Růst krystalů pro lepší léky

Na ISS začne tento týden výzkum, který má za úkol vylepšit růst krystalů v pozemských podmínkách. Poznatky nasbírané při této zkoušce by v budoucnu mohly urychlit vývoj léků, z čehož by profitovalo lidstvo na celé planetě. Experiment se zaměří na látky, kterým se říká proteiny, nebo chcete-li bílkoviny. Jde o mimořádně důležité sloučeniny, které hrají v organismech klíčovou roli – tvoří drtivou většinu hmoty živých organismů, bez nich by těla nedokázala regulovat své vnitřní procesy, opravovat chyby, nebo se chránit. Mnoho proteinů je moc malých na to, abychom je mohli prostudovat pod mikroskopem – přichází proto ke slovu jejich krystalizace, která pomáhá určení jejich trojrozměrné struktury.

Studium struktur krystalů výzkumníkům napoví, jak jednotlivé proteiny fungují a jakou roli hrají při rozvoji chorob. Jakmile vznikne trojrozměrný model proteinu, mohou výrobci léků vyvinout specifická léčiva, která jsou vyrobená přesně na míru konkrétní struktuře. Léky pak mohou s bílkovinou mnohem lépe reagovat a jsou tedy účinnější.

Italský astronaut Paolo Nespoli na fotce z expedice 26 při práci s mikroskopem Light Microscopy Module (LMM). Tento dokonalý přístroj bude využit i při aktuální sadě experimentů.

Italský astronaut Paolo Nespoli na fotce z expedice 26 při práci s mikroskopem Light Microscopy Module (LMM). Tento dokonalý přístroj bude využit i při aktuální sadě experimentů.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Není divu, že studium proteinových krystalů proniklo i na palubu ISS. Konkrétně jde hned o dva experimenty – LMM Biophysics (The Effect of Macromolecular Transport on Microgravity Protein Crystallization) a LMM Biophysics 3 (Growth Rate Dispersion as a Predictive Indicator for Biological Crystal Samples Where Quality Can be Improved with Microgravity Growth), které mají ověřit, proč jsou krystaly vypěstované v mikrogravitaci kvalitnější, než ty pozemské.

LMM Biophysics 1 – Rychlost růstu

Vědci vědí, že v kosmu vypěstované krystaly většinou obsahují méně nepřesností, než ty, které vznikají na povrchu Země. Ale důvod tohoto rozdílu zatím neznáme. Nejširší podporu mezi krystalografy má teorie založená na rychlosti vzniku krystalů. Ty vesmírné totiž podle všeho rostou pomaleji – na oběžné dráze totiž chybí tzv. konvekce vynucená vztlakem (buoyancy-induced convection). Jediným způsobem, jak se mohou molekuly bílkovin v mikrogravitaci pohybovat, je náhodná difúze, přičemž tento proces je mnohem pomalejší, než na Zemi.

Další (zatím neověřená) teorie hovoří o tom, že by se vesmírné prostředí dalo cíleně využívat k vývoji krystalů s maximální čistotou. Tyto čisté krystaly mohou obsahovat tisíce kopií jediného proteinu. Po návratu na Zemi by se krystal vystavil působení rentgenového záření, které by s využitím rentgenové difrakce mohlo posloužit k vytvoření matematické mapy struktury proteinu.

Krystaly lysozymu (enzym s antibakteriálními účinky, který se vyskytuje ve slinách, slzách, vaječném bílku, nosním hlenu, krevní plazmě a mateřském mléce)

Krystaly lysozymu (enzym s antibakteriálními účinky, který se vyskytuje ve slinách, slzách, vaječném bílku, nosním hlenu, krevní plazmě a mateřském mléce)
Zdroj: https://www.nasa.gov

„Když čistíte bílkoviny, aby vytvářely krystaly, začnou se jednotlivé molekuly k sobě přilepovat v náhodné struktuře,“ říká Lawrence DeLucas, hlavní výzkumník experimentu LMM Biophysics 1 a dodává: „Tyto shluky proteinů mohou způsobit defekty v rostoucích krystalech. Rozhodí se seřazení proteinů, což se projeví na horších výsledcích rentgenové difrakce.“

Někteří vědci si myslí, že ve stavu mikrogravitace se bude dimer, tedy dvojice „slepených“ proteinů, pohybovat mnohem pomaleji, než monomer, tedy samotná bílkovina. Díky tomu by slepence měly mít méně šancí zasáhnout do struktury vznikajícího krystalu. Experiment LMM Biophysics 1 prověří právě tyto dvě výše jmenované teorie. Díky nim bychom mohli detailněji pochopit, proč ve vesmíru vznikají mnohem lepší krystaly, než na Zemi a možná zjistíme, že mikrogravitace může vést k mnohem přesnějšímu studiu proteinů, což bude mít odraz ve vývoji lepších léků.

