Введение
Исследовательская организация по вычислительной биологии и смежным областям
Институт биокомплексности Вирджинии (ранее Институт биоинформатики Вирджинии) был исследовательским институтом, специализирующимся на биоинформатике, вычислительной биологии и системной биологии. В институте работало более 250 сотрудников, включая более 50 штатных и исследовательских преподавателей. Исследования в институте осуществлялись в сотрудничестве с различными дисциплинами, такими как математика, информатика, биология, патология растений, биохимия, системная биология, статистика, экономика, синтетическая биология и медицина. Институт разрабатывал омические и биоинформатические инструменты и базы данных, которые могут применяться для изучения заболеваний человека, животных и растений, а также для поиска новых мишеней для вакцин, лекарств и диагностики. Программы института поддерживались различными государственными и частными организациями, включая Национальный институт здоровья, Национальный научный фонд, Министерство обороны США, Министерство сельского хозяйства США и Министерство энергетики США. С момента основания Институт биокомплексности получил более 179 миллионов долларов внебюджетного финансирования. Его исследовательский портфель составляет 68 миллионов долларов в виде грантов и контрактов. Исполнительным директором института был Крис Барретт. В 2019 году институт был включен в состав Института наук о жизни Фралина при Virginia Tech после того, как многие преподаватели, включая доктора Барретта, были приглашены для создания Института биокомплексности и инициативы Университета Вирджинии.
История
Институт открылся в июле 2000 года в здании Корпоративного исследовательского центра Вирджинии Тех. Первоначально он располагался в здании XI, затем в здании X, пока в 2002 году не переехал в здание XV, специально спроектированное для института. В январе 2005 года институт переехал в новое здание на территории главного кампуса Вирджинии Тех, получившее название «Биоинформатический комплекс, этапы I и II», но сохранил свои прежние площади в CRC. В 2011 году офис института в регионе Национальной столицы был перенесен в здание Вирджинии Тех в Арлингтоне, штат Вирджиния. В ноябре 2016 года здание института на территории главного кампуса Вирджинии Тех было торжественно открыто как Steger Hall в честь бывшего президента Вирджинии Тех Чарльза Стегера.
Основные исследовательские подразделения
Лаборатории передовых вычислений и информатики посвящены "информатике политики", включая лабораторию динамики и моделирования сетей. Они ведут исследования и разработки в области интерактивного моделирования, симуляции и сопутствующего анализа, экспериментального проектирования и инструментов поддержки принятия решений для понимания крупных биологических, информационных, социальных и технологических систем. В их состав входит проект "Всеобъемлющая национальная система управления инцидентами" по разработке системы, предоставляющей вооруженным силам США подробную оперативную информацию о населении, затронутом возможным кризисом. Также в их число входит проект "Моделирование динамики заболеваний на больших, детальных, совместно эволюционирующих сетях", поддерживающий разработку высокопроизводительных компьютерных моделей для изучения очень больших сетей. Отдел киберинфраструктуры разрабатывает методы, инфраструктуру и ресурсы, прежде всего для исследований инфекционных заболеваний. "Центр интеграции ресурсов патосистем – Биоинформатический ресурсный центр по бактериальным заболеваниям" направлен на интеграцию информации о патогенах, предоставление ресурсов и инструментов для анализа геномных, протеомных и других данных, полученных в ходе исследований инфекционных заболеваний. Он является частью Среднеатлантического регионального центра передового опыта в области биозащиты и исследований новых инфекционных заболеваний, который специализируется на исследованиях, направленных на обеспечение быстрой защиты от биотерроризма и новых инфекционных заболеваний. К числу конкретных заболеваний и возбудителей, находящихся под следствием, относятся сибирская язва, вирус Западного Нила, оспа и криптоспоридиоз. Отдел сотрудничает с Джорджтаунским университетом и Social and Scientific Systems в Административном центре Национального института аллергии и инфекционных заболеваний, финансируемом Центром исследований протеомики (PRC) для проекта исследований протеомики в области биозащиты. Команда помогает проектировать, разрабатывать и поддерживать общедоступный веб-сайт, содержащий данные и технологические протоколы, генерируемые каждым PRC, а также каталог, в котором перечислены реагенты и продукты, доступные для широкого распространения. Отдел биологических систем разрабатывает вычислительные методы для изучения биохимических сетей с использованием экспериментальных данных. Он разработал COPASI (Complex Pathway Simulator), программный пакет с открытым исходным кодом, позволяющий пользователям с ограниченным опытом в математике создавать модели и симуляции биохимических сетей. Также был разработан GenoCAD, веб-ориентированная среда автоматизированного проектирования для синтетической биологии. Отдел медицинской информатики и систем специализируется на генетике человека и заболеваниях, особенно на раке и неврологических расстройствах. Он сотрудничает с Carilion Clinics, медицинской школой и научно-исследовательским институтом Virginia Tech Carilion, а также с другими университетами и государственными учреждениями.
