Formation de cristaux dans une boucle de 50 millimètres, pris sur l'Expédition 6. Des recherches sur la croissance des cristaux ont été menées sur la station avant même que les humains n'y habitent en raison de l'environnement unique fourni par la microgravité. Crédit :NASA
Les membres d'équipage à bord de la Station spatiale internationale commenceront cette semaine à mener des recherches pour améliorer la façon dont nous cultivons les cristaux sur Terre. Les informations obtenues grâce aux expériences pourraient accélérer le processus de développement de médicaments, profitant aux humains du monde entier.
Les protéines jouent un rôle important dans le corps humain. Sans eux, le corps ne serait pas capable de réguler, réparer ou se protéger. De nombreuses protéines sont trop petites pour être étudiées même au microscope, et doivent être cristallisés afin de déterminer leurs structures 3-D. Ces structures indiquent aux chercheurs comment une seule protéine fonctionne et son implication dans le développement de la maladie. Une fois modélisé, les développeurs de médicaments peuvent utiliser la structure pour développer un médicament spécifique afin d'interagir avec la protéine, un processus appelé conception de médicament basée sur la structure.
Deux enquêtes, L'effet du transport macromoléculaire sur la cristallisation des protéines en microgravité (LMM Biophysics 1) et la dispersion du taux de croissance en tant qu'indicateur prédictif pour les échantillons de cristaux biologiques où la qualité peut être améliorée avec la croissance en microgravité (LMM Biophysics 3), étudiera la formation de ces cristaux, en regardant pourquoi les cristaux cultivés en microgravité sont souvent de meilleure qualité que ceux cultivés sur Terre, et quels cristaux peuvent bénéficier d'une croissance dans l'espace.
Taux de croissance - LMM Biophysique 1
Les chercheurs savent que les cristaux cultivés dans l'espace contiennent souvent moins d'imperfections que ceux cultivés sur Terre, mais le raisonnement derrière ce phénomène n'est pas limpide. Une théorie largement acceptée dans la communauté de la cristallographie est que les cristaux sont de meilleure qualité car ils se développent plus lentement en microgravité en raison d'un manque de convection induite par la flottabilité. La seule façon dont ces molécules de protéines se déplacent en microgravité est par diffusion aléatoire, un processus qui est beaucoup plus lent que le mouvement sur Terre.
Une autre théorie moins explorée est qu'un niveau de purification plus élevé peut être atteint en microgravité. Un cristal pur peut contenir des milliers de copies d'une seule protéine. Une fois les cristaux ramenés sur Terre et exposés à un faisceau de rayons X, le diagramme de diffraction des rayons X peut être utilisé pour cartographier mathématiquement la structure d'une protéine.
"Lorsque vous purifiez des protéines pour faire pousser des cristaux, les molécules de protéines ont tendance à se coller les unes aux autres de manière aléatoire, " a déclaré Laurent DeLucas, LMM Biophysique 1 chercheur principal. "Ces agrégats de protéines peuvent ensuite s'incorporer dans les cristaux en croissance provoquant des défauts, perturber l'alignement des protéines, ce qui réduit alors la qualité de diffraction des rayons X du cristal."
La théorie dit qu'en microgravité, un dimère, ou deux protéines collées ensemble, se déplacera beaucoup plus lentement qu'un monomère, ou une seule protéine, donnant aux agrégats moins d'opportunités de s'incorporer dans le cristal.
Formation de cristaux de lysozyme vue au microscope optique. Les cristaux cultivés en microgravité reflètent généralement moins d'imperfections, les rendant plus idéales pour le développement de médicaments et d'autres recherches. Crédit :Lawrence DeLucas
« Vous optez pour une croissance principalement des monomères, et minimiser la quantité d'agrégats qui sont incorporés dans le cristal car ils se déplacent beaucoup plus lentement, " a déclaré DeLucas.
L'enquête LMM Biophysics 1 mettra ces deux théories à l'épreuve, pour essayer de comprendre la ou les raisons, les cristaux cultivés en microgravité sont souvent de qualité et de taille supérieures à leurs homologues cultivés sur Terre. L'amélioration des données de diffraction des rayons X permet d'obtenir une structure de protéine plus précise et ainsi d'améliorer notre compréhension de la fonction biologique de la protéine et de la future découverte de médicaments.
Types de cristaux - LMM Biophysique 3
Comme LMM Biophysics 1 étudie pourquoi les cristaux cultivés dans l'espace sont de meilleure qualité que les cristaux cultivés sur Terre, LMM Biophysics 3 examinera quels cristaux peuvent bénéficier de la cristallisation dans l'espace. La recherche a montré que seules certaines protéines cristallisées dans l'espace bénéficient de la croissance en microgravité. La forme et la surface de la protéine qui compose un cristal définissent son potentiel de réussite en microgravité.
L'astronaute de l'Agence spatiale européenne Paolo Nespoli travaille au sein du module de microscopie optique pendant l'expédition 26. Les expériences de chacune des enquêtes auront lieu au sein du LMM. Le LMM est un outil très flexible, microscope d'imagerie lumineuse à la pointe de la technologie et est utilisé dans la recherche de phénomènes microscopiques en microgravité. Crédit :NASA
"Certaines protéines sont comme des blocs de construction, " dit Edward Snell, Investigateur principal du LMM Biophysique 3. « C'est très facile de les empiler. Ce sont ceux qui ne bénéficieront pas de la microgravité. D'autres sont comme des bonbons à la gelée. ils veulent partir et ne pas être commandés. Ce sont eux qui bénéficient de la microgravité. Ce que nous essayons de faire, c'est de distinguer les blocs des bonbons à la gelée."
Comprendre comment différentes protéines cristallisent en microgravité donnera aux chercheurs une vision plus approfondie du fonctionnement de ces protéines, et aider à déterminer quels cristaux devraient être transportés vers la station spatiale pour leur croissance.
"Nous maximisons l'utilisation d'une ressource rare, et en veillant à ce que chaque cristal que nous y installons profite aux scientifiques sur le terrain, " dit Snell.
Ces cristaux pourraient être utilisés dans le développement de médicaments et la recherche sur les maladies dans le monde entier.
