Российский биопринтер на МКС обучили выращивать идеальные кристаллы белка

Несмотря на то, что в прошлом году Дэвид Бейкер, Джон Джампер и Демис Хассабис были удостоены Нобелевской премии по химии за разработку методов предсказания третичной структуры белков, прямые экспериментальные данные по-прежнему важны. Для их получения нужны высококачественные кристаллы белка — они дают более четкие карты дифракции, благодаря которым у ученых есть точная информация о том, как в структуре белка расположены все атомы.

Причем процесс выращивания таких кристаллов можно усовершенствовать — за счет условий микрогравитации, которая препятствует осаждению и конвекции. Это в свою очередь позволяет контролировать условия формирования кристаллов, наблюдая за их ростом непосредственно. Впервые такие эксперименты еще начались на станции «Мир», но поиск надежных методов кристаллизации белков за пределами Земли не прекращается до сих пор.

Теперь эту работу осуществляют на МКС, куда в конце 2018 года доставили магнитный биопринтер «Орган.Авт», разработанный российской компанией 3D Bioprinting Solutions. Он был предназначен для печати 3D-тканей из живых клеток — в частности его использовали для биопечати хрящевой ткани человека и тканей щитовидной железы мыши. Теперь же устройство обучили новой задаче — выращиванию белковых кристаллов.

Новая технология была предложена коллективом специалистов из МФТИ, а также их коллегами. У «Орган.Авта» есть шесть гнезд под кюветы — благодаря этому можно проводить сразу несколько экспериментов одновременно. Кроме того, биопринтер оснащен камерами, которые фиксируют сборку тканей. Еще одна особенность, привлекшая внимание ученых, — способность устройства поддерживать заданную температуру.

В рамках эксперимента кюветы «Орган.Авта» сначала уменьшили до объема, удобного для экспериментов по кристаллизации. Затем туда поместили белок и осадитель, разделив их арагозной пробкой, чтобы они не смешались. В качестве белка был взят лизоцим из куриных яиц — он хорошо изучен и формирует крупные кристаллы.

Все прошло успешно. На орбите удалось вырастить кристаллы размером до 1 мм — их доставили на Землю. Однако на самых крупных кристаллах заметили трещины: ученые считают, что они могли появиться во время спуска образцов из-за температурных перепадов.

Но меньшие по размеру экземпляры не повреждены. По ряду характеристик они даже были лучше, чем земные аналоги — например, по мозаичности (смещение отдельных микроблоков кристалла друг относительно друга). Также обнаружен положительный эффект от солей гадолиния: молекулы белка включали их в кристаллическую решетку, стабилизируя ее структуру. Этот элемент просматривается и на дифракционном изображении — это упрощает процесс создания высококачественных карт при определении структуры белка.

Как подчеркнул научный сотрудник Центра молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ Кристофер Маккарт космические условия позволяют раскрывать подробные структуры белков. «Эти космические исследования расширяют наши знания о кристаллизации белков и открывают захватывающие возможности для разработки лекарств и биотехнологических инноваций», — отметил он.

Что такое белковые кристаллы, зачем их выращивать в космосе и на что еще способен биопринтер «Орган.Авт» — эти и другие вопросы обсуждали с соучредителем и управляющим партнером 3D Bioprinting Solutions Юсефом Хесуани.