Основные исследовательские лаборатории
Лаборатория сетевой динамики и моделирования при ACDIL реализует программы, основанные на моделировании взаимодействий, симуляции и сопутствующем анализе, экспериментальном проектировании и инструментах поддержки принятия решений для понимания больших и сложных систем. Чрезвычайно детальные, высокоточные, многомасштабные компьютерные симуляции позволяют проводить формальные и экспериментальные исследования этих систем. Лаборатория анализа социальных явлений и принятия решений специализируется на использовании и разработке аналитических технологий в области политики общественного здравоохранения, политики национальной и международной безопасности, а также государственной и социальной политики. Лаборатория нутриционной иммунологии и молекулярной медицины была основана в 2002 году для изучения фундаментальных механизмов кишечного иммунитета, выявления биомаркеров и терапевтических мишеней при воспалительных и иммуноопосредованных заболеваниях. Центр обнаружил механизм действия, лежащий в основе противовоспалительного действия конъюгированной линолевой кислоты при воспалительных заболеваниях кишечника, а также инсулиносенсибилизирующие и противовоспалительные эффекты абсцизовой кислоты. Программа Центра моделирования иммунитета к энтерическим патогенам применяет высокопроизводительные вычислительные методы для моделирования и симуляции иммунологических систем человека, помогая иммунологам проводить быстрые *in silico* эксперименты для уточнения дизайна исследований, проверки гипотез и значительной экономии времени и лабораторных расходов. Эта лаборатория также сотрудничает с Центром глобального здравоохранения при Университете Вирджинии, кафедрой гастроэнтерологии и Университетом Северной Каролины в Чапел-Хилле, а также с другими медицинскими школами и проводит несколько клинических испытаний на людях для разработки более безопасных методов лечения воспалительных и иммуноопосредованных заболеваний. Недавно было налажено партнерство с отделением гастроэнтерологии клиники Carilion для запуска совместной трансляционной исследовательской программы в области воспалительных заболеваний кишечника.
Основные объекты и услуги
Институт занимает площадь более чем на кампусе Virginia Tech, включая более 100 лабораторий, спроектированных для гибкости и размещения вычислительных и лабораторных комплексов. Институт располагает помещениями в Александрии, штат Вирджиния, в составе Национального столичного региона Вирджинии. Инфраструктура института включает в себя базовые объекты, объединяющие высокопроизводительное генерирование данных и возможности их анализа. Core Computational Facility располагает тремя центрами обработки данных общей площадью более , оснащенными более чем 250 серверами общей оперативной памятью более 10,5 терабайт, распределенной по более чем 2650 процессорным ядрам. Имеет сеть хранения данных объемом более 1 петабайта на дисках и 3 петабайта на лентах, с возможностью расширения до 50 петабайт. Лаборатория геномных исследований занимает площадь в основном здании института. Она оснащена современными геномными секвенаторами Roche GS FLX, Illumina и Ion Torrent. В ее состав входит Национальный центр Affymetrix для создания пользовательских микрочипов, обработки образцов и проведения аналитических услуг.
Ядро анализа данных предлагает услугу "под ключ" для анализа омиксных и других данных – от первичных данных до готовых к публикации графиков и текста. Также предоставляются услуги по сборке и аннотации последовательностей Nexgen, проектированию, анализу и интерпретации микрочипов, анализу данных масс-спектрометрии, контролю качества данных, генерации гипотез, разработке экспериментов и статистическому анализу данных.
Образование и информационная деятельность
Программы для K–12 включают в себя "Детский технический университет" (образовательная исследовательская программа, направленная на пробуждение интереса к науке, технологиям, инженерии и математике), Студенческий саммит по вопросам изменения климата для учителей и учащихся, а также летние стажировки для учеников старших классов. Программы бакалавриата включают в себя исследовательский опыт для студентов, изучающих микробиологию и системную биологию, и Летний исследовательский институт для иностранных и отечественных студентов. Институт является базой для аспирантской программы по геномике, биоинформатике и вычислительной биологии при Вирджинском политехническом институте и принимает студентов из различных факультетов института.