La Iniciativa de Estructura de Proteínas (PSI, por sus siglas en inglés) fue un proyecto con sede en los EE. UU. que tenía como objetivo acelerar el descubrimiento en genómica estructural y contribuir a la comprensión de la función biológica. [1] Financiado por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los EE. UU . (NIGMS, por sus siglas en inglés) entre 2000 y 2015, su objetivo era reducir el costo y el tiempo necesarios para determinar las estructuras tridimensionales de las proteínas y desarrollar técnicas para resolver problemas desafiantes en biología estructural, incluidas las proteínas de membrana. Más de una docena de centros de investigación han recibido apoyo de la PSI para trabajar en la construcción y el mantenimiento de líneas de trabajo de genómica estructural de alto rendimiento, el desarrollo de métodos computacionales de predicción de la estructura de las proteínas , la organización y difusión de la información generada por la PSI y la aplicación de la determinación de la estructura de alto rendimiento para estudiar una amplia gama de problemas biológicos y biomédicos importantes.
El proyecto se ha organizado en tres fases independientes. La primera fase, la Iniciativa de Estructura de Proteínas (PSI-1), se extendió desde 2000 hasta 2005, y se dedicó a demostrar la viabilidad de la determinación de la estructura de alto rendimiento, la solución de estructuras proteínicas únicas y la preparación para una fase de producción posterior. [2] La segunda fase, PSI-2, se centró en la implementación de los métodos de determinación de la estructura de alto rendimiento desarrollados en PSI-1, así como en el modelado de homología y en abordar cuellos de botella como el modelado de proteínas de membrana . [3] La tercera fase, PSI:Biology, comenzó en 2010 y consistió en redes de investigadores que aplicaban la determinación de la estructura de alto rendimiento para estudiar una amplia gama de problemas biológicos y biomédicos. [4] El programa PSI finalizó el 1 de julio de 2015, [5] aunque algunos de los centros PSI continúan con la determinación de la estructura respaldados por otros mecanismos de financiación.
La primera fase de la Iniciativa de Estructura de Proteínas (PSI-1) duró desde junio de 2000 hasta septiembre de 2005, y tuvo un presupuesto de 270 millones de dólares financiados principalmente por NIGMS con el apoyo del Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas . [2] PSI-1 vio el establecimiento de nueve centros piloto centrados en estudios de genómica estructural de una variedad de organismos, incluidos Arabidopsis thaliana , Caenorhabditis elegans y Mycobacterium tuberculosis . [2] Durante este período de cinco años se determinaron más de 1.100 estructuras de proteínas, más de 700 de las cuales se clasificaron como "únicas" debido a su < 30% de similitud de secuencia con otras estructuras de proteínas conocidas. [2]
El objetivo principal de PSI-1, desarrollar métodos para optimizar el proceso de determinación de la estructura, dio como resultado una serie de avances técnicos. Varios métodos desarrollados durante PSI-1 mejoraron la expresión de proteínas recombinantes en sistemas como Escherichia coli , Pichia pastoris y líneas celulares de insectos. También se introdujeron nuevos enfoques optimizados para la clonación celular , la expresión y la purificación de proteínas , en los que se integraron plataformas robóticas y de software en el proceso de producción de proteínas para minimizar la mano de obra necesaria, aumentar la velocidad y reducir los costos. [6]
La segunda fase de la Iniciativa de Estructura de Proteínas (PSI-2) duró desde julio de 2005 hasta junio de 2010. Su objetivo era utilizar los métodos introducidos en la PSI-1 para determinar una gran cantidad de proteínas y continuar el desarrollo para optimizar el proceso de genómica estructural. La PSI-2 tuvo un presupuesto de cinco años de 325 millones de dólares proporcionados por el NIGMS con el apoyo del Centro Nacional de Recursos de Investigación . Al final de esta fase, la Iniciativa de Estructura de Proteínas había resuelto más de 4.800 estructuras de proteínas; más de 4.100 de ellas eran únicas. [7]
