Multidisciplinarni pristup je omogućio istraživačima u Nacionalnoj laboratoriji za obnovljivu energiju (NREL) američkog Ministarstva energetike (DOE) da kvantitativno definišu relativno pozicioniranje i raspored polimera u Populus drvetu i da kreiraju kompjuterski model koji detaljno opisuje nalaze.
Istraživanje o rešavanju ove makromolekularne zagonetke, koje je objavljeno u časopisu Science Advances, može da sadrži ključ za efikasno rastavljanje i dekonstruisanje biomase za pretvaranje u goriva, hemikalije i materijale. Naučnici su dugo znali da sekundarni ćelijski zid tvrdog drveta uključuje tri glavna biopolimera – celulozu, hemicelulozu i lignin – ali je detaljno i kvantitativno razumevanje kako su ovi polimeri raspoređeni jedan u odnosu na drugi ostalo neuhvatljivo.
Benet Addison, vodeći spektroskopist nuklearne magnetne rezonance (NMR) u NREL-u i prvi autor članka u časopisu, koristio je analogiju srušene kuće. „Gomila ruševina je i dalje sastavljena od drveta, betona, gipsanih ploča i stakla, ali to sigurno više nije kuća. Važno je kako su pojedine sastavne komponente raspoređene jedna u odnosu na drugu. Slično tome, ne možete samo uzeti celulozu. , hemicelulozu i lignin i bacite ih na gomilu i nazovite to biljnim sekundarnim ćelijskim zidom.“
Istraživači su iskoristili napredak u oblasti tehnologije nuklearne magnetne rezonance u čvrstom stanju (ssNMR) kako bi zaključili prefinjene detalje o strukturnoj konfiguraciji ćelijskog zida, međumolekularnim interakcijama i relativnim pozicijama biopolimera unutar drveta.
Rad je „Atomistički, makromolekularni model populusne sekundarne ćelije kvantitativno informisan pomoću NMR u čvrstom stanju“. Koautori, svi iz NREL-a, su Lintao Bu, Vivek Bharadvaj, Meagan Crovlei, Anne Harman-Vare, Mike Crovlei, Iannick Bomble i Peter Ciesielski.
Upotreba ssNMR omogućila je istraživačima da konstruišu kompjuterski model ćelijskog zida, koji je pružio bolji uvid u ulogu lignina. Smatran neposlušnim delom ćelijskog zida kada je u pitanju razgradnja biomase, lignin je značajan po tome što biljci daje plastičnost.
„Artikulisanje rezultata u računarski pristupačan molekularni model je suštinski korisnije od konceptualne ilustracije“, rekao je Ciesielski, ko-korespondentni autor ove studije iz NREL-ovog Centra za obnovljive resurse i omogućavanje nauke. „Omogućava nam da brzo procenimo hipoteze o ulozi i ponašanju svake komponente u okruženju zasnovanom na fizici i otključava moć modernog računarstva visokih performansi. Ovo će pomoći da se dizajniraju efikasniji pristupi dekonstrukciji ili identifikuju molekularne modifikacije za proizvodnju boljih materijala zasnovanih na biologiji .“
Bomble, drugi ko-korespondent autor ove studije iz NREL-ovog Centra za bionauke, rekao je da su se prethodno istraživanje sastava sekundarnog ćelijskog zida oslanjalo na tehnike koje su u celini dale nepotpune ili neubedljive rezultate. Ovi nalazi su proizveli crteže sa aproksimacijama veza između biopolimera.
„Ovo je prvi put da zaista imamo uvid u strukturu zajedno sa kvantitativnom tehnikom koja pruža taj nivo detalja“, rekao je Bomble. „To nikada ranije nije postignuto.“
