Mikrogravitationsförhållandena vid den internationella rymdstationen (ISS) kan vara nyckeln till att förbättra vår förståelse för hur man bekämpar giftiga nervämnen som sarin och VX. Det är hoppet i projektet Motåtgärder mot kemiska hot (CounterACT) som är en del av ett initiativ vid National Institutes of Health som syftar till att utveckla förbättrade motgift mot kemiska medel.

"Med ökande världsomfattande oro för användningen av kemiska vapen, det finns ett stort intresse för att utveckla bättre motmedel, " sa David A. Jett, Ph.D., chef för CounterACT-programmet, National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS), en del av NIH.

Organofosfater (OP), en familj av kemikalier som inkluderar flera bekämpningsmedel samt sarin och VX-nervmedel, blockera aktiviteten hos enzymet acetylkolinesteras (AChE). Detta enzym är avgörande för att låta musklerna slappna av efter att de har stimulerats av nervsystemet. När aktiviteten av AChE är blockerad (till exempel, av OP), musklerna kan inte slappna av, leder till förlamning och slutligen död.

Att utveckla motgift mot denna typ av förgiftning kräver detaljerad kunskap om strukturen för AChE -enzymet. Tills nu, gravitationskrafterna på jorden har utgjort en utmaning för detta forskningsområde. Det är där att resa ut i rymden kommer in.

I juni i år, prover av det mänskliga AChE-enzymet skickades till den internationella rymdstationen U.S. Laboratory av ett team av CounterACT-forskare ledda av Andrey Kovalevsky, Ph.D., Oak Ridge National Laboratory i Oak Ridge, Tennessee, och Zoran Radic, Ph.D., University of California, San Diego. Med hjälp av dessa prover, astronauter odlar för närvarande stora kristaller av rent enzym av en storlek som inte kan bildas på jorden på grund av störningar från gravitationen.

"Genom att dra nytta av mikrogravitationsförhållandena på den internationella rymdstationen, vi hoppas kunna växa bättre, mer enhetliga kristaller som vi inte kan odla på jorden, sade Dr Kovalevsky.

När kristallerna har vuxit till en tillräckligt stor storlek, de kommer att återföras till jorden och analyseras med en sofistikerad avbildningsmetod som kallas neutrondiffraktion som kan ge en atomär nivå av enzymet.

"Med den här tekniken, vi kommer att kunna få en närmare titt på hur enzymet interagerar med bekämpningsmedel och nervämnen och lära oss om hur bindningen mellan de två kan vändas kemiskt, " sade Dr. Radic. "Denna metod skulle inte fungera på de mindre enzymkristallerna som kan odlas här."

Motgift mot OP-exponering återaktiverar AChE genom att direkt bryta dess kemiska bindning med OP. Dock, hastigheten med vilken de motåtgärder som finns tillgängliga idag kan göra detta är för långsam för att vara fullt effektiva. Detta projekt kommer att hjälpa forskare att utveckla motgift som bryter AChE-OP-bindningen snabbare och som även kan tillföras oralt, vilket är ytterligare en nyckel till att hantera storskalig exponering för nervgifter.

"Att utveckla bättre motåtgärder mot den här typen av nervämnen är en viktig del av vårt övergripande program, "sa Dr Jett." Detta projekt är den typ av banbrytande vetenskap vi tänkt oss när vi etablerade CounterACT-programmet. "