El número de centros de investigación patrocinados aumentó a 14 durante la PSI-2. Se seleccionaron cuatro centros como centros de gran escala, con el mandato de dedicar el 15 % de su esfuerzo a objetivos propuestos por la comunidad de investigación en general, el 15 % a objetivos de relevancia biomédica y el 70 % a una amplia cobertura estructural; estos centros fueron el Centro Conjunto de Genómica Estructural (JCSG), el Centro del Medio Oeste de Genómica Estructural (MCSG), el Consorcio de Genómica Estructural del Noreste (NESG) y el Centro de Investigación de Genómica Estructural SGX de Nueva York (NYSGXRC). Entre los nuevos centros que participaron en PSI-2 se encuentran cuatro centros especializados: el Centro de Tecnologías Aceleradas para la Estructura Genética 3D (ATCG3D), el Centro de Genómica Estructural Eucariótica (CESG), el Centro de Biología Estructural de Alto Rendimiento (CHTSB), una rama del Consorcio de Genómica Estructural de Protozoos Patógenos que ocupa el lugar de esa institución, el Centro de Estructuras de Proteínas de Membrana (CSMP) y el Consorcio de Nueva York sobre Estructura de Proteínas de Membrana (NYCOMPS). También se agregaron dos centros de modelado de homología , el Centro Conjunto de Modelado Molecular (JCMM) y el Nuevos Métodos para el Modelado Comparativo de Alta Resolución (NMHRCM), así como dos centros de recursos, el Repositorio de Materiales PSI (PSI-MR) y la Base de Conocimiento de Biología Estructural PSI (SBKB). [8] El Consorcio de Genómica Estructural de la Tuberculosis fue eliminado de la lista de centros de investigación apoyados en la transición del PSI-1 al PSI-2. [2]
Lanzado originalmente en febrero de 2008, el SBKB es un recurso gratuito que proporciona información sobre secuencias de proteínas y búsqueda de palabras clave, así como módulos que describen la selección de objetivos, protocolos experimentales, modelos de estructura, anotación funcional, métricas sobre el progreso general y actualizaciones sobre la tecnología de determinación de la estructura. Al igual que el PDB , está dirigido por la Dra. Helen M. Berman y alojado en la Universidad Rutgers .
El Repositorio de materiales PSI, establecido en 2006 en el Instituto de Proteómica de Harvard, almacena y envía clones de plásmidos generados por PSI . [9] Los clones se verifican en cuanto a secuencia, se anotan y se almacenan en el Repositorio de plásmidos DNASU, [10] ubicado actualmente en el Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona. A partir de septiembre de 2011, hay más de 50.000 clones de plásmidos generados por PSI y vectores vacíos disponibles para solicitud a través de DNASU, además de más de 147.000 clones generados a partir de fuentes que no son PSI. Los plásmidos se distribuyen a investigadores de todo el mundo. Ahora llamado Repositorio de materiales PSI:Biology, este recurso tiene un presupuesto de cinco años de $5,4 millones y está bajo la dirección del Dr. Joshua LaBaer, [11] quien se mudó a la Universidad Estatal de Arizona a mediados de 2009, llevándose consigo el PSI:Biology-MR.
La tercera fase del PSI se denominó PSI:Biology y su objetivo era reflejar el énfasis en la relevancia biológica del trabajo. [4] Durante esta fase, redes de investigadores altamente organizadas aplicaban el nuevo paradigma de determinación de estructuras de alto rendimiento, que se desarrolló con éxito durante las fases anteriores del PSI, para estudiar una amplia gama de problemas biológicos y biomédicos importantes. La red incluía centros de determinación de estructuras de alto rendimiento, centros de determinación de estructuras de proteínas de membrana, consorcios para asociaciones de biología estructural habilitadas para alto rendimiento, el SBKB y el PSI-MR. En septiembre de 2013, el NIH anunció que el PSI no se renovaría después de que finalizara su tercera fase en 2015.
En enero de 2006, aproximadamente dos tercios de la producción mundial de genómica estructural (SG) se realizó en centros PSI. [12] De estas contribuciones de PSI, más del 20% representaron nuevas familias de Pfam , en comparación con el promedio de los no SG del 5%. [12] Las familias de Pfam representan grupos estructuralmente distintos de proteínas como se predijo a partir de genomas secuenciados . No apuntar a homólogos de estructura conocida se logró mediante el uso de herramientas de comparación de secuencias como BLAST y PSI-BLAST . [12] Al igual que la diferencia en novedad determinada por el descubrimiento de nuevas familias de Pfam, el PSI también descubrió más pliegues y superfamilias de SCOP que los esfuerzos no SG. En 2006, el 16% de las estructuras resueltas por el PSI representaron nuevos pliegues y superfamilias de SCOP, mientras que el promedio de los no SG fue del 4%. [12] La resolución de tales estructuras novedosas refleja una mayor cobertura del espacio de pliegues de proteínas, uno de los principales objetivos del PSI. [1] La determinación de la estructura de una nueva proteína permite que el modelado de homología prediga con mayor precisión el plegamiento de otras proteínas en la misma familia estructural.
