環境分子科学研究所

環境分子科学研究所

設立	1997年10月1日
研究分野	生物学、環境科学、計算科学
監督	ダグラス・マンス
スタッフ	150
ユーザー	年間500
特許	100以上
楽器	150以上
サイズ	234,000平方フィート
出版物	年間400件
住所	パシフィック・ノースウェスト国立研究所 ワシントン州リッチランド、米国
位置	北緯46°20′55″ 西経119°16′42″ / 北緯46.34861° 西経119.27833° / 46.34861; -119.27833
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環境分子科学研究所 (EMSL、エムズールと発音) は、米国 ワシントン州リッチランドにあるパシフィック・ノースウェスト国立研究所のエネルギー省科学局施設です。

EMSL の科学者と協力者は、分子およびゲノム制御による最小規模から最大規模までの地球環境システムの変化まで、生物学的、生物地球化学的、および物理的原理に焦点を当てた 基礎研究を行っています。

機能およびシステム生物学科学領域は、細胞内、細胞群間、および微生物や植物の細胞膜表面とその環境との間の表現型応答および相互作用にタンパク質の構造と機能を結び付ける酵素と生化学的経路を理解することに重点を置いています。

環境変容と相互作用の科学分野では、地上と地下の生態系、大気、およびそれらの境界面における環境（物理化学、水文学、生物地球化学）、微生物、植物、および生態学的プロセスのメカニズムと予測の理解に重点を置いています。

コンピューティング、分析、モデリング科学分野では、最先端の実験データを使用して、高度なデータ分析、視覚化、計算モデリングとシミュレーションを通じて、生物システムと環境システムの予測的理解を深めることに重点を置いています。

EMSL は統合研究プラットフォームを使用して、生物学的プロセスと生態系プロセスの分子機能を理解し予測するための重要な情報を明らかにします。

生物地球化学的変換では、地球の陸地、水、空気の界面における分子の相互作用によって、環境内の栄養素や汚染物質がどのように変換され、輸送されるかを調査します。

生体分子経路は、細胞の内部または外部環境の変化に応じて、ゲノム情報を細胞内の生体分子間の機能的関係に変換することを研究します。

細胞シグナル伝達とコミュニケーションは、細胞、集団、コミュニティ内およびそれらの間の分子シグナルの動的な相互作用と移動を明らかにし、環境に応じた生物間の複雑な相互関係を理解し​​ます。

陸上大気プロセスでは、分子変換、それを制御する物理プロセス、陸上プロセスと大気プロセスの結合を調査します。

根圏機能は、分子レベルで遺伝子と環境の相互作用を調査し、システム規模で植物と生態系の特性を理解、予測、制御します。

構造生物学は、タンパク質、タンパク質複合体、およびその他の生体分子に関する構造的、生化学的、および動的情報をナノスケールの空間的および時間的解像度で取得し、機能を理解します。

システム モデリングでは、タンパク質の構造と機能の計算モデル、代謝モデリング、機械学習アプローチを使用して、遺伝子型と表現型を関連付け、栄養素の流れを制御する生物学的プロセスを理解し、バイオデザインとバイオ燃料/バイオ製品の生産に対する予測アプローチを可能にします。

EMSL は、世界中の科学者がプロジェクト提案を提出して、研究所の専門家や設備を無料で利用できるユーザー研究施設です。提案は、競争的なピアレビュー プロセスを通じて審査され、プロジェクトが科学的に影響力があり、DOE の生物環境研究局の使命に関連しているかどうかが確認されます。

提案が受け入れられた科学者は EMSL ユーザーと呼ばれます。典型的なユーザー研究プロジェクトは数か月から数年にわたります。EMSL ユーザーはプロジェクト期間中、現場に滞在する必要はなく、必要に応じて研究室を訪問できます。サンプルの処理と分析の多くはリモートで処理できます。

EMSL のユーザー コミュニティは、選出された代表者委員会を通じて、研究所の管理チームに科学的な方向性と効率的な運営に関する推奨事項を提供します。

EMSLの元となるアイデアは、1985年に米国科学アカデミーが発表した「化学における機会」という報告書から始まりました。^[1]この報告書では、エネルギーと環境に関する科学的課題を特定し、その解決には基礎研究が必要であるとしています。

