Экипаж МКС вырастит кристаллы для создания лекарств

Исследования, которые проводит команда, работающая на Международной космической станции, помогут в создании новых лекарств на Земле.

Экипаж МКС вырастит кристаллы для создания лекарств

На фото: Космонавт Европейского Космического Агентства Паоло Несполи работает в Модуле Световой Микроскопии во время Экспедиции-26. Эксперименты, о которых идет речь, будут проводиться в рамках LMM. LMM - это ультрасовременный световой микроскоп, который используется при исследовании микроскопических явлений в условиях микрогравитации.

 

На этой неделе члены экипажа на Международной космической станции начнут исследования, чтобы улучшить способ выращивания кристаллов на Земле. Информация, полученная в результате экспериментов, могла бы ускорить процесс разработки лекарств, помогая людям во всем мире.

Белки играют важную роль в организме человека. Без них тело не могло бы регулировать, восстанавливать или защищать себя. Многие белки слишком малы для изучения даже под микроскопом и их необходимо кристаллизовать, чтобы определить их трехмерные структуры. Эти структуры говорят исследователям, как функционирует белок и о том, как он участвует в развитии болезни. После моделирования разработчики медикаментов смогут использовать эту структуру для разработки конкретного лекарственного средства для взаимодействия с белком, что называется созданием лекарственного средства на основе структуры.

Два исследования «Влияние высокомолекулярного транспорта (перемещение белка из одного отсека клетки в другой – ред.) на кристаллизацию белков в условиях микрогравитации» (LMM Biophysics 1) и «Дисперсия скорости роста как прогнозный показатель для образцов биологического кристалла, где качество может быть улучшено в условиях микрогравитации» (LMM Biophysics 3), будет изучать образование этих кристаллов. Экипаж МКС постарается установить, почему кристаллы, выращенные в условиях микрогравитации, часто имеют более высокое качество, в сравнении с выращенными на Земле, и какую пользу из этого может извлечь наука, и в частности – медицина.

Скорость роста - LMM Biophysics 1

Исследователи знают, что кристаллы, выращенные в космосе, часто содержат меньше изъянов, чем те, что выращиваются на Земле, но аргументация в пользу этого явления не совсем ясна. Широко распространенная теория в сообществе кристаллографии заключается в том, что кристаллы имеют более высокое качество, потому что они растут медленнее в условиях микрогравитации из-за отсутствия вызванной плавучестью конвекции. Единственный способ перемещения этих белковых молекул в условиях микрогравитации - это случайная диффузия, процесс, который намного медленнее, чем на Земле.

Другая менее изученная теория заключается в том, что в условиях микрогравитации может быть достигнут более высокий уровень очистки. Чистый кристалл может содержать тысячи копий одного белка. Как только кристаллы возвращаются на Землю и на них направляют рентгеновский луч, рентгенограмма может быть использована для математического картирования структуры белка.

«Когда вы очищаете белки для выращивания кристаллов, белковые молекулы склонны друг к другу прилипать случайным образом, - сказал Лоуренс Де Лукас, главный исследователь LMM Biophysics 1. - Эти белковые соединения могут затем объединяться в растущие кристаллы, вызывая дефекты, нарушая выравнивание кристалла, что затем снижает качество его дифракции».

Согласно теории, в условиях микрогравитации димер или два белка, слипающиеся вместе, будут перемещаться гораздо медленнее, чем мономер или один белок, что дает скоплению меньше возможностей для включения в кристалл.

Исследование LMM Biophysics 1 проверит обе теории, чтобы попытаться понять причину(ы) того, почему кристаллы, выращенные в условиях микрогравитации, часто превосходят по качеству и размеру выращенные на Земле. Улучшенные данные дифракции рентгеновских лучей позволят достигать более точной структуры белка и тем самым расширят наше понимания биологической функции белка для будущего открытия лекарственного средства.

Типы кристаллов - LMM Biophysics 3

В то время как LMM Biophysics 1 изучает, почему кристаллы, выращенные в космосе, имеют более высокое качество по сравнению с кристаллами, выращенными на Земле, LMM Biophysics 3 рассмотрит, какие именно кристаллы могут извлечь выгоду из кристаллизации в космосе. Исследования показали, что только некоторые белки, кристаллизованные в космосе, выигрывают в росте от микрогравитации. Форма и поверхность белка, из которого состоит кристалл, определяют его потенциал в условиях микрогравитации.

«Некоторые белки похожи на строительные блоки, - рассказывает Эдвард Снелл, главный исследователь LMM Biophysics 3, - Их очень просто уложить. Это те, в работе с которыми не нужна микрогравитация. Другие, как бобы в желе. Когда вы пытаетесь выстроить их в некий массив на земле, они хотят откатиться, чтобы вы не смогли ими воспользоваться. Для них нужна микрогравитация. Мы пытаемся отделить бобы от желе».

Понимание того, как различные белки кристаллизуются в условиях микрогравитации, даст исследователям более глубокое представление о том, как эти белки функционируют, и поможет определить, какие кристаллы должны доставляться на космическую станцию для выращивания.

«Мы максимально используем ресурсы, которые здесь в дефиците, и следим за тем, чтобы каждый кристалл, который мы там размещаем, приносил пользу ученым на Земле», - сказал Снелл.

 

Фото и видео: NASA

Подписывайтесь на наш Дзен-канал! Только персональные подборки новостей в новом digital-пространстве!