LMM Biophysics 3 – Druhy krystalů

Zatímco minulý experiment má zkoumat důvody rozdílné kvality vesmírných a pozemských krystalů, LMM Biophysics 3 se podívá na to, které krystaly by mohly těžit výhody z růstu ve vesmíru. Výzkumníci už vědí, že pouze některé proteiny získávají při krystalizaci ve vesmíru výhody. Tvar a povrch těchto bílkovin má vliv na vznik krystalu a na to, jak bude probíhat jeho růst ve stavu beztíže.

„Některé proteiny jsou prostě jako cihly,“ vysvětluje Edward Snell, hlavní výzkumník experimentu LMM Biophysics 3 a doplňuje: „Velmi snadno se skládají dohromady. Právě ty nebudou mít v mikrogravitaci žádné výhody. Ostatní jsou spíše jako fazole. Pokud z nich zkusíte na Zemi udělat komín, budou po sobě jen klouzat. Právě takové bílkoviny ale budou těžit z krystalizace v mikrogravitaci. V tomhle experimentu chceme rozlišit cihly od fazolí.“

Když vědci zjistí, jak různé proteiny krystalizují ve vesmíru, dostanou do ruky mocný nástroj pro pochopení jejich fungování. Budoucí experimenty na ISS tak bduou moci využívat právě těch bílkovin, kterým kosmické prostředí svědčí nejvíce.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/iss006e39168.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/iss026e032517.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/lysozyme_crystal.jpg

Růst krystalů pro lepší léky, 5.0 out of 5 based on 15 ratings
Pin It
(Visited 1 217 times, 31 visits today)
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (15 votes cast)
(Visited 1 217 times, 31 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


21 komentářů ke článku “Růst krystalů pro lepší léky”

  1. peter napsal:

    len tak na margo: proteíny = bielkoviny 😉

  2. Honza napsal:

    Měl bych jen pár poznámek k tomu úvodnímu povídání o proteinech. Neberte to jako kritiku, plně chápu, že to není vaše pole působnosti, ale jako osvětu.
    Nejen že bychom nedokázali bez proteinů regulovat vnitřní procesy, bez proteinů by žádné procesy nebyly, prakticky všechny reakce kromě translace (produkce proteinů) v buňce provádějí proteinové enzymy (ribozymy z RNA, ač nesmírně zajímavé, jsou minoritní a masově využité právě jen na translaci). A nakonec by nebyla ani těla. Dá se říct, že všechno krom podstatné části kostí a zubů, z čeho je postavené tělo, jsou proteiny. Třeba kůže, nehty a vlasy (keratin) nebo svaly (hl. aktin a myosin).
    Všechny proteiny jsou příliš malé na přímé zobrazení zobrazení tím, co si lidé obvykle představí pod pojmem mikroskop (tj. optický miroskop). Skenovacím elektronovým mikroskopem se občas zjišťuje tvar některých proteinových komplexů. Transmisní elektronový mikroskop by na to rozlišení v zásadě měl, ale proteiny jsou na něj málo kontrastní. Můžete sledovat proteinové struktury v buňce, naznačit jednotlivé proteiny nějakým kovem, aby bylo vidět, kde je, ale strukturu nezjistíte (nebo o tom nevím, nevylučuji nějaké inovativní pokročilé aplikace).
    Pro zjišťování struktury se tedy používá nukleární magnetická rezonance v roztoku (netuším teda, jak to funguje, ale funguje to) a především pak difrakce světla na protinovém krystalu, který je ovšem často obrovský problém nechat narůst. A tady se právě dostáváme k článku 🙂
    Nemyslím, že by bylo třeba cokoliv v článku přepisovat, jen jsem jako biolog prostě nemohl odolat uvést to na pravou míru.

    • Dušan Majer napsal:

      Díky moc za doplnění. Shodou okolností jsem před lety maturoval z biologie, takže část z těch informací znám, nicméně nechtěl jsem je do článku dávat, abychom tolik neodbíhali od hlavního tématu. Přesto jsem samozřejmě moc rád, že jste sem tento komentář napsal. Velmi si ceníme interakce s čtenáři, kteří v komentářích rozšiřují článek.

      • Honza napsal:

        Rádo se stalo. Naprosto souhlasím, že jít do takovýhle detailů v článku by bylo kontraproduktivní, ostatně i v komentáři jsem pořád zjednodušoval, jen mi přišlo, že pro neznalé to zní, jako že proteiny jsou jen takoví pomocníci, místo něčeho, bez čeho si srovnatelné organismy nejde vůbec představit (se vší úctou k teorii RNA světa).

