РАЗВИТИЕ МЕТОДА ТЕМПЕРАТУРНО-УПРАВЛЯЕМОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ БЕЛКОВ В УСЛОВИЯХ МИКРОГРАВИТАЦИИ

© И.Ж.Безбах, Б.Г.Захаров, В.И.Стрелов, Б.В.Чернышев, И.Н.Дутышев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2016 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.

Актуальной и важной задачей является разработка новых эффективных методов, аппаратуры и технологий получения высококачественных кристаллов биомакромолекул, в особенности в космических условиях (микрогравитация), 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 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) практически, в условиях наземной отработки и космического эксперимента, реализует метод температурно-управляемой кристаллизации белков. Этот метод за счет использования рентгеновских капилляров не требует большого количества растворов белка. Был успешно реализован алгоритм автоматического изменения температуры, позволяющий по определенному закону приближаться к требуемому пересыщению.

На автоматическом космическом аппарате (АКА) «Фотон-М №4» 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.

Существующие версии кристаллизационной аппаратуры оснащены лишь системой активного терморегулирования и средствами оптического контроля и диагностики. Дальнейшими планами предусматривается постепенное дооснащение оборудования специализированными системами диагностики и контроля: прежде всего, системой качественной видеосъемки с использованием простейших микроскопов, затем лазерными системами диагностики для раннего выявления зародышеобразования.

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