КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ БЕЛКОВ С УПРАВЛЕНИЕМ ТЕМПЕРАТУРОЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЭТОГО МЕТОДА В КОСМИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ

© И.Ж.Безбах, В.И.Стрелов, Б.Г.Захаров
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2008 г.

Получение высококачественных кристаллов биоматериалов для определения их пространственной структуры кристаллографическими методами и дальнейшего использования полученной информации в биологических, медицинских и промышленных целях было и остается одной из важных задач как наземных, так и космических экспериментов в области биотехнологии.

Выбор условий кристаллизации белков в настоящее время проводится в основном эмпирически, путем осуществления многочисленных проб в различных условиях (т. н. скрининг). При этом работа в значительной степени осложняется тем, что начало кристаллизации (зародышеобразование) требует значительно большего пересыщения раствора белка, чем последующий рост образовавшихся зародышей. По этой причине большое значение имеет реализация таких методов кристаллизации, которые позволяли бы управлять пересыщением белкового раствора как в процессе зарождения, так и последующего разращивания кристаллов. В нашей работе мы используем метод управления пересыщением с помощью создания локального градиента температуры в растворе при прецизионном ее управлении.

На основе результатов математического моделирования на примере кристаллизации белка лизоцима была исследована возможность управления процессом кристаллизации биоматериалов с помощью температуры. Было теоретически показано, что прецизионное управление температурой с созданием в растворе управляющего теплового поля позволяет выращивать кристаллы белков с высоким структурным совершенством.

На основе полученных результатов был разработан и изготовлен экспериментальный образец ростового блока-кристаллизатора для выращивания кристаллов биоматериалов с помощью управления температурой. Он осуществляет стабилизацию температуры раствора с точностью регулирования ±0.1°С и реализует возможность управления пересыщением белка в локальной точке раствора (путем создания в этом месте локального температурного градиента).

В практических экспериментах была осуществлена кристаллизация белка лизоцима с прецизионным управлением температурой. С помощью метода рентгеновской дифракции было установлено весьма высокое, с современных позиций, качество (структурное совершенство) выращенных кристаллов, превосходящее типично выращиваемые в наземных изотермических условиях.

Обсуждаются требования по совершенствованию разработанной аппаратуры с целью использования ее в условиях космических экспериментов и перспективы реализации развиваемого метода в космических условиях.