Nové techniky 3D zobrazování pro efektivnější výrobu biopaliv

Touhy pro ekologicky šetrných palivech rozpoutaly šílenství kolem rostlinné biomasy. Bylo by úžasné si veškerou potřebnou energii vypěstovat na poli. Nejde to ale snadno, ani trochu. Těla rostlin jsou produktem miliard let nevyzpytatelné evoluce, vytvořeným k naprosto jiným účelům. K tomu, abychom z nich mohli co nejefektivněji vydupávat energii, je musíme co nejdetailněji poznat a porozumět jejich struktuře. V tomto směru se proto uplatňují moderní zobrazovací metody, shodou okolností také původně vyvinuté k úplně jiným věcem.

Purbasha Sarkar z kalifornské univerzity v Berkeley a její kolegové ve snaze přispět k výzkumu a vývoji nových generací biopaliv analyzovali tři metody přípravy vzorku pro zobrazování 3D transmisní elektronovou mikrioskopií (TEM) a své závěry publikovali ve volně dostupném online časopisu PLoS ONE. Zároveň se jim povedlo získat unikátní snímky dosud neviděných detailů buněčných stěn rostlinných buněk, tomto případě oblíbené modelové rostliny huseníčku (Arabidopsis thallinana).

Cenově přijatelná příprava rostlinného materiálu pro produkci biopaliva se neobejde bez účinného rozštípání struktury buněčných stěn buněk rostlin. Z takto zpracovaných buněčných stěn pak lze získat komplexní cukry a proměnit je na požadované biopalivo. Pokud toužíme tenhle proces nějaký způsobem vylepšit, bude popis detailní struktury zpracovávaných buněčných stěn bezpochyby docela kritickou informací. Zatím ale bohužel není úplně jasné, jak jsou klíčové komponenty buněčných stěn rostlin, jako jsou polymerní řetězce celulóz, hemicelulóz, pektinů a ligninů, uspořádané ve třech rozměrech. Je to prý hlavně kvůli doposud obvykle používanému 2D zobrazování, případně kvůli zobrazování v nízkém rozlišení.

Sarkarová a spol. se zaměřili na kvalitu technologie zobrazování 3D TEM a otestovali celkem tři různé postupy přípravy vzorku pro takové zobrazení: 1. chemickou fixaci s pomocí mikrovlnné trouby se zobrazováním při pokojové teplotě, 2. mrazení za vysokého tlaku a mrazovou substituci (high-pressure freezing & freeze substitution HPF–FS), opět se zobrazováním při pokojové teplotě a 3. mrazovou fixací (kryofixací) čerstvé tkáně rychlým zmrazením, se zobrazováním kryo-elektronovou tomografií, tedy transmisní elektronovou mikroskopií za velmi nízkých teplot, která poskytuje velice věrné 3D snímky, blízké původnímu stavu struktury.

Detailní analýzy týmu Sarkarové ukázaly, že ultrastrukturu rostlinných pletiv a uspořádání buněčných stěn mnohem lépe zachytí zobrazení s mrazovou fixací vzorků pletiv. Technologie související s kryo-elektronovou tomografií jsou ale zároveň velice náročné, takže jako celkový vítěz vyšlo z porovnání postupů přípravy vzorků mrazení za vysokého tlaku s mrazovou substitucí (HPF–FS). Právě tento postup by byl nejvýhodnější pro kvantitativní analýzy rostlinné biomasy ve velkém měřítku, při průmyslovém zpracování.

Manfred Auer k tomu dodává, že jejich tým prokázal kvality vzorků mrazení za vysokého tlaku s mrazovou substitucí (HPF–FS), který ve spojením s molekulárním 3D zobrazováním buněčných stěn z rostlinného materiálu poskytuje důvěryhodnou rekonstrukci 3D uspořádání buněčných stěn. To by mohlo vyústit v nové technologické postupy při výrobě lignocelulózních biopaliv druhé generace.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:

(orig). PLoS ONE 9: 106928.

(doplň.) Science Daily.