Formación de cristales dentro de un bucle de 50 milímetros, tomado en la Expedición 6. Las investigaciones sobre el crecimiento de cristales se han estado realizando en la estación desde antes de que los humanos vivieran allí debido al entorno único que proporciona la microgravedad. Crédito:NASA
Los miembros de la tripulación a bordo de la Estación Espacial Internacional comenzarán a realizar investigaciones esta semana para mejorar la forma en que cultivamos cristales en la Tierra. La información obtenida de los experimentos podría acelerar el proceso de desarrollo de fármacos, beneficiando a los seres humanos de todo el mundo.
Las proteínas cumplen un papel importante dentro del cuerpo humano. Sin ellos, el cuerpo no podría regular, repararse o protegerse. Muchas proteínas son demasiado pequeñas para ser estudiadas incluso bajo un microscopio. y deben cristalizarse para determinar sus estructuras tridimensionales. Estas estructuras les dicen a los investigadores cómo funciona una sola proteína y su participación en el desarrollo de la enfermedad. Una vez modelado, los desarrolladores de fármacos pueden utilizar la estructura para desarrollar un fármaco específico para interactuar con la proteína, un proceso llamado diseño de fármacos basado en la estructura.
Dos investigaciones, El efecto del transporte macromolecular sobre la cristalización de proteínas en microgravedad (LMM Biofísica 1) y la dispersión de la tasa de crecimiento como indicador predictivo de muestras de cristales biológicos en las que la calidad se puede mejorar con el crecimiento en microgravedad (LMM Biofísica 3), estudiará la formación de estos cristales, mirando por qué los cristales cultivados en microgravedad a menudo son de mayor calidad que los cultivados en la Tierra, y qué cristales pueden beneficiarse de crecer en el espacio.
Tasa de crecimiento - Biofísica LMM 1
Los investigadores saben que los cristales que crecen en el espacio a menudo contienen menos imperfecciones que los que crecen en la Tierra. pero el razonamiento detrás de ese fenómeno no es muy claro. Una teoría ampliamente aceptada en la comunidad de cristalografía es que los cristales son de mayor calidad porque crecen más lentamente en microgravedad debido a la falta de convección inducida por flotabilidad. La única forma en que estas moléculas de proteína se mueven en microgravedad es por difusión aleatoria, un proceso que es mucho más lento que el movimiento en la Tierra.
Otra teoría menos explorada es que se puede lograr un mayor nivel de purificación en microgravedad. Un cristal puro puede contener miles de copias de una sola proteína. Una vez que los cristales se devuelven a la Tierra y se exponen a un haz de rayos X, el patrón de difracción de rayos X se puede utilizar para mapear matemáticamente la estructura de una proteína.
"Cuando purificas las proteínas para que crezcan cristales, las moléculas de proteína tienden a adherirse entre sí de forma aleatoria, "dijo Lawrence DeLucas, Investigador principal de LMM Biphysics 1. "Estos agregados de proteínas pueden luego incorporarse a los cristales en crecimiento causando defectos, perturbar la alineación de proteínas, que luego reduce la calidad de difracción de rayos X del cristal ".
La teoría establece que en microgravedad, un dímero, o dos proteínas pegadas, se moverá mucho más lento que un monómero, o una sola proteína, dando a los agregados menos oportunidades de incorporarse al cristal.
Formación de cristales de lisozima como se ve con un microscopio óptico. Los cristales cultivados en microgravedad suelen reflejar menos imperfecciones, haciéndolos más ideales para el desarrollo de fármacos y otras investigaciones. Crédito:Lawrence DeLucas
"Está seleccionando un crecimiento predominantemente de monómeros, y minimizar la cantidad de agregados que se incorporan al cristal porque se mueven mucho más lentamente, "dijo DeLucas.
La investigación de LMM Biophysics 1 pondrá a prueba estas dos teorías, para tratar de comprender la (s) razón (es) que los cristales que crecen en microgravedad son a menudo de calidad y tamaño superiores en comparación con sus contrapartes cultivadas en la Tierra. Los datos de difracción de rayos X mejorados dan como resultado una estructura de proteína más precisa y, por lo tanto, mejoran nuestra comprensión de la función biológica de la proteína y el descubrimiento futuro de fármacos.
Tipos de cristales - LMM Biphysics 3
Como LMM Biophysics 1 estudia por qué los cristales cultivados en el espacio son de mayor calidad que los cristales cultivados en la Tierra, LMM Biophysics 3 analizará qué cristales pueden beneficiarse de la cristalización en el espacio. La investigación ha descubierto que solo algunas proteínas cristalizadas en el espacio se benefician del crecimiento de la microgravedad. La forma y la superficie de la proteína que forma un cristal define su potencial de éxito en microgravedad.
El astronauta de la Agencia Espacial Europea Paolo Nespoli trabaja dentro del Módulo de Microscopía de Luz durante la Expedición 26. Los experimentos de cada una de las investigaciones se llevarán a cabo dentro del LMM. El LMM es un sistema altamente flexible Microscopio de imágenes de luz de última generación y se utiliza en la investigación de fenómenos microscópicos en microgravedad. Crédito:NASA
"Algunas proteínas son como bloques de construcción, "dijo Edward Snell, Investigador principal de LMM Biophysics 3. "Es muy fácil apilarlos. Esos son los que no se beneficiarán de la microgravedad. Otros son como gominolas. Cuando intentas construir una buena variedad de ellos en el suelo, quieren rodar y no recibir órdenes. Esos son los que se benefician de la microgravedad. Lo que estamos tratando de hacer es distinguir los bloques de las gominolas ".
Comprender cómo cristalizan diferentes proteínas en microgravedad les dará a los investigadores una visión más profunda de cómo funcionan estas proteínas. y ayudar a determinar qué cristales deben transportarse a la estación espacial para su crecimiento.
"Estamos maximizando el uso de un recurso escaso, y asegurarnos de que cada cristal que colocamos allí beneficie a los científicos sobre el terreno, "dijo Snell.
Estos cristales podrían utilizarse en el desarrollo de fármacos y la investigación de enfermedades en todo el mundo.
