РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА ТЕМПЕРАТУРНО-УПРАВЛЯЕМОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ БЕЛКОВ В УСЛОВИЯХ МИКРОГРАВИТАЦИИ

© И.Ж.Безбах, Б.Г.Захаров, В.И.Стрелов, Б.В.Чернышев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2015 г.

Для решения прикладных задач генной инженерии и структурной биологии, а также для разработки новых лекарственных препаратов ощущается острая необходимость в получении высокосовершенных кристаллов белков. Кристаллы белков используются для установления пространственной структуры биомакромолекул методами рентгеноструктурного анализа. Поэтому в настоящее время кристаллизация белков превратилась в важную самостоятельную область.

Актуальной и важной задачей является разработка новых эффективных методов, аппаратуры и технологий получения высококачественных кристаллов биомакромолекул, в особенности в условиях микрогравитации, в которых можно минимизировать влияние внешних воздействий и гравитации.

Предлагаемый авторами подход к решению проблемы получения кристаллов с высоким совершенством структуры заключается в реализации метода температурно-управляемой кристаллизации, обеспечивающего раздельное управление процессом кристаллизации белков как на этапе их зародышеобразования, так и в процессе дальнейшего роста образовавшихся кристаллов.

Данный метод является более технологичным и более эффективным для получения высокосовершенных кристаллов белков по сравнению с традиционными. Управление температурой влияет на растворимость белков и скорость роста кристаллов, оставляя концентрацию неизменной. При этом появляется возможность регулировать количество зародышей и скорость роста кристаллов, тем самым процесс кристаллизации становится управляемым и воспроизводимым.

Разработанный летный образец научной аппаратуры (НА) в условиях наземной отработки и космического эксперимента практически реализует метод температурно-управляемой кристаллизации белков. Этот метод за счет использования рентгеновских капилляров не требует большого количества растворов белка, исключает возможность повреждения кристаллов при проведении дифракционных исследований. Был успешно реализован алгоритм автоматического изменения температуры, позволяющий по определенному закону приближаться к требуемому пересыщению.

На автоматическом космическом аппарате (АКА) «Фотон-М4» были проведены успешные летные испытания НА (июль–сентябрь 2014 г.) при выращивании в условиях микрогравитации высокосовершенных кристаллов белка лизоцима.

Высокий уровень совершенства полученных кристаллов (все они характеризуются уровнем дифракционного разрешения не хуже 1,54 Å) свидетельствует о перспективности использования данного метода и НА.

Для эффективного функционирования автоматизированной установки кристаллизации белков авторы считают необходимым создание вспомогательной и в то же время автономной установки для лазерной диагностики процессов зародышеобразования, которая в земных условиях может использоваться и для определения температурной зависимости растворимости исследуемых белков.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Правительства Калужской области (грант № 14-42-03119).