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La science robotisée accélère la solution des caractéristiques de génome humain

Les scientifiques dans la Division des biosciences d'Argonne sont automatisants et accélérants les procédés de composé qui cajolent une protéine pour indiquer sa structure ainsi ils peuvent apprendre que la nature de rôle l'a affectée.

Argonne est un chef dans le chemin scientifique mondial pour convertir des caractéristiques du projet génome humain en images en trois dimensions qui indiquent comment les protéines fonctionnent. Puisque les protéines règlent tout de la respiration à la digestion et de la transpiration, cette information peut aider à éviter ou guérir les maladies chez l'homme. La compréhension d'autres protéines peut aider à résoudre des problèmes écologiques.

La Division de biosciences joue beaucoup de rôles en rassemblant la signification des caractéristiques de génome humain.

La division a conçu et fait fonctionner Structural Biology Center (SBC) à la Source avancée de photon, la source la plus brillante de l'hémisphère de l'ouest des rayons X de recherches. Le beamline d'ordinateur monocarte est le monde le plus productif et efficace pour résoudre des structures des protéines parce qu'il fournit le petit groupe le plus grand aux scientifiques.

Par exemple, le biophysicien et le crystallographer Youngchang Kim d'Argonne ont indiqué un noeud dans un archaebacterium - le tout premier observé dans ce la plupart de type antique d'organisme unicellulaire et seulement le deuxième noeud jamais vu dans une protéine. La théorie de repliement des protéines a précédemment soutenu qu'un noeud n'était pas possible dans une structure. Rayons X brillants de s d'Argonne 'prouvés autrement.

Les biologistes d'Argonne manageant le Midwest centrent pour la génomique structurelle (MCSG) ont déterminé et ont déposé dans les structures de la banque de données de protéine 157 - à partir du 1er août 2004 - pendant moins de quatre années du fonctionnement.

« Quand vous considérez cela a pris sept ans pour déterminer les 25 premières structures, vous voient comment stupéfiant les procédés neufs sont, » a dit directeur Andrzej Joachimiak de Structural Biology Center. Joachimiak aboutit également le centre de Midwest pour la génomique structurelle.

Ce numéro - 157 et élevage rapidement -- est davantage que l'uns des neuf autres centres pilotes génomiques structurels financés par l'institut national des centres pilotes des sciences médicales générales. Ce les instituts nationaux de l'organisme de santé aboutit l'effort du pays pour déterminer les structures et les fonctionnements du génome humain.

Le MCSG se compose de chercheurs d'Argonne, d'Université Northwestern, d'École de Médecine d'université de Washington, de centre d'enseignement supérieur de Londres, d'université de Toronto, d'université de la Virginie et du centre médical du sud-ouest d'Université du Texas à Dallas.

Biologistes d'Argonne et leur automatisation d'utilisation de collègues pour réduire spectaculaire le temps et coût du clonage, exprimant, épurant et déterminant la structure d'une protéine.

Dans le procédé, ils changent la cristallographie de protéine d'un un-laboratoire, procédé d'un-structure dans une chaîne de production hautement robotisée.

Depuis la recherche de début en 2000, les biologistes de MCSG ont utilisé la robotique et les ordinateurs pour réduire le coût de déterminer une structure de $300.000 à $100.000 - ils planification pour la réduire davantage - et le temps des années et des mois aux jours et aux heures.

La cristallographie de protéine pose des défis difficiles parce que les protéines sont instables, des molécules molles et exige des conditions parfaites - la température, pH, sels et additifs variés - pour se cristalliser. Des centaines de cristaux sont produites à l'aide d'un robot dans l'espoir de trouver un, le cristal parfait qui indiquera sa structure. La conversion d'une protéine en cristal et alors utilisant des rayons X pour indiquer sa structure exige au moins 10 opérations soigneusement commandées.

Laboratoires mouillés de la Division de biosciences les vieux ont été convertis en laboratoires neufs avec les contrôles stricts de la température et d'humidité qui renferment des robots - on dont Argonne a conçu avec des constructeurs.

Maintenant les chercheurs d'Argonne copient plus de 1.000 gènes par année - il y a de 100 quatre ans -- une amélioration de 1.000 pour cent.

Les biologistes ont développé un système robotisé de purification avec le constructeur, biosciences d'Amersham, et d'autres laboratoires achètent maintenant le système mondial.

Les chercheurs ont même automatisé le procédé de charger le cristal dans le beamline pour l'étude de rayon X.

Les collègues de MCSG à l'université du centre médical du sud-ouest de la Virginie et de l'Université du Texas 'ont développé le logiciel pour accélérer la manipulation des données. Le logiciel automatise les nombreuses opérations d'ordinateur qui convertissent l'image de diffraction des rayons X du cristal de protéine pour indiquer sa structure en trois dimensions. Ce programme a coupé le temps de solution de 8 heures à 2,5.

Les chercheurs centraux basés à l'Université de Londres et les mathématiques et la Division de l'informatique d'Argonne prennent la bio-informatique - la combinaison de la biologie et du calcul -- au prochain niveau en produisant la bio-informatique structurelle. Les chercheurs de Londres développent des programmes d'analyse par ordinateur pour recenser les objectifs potentiels pour l'analyse comparative. Les chercheurs peuvent épargner le temps précieux de recherches cristallographie - et de rayon X de dérivation -- par la prévision la protéine inconnue fonctionne des structures déjà résolues. Les chercheurs de Londres fournissent des matrices du site actif des protéines résolues pour la comparaison qui sera à la disposition d'autres chercheurs vers la fin de l'été.

Le travail de la Division de biosciences pour NIH n'est pas passé inapperçu : Le Département de l'énergie des États-Unis finance la recherche complémentaire d'automatisation de biosciences, et Division de biosciences de s d'Argonne la 'planification pour établir l'installation avancée de cristallisation de protéine pour servir de moyen régional et de pointe à la biotechnologie scolaire et industrielle et aux chercheurs biomédicaux. L'installation planification pour avoir consacré des beamlines aux aps.

Cette installation peut opportunité de s améliorer Argonne 'de devenir à la maison à une installation de production et de caractérisation de la protéine $200 millions récent annoncée en tant qu'un des projets de la biotechnologie les plus prioritaires de la DAINE.

« Argonne est le centre le plus productif du monde pour des cristallisations de protéine et détermination de structure, » a dit directeur Lee Makowski de Division de biosciences. « Nous aimerions établir l'installation de production et de caractérisation de protéine ici, parce que nous avons développé et continuons à améliorer le procédé d'automatisation qui accélère la détermination de structure des protéines. »

Et la Source avancée de photon est une attraction incroyable. Tandis que Structural Biology Center basé aux aps est le monde meilleur de la vitesse, de la définition et de la qualité, les aps ont également 12 beamlines macromoléculaires et plusieurs plus planification.

« Avec d'autres installations planification chez Argonne, tel que le centre pour des matériaux de Nanoscale et l'université du laboratoire de Biocontainment de Howard T. Ricketts Regional de Chicago pour étudier les mécanismes moléculaires de la maladie infectieuse, » Makowski a dit, « nous aurons également une installation intense de microbiologie, et nous pourrons apporter les cotisations significatives à un large éventail de problèmes biologiques et médicaux, y compris le modèle neuf de médicament »