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La scienza automatizzata accelera la soluzione di dati del genoma umano

Gli scienziati nella divisione delle scienze biologiche di Argonne sono automatizzare ed acceleranti i trattamenti del complesso che persuadono una proteina per rivelare la sua struttura in modo da possono imparare che la natura di ruolo la ha definita.

Argonne è una guida nella corsa scientifica mondiale per convertire i dati dal progetto Genoma Umano in immagini tridimensionali che rivelano come le proteine funzionano. Poiché le proteine gestiscono tutto dalla respirazione a digestione e dal sudore, questi informazioni possono contribuire ad impedire o fare maturare le malattie in esseri umani. La comprensione delle altre proteine può contribuire a risolvere i problemi ambientali.

La divisione di scienze biologiche svolge molti ruoli nel raduno del significato dei dati del genoma umano.

La divisione ha progettato e gestisce Structural Biology Center (SBC) alla sorgente avanzata del fotone, la sorgente più brillante dell'emisfero occidentale dei raggi x della ricerca. Il beamline dello sbc è il mondo più produttivo ed efficiente per la soluzione delle strutture della proteina perché consegna il più grande dettaglio agli scienziati.

Per esempio, il biofisico di Argonne ed il cristallografo Youngchang Kim hanno rivelato un nodo in un archaebacterium - il mai visto osservato in questo tipo più antico di organismo unicellulare e soltanto il secondo nodo veduto mai in una proteina. La teoria della folding proteico precedentemente ha sostenuto che un nodo non era possibile in una struttura. Raggi x brillanti di s di Argonne 'provati altrimenti.

I biologi di Argonne che gestiscono il Midwest concentrano per genomica strutturale (MCSG) hanno determinato e depositato nelle strutture della banca dati 157 della proteina - il 1° agosto 2004 - durante meno di quattro anni di operazione.

“Quando considerate ha richiesto sette anni per determinare le prime 25 strutture, voi vede come stupendo i nuovi processi sono,„ ha detto Direttore Andrzej Joachimiak di Structural Biology Center. Joachimiak egualmente piombo il centro di Midwest per genomica strutturale.

Quel numero - 157 e crescere velocemente -- è più di c'è ne degli altri nove centri pilota genomica strutturali costituiti un fondo per dall'istituto nazionale dei centri pilota della scienza medica generale. Questo istituti nazionali dell'organizzazione di salubrità piombo lo sforzo del paese per determinare le strutture e le funzioni del genoma umano.

Il MCSG è composto di ricercatori da Argonne, dalla Northwestern University, dalla scuola di medicina dell'università di Washington, dall'università di Londra, dall'università di Toronto, dall'università di Virginia e dal centro medico sudoccidentale di università del Texas a Dallas.

Biologi di Argonne e la loro automazione di uso dei colleghi per diminuire drammaticamente il periodo ed il costo di clonazione, esprimendo, depurando e determinando la struttura di una proteina.

Nel trattamento, stanno cambiando la cristallografia da un un-laboratorio, trattamento della proteina della un-struttura in una linea di produzione altamente automatizzata.

Dall'inizio della ricerca nel 2000, i biologi di MCSG hanno utilizzato la robotica ed i computer per tagliare il costo di determinazione una struttura da $300.000 a $100.000 - pianificazione diminuirlo più ulteriormente - e del tempo a partire dagli anni e dai mesi ai giorni ed alle ore.

La cristallografia della proteina posa le sfide difficili perché le proteine sono instabili, le molecole molli e richiede le circostanze perfette - temperatura, pH, sali e vari additivi - per cristallizzare. Le centinaia di a cristallo sono create per mezzo di un robot nella speranza di individuazione dell'uno, cristallo perfetto che rivelerà la sua struttura. Convertendo una proteina in cristallo e poi facendo uso dei raggi x per rivelare la sua struttura richiede almeno 10 punti con attenzione gestiti.

I vecchi laboratori bagnati della divisione di scienze biologiche sono stati convertiti in nuovi laboratori con i comandi rigorosi di umidità e della temperatura che alloggiano i robot - molti di cui Argonne avesse progettato con i produttori.

Ora i ricercatori di Argonne stanno clonando più di 1.000 geni all'anno - su a partire da 100 quattro anni fa -- un miglioramento di 1.000 per cento.

I biologi hanno messo a punto un sistema robot con il produttore, scienze biologiche di depurazione di Amersham ed altri laboratori ora stanno comprando il sistema universalmente.

I ricercatori anche hanno automatizzato il trattamento di carico del cristallo nel beamline per lo studio dei raggi x.

I colleghi di MCSG all'università di centro medico sudoccidentale di università del Texas e della Virginia 'hanno sviluppato il software per accelerare la manipolazione dei dati. Il software automatizza i molti punti del computer che convertono l'immagine di diffrazione ai raggi X del cristallo della proteina per rivelare la sua struttura tridimensionale. Questo programma ha tagliato il tempo della soluzione a partire da 8 ore a 2,5.

I ricercatori concentrare basati alla matematica di Argonne e dell'università di Londra ed alla divisione dell'informatica stanno catturando la bioinformatica - la combinazione di biologia e di calcolo -- al livello seguente creando bioinformatica strutturale. I ricercatori di Londra stanno sviluppando i programmi di analisi computerizzata per identificare gli obiettivi potenziali per l'analisi comparativa. I ricercatori possono salvare la ricerca apprezzata del tempo ed oltrepassare la cristallografia a raggi x -- predicendo la proteina sconosciuta funziona dalle strutture già risolte. I ricercatori di Londra stanno fornendo i modelli del sito attivo delle proteine risolte per il confronto che sarà a disposizione di altri ricercatori per la fine dell'estate.

Il lavoro della divisione di scienze biologiche per NIH non ha passato inosservato: Il Dipartimento per l'energia di Stati Uniti sta costituendo un fondo per la ricerca supplementare di automazione di scienze biologiche e la divisione di scienze biologiche di s di Argonne 'pianificazione sviluppare la funzione avanzata di cristallizzazione della proteina per servire da risorsa regionale e avanzata per biotecnologia accademica ed industriale ed i ricercatori biomedici. La funzione pianificazione per dedicare i beamlines ai APS.

Questa funzione può migliorare opportunità di s di Argonne 'di diventare domestica ad una funzione di produzione e di caratterizzazione della proteina $200 milioni recentemente annunciata come uno dei progetti della biotecnologia più prioritari della DAINA.

“Argonne è il centro più produttivo del mondo per le cristallizzazioni della proteina e determinazione della struttura,„ ha detto Direttore di divisione di scienze biologiche Lee Makowski. “Ameremmo sviluppare la funzione di produzione e di caratterizzazione della proteina qui, perché abbiamo sviluppato e continuiamo a migliorare il trattamento di automazione che sta accelerando la determinazione della struttura della proteina.„

E la sorgente avanzata del fotone è un tiraggio incredibile. Mentre Structural Biology Center basato ai APS è il mondo la cosa migliore nella velocità, nella risoluzione e nella qualità, i APS egualmente hanno 12 beamlines macromolecolari e parecchi più pianificazione.

“Con altri impianti che sono pianificazione a Argonne, quali il centro per i materiali di Nanoscale e l'università di laboratorio di Biocontainment del Howard T. Ricketts Regional di Chicago studiare i meccanismi molecolari della malattia infettiva,„ Makowski ha detto, “egualmente avremo una forte funzione di microbiologia e potremo dare i contributi significativi a una vasta gamma di problemi di salute biologici e, compreso nuova progettazione della droga„