Установка выращивания биокристаллов с активным управлением процессом…
3
ванием температуры в заданном режиме при непрерывном наблюде-
нии за состоянием кристаллизационной пробы, в обычных лабора-
торных условиях затруднительно. Все это препятствует широкому
внедрению метода температурно-управляемой кристаллизации, не-
смотря на большие возможности, которые он предоставляет для
управления процессом формирования кристалла как на стадии заро-
дышеобразования, так и на стадии его последующего роста [4–5].
Таким образом, представляет интерес разработка оборудования и ме-
тодики измерения температурно-концентрационных диаграмм рас-
творимости биомакромолекул, позволяющих проводить эти экспери-
менты в лабораторных условиях. Знание таких диаграмм раствори-
мости для данной кристаллизационной системы позволяет составить
алгоритм автоматического изменения температуры, позволяющий по
определенному закону приближаться к требуемому пересыщению,
регулируя количество зародышей и скорость роста кристаллов.
Решение масштабных задач по кристаллизации тысяч белков с
высоким разрешением возможно лишь при использовании автомати-
зированного оборудования с активным управлением процессом кри-
сталлизации, оснащенного системами диагностики и видеонаблюде-
ния. При этом вследствие ограниченности ресурсов и высокой стои-
мости экспериментов в космосе подавляющую часть экспериментов
выполняют на Земле. В условиях микрогравитации эксперименты
следует проводить для исследования механизмов и кинетики процес-
сов кристаллизации и параллельно для получения кристаллов белков
с таким совершенством структуры, которое необходимо для решения
прикладных задач по развитию новых методов диагностики и разра-
ботке лекарственных средств. Такая постановка задачи подтвержда-
ется и тем, что сейчас на Международной космической станции за-
действованы исследовательские установки PCDF Европейского кос-
мического агентства (ESA) и PCRF Японского космического
агентства (JAXA), оснащенные современным диагностическим и из-
мерительным оборудованием для контроля температуры с точностью
до ±(0,1…0,5)° С. Проведение космических экспериментов дает воз-
можность получать кристаллы белков с более высоким простран-
ственным разрешением (до 0,1 нм) и точно определять активные цен-
тры биомакромолекул для создания высокоэффективных лекарствен-
ных препаратов.
Температура является существенным физическим параметром
при кристаллизации белков, поскольку она непосредственным обра-
зом влияет на их растворимость. Из анализа литературных данных
можно сделать вывод о том, что растворимость используемого как
модельный белка лизоцима при pH = 4,5 и 2…3 % NaCl меняется на
порядок по величине при изменении температуры в диапазоне
10…30 °C [4]. Аналогичные данные приводят для канавалина, инсу-
лина и альбумина [5]. Как правило, растворимость большинства бел-
