Besättningsmedlemmar ombord på den internationella rymdstationen kommer att börja forska denna vecka för att förbättra hur vi odlar kristaller på jorden. Informationen från experimenten kan påskynda processen för läkemedelsutveckling, gynnar människor runt om i världen.

Proteiner har en viktig roll i människokroppen. Utan dem, kroppen skulle inte kunna reglera, reparera eller skydda sig själv. Många proteiner är för små för att studeras även under mikroskop, och måste kristalliseras för att bestämma deras 3D-strukturer. Dessa strukturer berättar för forskare hur ett enda protein fungerar och dess engagemang i utvecklingen av sjukdomar. En gång modellerad, läkemedelsutvecklare kan använda strukturen för att utveckla ett specifikt läkemedel för att interagera med proteinet, en process som kallas strukturbaserad läkemedelsdesign.

Två undersökningar, Effekten av makromolekylär transport på mikrogravitationsproteinkristallisering (LMM Biophysics 1) och tillväxthastighetsdispersion som en prediktiv indikator för biologiska kristallprover där kvalitet kan förbättras med mikrogravitetstillväxt (LMM Biophysics 3), kommer att studera bildandet av dessa kristaller, tittar på varför mikrogravitationsodlade kristaller ofta är av högre kvalitet än jordodlade, och vilka kristaller som kan ha nytta av att odlas i rymden.

Tillväxthastighet - LMM Biophysics 1

Forskare vet att kristaller som odlas i rymden ofta innehåller färre brister än de som odlas på jorden, men resonemanget bakom det fenomenet är inte kristallklart. En allmänt accepterad teori inom kristallografimiljön är att kristallerna är av högre kvalitet eftersom de växer långsammare i mikrogravitation på grund av brist på flytkraftsinducerad konvektion. Det enda sättet dessa proteinmolekyler rör sig i mikrogravitation är genom slumpmässig diffusion, en process som är mycket långsammare än rörelse på jorden.

En annan mindre utforskad teori är att en högre reningsnivå kan uppnås i mikrogravitation. En ren kristall kan innehålla tusentals kopior av ett enda protein. När kristaller har återförts till jorden och utsatts för en röntgenstråle, röntgendiffraktionsmönstret kan användas för att matematiskt kartlägga ett proteins struktur.

"När du renar proteiner för att växa kristaller, proteinmolekylerna tenderar att hålla sig till varandra på ett slumpmässigt sätt, "sa Lawrence DeLucas, LMM Biophysics 1 primärutredare. "Dessa proteinaggregat kan sedan införlivas i de växande kristallerna och orsaka defekter, stör proteinjusteringen, som sedan minskar kristallens röntgendiffraktionskvalitet. "

Teorin säger att i mikrogravitation, en dimer, eller två proteiner som sitter ihop, kommer att gå mycket långsammare än en monomer, eller ett enda protein, vilket ger aggregat mindre möjlighet att införliva i kristallen.

"Du väljer ut för övervägande monomertillväxt, och minimera mängden aggregat som införlivas i kristallen eftersom de rör sig så mycket långsammare, sa DeLucas.

LMM Biophysics 1 -undersökningen kommer att testa dessa två teorier, för att försöka förstå anledningen (arna) på mikrogravitationsodlade kristaller är ofta av överlägsen kvalitet och storlek jämfört med deras jordodlade motsvarigheter. Förbättrade röntgendiffraktionsdata resulterar i en mer exakt proteinstruktur och förbättrar därmed vår förståelse för proteinets biologiska funktion och framtida upptäckt av läkemedel.

Kristalltyper - LMM Biofysik 3

Som LMM Biophysics 1 studerar varför rymdodlade kristaller är av högre kvalitet än jordodlade kristaller, LMM Biophysics 3 kommer att titta på vilka kristaller som kan ha nytta av kristallisation i rymden. Forskning har funnit att endast vissa proteiner kristalliserade i rymden gynnas av mikrogravitationstillväxt. Formen och ytan på proteinet som utgör en kristall definierar dess potential för framgång i mikrogravitation.

"Vissa proteiner är som byggstenar, "sa Edward Snell, LMM Biophysics 3 primärutredare. "Det är väldigt lätt att stapla dem. Det är de som inte kommer att dra nytta av mikrogravitation. Andra är som gelébönor. När du försöker bygga ett fint utbud av dem på marken, de vill rulla iväg och inte beställas. Det är de som tjänar på mikrogravitation. Det vi försöker göra är att skilja blocken från gelébönorna. "

Att förstå hur olika proteiner kristalliseras i mikrogravitation kommer att ge forskare en djupare bild av hur dessa proteiner fungerar, och hjälp att bestämma vilka kristaller som ska transporteras till rymdstationen för tillväxt.

"Vi maximerar användningen av en knapp resurs, och se till att varje kristall vi lägger upp där gynnar forskarna på marken, sa Snell.

Dessa kristaller kan användas i läkemedelsutveckling och sjukdomsforskning runt om i världen.