      • David Altmann napsal:

        Čest práci, …toš já bych zase měl nějaké ty doplňující otázky na které bych aj docela rád znal odpověď.
        1. Kdo to platí? …přímo ten pokus a náklady s tím spojené
        2. Jaké to má praktické vojenské využití? …jako kdo to použije a k čemu
        3. Ač nebiolog, tak vím, že hadovy je lepší ufiknout hlavu jak ocas. Tohle ale připadá jako transplantace další hlavy na již hodněhlavou hydru. Vnímáte tuto problematiku obdobně a nebo jste jiného názoru?

        …též mám rád interakci v rámci toho co čtu. Nejen že to rozšiřuje tématiku, ale také to vyjevuje návaznosti či souvislosti(přímé i nepřímé)
        …toš hurá do teho 🙂

        • Dušan Majer napsal:

          Vaše otázky mi přijdou trochu … neobvyklé. Leč pokusím se odpovědět. Experimenty jsou vždy hrazeny podílovým způsobem – část přispěje kosmická agentura na různé potřeby pro nasazení v kosmu a část hradí nějaká univerzita, či jiná organizace, která za výzkumem stojí po vědecké stránce. Jinými slovy se dá říci, že každý výzkum (až na výjimky) je hrazen z peněz daňových poplatníků. A věda je to vůbec nejlepší investování daní, jaké znám.
          Druhou otázku upřímně nechápu. Proč hledat ve všem vojenské využití? Neříkám, že se nedá najít, ale proč na něj myslet hned při první zmínce o nějakém výzkumu? Nožem si můžeme uříznout chleba, ale taky někoho zabít. Když bude někde článek o kuchyňském noži na krájení chleba, také se asi nebudete ptát, zda s ním půjde dobře zabíjet. Asi chápete, jak to myslím. Nevidím jediný důvod proč převracet zajímavý vědecký výzkum do využití v armádě – zvlášť v tomto případě, kdy je to opravdu NA HONY VZDÁLENÉ.
          Jsem rád, že jste uznal, že jste nebiolog. Váš dojem je totiž mylný. Nevím sice o jaké hydře, nebo sekání ocasů a hlav mluvíte, ale vědecký výzkum nových, lepších forem léků je chvályhodná činnost, ve které by se mělo pokračovat. Výzkum na ISS v tomto procesu hraje důležitou roli a právě naopak – investice do těchto oborů by měly být ještě mnohem větší, protože z nich v konečném důsledku budeme profitovat všichni.

        • David Altmann napsal:

          K první otázce. …Je li plátce výzkumu daňový poplatník, kdo je pak majitelem duševního vlastnictví pocházející z toho výzkumu? ….Jako ne-biolog jen tuším, že narušením či náhlou změnou biodiverzity, dochází dosti pravděpodobně k destabilizaci potravního/pomnožného řetězce či celkově destabilizaci ekosystému. …Na to žádný léčiva(prášky)nefungujou. A jak ukazuje historie planety, 98% všech živočišných/rostlinných druhů co tu kdy byly, vyhynulo. ….Proč tedy zbytečně léčit druh který má takřka jistou definitivu ve vlastním vyhynutí, je již značně přemnožen a není schopen rovnovážné adaptace vůči planetě jako celku? …….Taky mám rád vědu. A to ve všech jejich podobách. …Raději ale realitu než li iluzi.

          …zbylé dvě odpovědi, tak jak jste je napsal, jsou právě tou iluzí. Je jedno je li mylná. Je to Vaše iluze. …,,zvlášť v tomto případě, kdy je to opravdu NA HONY VZDÁLENÉ.,,.. ..dovolím si ji doplnit o jedno slovo ….realitě.

          citace: …,,investice do těchto oborů by měly být ještě mnohem větší, protože z nich v konečném důsledku budeme profitovat všichni.,,

          …Jako daňový poplatník si platím dostupné a kvalitní zdravotnictví …Za prášky, kapky, atd, atd ..však neplatím státnímu farmakologickému průmyslu. …V konečném důsledku z toho profitují hlavně majitelé těch fabrik/továren/koncernů

          …Nyní platím ISS vědokoumání něčeho, za co pak budu platit soukromníkům. ….a v mnoha případech budu udržovat při životě slabý(nevyhovující/neoptimální) genom s možností pomnožení se = risku degradace/krize/recese/regresu/augmentismu lidského druhu.

