Медицинские кристаллы белков будут выращивать в космосе



Кристаллы коровьего инсулина, выращенные на МКС (слева) и на Земле. © NASA

Кристаллы белков, которые используются в медицинских исследованиях, в космосе выращивать выгоднее, чем на Земле. Как показали недавние эксперименты, проведенные на Международной космической станции, в космических условиях кристаллы белков растут лучше и больше, сообщает портал Space.com.

Исследования в области медицины очень часто концентрируются на изучении работы белков — как использовать их в производстве лекарственных средств, а также какие из них вызывают различные заболевания. Понимание трехмерной структуры белка может помочь ученым улучшить эффективность того или иного лекарства или установить наилучшие способы борьбы с возбудителем заболевания.

Чтобы расшифровать трехмерную структуру белка, исследователи часто прибегают к особому методу моделирования — преобразуют белок в кристалл (по сути замораживают белок, придавая ему твердую форму), а затем сканируют кристаллы с помощью рентгеновских или нейтронных лучей. Чем больше и чище кристалл белка, тем выше вероятность того, что ученые смогут расшифровать трехмерную структуру данного белка.

Большинство трехмерных структур белка (на сегодняшний день их создано более 100 тысяч) были получены с помощью рентгеновского сканирования. Однако, рентгеновское сканирование не способно обнаружить атомы водорода, которые составляют порядка 50 процентов атомов в данных белках и могут играть важную роль в деятельности белка. Нейтронное сканирование может определить точное расположение атомов водорода, но для этой процедуры необходимы кристаллы протеина больших размеров, а выращивать их гораздо сложнее. Из-за этого с использованием нейтронных лучей были определены не более сотни трехмерных структур белков.

Предыдущее исследование показало, что выращивание крупных чистых кристаллов белка на Земле затруднено из-за высокого воздействий силы тяжести планеты. В земных условиях тяжелые жидкости опускают вниз, а более легкие — поднимаются вверх, в результате чего конвекция или перемешивание жидкостей мешает образованию чистых кристаллов. Ученые предположили, что в условиях микрогравитации на орбите Земли эти проблемы будут практически равны нулю.

Эту теорию в космических условиях недавно проверили на примере неорганической пирофосфатазы. Этот белок представляет собой фермент, который присутствует в большинстве живых организмов и играет важную роль в формировании костной ткани, синтезе ДНК и образовании и разрушении жиров.

В системе кристаллизации белка, разработанной учеными специально для данной серии экспериментов, используются крошечные трубки для управления потоком раствора, содержащего растворенные белки. Геометрия трубок такова, что белки концентрируются в определенной части раствора, в результате чего он становится перенасыщенным, то есть в нем содержится слишком много белка. Эти «лишние» белки вынуждены покидать раствор, в результате чего и образуется кристалл.

Данная система была отправлена на Международную космическую станцию еще в апреле 2014 года, на борту грузового корабля «Дрэгон» частной компании SpaceX. Обратно на Землю аппаратуру вернул другой грузовик этой компании через шесть месяцев.

Для сканирования белка с использованием нейтронных пучков размер кристалла должен составлять не менее одного кубического миллиметра. Если на Земле исследователям удавалось получать кристаллы в среднем в 0,5 кубических миллиметров, то средний размер выращенных в космосе кристаллов составлял 6 кубических миллиметров.

Кроме того, как пояснил ведущий автор исследования Джозеф Нг, биохимик и руководитель биотехнологической и научно-технической программы в Университете штата Алабама в Хантсвилле, выращенные в космосе кристаллы превосходят земные не только по размеру, но и по чистоте. Это улучшение качества позволило исследователям достичь по крайней мере 50-процентного увеличения разрешения при нейтронном сканировании.

В будущем исследователи планируют вырастить еще больше белковых кристаллов в условиях микрогравитации, в том белки инфекционных бактерий и прочих белков, связанных с здоровьем человека, и даже поставить выращивание кристаллов белка на коммерческий поток.

Источник: www.gismeteo.ru



войдите Vkontakte Yandex

Комментарии 0

    Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.