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度20分55秒、西経119度16分42秒 / 北緯46.34861度、西経119.27833度 / 46.34861; -119.27833
Webサイトwww.emsl.pnnl.gov​​​

環境分子科学研究所（EMSL 、エムズルと発音）[ 1 ]は、アメリカ合衆国 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の施設です。

研究

EMSL の科学者と協力者は、分子およびゲノミクス制御の最小スケールで発生するプロセスから最大スケールでの地球環境システムの変化までを予測するために、生物学、生物地球化学、物理学の原理に重点を置い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、細胞膜表面と微生物や植物の環境との間の表現型応答および相互作用とタンパク質の構造および機能を結び付ける酵素および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、およびそれらの界面における環境（物理化学的、水文学的、生物地球化学的）、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。[ 2 ]

生物学者は、褐色腐朽菌が木材を分解する仕組みを理解するために RNA サンプルを準備しています。

生物地球化学的変換は、地球の陸地、水、空気の界面における分子の相互作用が環境内の栄養素や汚染物質をどのように変換し、輸送するかを研究します。[ 3 ]

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。[ 4 ]

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輸送を明らかにし、環境に応じた生物間の複雑な相互関係を理解し​​ます。[ 5 ]

陸域大気プロセスでは、分子の変換、それを制御する物理的プロセス、そして陸域と大気のプロセスの結合を研究します。[ 6 ]

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。[ 7 ]

構造生物学は、タンパク質、タンパク質複合体、その他の生体分子について、ナノスケールの空間的および時間的解像度で構造的、生化学的、および動的情報を取得し、機能を理解します。[ 8 ]

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、機械学習のアプローチを使用して、遺伝子型と表現型を関連付け、栄養素のフラックス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/バイオ製品の生産への予測的なアプローチを可能にします。[ 9 ]

オペレーション

EMSLは、世界中の科学者がプロジェクト提案を提出することで、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、米国エネルギー省（DOE）の生物環境研究局のミッションに関連していることが確認されます。

提案が採択された科学者はEMSLユーザーと呼ばれます。ユーザー研究プロジェクトは、通常、数ヶ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、研究施設に滞在する必要はなく、必要に応じて研究室を訪問することができます。サンプル処理と分析の大部分は遠隔で行うことができます。

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。

歴史

1986–1997

EMSLとなるアイデアは、1985年に米国科学アカデミーの「化学における機会」と題された報告書から始まりました。[ 10 ]この報告書では、エネルギーと環境に関連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ました。

これに対し、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職は、物理科学と生命科学の研究者、そして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協調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。

オハイオ州に拠点を置き、エネルギー省のためにPNNLを運営する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850万ドルの資金提供を承認した。

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日に全面的に開業しました[ 11 ]。

1997–2001

EMSLのリーダーたちは設立後5年間で、能力を構築し、科学的なリーダーシップを育成し、ユーザーを獲得しました。その後、リーダーたちは科学的な焦点を生物学へと拡大し、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注力しました。

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き、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。

2001～2009年

この期間中、EMSLは2つのグランドチャレンジに注力しました。一つは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課題、もう一つは細胞膜タンパク質の構造と機能を解明する研究です。これらの課題への取り組みは、チームを単一の課題に集中させる研究キャンペーンを通じて、科学コミュニティに新たな機会をもたらしました。

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「チヌーク」のために、約4,000平方フィートの上げ床でした。[ 12 ] 2008年4月、EMSLは著名なユーザーであるJ.マイク・ホワイトに新しいオフィスポッドを捧げ、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。[ 13 ] 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クワイエットウィングをオープンしました。[ 14 ]

2009年から現在

生物学者は、伝統的な遺伝学と合成生物学を用いて天然バイオ製品を研究しています。

2010年10月、EMSLのプレミア計算化学ソフトウェアパッケージであるNWChem [ 15 ]がオープンソース化され、世界中のコンピュータ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。[ 16 ] 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コンピュータを廃止し[ 17 ]、3.4ペタフロップスのシステムであるCascadeを導入した[ 18 ] 。

EMSLは2017年8月に創立20周年を迎え、[ 19 ] NWChem計算化学ソフトウェア、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、国際的に著名な科学者であるトム・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協力し、機能生物学・システム生物学、環境の変容と相互作用、そしてコンピューティング、分析、モデリングといった分野に科学研究の重点を置いています。この科学は、技術開発と計算能力の向上を推進しています。

EMSLディレクター

  • 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 — 1997～1998年 暫定ディレクター
  • ジャン・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 — 2004～2005年、2005～2015年暫定
  • 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[ 20 ] — 2019年～現在

脚注

  1. ^ 「Environmental Molecular Sciences Laboratory | Environmental Molecular Sciences Laboratory」 . www.emsl.pnnl.gov . 2025年8月11日. 2025年11月21日閲覧。
  2. ^ Murray, Maegan (2023年7月28日). 「EMSLが新たなデータ変換統合研究プラットフォームを発表 | 環境分子科学研究所」 www.emsl.pnnl.gov . 2025年11月21日閲覧。
  3. ^ 「生物地球化学的変換 | 環境分子科学研究所」www.emsl.pnnl.gov . 2025年11月21日閲覧。
  4. ^ 「生体分子経路 | 環境分子科学研究所」www.emsl.pnnl.gov . 2025年11月21日閲覧。
  5. ^ 「細胞シグナル伝達とコミュニケーション | 環境分子科学研究所」。
  6. ^ 「地球大気プロセス | 環境分子科学研究所」。
  7. ^ 「根圏機能 | 環境分子科学研究所」www.emsl.pnnl.gov . 2025年11月21日閲覧。
  8. ^ 「構造生物学 | 環境分子科学研究所」www.emsl.pnnl.gov . 2025年11月21日閲覧。
  9. ^ 「システムモデリング | 環境分子科学研究所」www.emsl.pnnl.gov . 2025年11月21日閲覧。
  10. ^全米研究会議. 1985. 化学における機会. ワシントンD.C.: 全米アカデミー出版. DOI: 10.17226/606
  11. ^コラボレーションへの扉を開く 2017年5月19日アーカイブ、 Wayback Machine。2020年4月17日アクセス
  12. ^ 2009. HPが委託したEMSLのChinookスーパーコンピューター（研究用）。2009年8月。https ://www.pnnl.gov/science/highlights/highlight.asp ?id=659。2020年4月16日アクセス
  13. ^ EMSLウィング、IIC創設ディレクターの追悼に捧げる。2020年4月15日アクセス
  14. ^ EurekAlert. 2015. 「沈黙の処置：EMSLの静かな翼」。2020年4月17日アクセス
  15. ^ "NWChem" . nwchemgit.github.io . 2025年11月21日閲覧。
  16. ^ PNNL. 2010. 「ビジネスにオープン：NWChemがオープンソース化」2010年9月29日; 2020年4月17日アクセス
  17. ^ PNNL. 2009. HPが委託したEMSLのChinookスーパーコンピューター、研究用。2009年8月。2020年4月16日にアクセス。
  18. ^ PNNL. 2013. Atipa Technologies社提供の新型スーパーコンピュータが今夏EMSLに導入される。2013年7月24日。2020年4月16日アクセス
  19. ^ Rickey, T. 2017. EMSL、科学的成果20周年を祝う。2020年4月17日アクセス
  20. ^ 「Douglas Mans | Environmental Molecular Sciences Laboratory」www.emsl.pnnl.gov . 2025年11月21日閲覧。
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