          …Je lepší vědět dopředu maximum možného, než se oddávat chlácholení humanismu, kterému se po předchozích zkušenostech, nedá věřit.

          …Cyklon-B byl vyroben jako deratizační pesticid a celkově jako hubič škodné. ….Jémináčku, to nám ale tenkrát prohučelo komínem lidských
          těl. …usmrcených Cyklonem-B. …Který u sebe neměl v návodu na použití, že je vhodný i na genocidu neoblíbené části populace.
          …Dá se zabít i tím chlebem. To že Vy nevidíte i jiné možnosti než jen ty co jsou Vám předkládány někým jiným. Je onou iluzí, kterou považujete za ,,realitu,,. …S tím já ale už nic nezmůžu. To je jen a jen na Vás.

        • Dušan Majer napsal:

          Máte značně pokroucený pohled na svět, který je evidentně silně zakořeněn a není možné vás přesvědčit, tak vám jen popřeju krásný den. My ostatní se budeme radovat z technologického vývoje, který nám umožní uzdravit nemocné. Právě tím se člověk odlišil od zvířat – díky inteligenci je schopen bojovat s nemocemi. A já milerád zaplatím jakékoliv firmě za to, abych byl zdravý. Pokud vy nechcete, nemusíte. Ale neodpírejte tu možnost ostatním, bylo by to značně egoistické. A nevyvíjet technologii jen proto, aby nemohla být nikdy zneužita je krajně hloupé. To by lidé nesměli objevit ani oheň. Nové technologie mohou být zneužity, ale to není důvod, abychom je nevyvíjeli, pokud jsou připravovány s čistými úmysly. Tolik tedy naše stanovisko, které se od vašeho odchyluje. Možná bude lepší, když začnete chodit na jiné weby, tady souhlasné názory neuslyšíte.

        • Honza napsal:

          Já přece jen odpovědět zkusím, byť pana Majera zcela chápu a jsem blízko podobné reakci (resp. nereagování).
          Majitelem duševního vlastnictví, pokud vím, bývá institut, kde se to vyzkoumalo. Pokud ovšem ten výzkum nepatentuje, je po publikování víceméně volně k dispozici (nutno zahrnout ochranu vydavatele, pokud to není open access).
          K drastickým změnám biodiverzity dochází naprosto normálně i bez přispění lidsta. A pouhé vymizení druhu neznamená zhroucení ekosystému, tyhle věcičky jsou dost stabilní a samoregulační.
          Jistěže drtivá většina druhů z geologické historie Země vyhynula. Ovšem mnoho z nich proto, že se vyvinuly a zanechaly tak po sobě pokročilejší druh. Zanechat po sobě lepší verzi lidstva mi přijde setsakra dobrý důvod nenechat se vyhubit. Pokud chcete, aby lidstvo vymřelo, tak se prostě nemáme o čem bavit.
          Proč hledat vojenské využití taky nechápu, nicméně výrazné není ani představitelné. Pokud si ho nějak realisticky, v konkrétních rysech, umíte představit, docela by mě zajímalo.
          Co myslíte hydrou jsem nepochopil.
          Dále tedy k těm farmaceutickým firmám. Víte, kolik dnes stojí vývoj, otestování a uvedení léku na trh? To nikdo jiný než obrovské nadnárodní firmy dělat nemůže. Základní výzkum z veřejných peněz dělá podhoubí aby to vůbec umožnil, jinak by nebylo na základě čeho vyvíjet. Výzkumné instituce celkem často zakládají spin-off firmy, které rozvinou zajímavý výzkum protáhnou ho třeba i první fází klinických zkoušek a pak to prodají těm obrovským firmám, protože dál by si to stejně nemohly dovolit. Za to nějaké peníze získají, a jsou to zprostředkovaně ty vaše peníze, co platíte za léky. Nebo můžou získat léky za licence na účinné látky, jako třeba UOCHB. Ale i kdyby ne, vaše peníze pro ty firmy stále umožní financovat vývoj nových léků (včetně vývoje té drtivé většiny, která se nakonec na trh neuvede). Mně to přijde jako zatraceně dobrá investice. A jen tak na okraj, co myslíte státním farmakologickým průmyslem? Nic takového není.
          Co se toho závěru týče, plně souhlasím s panem Majerem. Zavrhovat výzkum čehokoliv potenciálně zneužitelného je prostě blbost. Být si toho vědom je správné, ale všechno vás stejně nenapadne, to si buďte jist. A v tomhle konkrétním případě je to opravdu velmi obtížné něco takového vymyslet.
          A nakonec obecná poznámka. Mám poněkud problém s tím, jak formulujete myšlenky, přijde mi to zmatečné, obtížně pochopitelné a zbytečně útočné. Například pro to, o co vám jde, by byla vhodnější otázka „Je to nějak zneužitelné, a případně jak?“ místo vašeho „Jaké to má vojenské využití?“, jako by ho to jednoznačně muselo mít, což je u nearmádního, netajného, veřejného projektu s jasným medicínským přesahem poměrně odvážný předpoklad.

