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A ciência automatizada apressa a solução de dados do genoma humano

Os cientistas na divisão das ciências biológicas de Argonne são de automatização e de aceleração os processos do complexo que persuadem uma proteína para revelar sua estrutura assim que podem aprender que a natureza do papel a atribuiu.

Argonne é um líder na raça científica mundial para converter dados do projecto de genoma humano nas imagens tridimensionais que revelam como as proteínas funcionam. Porque as proteínas controlam tudo da respiração à digestão e da transpiração, esta informação pode ajudar a impedir ou curar doenças nos seres humanos. Compreender outras proteínas pode ajudar a resolver problemas ambientais.

A divisão das ciências biológicas joga muitos papéis em reunir o significado dos dados do genoma humano.

A divisão projectou e opera Structural Biology Center (SBC) no fotão avançado Source, a fonte a mais brilhante ocidental de hemisfério de raios X da pesquisa. O beamline do SBC é o mundo o mais produtivo e eficiente para resolver estruturas da proteína porque entrega o grande detalhe aos cientistas.

Por exemplo, o biofísico de Argonne e o crystallographer Youngchang Kim revelaram um nó em um archaebacterium - o primeiro - observado nunca neste tipo o mais antigo de único organismo da pilha e somente o segundo nó visto nunca em uma proteína. A teoria da dobradura de proteína sustentou previamente que um nó não era possível em uma estrutura. Raios X brilhantes de s de Argonne 'provados de outra maneira.

Os biólogos de Argonne que controlam o Midwest centram-se para a genómica estrutural (MCSG) determinaram e depositaram nas estruturas do banco de dados 157 de proteína - o 1º de agosto de 2004 - em menos de quatro anos de operação.

“Quando você considera tomou sete anos para determinar as primeiras 25 estruturas, você vê como surpreendendo os processos novos são,” disse o director Andrzej Joachimiak de Structural Biology Center. Joachimiak igualmente conduz o centro de Midwest para a genómica estrutural.

Esse número - 157 e crescimento rapidamente -- é mais do que alguns de outros nove centros piloto genomic estruturais financiados pelo instituto nacional dos centros piloto gerais de ciência médica. Este os institutos nacionais da organização de saúde conduzem o esforço do país para determinar as estruturas e as funções do genoma humano.

O MCSG é compor dos pesquisadores de Argonne, de Universidade Northwestern, de Faculdade de Medicina da universidade de Washington, de University College de Londres, de universidade de toronto, de universidade de Virgínia e do centro médico do sudoeste da Universidade do Texas em Dallas.

Biólogos de Argonne e sua automatização do uso dos colegas para reduzir dramàtica a época e o custo da clonagem, expressando, refinando e determinando a estrutura de uma proteína.

No processo, estão mudando o cristalografia de um um-laboratório, processo da proteína da um-estrutura em uma linha de produção altamente automatizada.

Desde a pesquisa do começo em 2000, os biólogos de MCSG usaram a robótica e os computadores para reduzir o custo de determinar uma estrutura de $300.000 a $100.000 - estão planeando a reduzir mais - e o tempo dos anos e dos meses aos dias e às horas.

O cristalografia da proteína levanta desafios difíceis porque as proteínas são instáveis, moléculas macias e exige circunstâncias perfeitas - temperatura, pH, sais e vários aditivos - para cristalizar-se. As centenas de cristais são criadas com a ajuda de um robô na esperança de encontrar um, o cristal perfeito que revelará sua estrutura. Converter uma proteína em um cristal e então usar raios X para revelar sua estrutura exigem pelo menos 10 etapas com cuidado controladas.

Os laboratórios molhados velhos da divisão das ciências biológicas foram convertidos aos laboratórios novos com controles restritos da temperatura e de umidade que abrigam robôs - muitos de que Argonne projectou com fabricantes.

Agora os pesquisadores de Argonne estão clonando mais de 1.000 genes um o ano - acima de 100 quatro anos há -- uma melhoria de 1.000 por cento.

Os biólogos desenvolveram um sistema robótico com o fabricante, ciências biológicas da purificação de Amersham, e outros laboratórios estão comprando agora o sistema no mundo inteiro.

Os pesquisadores automatizaram mesmo o processo de carregar o cristal no beamline para o estudo do raio X.

Os colegas de MCSG na universidade do centro médico do sudoeste de Virgínia e da Universidade do Texas 'desenvolveram o software para apressar a manipulação de dados. O software automatiza muitas etapas do computador que convertem a imagem de difracção do raio X do cristal da proteína para revelar sua estrutura tridimensional. Este programa cortou o tempo da solução de 8 horas a 2,5.

Os pesquisadores Center baseados na matemática da Universidade de Londres e do Argonne e na divisão da informática estão tomando a bioinformática - a combinação de biologia e de computação -- ao nível seguinte criando a bioinformática estrutural. Os pesquisadores de Londres estão desenvolvendo programas da análise de computador para identificar alvos potenciais para a análise comparativa. Os pesquisadores podem ganhar o tempo valioso da pesquisa - e contornear o cristalografia do raio X -- prevendo a proteína desconhecida funciona das estruturas já resolvidas. Os pesquisadores de Londres estão fornecendo moldes do local activo de proteínas resolvidas para a comparação que estará disponível a outros pesquisadores para o fim do verão.

O trabalho da divisão das ciências biológicas para NIH não foi despercebido: O Ministério de E.U. de Energia está financiando a pesquisa adicional da automatização da ciência biológica, e a divisão das ciências biológicas de s de Argonne 'está planeando construir a facilidade avançada da cristalização da proteína para servir como um recurso regional, avançado para a biotecnologia académico e industrial e pesquisadores biomedicáveis. A facilidade é planeada ter dedicado beamlines nos APS.

Esta facilidade pode aumentar oportunidade de s de Argonne 'de tornar-se home a uma facilidade da produção e da caracterização da proteína $200 milhões anunciada recentemente como um dos projectos os mais prioritários da biotecnologia da GAMA.

“Argonne é o centro o mais produtivo do mundo para cristalizações da proteína e determinação da estrutura,” disse o director de divisão Lee das ciências biológicas Makowski. “Nós amaríamos construir aqui a facilidade da produção e da caracterização da proteína, porque nós desenvolvemos e continuamos a melhorar o processo da automatização que está acelerando a determinação da estrutura da proteína.”

E o fotão avançado Source é uma tracção incrível. Quando Structural Biology Center baseado nos APS for o mundo melhor na velocidade, na definição e na qualidade, os APS igualmente têm 12 beamlines macromoleculares e diversos mais são planeadas.

“Com outras facilidades que estão sendo planeadas em Argonne, tal como o centro para materiais de Nanoscale e a universidade do laboratório do Biocontainment do Howard T. Ricketts Regional de Chicago estudar os mecanismos moleculars da doença infecciosa,” Makowski disse, “nós igualmente teremos uma facilidade forte da microbiologia, e nós poderemos fazer contribuições significativas para uma vasta gama de problemas biológicos e médicos, incluindo o projecto novo da droga”