Эксперимент «Кибо» на борту, связанный с выращиваем высококачественных кристаллов протеина Белки характеризуются сложными трехмерными структурами. Микрогравитационная среда космоса – это наиболее подходящее место для изучения трехмерной структуры белков. В космосе нет конвекции, вызывающей растекание раствора во многих направлениях вследствие перепада плотности; также нет осаждения, которое побуждает более тяжелые элементы опускаться. В связи с этим, белковые молекулы образуют высококачественные кристаллы со структурами упаковки в высшей степени упорядоченными, которые помогают определить трехмерную структуру каждой молекулы белка. Были созданы различные протеиновые кристаллы в уникальной космической среде. Эксперимент с протеиновой кристаллизацией проводили девять раз с 2003 года на Российском Служебном Модуле МКС. В результате была разработана технология производства высококачественных протеиновых кристаллов. Эксперимент «Кибо» в Японском экспериментальном модуле (JEM) начали в июле 2009 года. Шесть экспериментов запланировано до 2012 года. Образцы протеина отправили российским космическим кораблем «Прогресс» на МКС при взаимодействии с Российским Федеральным космическим агентством (ФКА) и разместили в научно-исследовательской установке по кристаллизации протеина (PCRF) в JEM на 2-4 месяца (Рис. 1). Мы использовали «метод на основе пробирки с гелем», т.е. метод обратной диффузии для кристаллизации, посредством которого полиэтилен гликоль (PEG) и соль распыляют в протеиновый раствор, содержащийся в капиллярной трубке, и после этого постепенно увеличивают их концентрации до тех, которые требуются для осаждения протеина (Рис. 2). Одна из главных целей экспериментов с кристаллизацией протеина – это использование его результатов с целью прогресса медицины. Связь протеинов, связанных с заболеванием, и лекарств, которые их подавляют, подобна отношению «замочной скважины» и «ключа». Если обнаружена форма «замочной скважины» путем исследования трехмерной структуры протеина, то можно разработать лечебный препарат с минимумом побочных эффектов, т.е. «ключ», подходящий к «замочной скважине». JAXA делает успехи в изучении трудноизлечимых болезней путем проведения экспериментов в космосе, ориентированных на более эффективное оказание медицинской помощи (Рис. 3). Здесь мы представляем D-синтазу гематопоэзного простагландина (PG) (H-PGDS), которая является успешным примером эксперимента по кристаллизации протеина. H-PGDS, являясь ферментом, ответственным за продуцирование PGD2, известен как медиатор аллергических и воспалительных реакций в тучных клетках; клетках, имеющих антигены и лимфоцитах Th2. Недавно, научно-исследовательская группа из института биологии в Осаке (OBI) сообщила, что H-PGDS обнаружены в омертвевших мышечных волокнах у пациентов с мышечной дистрофией Дюшенна (DMD). DMD – это наиболее распространенная форма мышечной дистрофии, поражающая, приблизительно 1 из 3500 мальчиков. DMD – это на следственное нарушение в мышцах, которые приводит к мышечной атрофии и ускоряет прогрессирование разрушения мышц. Это – трудноизлечимая болезнь, основополагающий метод лечения которой еще не был найден. В связи с этим, ингибиторы, специфические для H-PGDS, считаются полезными лекарственными препаратами от мышечной дистрофии. Исследовательской группе OBI удалось определить трехмерную структуру H-PGDS вместе с опытным образцом специфичного для H-PGDS ингибитора. Для разработки более эффективных соединений они разработали дополнительные совершенно новые ингибиторы H-PGDS, основанные на опытном образце ингибитора в качестве основного соединения, и определили их виды связи в комплексах «фермент-ингибитор» посредством проведения кристаллографических рентгеновских анализов высокого разрешения. Несколько раз H-PGDS кристаллизовали в микрогравитационной среде при проведении космических экспериментов JAXA (Рис. 4). Исследователи получили высококачественные кристаллы комплексов «H-PGDS - ингибитор», которые дифрагируют до разрешения 1.0-1.5 ангстрем (А) в космосе, и обнаружили новый сильный ингибитор, активность которого в несколько сотен раз выше, чем у опытного образца ингибитора. Это позволит лучше разобраться в типе связи H-PGDS с ингибиторами с целью оптимизации разработки лекарств и, в связи с этим, в настоящее время продолжают исследования с целью их практического использования (рис. 5). В человеческом теле существует свыше 100,000 протеинов. Не менее 10 млрд белков существует в природе. Каждая структура имеет отличия и каждая содержит важную информацию, связанную с нашим здоровьем и глобальной средой. Для того чтобы разобраться в структурах протеинов, космос сейчас используют в качестве самой новой среды для проведения медико-биологических исследований, где ученые проводят эксперименты, которые невозможно или исключительно трудно осуществить на Земле. В японском экспериментальном модуле «Кибо» (МКС) различные эксперименты, позволяющие получить высококачественные протеиновые кристаллы, открывают новые возможности. Выяснение протеиновой структуры играет важную роль для постижения «механизмов» жизни.