Si bien la mayoría de las estructuras resueltas por los cuatro centros PSI a gran escala carecen de anotación funcional, muchos de los centros PSI restantes determinan estructuras para proteínas con función biológica conocida. El TB Structural Genomics Consortium, por ejemplo, se centró exclusivamente en proteínas caracterizadas funcionalmente. Durante su mandato en PSI-1, depositó estructuras para más de 70 proteínas únicas de Mycobacterium tuberculosis , que representaron más del 35% del total de estructuras únicas de M. tuberculosis resueltas hasta 2007. [13] Siguiendo con su tema biomédico para aumentar la cobertura de los fosfotomos, el NYSGXRC ha determinado estructuras para aproximadamente el 10% de todas las fosfatasas humanas . [14]
Los consorcios PSI han proporcionado la abrumadora mayoría de los objetivos para la Evaluación crítica de técnicas para la predicción de la estructura de proteínas (CASP), un experimento bianual de toda la comunidad para determinar el estado y el progreso de la predicción de la estructura de proteínas . [15] [16] [17]
Uno de los principales objetivos de la fase PSI:Biology es utilizar los métodos de alto rendimiento desarrollados durante la primera década de la iniciativa para generar estructuras proteínicas para estudios funcionales, ampliando así el impacto biomédico de la PSI. También se espera que se avance en el conocimiento y la comprensión de las proteínas de membrana. [ cita requerida ]
El PSI ha recibido notables críticas de la comunidad de biología estructural . Entre ellas, se encuentra la de que el producto principal del PSI (los archivos PDB de las coordenadas atómicas de las proteínas determinadas mediante cristalografía de rayos X o espectroscopia de RMN ) no son lo suficientemente útiles para los biólogos como para justificar el coste de 764 millones de dólares del proyecto. [18] [19] Los críticos señalan que el dinero que se gasta actualmente en el PSI podría haber financiado lo que consideran causas más valiosas:
Los 60 millones de dólares anuales de dinero público que se gastan –yo diría que se desperdician– en el PSI son suficientes para financiar aproximadamente entre 100 y 200 subvenciones de investigación individuales iniciadas por investigadores. Estas propuestas basadas en hipótesis son el alma de la empresa científica y, como he comentado recientemente en otras columnas, están siendo exprimidas, entre otras cosas, por una tendencia creciente a financiar grandes iniciativas a costa de ellas. Esos 60 millones de dólares anuales aumentarían el salario de un instituto típico del NIH en unos 6 puntos porcentuales, lo suficiente para marcar una enorme diferencia en la revisión por pares y en la continuidad de una gran cantidad de ciencia importante. [19]
— Dr. Gregory Petsko
Se publicó una breve respuesta a esto: [20]
En conclusión, hay que tener presente que la investigación científica y las tecnologías de vanguardia que la impulsan y que son impulsadas por ella evolucionan de forma constante y rápida. Algunas de las críticas de Petsko son constructivas y los responsables de las políticas deberían tenerlas en cuenta. Pero no hay que tirar al bebé junto con el agua de la bañera, sino ajustar el alcance y los objetivos de la PSI a las necesidades de la comunidad de las ciencias de la vida en su conjunto, en la línea de SPINE, el SGC y otros proyectos europeos de genómica estructural y proteómica. [21] Si se adopta un enfoque tan constructivo, estamos seguros de que los datos estructurales proporcionados por la PSI y sus primos servirán como un recurso no menos valioso que las secuencias genómicas.
En octubre de 2008, el NIGMS organizó una reunión sobre el futuro de los esfuerzos en genómica estructural e invitó a oradores del Comité Asesor del PSI, miembros del Consejo Asesor del NIGMS y científicos interesados que no habían tenido participación previa en el PSI. También se incluyeron representantes de otras iniciativas de genómica, proteómica y genómica estructural, así como científicos del mundo académico, el gobierno y la industria. Sobre la base de esta reunión y las recomendaciones posteriores del Comité Asesor del PSI, [22] [23] se publicó un documento de aprobación conceptual en enero de 2009 que describe lo que podría implicar una tercera fase del PSI. Lo más notable fue un gran énfasis en las asociaciones y colaboraciones para garantizar que la mayoría de la investigación del PSI se centre en proteínas de interés para la comunidad de investigación más amplia, así como en los esfuerzos para hacer que los productos del PSI sean más accesibles para la comunidad de investigación. [24]
Las solicitudes de subvención para PSI:Biología se presentaron antes del 29 de octubre de 2009. Véase la sección Fase 3 más arriba.
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