Benutzer:Stephan Tournay/Environmental Molecular Sciences Laboratory

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Environmental Molecular Sciences Laboratory (EMSL)
Gründung	1. Oktober 1997
Sitz	3335 Innovation Boulevard Richland (Washington), Washington 99354, USA
Zweck	Biologie, Umwelt und Computerwissenschaften
Geschäftsführung	Douglas Mans (Direktor)
Beschäftigte	150

Das Environmental Molecular Sciences Laboratory (EMSL) ist eine Einrichtung des United States Department of Energy (Office of Science) im Pacific Northwest National Laboratory in Richland im US-Bundesstaat Washington in den Vereinigten Staaten.

Forschung

William R. Wiley Environmental Molecular Sciences Laboratory (EMSL) am Pacific Northwest National Laboratory in Richland (Washington) (2006).

EMSL-Wissenschaftler und -Mitarbeiter betreiben Grundlagenforschung, die sich auf die biologischen, biogeochemischen und physikalischen Prinzipien konzentriert, um Prozesse vorherzusagen, die auf den kleinsten molekularen und genomisch gesteuerten Skalen ablaufen, bis hin zu den Veränderungen des Umweltsystems Erde auf den größten Skalen. Das Environmental Molecular Sciences Laboratory (EMSL) arbeitet und forscht in insgesamt 11 Wissenschaftsbereichen, die sich wie folgt aufteilen:

Funktions- und Systembiologie

Der Wissenschaftsbereich Funktions- und Systembiologie konzentriert sich auf das Verständnis von Enzymen und biochemischen Pfaden, die Proteinstrukturen und -funktionen mit phänotypischen Reaktionen und Interaktionen innerhalb und zwischen Zellen, in Gemeinschaften und zwischen Zellmembran-Oberflächen und ihrer Umgebung bei Mikroben und Pflanzen.

Umweltveränderungen und Wechselwirkungen

Der Wissenschaftsbereich Umweltveränderungen und Wechselwirkungen konzentriert sich auf das mechanistische und prädiktive Verständnis der ökologischen (physiochemischen, hydrologischen, biogeochemischen), mikrobiellen, pflanzlichen und ökologischen Prozesse in ober- und unterirdischen Ökosystemen, der Atmosphäre und ihren Schnittstellen.

Informatik, Analytik und Modellierung

Ein Biologin bereitet eine RNA-Probe vor, um zu verstehen, wie der Braunfäulepilz das Holz zersetzt.

Der Wissenschaftsbereich Informatik, Analytik und Modellierung konzentriert sich auf die Nutzung modernster experimenteller Daten, um durch fortschrittliche Datenanalyse, Visualisierung und computergestützte Modellierung und Simulation ein prädiktives Verständnis von biologischen und ökologischen Systemen zu entwickeln.

Integrierte Forschungsplattformen

Das EMSL nutzt integrierte Forschungsplattformen (englisch Integrated Research Platforms) um wichtige Informationen zum Verständnis und zur Vorhersage der molekularen Funktionen biologischer und ökologischer Prozesse zu gewinnen.

Biogeochemische Transformation

Der Forschunsgsbereich Biogeochemische Transformation untersucht, wie molekulare Wechselwirkungen an den Schnittstellen zwischen Land, Wasser und Luft, Nährstoffe und Schadstoffe in der Umwelt umwandeln und transportieren.

Biomolekulare Pfade

Der Forschunsgsbereich Biomolekulare Pfade untersucht die Umsetzung genomischer Informationen in funktionelle Beziehungen zwischen Biomolekülen innerhalb von Zellen als Reaktion auf Veränderungen in ihrer inneren oder äußeren Umgebung.

Zellsignalübertragung und Kommunikation

Der Forschunsgsbereich Zellsignalübertragung und Kommunikation soll dynamische Interaktionen und die Weiterleitung molekularer Signale innerhalb und zwischen Zellen sowie zwischen Populationen und Gemeinschaften untersuchen, um damit die komplexen Wechselbeziehungen zwischen Organismen als Reaktion auf ihre Umwelt besser verstehen zu können.

Terrestrisch-atmosphärische Prozesse

Der Forschunsgsbereich Terrestrisch-atmosphärische Prozesse untersucht molekulare Umwandlungen, physikalische Prozesse, die sie steuern und die Kopplung von terrestrischen und atmosphärischen Prozessen.

Rhizosphärenfunktion

Der Forschunsgsbereich Rhizosphärenfunktion untersucht die Wechselwirkungen zwischen Genen und der Umwelt auf molekularer Ebene, um Pflanzen- und Ökosystemeigenschaften auf der Systemebene zu verstehen, vorherzusagen und zu kontrollieren.

Strukturbiologie

Der Forschunsgsbereich Strukturbiologie gewinnt strukturelle, biochemische und dynamische Informationen über Proteine, Proteinkomplexe und andere Biomoleküle mit räumlicher und zeitlicher Auflösung im Nanobereich, um deren Funktion zu verstehen.