これに対して、当時の PNNL 所長ウィリアム R. ワイリー氏と研究室の上級管理者は、物理科学と生命科学の研究者と、コンピューティングと分子プロセス モデリングの経験を持つ理論家を集めた分子科学センターの設立を提案しました。ワイリー氏は、分子レベルの化学を統合的かつ共同的に研究するための高度な機器を備えた施設を構想しました。

DOE のために PNNL を運営するオハイオ州のバテル記念研究所は、施設の建設、研究プログラムの開発、機器、設備、科学者、サポートスタッフの調達のために 4 年間で 850 万ドルの資金を承認しました。

建設は1994年7月に始まり、1997年8月に完了しました。EMSLは1997年10月1日に全面的に オープンしました^{[2] 。}

最初の 5 年間で、EMSL のリーダーたちは能力を構築し、科学的なリーダーシップを採用し、ユーザーを引きつけました。その後、リーダーたちは科学的な焦点を生物学、特に環境浄化、代替エネルギー、大気中の二酸化炭素削減のための天然微生物の研究にまで拡大しました。

EMSL の初期ユーザー プログラムは、科学分野を横断する単一の研究者による研究に重点を置いており、すべての州といくつかの外国を代表する年間 1,000 人を超えるユーザーに急速に浸透しました。

この期間中、EMSL は 2 つの大きな課題に重点的に取り組みました。微生物と鉱物の基本的な相互作用に関する生物地球化学の問題と、細胞膜内のタンパク質の構造と機能に関する研究です。これらの課題に取り組むことで、科学界に新たな機会が生まれ、研究キャンペーンはチームを 1 つの課題に集中させるように設計されました。

2007年1月、EMSLは初の恒久的な拡張を祝いました。それは、当時世界で5番目に高速なシステムであった11.8テラフロップスのコンピュータ、Chinookを設置するための約4,000平方フィートの上げ床でした。^[3] 2008年4月、EMSLは著名なユーザーであるJ. Mike Whiteに新しいオフィスポッドを提供し、そこには約100人のスタッフとPNNLのユーザーが住んでいます。^[4] 2012年初頭、EMSLは超高感度高解像度顕微鏡とスキャン機器一式を備えたQuiet Wingをオープンしました。^[5]

2010年10月、EMSLの最高の計算化学ソフトウェアパッケージであるNWChemがオープンソースになり、世界中のコンピューター科学者が将来の開発に貢献できるようになり、より多くの研究者や学生が利用できるようになりました。^[6] 2020年3月のWeb of Scienceの検索によると、このコードは2010年以来3760回以上引用されています。

2013年6月、EMSLはChinookコンピュータ^[7]を廃止し、3.4ペタフロップスのシステムであるCascadeを導入しました。^[8]

EMSLは2017年8月に創立20周年を祝い、^[9] NWChem計算化学ソフトウェアや地下科学および基礎バイオ燃料生産の進歩を展示しました。このイベントには、国際的に認められた科学者トム・ダニング、スティーブ・コルソン、ジーン・フットレルなど、科学界のリーダーたちが参加しました。

現在、EMSL は、多様な科学コミュニティのユーザーと連携して、機能およびシステム生物学、環境の変換と相互作用、コンピューティング、分析、モデリングの分野における科学研究に重点を置いています。この科学が、技術開発とコンピューティング機能を推進しています。

• トム・ダニング — 1994年から1997年まで建設活動を指揮
• テレサ・フライバーガー — 暫定ディレクター、1997～1998年
• ジーン・フットレル — 1999–2002
• JW ロジャース ジュニア — 2002–2004
• アリソン A. キャンベル — 暫定 2004–2005、2005–2015
• ハーヴェイ・ボルトン — 2015～2016年暫定、2017～2019年暫定
• 梁麗源 — 2016–2017
• ダグラス・マンス — 2019年～現在

• EMSL環境分子科学研究所
• DOE 米国エネルギー省
• ワシントン州リッチランドにあるPNNLパシフィック・ノースウェスト国立研究所
• NWChem EMSLの計算化学ソフトウェアパッケージ