Recept voor korset; PRODUCTIE VAN CELLULOSE DUIDELIJKER

CELLULOSE, 's werelds meest voorkomend biopolymeer. Essentieel bestanddeel van de verstevigende wand die tussen plantencellen wordt aangelegd. Cellulose is als het ware het korset van een plant. Maar hoe dat korset precies gemaakt wordt, is na jarenlang onderzoek nog steeds niet duidelijk. Plantkundigen uit Australië, Duitsland en Frankrijk

hebben nu in de zandraket (Arabidopsis thaliana) een cruciaal onderdeel van de cellulose-machinerie gevonden (Science, 30 jan).

Het gaat om een gen dat codeert voor een deel van cellulose-synthase, een enzym dat betrokken is bij de cellulose-aanmaak.

Het is voor het eerst dat zo'n synthase-gen is gevonden in een hogere plant.

De ontdekking is mogelijk van nut voor de chemische industrie die zich al sinds eind vorige eeuw bezighoudt met de productie van cellulose en allerlei varianten van het molecuul. Het commercieel aantrekkelijke product vormt niet alleen de basis van papier en textiel, het wordt ook verwerkt in lakken, films, lijmen en verdikkingsmiddelen.

Cellulose is een ketenvormig molecuul, opgebouwd uit duizenden achter elkaar geschakelde glucose-eenheden. In een plantencel gebeurt dat aan elkaar schakelen door het enzym cellulose-synthase dat in de celmembraan

ligt. Daar groeperen zes synthases zich tot een zogenoemd roset. In de celmembraan liggen talloze van dergelijke complexen. Aan de ene kant van

het complex - in de cel - verzamelen de glucose-eenheden zich; aan de andere kant verlaat een lange keten van aan elkaar geschakelde eenheden de cel. Deze ketens draaien zich in groepen van 10 tot 15 om elkaar heen

en vormen zogeheten microfibrillen. Die groeperen zich op hun beurt weer

tot dikkere ketens, macrofibrillen, de grootste onderdelen van het korset.

De ketenlengte van cellulose varieert. Daarmee hangen ook eigenschappen als flexibiliteit en oplosbaarheid samen. Voor chemische bedrijven is het daarom belangrijk om het productieproces zo goed mogelijk te kunnen controleren, zodat ze uiteindelijk ook de cellulose-variant krijgen die ze wensen.

Cellulose wordt nog veelal uit plantaardig materiaal gewonnen. Hier kleeft een nadeel aan. De verstevigingen tussen plantencellen bevatten behalve cellulose namelijk ook andere moleculen zoals pectine en lignine. Deze 'vervuilingen' laten zich moeilijk verwijderen. Maar dit probleem vervalt bij het gebruik van bacteriën die cellulose maken.

Acetobacter xylinum bijvoorbeeld scheidt celluloseketens - tot een lengte van 3.000 eenheden - uit via poriën in de membraan. Aan het grensvlak van lucht en vloeistof vormt cellulose een makkelijk te verwijderen laag. Het bevat geen vervuilingen. De aandacht voor deze aanpak, biosynthese van cellulose, stijgt.

Maar biosynthese vereist kennis van de synthese-route. Dat is de volgende stap: ontrafel die route. Zoek de betrokken enzymen en bestudeer hun werking. Is dat allemaal bekend, dan kan de route mogelijk

worden beïnvloed, zodat de bacterie alleen de gewenste cellulose-variant uitscheidt. En misschien is het uiteindelijk mogelijk om in reageerbuizen plantencellen te kweken die alleen cellulose uitscheiden, en geen lignine of pectine.

De vondst van de Australiërs, Duitsers en Fransen is een belangrijke stap op weg naar de ontrafeling van de synthese-route. De wetenschappers onderzochten mutante zandraketten en ontdekten dat de cellulose-productie bij de planten verstoord was. Ze konden de mutatie terugvoeren op het zogenoemde RSW1-gen. De mutante planten maakten aanzienlijk minder cellulose dan de planten die het RSW1-gen wel hadden.

Maar ze maakten nog wel een ander klein, suikerachtig molecuul: -1,4-glucaan. Dit molecuul stapelde zich buiten de cellen op. Maar in tegenstelling tot cellulose, dat altijd in kristallijne vorm aanwezig is, kristalliseert -1,4-glucaan niet.

Volgens de plantkundigen is het product van het RSW1-gen, het RSW1-eiwit, nodig om de zes cellulose-synthases bij elkaar te houden. Zonder dat eiwit valt zo'n complex uit elkaar. En zonder dat complex blijft kristallisatie uit. Ze noemen het RSW1-eiwit onmisbaar voor de vorming van cellulose.

Na een zoektocht door DNA-databanken stuitten de onderzoekers op een aantal DNA-sequenties uit katoen en rijst die sterke gelijkenis vertonen

met sequenties van RSW1. De ontdekking van het RSW1-gen heeft de ontrafeling van de cellulose-synthese-route opengebroken.