I membri dell'equipaggio a bordo della Stazione Spaziale Internazionale inizieranno a condurre ricerche questa settimana per migliorare il modo in cui coltiviamo i cristalli sulla Terra. Le informazioni ottenute dagli esperimenti potrebbero accelerare il processo per lo sviluppo di farmaci, beneficiando gli esseri umani in tutto il mondo.

Le proteine ​​svolgono un ruolo importante all'interno del corpo umano. Senza di loro, il corpo non sarebbe in grado di regolare, ripararsi o proteggersi. Molte proteine ​​sono troppo piccole per essere studiate anche al microscopio, e devono essere cristallizzati per determinare le loro strutture 3-D. Queste strutture raccontano ai ricercatori come funziona una singola proteina e il suo coinvolgimento nello sviluppo della malattia. Una volta modellato, gli sviluppatori di farmaci possono utilizzare la struttura per sviluppare un farmaco specifico per interagire con la proteina, un processo chiamato progettazione di farmaci basata sulla struttura.

Due inchieste, L'effetto del trasporto macromolecolare sulla cristallizzazione delle proteine ​​in microgravità (LMM Biofisica 1) e sulla dispersione del tasso di crescita come indicatore predittivo per campioni di cristalli biologici in cui la qualità può essere migliorata con la crescita in microgravità (LMM Biofisica 3), studierà la formazione di questi cristalli, guardando perché i cristalli cresciuti in microgravità spesso sono di qualità superiore rispetto a quelli cresciuti sulla Terra, e quali cristalli possono trarre beneficio dalla crescita nello spazio.

Tasso di crescita - LMM Biofisica 1

I ricercatori sanno che i cristalli cresciuti nello spazio spesso contengono meno imperfezioni di quelli cresciuti sulla Terra, ma il ragionamento alla base di quel fenomeno non è cristallino. Una teoria ampiamente accettata nella comunità della cristallografia è che i cristalli sono di qualità superiore perché crescono più lentamente in condizioni di microgravità a causa della mancanza di convezione indotta dal galleggiamento. L'unico modo in cui queste molecole proteiche si muovono in condizioni di microgravità è per diffusione casuale, un processo che è molto più lento del movimento sulla Terra.

Un'altra teoria meno esplorata è che un livello più elevato di purificazione può essere raggiunto in microgravità. Un cristallo puro può contenere migliaia di copie di una singola proteina. Una volta che i cristalli vengono riportati sulla Terra ed esposti a un raggio di raggi X, il modello di diffrazione dei raggi X può essere utilizzato per mappare matematicamente la struttura di una proteina.

"Quando purifichi le proteine ​​per far crescere i cristalli, le molecole proteiche tendono ad attaccarsi l'una all'altra in modo casuale, " disse Lawrence De Lucas, LMM Biofisica 1 investigatore primario. "Questi aggregati proteici possono quindi incorporarsi nei cristalli in crescita causando difetti, disturbare l'allineamento delle proteine, che quindi riduce la qualità di diffrazione dei raggi X del cristallo."

La teoria afferma che in condizioni di microgravità, un dimero, o due proteine ​​attaccate insieme, si muoverà molto più lentamente di un monomero, o una singola proteina, dando agli aggregati meno possibilità di incorporarsi nel cristallo.

"Stai selezionando per una crescita prevalentemente monomerica, e riducendo al minimo la quantità di aggregati che sono incorporati nel cristallo perché si muovono molto più lentamente, ", ha detto De Lucas.

L'indagine LMM Biofisica 1 metterà alla prova queste due teorie, per cercare di capire il motivo(i) i cristalli cresciuti in microgravità sono spesso di qualità e dimensioni superiori rispetto alle loro controparti cresciute sulla Terra. I dati di diffrazione dei raggi X migliorati si traducono in una struttura proteica più precisa e quindi migliorano la nostra comprensione della funzione biologica della proteina e della futura scoperta di farmaci.

Tipi di cristallo - LMM Biofisica 3

Poiché LMM Biofisica 1 studia perché i cristalli cresciuti nello spazio sono di qualità superiore rispetto ai cristalli cresciuti sulla Terra, LMM Biophysics 3 esaminerà quali cristalli possono trarre beneficio dalla cristallizzazione nello spazio. La ricerca ha scoperto che solo alcune proteine ​​cristallizzate nello spazio beneficiano della crescita della microgravità. La forma e la superficie della proteina che costituisce un cristallo ne definiscono il potenziale di successo in condizioni di microgravità.

"Alcune proteine ​​sono come mattoni da costruzione, " ha detto Edward Snell, LMM Biofisica 3 investigatore principale. "È molto facile impilarli. Quelli sono quelli che non trarranno beneficio dalla microgravità. Altri sono come le gelatine. Quando provi a costruirne una bella schiera sul terreno, vogliono rotolare via e non essere ordinati. Sono quelli che beneficiano della microgravità. Quello che stiamo cercando di fare è distinguere i blocchi dalle gelatine".

Comprendere come diverse proteine ​​si cristallizzano in condizioni di microgravità darà ai ricercatori una visione più approfondita di come funzionano queste proteine, e aiutano a determinare quali cristalli dovrebbero essere trasportati alla stazione spaziale per la crescita.

"Stiamo massimizzando l'uso di una risorsa scarsa, e assicurandoci che ogni cristallo che mettiamo lì avvantaggia gli scienziati sul campo, " ha detto Snell.

Questi cristalli potrebbero essere utilizzati nello sviluppo di farmaci e nella ricerca sulle malattie in tutto il mondo.