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La ciencia automatizada apresura la solución de los datos del genoma humano

Los científicos en la división de las ciencia biológicas de Argonne son automáticos y acelerantes los procesos del complejo que engatusan una proteína para revelar su estructura así que pueden aprender que la naturaleza del papel la destinó.

Argonne es un líder en la carrera científica mundial para convertir datos del proyecto del genoma humano en las imágenes tridimensionales que revelan cómo funcionan las proteínas. Porque las proteínas controlan todo de la respiración a la digestión y de reblandecer, esta información puede ayudar a prevenir o a curar enfermedades en seres humanos. La comprensión de otras proteínas puede ayudar a resolver problemas ambientales.

La división de las ciencia biológicas desempeña muchos papeles en la junta del significado de los datos del genoma humano.

La división diseñó y opera Structural Biology Center (SBC) en la fuente avanzada del fotón, la fuente más brillante occidental del hemisferio de las radiografías de la investigación. El beamline del SBC es el mundo más productivo y eficiente para resolver las estructuras de la proteína porque entrega al detalle más grande a los científicos.

Por ejemplo, el biofísico y el crystallographer Youngchang Kim de Argonne revelaron un nudo en un archaebacterium - el primero observado en este tipo más antiguo de organismo unicelular y solamente el segundo nudo visto nunca en una proteína. La teoría del plegamiento de proteína sostuvo previamente que un nudo no era posible en una estructura. Radiografías brillantes de s de Argonne 'probadas de otra manera.

Los biólogos de Argonne que manejan el Cercano oeste centran para la genómica estructural (MCSG) determinaron y depositaron en las estructuras del banco de datos de proteína 157 - el 1 de agosto de 2004 - en menos de cuatro años de operación.

“Cuando usted considera tardó siete años para determinar las primeras 25 estructuras, usted ve cómo sorprenden son los nuevos procesos,” dijo a director Andrzej Joachimiak de Structural Biology Center. Joachimiak también lleva el centro de Cercano oeste para la genómica estructural.

Ese número - 157 y crecimiento rápidamente -- son más que uces de los otros nueve centros experimentales genomic estructurales financiados por el instituto nacional de los centros experimentales generales de la ciencia médica. Este los institutos nacionales de la organización de salud llevan el esfuerzo del país de determinar las estructuras y las funciones del genoma humano.

El MCSG se compone de investigadores de Argonne, de la Universidad Northwestern, de la Facultad de Medicina de la universidad de Washington, de la Universidad de Londres, de la universidad de Toronto, de la universidad de Virginia y del centro médico al sudoeste de la Universidad de Texas en Dallas.

Biólogos de Argonne y su automatización del uso de los colegas para reducir dramáticamente la época y el costo de reproducción, expresando, purificando y determinando la estructura de una proteína.

En el proceso, están cambiando la cristalografía de un uno-laboratorio, proceso de la proteína de la uno-estructura en una cadena de producción altamente automatizada.

Desde la investigación del principio en 2000, los biólogos de MCSG han utilizado la robótica y las computadores para reducir el costo radicalmente de determinar una estructura a partir del $300.000 a $100.000 - están proyectando reducirla más lejos - y el tiempo a partir de años y de meses a los días y a las horas.

La cristalografía de la proteína presenta retos difíciles porque las proteínas son inestables, las moléculas suaves y requiere los perfectos estados - temperatura, pH, sales y diversos añadidos - para cristalizar. Los centenares de cristales se crean con la ayuda de un robot con la esperanza de encontrar uno, el cristal perfecto que revelará su estructura. Convertir una proteína en un cristal y entonces usando radiografías para revelar su estructura requiere por lo menos 10 pasos cuidadosamente controlados.

Los laboratorios mojados viejos de la división de las ciencia biológicas se han convertido a los nuevos laboratorios con los mandos estrictos de la temperatura y de humedad que contienen los robots - muchos cuyo Argonne ha diseñado con los fabricantes.

Ahora los investigadores de Argonne están reproduciendo más de 1.000 genes al año - hacia arriba a partir hace de 100 cuatro años -- una mejoría del 1.000 por ciento.

Los biólogos desarrollaron un sistema robótico con el fabricante, ciencia biológicas de la purificación de Amersham, y otros laboratorios ahora están comprando el sistema por todo el mundo.

Los investigadores incluso han automatizado el proceso de cargar el cristal en el beamline para el estudio de la radiografía.

Los colegas de MCSG en la universidad del centro médico al sudoeste de Virginia y de la Universidad de Texas 'desarrollaron software para apresurar la manipulación de datos. El software automatiza los muchos pasos de la computador que convierten la imagen de difracción de radiografía del cristal de la proteína para revelar su estructura tridimensional. Este programa ha cortado el tiempo de la solución a partir de 8 horas a 2,5.

Los investigadores de centro basados en la Universidad de Londres y las matemáticas y la división de informática de Argonne están tomando la bioinformática - la combinación de la biología y del cómputo -- al nivel siguiente creando la bioinformática estructural. Los investigadores de Londres están desarrollando programas del análisis computarizado para determinar los objetivos potenciales para el análisis comparativo. Los investigadores pueden salvar tiempo valioso de la investigación - y sobrepasar la cristalografía de la radiografía -- prediciendo la proteína desconocida funciona de las estructuras resueltas ya. Los investigadores de Londres están suministrando patrones del sitio activo de las proteínas resueltas para la comparación que estará disponible para otros investigadores para el final del verano.

El trabajo de la división de las ciencia biológicas para NIH no ha ido inadvertido: El Ministerio de los E.E.U.U. de Energía está financiando la investigación adicional de la automatización de la ciencia biológica, y división de las ciencia biológicas de s de Argonne la 'está proyectando construir la instalación avanzada de la cristalización de la proteína para servir como recurso regional, avanzado para la biotecnología académica e industrial y los investigadores biomédicos. La instalación se proyecta para haber dedicado beamlines en los APS.

Esta instalación puede aumentar oportunidad de s de Argonne 'de llegar a ser casera a una instalación de la producción y de la caracterización de la proteína $200 millones anunciada recientemente como uno de los proyectos más prioritarios de la biotecnología de la GAMA.

“Argonne es el centro más productivo del mundo para las cristalizaciones de la proteína y determinación de la estructura,” dijo a director de división de las ciencia biológicas Lee Makowski. “Amaríamos construir la instalación de la producción y de la caracterización de la proteína aquí, porque desarrollamos y continuamos perfeccionar el proceso de la automatización que está acelerando la determinación de la estructura de la proteína.”

Y la fuente avanzada del fotón es un drenaje increíble. Mientras que Structural Biology Center basado en los APS es el mundo mejor de velocidad, de la resolución y de la calidad, los APS también tienen 12 beamlines macromoleculares y varios se proyectan más.

“Con otras instalaciones que son proyectadas en Argonne, tal como el centro para los materiales de Nanoscale y la universidad del laboratorio del Biocontainment de Howard T. Ricketts Regional de Chicago estudiar los mecanismos moleculares de la enfermedad infecciosa,” Makowski dijo, “también tendremos una instalación fuerte de la microbiología, y podremos hacer contribuciones importantes a una amplia gama de problemas biológicos y médicos, incluyendo nuevo diseño de la droga”