  3. David Altmann napsal:

    Příplc v podobě textu z roku 2001. ….to je jen v rámci podkladu pro mé všetečné otázečky 🙂

    4.5 Genetically engineered biological agent

    With the fabulous advances in genetic technology currently taking place, it may become possible for a tyrant, terrorist, or lunatic to create a doomsday virus, an organism that combines long latency with high virulence and mortality [36].

    Dangerous viruses can even be spawned unintentionally, as Australian researchers recently demonstrated when they created a modified mousepox virus with 100% mortality while trying to design a contraceptive virus for mice for use in pest control [37]. While this particular virus doesn’t affect humans, it is suspected that an analogous alteration would increase the mortality of the human smallpox virus. What underscores the future hazard here is that the research was quickly published in the open scientific literature [38]. It is hard to see how information generated in open biotech research programs could be contained no matter how grave the potential danger that it poses; and the same holds for research in nanotechnology.

    Genetic medicine will also lead to better cures and vaccines, but there is no guarantee that defense will always keep pace with offense. (Even the accidentally created mousepox virus had a 50% mortality rate on vaccinated mice.) Eventually, worry about biological weapons may be put to rest through the development of nanomedicine, but while nanotechnology has enormous long-term potential for medicine [39] it carries its own hazards.

    autor toho textu: Nick Bostrom
    Professor, Faculty of Philosophy, Oxford University

    • Dušan Majer napsal:

      Už jen to, že pán, který je autorem tohoto textu není profesorem biologie, ale filozofie je pro mne dostatečným důkazem. Věřil byste třeba lingvistovi, který by vás začal přesvědčovat o tom, že v částicových urychlovačích může vzniknout černá díra? Asi ne, že? Tady platí staré známé: „Čerte, drž se svého kopyta.“ Pán může být odborníkem ve svém oboru, ale neměl by se vyjadřovat k věcem, kterým nerozumí. ale chápu, že filozofie je hodně volný obor a filozofové se rádi vyjadřují i k vědeckým oblastem, které jim nepřísluší, jelikož se v nich nevyznají. Neodpírejme jim tuto možnost, ale na jejich soudy se dívejme s nadhledem. Je to podobné, jako kdyby pomocný dělník v zemědělském družstvu začal všechny kolem přesvědčovat, že zjistil, že se na Zemi řítí asteroid, o kterém zatím nikdo neví a jen on jej odhalil.

      • Honza napsal:

        Já bych asi nebyl tak příkrý, i lingvista může mít načteno o černých dírách (jejichž vytvoření v urychlovači by mimochodem bylo skvělý a ohromný úspěch a přesně ten posun ve fyzice, na který se čeká) a rozhodně bych spíš věřil filozofovi biologii, než dělníkovi ten asteroid. Nicméně obecně máte samozřejmě pravdu.
        Vytvořit nebezpečný virus jde, a dokonce na to není nutně potřeba masivní genetické inženýrství. Nicméně reálně to udělat, natož namnožit do použitelného množství, je nesmírně obtížné. A cíleně a promyšleně nadesignovat nějaký inovativně nebezpečný virus je spíš kus za hranou možností odborníků s dobře vybavenými laboratořemi a dobrým týmem. Zabíjet, i ve velkém, se dá daleko jednodušeji.
        Co se nepublikování potenciálně nebezpečných informací týče, odhadem tak před 2 lety se o tom vedla docela divoká debata. Jednoznačný výsledek neměla (myslím, že ty papery možná stáhli nebo upravili).
        Ty úvahy o nanomedicíně jsou za současného stavu poznání sci-fi, přinejlepším vize na základě prvních náznaků výzkumu směřujícího tím směrem, které při velmi optimistické předpovědi vývoje budou trvat mnoho dekád, než budou reálně využitelné.
        A na závěr otázka. Co to má proboha společného s článkem o krystalizaci proteinů?

        • Dušan Majer napsal:

          Začátek – jasně, byl to jen příklad, jsem rád, že si rozumíme a že to neberete doslovně. Jen jsem hledal tématicky odlišné obory. 😉
          Poslední větu bych podtrhnul, zbaervil červeně a ztučnil, protože jste opravdu udeřil hřebíček na hlavičku.

Zanechte komentář