Formação de cristal dentro de um loop de 50 milímetros, realizada na Expedição 6. As investigações sobre o crescimento de cristais vêm ocorrendo na estação desde antes dos humanos viverem lá, devido ao ambiente único que a microgravidade proporciona. Crédito:NASA
Os membros da tripulação a bordo da Estação Espacial Internacional começarão a conduzir pesquisas esta semana para melhorar a maneira como cultivamos cristais na Terra. As informações obtidas com os experimentos podem acelerar o processo de desenvolvimento de medicamentos, beneficiando humanos em todo o mundo.
As proteínas desempenham um papel importante no corpo humano. Sem eles, o corpo não seria capaz de regular, reparar ou se proteger. Muitas proteínas são muito pequenas para serem estudadas mesmo em um microscópio, e deve ser cristalizado para determinar suas estruturas 3-D. Essas estruturas dizem aos pesquisadores como uma única proteína funciona e seu envolvimento no desenvolvimento de doenças. Uma vez modelado, os desenvolvedores de drogas podem usar a estrutura para desenvolver uma droga específica para interagir com a proteína, um processo denominado desenho de drogas baseado em estrutura.
Duas investigações, O efeito do transporte macromolecular na cristalização de proteínas por microgravidade (LMM Biophysics 1) e na dispersão da taxa de crescimento como um indicador preditivo para amostras de cristais biológicos onde a qualidade pode ser melhorada com crescimento por microgravidade (LMM Biophysics 3), estudará a formação desses cristais, olhando por que os cristais crescidos em microgravidade muitas vezes são de qualidade superior do que os cultivados na Terra, e quais cristais podem se beneficiar por serem cultivados no espaço.
Taxa de crescimento - LMM Biofísica 1
Os pesquisadores sabem que os cristais cultivados no espaço costumam conter menos imperfeições do que os cultivados na Terra, mas o raciocínio por trás desse fenômeno não é muito claro. Uma teoria amplamente aceita na comunidade de cristalografia é que os cristais são de qualidade superior porque crescem mais lentamente na microgravidade devido à falta de convecção induzida por flutuabilidade. A única maneira dessas moléculas de proteína se moverem na microgravidade é por difusão aleatória, um processo que é muito mais lento do que o movimento na Terra.
Outra teoria menos explorada é que um nível mais alto de purificação pode ser alcançado na microgravidade. Um cristal puro pode conter milhares de cópias de uma única proteína. Uma vez que os cristais são devolvidos à Terra e expostos a um feixe de raios-X, o padrão de difração de raios-X pode ser usado para mapear matematicamente a estrutura de uma proteína.
"Quando você purifica proteínas para fazer crescer cristais, as moléculas de proteína tendem a aderir umas às outras de forma aleatória, "disse Lawrence DeLucas, LMM Biophysics 1 investigador principal. "Esses agregados de proteínas podem então se incorporar aos cristais em crescimento, causando defeitos, perturbando o alinhamento da proteína, que então reduz a qualidade de difração de raios-X do cristal. "
A teoria afirma que na microgravidade, um dímero, ou duas proteínas grudadas, vai se mover muito mais devagar do que um monômero, ou uma única proteína, dando aos agregados menos oportunidade de serem incorporados ao cristal.
Formação de cristal de lisozima visto ao microscópio óptico. Cristais crescidos em microgravidade normalmente refletem menos imperfeições, tornando-os mais ideais para o desenvolvimento de medicamentos e outras pesquisas. Crédito:Lawrence DeLucas
"Você está escolhendo o crescimento predominantemente de monômero, e minimizar a quantidade de agregados que são incorporados ao cristal porque eles se movem muito mais lentamente, "disse DeLucas.
A investigação do LMM Biophysics 1 colocará essas duas teorias à prova, para tentar entender a (s) razão (ões) os cristais crescidos em microgravidade são freqüentemente de qualidade e tamanho superiores em comparação com seus equivalentes crescidos na Terra. Os dados de difração de raios X aprimorados resultam em uma estrutura de proteína mais precisa e, assim, aumentam nossa compreensão da função biológica da proteína e da descoberta futura de medicamentos.
Tipos de cristal - LMM Biofísica 3
Como o LMM Biophysics 1 estuda por que os cristais crescidos no espaço são de maior qualidade do que os cristais crescidos na Terra, O LMM Biophysics 3 analisará quais cristais podem se beneficiar da cristalização no espaço. A pesquisa descobriu que apenas algumas proteínas cristalizadas no espaço se beneficiam do crescimento da microgravidade. A forma e a superfície da proteína que compõe um cristal define seu potencial de sucesso na microgravidade.
O astronauta Paolo Nespoli da Agência Espacial Européia trabalha dentro do Módulo de Microscopia de Luz durante a Expedição 26. Os experimentos de cada uma das investigações acontecerão dentro do LMM. O LMM é altamente flexível, microscópio de imagem de luz de última geração e é usado na pesquisa de fenômenos microscópicos na microgravidade. Crédito:NASA
"Algumas proteínas são como blocos de construção, "disse Edward Snell, Investigador principal da LMM Biophysics 3. "É muito fácil empilhá-los. Esses são os que não se beneficiam da microgravidade. Outros são como jujubas. Quando você tenta construir uma boa variedade deles no chão, eles querem rolar para longe e não receber ordens. Esses são os que se beneficiam da microgravidade. O que estamos tentando fazer é distinguir os blocos das jujubas. "
Compreender como diferentes proteínas se cristalizam na microgravidade dará aos pesquisadores uma visão mais profunda de como essas proteínas funcionam, e ajudar a determinar quais cristais devem ser transportados para a estação espacial para crescimento.
"Estamos maximizando o uso de um recurso escasso, e garantir que cada cristal que colocamos beneficie os cientistas no terreno, "disse Snell.
Esses cristais podem ser usados no desenvolvimento de medicamentos e na pesquisa de doenças em todo o mundo.
