træ.
- Hvis vi både kan ændre cellevæggenes mønstre og cellevæggenes kemiske komposition, som vi og andre forskere allerede arbejder på, kan vi formentlig ændre træets styrke og porøsitet. Stærkere byggematerialer af træ er ikke kun fordelagtigt for byggebranchen, men også for miljø og klima. De har et mindre CO2-aftryk, en længere levetid og kan bruges til flere formål og i nogle tilfælde endda erstatte energitunge materialer som beton," siger Staffan Persson, som udover at være plantebiolog har en baggrund som bygningsingeniør.
Han peger også på fremtidig anvendelse inden for udvikling af cellulosebaserede nanomaterialer, som vinder mere og mere frem, bl.a. inden for medicin. Her bruger man f.eks. nanomaterialer til at transportere lægemidler rundt i kroppen på en effektiv måde.
Disse ting ville dog først kræve mere viden om, hvordan man kan manipulere de sekundære cellevægge, og hvordan man kan bruge denne viden når det gælder træer, da meget af forskningen er foretaget på modelplanter såsom almindelig gåsemad, understreger både Staffan Persson og René Schneider, hvis videnskabelige artikel om studiet netop er publiceret i det anerkendte tidsskrift Nature Communications.
-los