Systemmodellierung

Im Forschunsgsbereich Systemmodellierung werden Computermodelle der Proteinstruktur und -funktion, Stoffwechselmodelle und Ansätze des maschinellen Lernens verwendet, um den Genotyp mit dem Phänotyp in Verbindung zu bringen und biologische Prozesse zu verstehen, die den Nährstofffluss steuern, und um prädiktive Ansätze für das Biodesign und die Produktion von Biokraftstoffen/Bioprodukten zu ermöglichen.

Betrieb

Das EMSL ist eine Nutzerforschungseinrichtung, bei der Wissenschaftler aus der ganzen Welt Projektvorschläge einreichen können, um die Experten und Geräte des Labors kostenlos zu nutzen. Die Vorschläge werden in einem wettbewerbsorientierten Peer Review-Verfahren geprüft, um sicherzustellen, dass das Projekt wissenschaftlich aussagekräftig und für den Auftrag des DOE (Office of Biological and Environmental Research) relevant ist.

Scientists whose proposals are accepted are referred to as EMSL users. Typical user research projects can last a few months to a few years. EMSL users do not have to stay on-site for the duration of their project and can visit the laboratory when needed. Much of the sample processing and analysis can be handled remotely.

EMSL's user community provides the laboratory’s management team with recommendations for scientific direction and efficient operations through an elected committee of representatives.

History

1986–1997

The idea that would become EMSL began in 1985 with a National Academy of Sciences report titled Opportunities in Chemistry. The report identified scientific challenges relating to energy and the environment that required fundamental research to achieve a solution.

In response, then director of PNNL, William R. Wiley, and lab senior managers proposed a center for molecular science that would bring together researchers from the physical and life sciences and theoreticians with experience in computing and molecular process modeling. Wiley envisioned a facility with advanced instrumentation for the study of molecular-level chemistry in an integrated and collaborative manner.

Ohio-based Battelle Memorial Institute, which operates PNNL for DOE, approved $8.5 million in funding over four years to build the facility; develop research programs; and obtain the equipment, facilities, scientists, and support staff.

Construction began in July 1994 and was completed in August 1997. EMSL opened October 1, 1997 for full operation.

1997–2001

During its first five years, EMSL leaders built capabilities, recruited scientific leadership, and attracted users. The leaders then expanded the scientific focus to include biology, particularly the study of naturally occurring microbes for environmental cleanup, alternative energy, and carbon dioxide reduction in the atmosphere.

EMSL's early user program focused on single investigator studies that crossed scientific areas and quickly reached more than 1,000 users per year, representing every state and several foreign countries.

2001–2009

During this period, EMSL focused on two Grand Challenges: a biogeochemistry question concerning the fundamental interaction between microbes and minerals, and a study addressing the structure and function of proteins in the cell membrane. Work on these challenges led to new opportunities for the scientific community, with research campaigns designed to focus teams on a single challenge.

In January 2007, EMSL celebrated its first permanent expansion: a nearly 4,000-square-foot raised floor for an 11.8-teraflop computer named Chinook, which was then the fifth-fastest system in the world. In April 2008, EMSL dedicated a new office pod to distinguished user J. Mike White that houses nearly 100 staff and users PNNL. In early 2012, EMSL opened its Quiet Wing housing a suite of ultrasensitive high-resolution microscopy and scanning instruments.

2009 to present

A biologist is studying natural bioproducts using traditional genetics and synthetic biology.

In October 2010, EMSL’s premier computational chemistry software package, NWChem went open source, allowing computer scientists worldwide to contribute to its future development and making it available to more researchers and students. The code has been cited over 3760 times since 2010, according to a Web of Science search in March 2020.

In June 2013, EMSL retired the Chinook computer and welcomed Cascade, a 3.4-petaflops system.

EMSL celebrated its twentieth anniversary in August 2017, showcasing NWChem computational chemistry software, and advances in subsurface science and foundational biofuel production. Scientific leaders participated in the event, including internationally recognized scientists Thom Dunning, Steve Colson, and Jean Futrell.

Today, EMSL focuses its scientific research in Functional and Systems Biology, Environmental Transformations and Interactions, and Computing, Analytics, and Modeling together with users from diverse scientific communities. This science is driving technology development and computational capabilities.

EMSL directors

• Thom Dunning — led construction activities, 1994–1997
• Teresa Fryberger — interim director, 1997–1998
• Jean Futrell — 1999–2002
• J.W. Rogers, Jr. — 2002–2004
• Allison A. Campbell — interim 2004–2005, 2005–2015
• Harvey Bolton — interim 2015–2016, interim 2017–2019
• Liyuan Liang — 2016–2017
• Douglas Mans — 2019–present

Weblinks

• EMSL Environmental Molecular Sciences Laboratory
• DOE U.S. Department of Energy
• PNNL Pacific Northwest National Laboratory in Richland, Washington
• NWChem EMSL’s computational chemistry software package

Einzelnachweise

46.348611-119.278333

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