Rumstationens besætning dyrker krystaller til udvikling af lægemidler

Besætningsmedlemmer ombord på den internationale rumstation vil begynde at forske i denne uge for at forbedre den måde, vi dyrker krystaller på Jorden på. Oplysningerne fra eksperimenterne kunne fremskynde processen med udvikling af lægemidler, til gavn for mennesker over hele verden.

Proteiner spiller en vigtig rolle i menneskekroppen. Uden dem, kroppen ville ikke være i stand til at regulere, reparere eller beskytte sig selv. Mange proteiner er for små til at blive undersøgt, selv under et mikroskop, og skal krystalliseres for at bestemme deres 3D-strukturer. Disse strukturer fortæller forskere, hvordan et enkelt protein fungerer og dets involvering i udviklingen af ​​sygdom. Når den er modelleret, lægemiddeludviklere kan bruge strukturen til at udvikle et specifikt lægemiddel til at interagere med proteinet, en proces kaldet strukturbaseret lægemiddeldesign.

To undersøgelser, Virkningen af ​​makromolekylær transport på mikrogravitationsproteinkrystallisering (LMM Biophysics 1) og væksthastighedsdispersion som en forudsigende indikator for biologiske krystalprøver, hvor kvalitet kan forbedres med mikrogravitationsvækst (LMM Biophysics 3), vil studere dannelsen af ​​disse krystaller, ser på hvorfor mikrogravity-dyrkede krystaller ofte er af højere kvalitet end jorddyrket, og hvilke krystaller der kan have gavn af at blive dyrket i rummet.

Væksthastighed - LMM Biofysik 1

Forskere ved, at krystaller dyrket i rummet ofte indeholder færre ufuldkommenheder end dem, der vokser på jorden, men begrundelsen bag dette fænomen er ikke krystalklar. En almindeligt accepteret teori i krystallografisamfundet er, at krystallerne er af højere kvalitet, fordi de vokser langsommere i mikrogravitation på grund af manglende opdriftsinduceret konvektion. Den eneste måde disse proteinmolekyler bevæger sig i mikrogravitation er ved tilfældig diffusion, en proces, der er meget langsommere end bevægelse på Jorden.

En anden mindre udforsket teori er, at et højere rensningsniveau kan opnås i mikrogravitation. En ren krystal kan indeholde tusindvis af kopier af et enkelt protein. Når krystaller returneres til Jorden og udsættes for en røntgenstråle, røntgendiffraktionsmønsteret kan bruges til matematisk at kortlægge et proteins struktur.

"Når du renser proteiner for at vokse krystaller, proteinmolekylerne har en tendens til at klæbe til hinanden på en tilfældig måde, "sagde Lawrence DeLucas, LMM Biophysics 1 primær efterforsker. "Disse proteinaggregater kan derefter inkorporeres i de voksende krystaller, der forårsager defekter, forstyrrer proteinjusteringen, som derefter reducerer krystalets røntgendiffraktionskvalitet. "

Teorien siger, at i mikrogravitation, en dimer, eller to proteiner klistret sammen, vil bevæge sig meget langsommere end en monomer, eller et enkelt protein, giver aggregater mindre mulighed for at inkorporere i krystallen.

"Du vælger overvejende monomervækst, og minimere mængden af ​​aggregater, der er inkorporeret i krystallen, fordi de bevæger sig så meget langsommere, "sagde DeLucas.

LMM Biophysics 1 -undersøgelsen vil sætte disse to teorier på prøve, for at forsøge at forstå årsagen(e) til, at mikrotyngdekraft-dyrkede krystaller ofte er af overlegen kvalitet og størrelse sammenlignet med deres jord-dyrkede modstykker. Forbedrede røntgendiffraktionsdata resulterer i en mere præcis proteinstruktur og forbedrer derved vores forståelse af proteinets biologiske funktion og fremtidige lægemiddelopdagelse.

Krystaltyper - LMM Biofysik 3

Som LMM Biophysics 1 undersøger, hvorfor rumdyrkede krystaller er af højere kvalitet end jorddyrkede krystaller, LMM Biophysics 3 vil tage et kig på, hvilke krystaller der kan drage fordel af krystallisering i rummet. Forskning har fundet ud af, at kun nogle proteiner, der krystalliseres i rummet, nyder godt af mikrogravitationsvækst. Formen og overfladen af ​​proteinet, der udgør en krystal, definerer dets potentiale for succes i mikrogravitation.

"Nogle proteiner er som byggesten, "sagde Edward Snell, LMM Biophysics 3 primær investigator. "Det er meget let at stable dem. Det er dem, der ikke vil have gavn af mikrogravitation. Andre er som gelébønner. Når du prøver at bygge et flot udvalg af dem på jorden, de vil rulle væk og ikke blive bestilt. Det er dem, der nyder godt af mikrogravitation. Det, vi forsøger at gøre, er at skelne blokkene fra gelébønnerne. "

At forstå, hvordan forskellige proteiner krystalliserer i mikrogravitation, vil give forskere et dybere indblik i, hvordan disse proteiner fungerer, og hjælp til at bestemme, hvilke krystaller der skal transporteres til rumstationen for vækst.

"Vi maksimerer brugen af ​​en knap ressource, og sørge for, at enhver krystal, vi lægger deroppe, gavner forskerne på jorden, sagde Snell.

Disse krystaller kunne bruges i lægemiddeludvikling og sygdomsforskning rundt om i verden.