NMRFx: An Integrated software suite for macromolecular NMR analysis

NMRFx：用于大分子 NMR 分析的集成软件套件

• 批准号: 9447428
• 负责人: Bruce A Johnson
• 金额: $ 30.96万
• 依托单位: ADVANCED SCIENCE RESEARCH CENTER
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-09-15 至 2021-07-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9447428
• 关键词: Area; Biomedical Research; Chemicals; Code; Collection; Communities; Computer Analysis; Computer software; Cryoelectron Microscopy; Data; Data Set; Development; Disease; Documentation; Ensure; Environment; Goals; Health; Human; Imagery; Java; Knowledge; Lead; Ligand Binding; Molecular; Molecular Structure; NMR Spectroscopy; Names; Nuclear Magnetic Resonance; Nucleic Acids; Performance; Play; Population; Process; Programming Languages; Property; Proteins; Protocols documentation; Pythons; RNA; Recording of previous events; Research; Research Personnel; Role; Sampling; Scheme; Science; Scientist; Signal Transduction; Specificity; Structure; Techniques; Therapeutic; Transcend; X-Ray Crystallography; base; biological research; cohesion; computerized tools; design; drug discovery; experience; experimental study; graphical user interface; holistic approach; human disease; improved; insight; interactive tool; interoperability; novel strategies; open source; operation; programs; scripting interface; software development; symposium; tool; usability; user-friendly

Knowing the structure, dynamics and ligand binding specificity of proteins and nucleic acids is essential to  understanding the mechanisms of human disease and to the optimal design of molecules that can intervene  therapeutically in disease processes.  Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Spectroscopy is one of the most  versatile techniques for obtaining this molecular information.  This tremendous value of NMR in biomedical  science is only realized through the application of powerful computational tools.  Our goal in this project is to  extend and harden three existing software programs for the computational analysis of NMR data into a  powerful, but user-­friendly, integrated suite.  Having effective software for NMR, as we are proposing, is  especially critical as we realize that the deep insight into macromolecular structure and function comes not  from a single technique like NMR, but from the complementary information from various techniques including  NMR, X-­ray crystallography, and Cryo-­electron microscopy.  Scientists are no longer seeing these techniques  as specialized techniques usable by only domain experts, but as a collection of techniques that can and should  be applied together.  Despite this essential role for NMR and the key need for accessible computational tools in  its use, there does not exist an integrated software environment that spans the major steps of macromolecular  NMR analysis.  Researchers must use a variety of tools from different labs that have different programming  languages, scripting tools, naming conventions, graphical interfaces, documentation styles etc. The project  proposed here aims to resolve this important issue by the further development and hardening of three existing  software applications, all previously developed by the PI, into an integrated software suite, NMRFx.  NMRFx  Processor will provide the signal processing necessary to transform NMR data into usable spectra.  NMRFx  Viewer will provide advanced tools for visualizing and analyzing the NMR spectra.  NMRFx Structure will allow  calculating macromolecular structures consistent with the data, and calculating structure dependent NMR  properties such as chemical shifts.   Integrating the tools will not only make their use more accessible and  efficient, but tight integration will allow new approaches to computational analysis that move away from the  traditional linear sequence of steps into a more holistic approach to extracting information from the data.   Development of the integrated software platform proposed here will substantially lower the barrier and better  support new users in accessing the important information that NMR can provide.  We propose that by providing  new, and even experienced users, with a software toolset that has a common installation protocol, interface  style, data structures, and overall design, we can substantially lower these barriers to use.  Doing this will  make the use of NMR techniques more accessible to a wider population of researchers and increase the use  of NMR in a broad range of biological research areas that impact on human health.

了解蛋白质和核酸的结构、动力学和配体结合特异性对于 了解人类疾病的机制，以及可以干预的分子的最佳设计， 核磁共振（NMR）光谱是目前研究的最多的光谱之一。 核磁共振在生物医学中的巨大价值 科学只有通过强大的计算工具的应用才能实现。我们在这个项目中的目标是 扩展和加强现有的三个软件程序的计算分析核磁共振数据到一个 功能强大，但用户友好，集成套件。拥有有效的核磁共振软件，因为我们建议， 尤其重要的是，我们认识到，对大分子结构和功能的深入了解， 从单一的技术，如核磁共振，但从互补的信息，从各种技术，包括 核磁共振、X射线晶体学和低温电子显微镜。科学家们再也看不到这些技术了 作为只有领域专家才能使用的专门技术，但作为一个技术集合， 尽管核磁共振的这一重要作用和对可访问的计算工具的关键需求， 由于其使用，不存在跨越大分子生物学的主要步骤的集成软件环境， 核磁共振分析。研究人员必须使用来自不同实验室的各种工具，这些工具具有不同的编程 语言、脚本工具、命名约定、图形界面、文档样式等。 这里提出的目的是解决这一重要问题，通过进一步发展和加强现有的三个 软件应用程序，所有以前开发的PI，到一个集成的软件套件，NMRFx。 处理器将提供将NMR数据转换为可用光谱所需的信号处理。 查看器将提供用于可视化和分析NMR谱的高级工具。 计算与数据一致的大分子结构，并计算结构依赖的NMR 化学位移等性质。 整合这些工具不仅可以使它们的使用更容易获得， 高效但紧密的集成将允许新的计算分析方法， 传统的线性步骤序列转变为从数据中提取信息的更全面的方法。 本文提出的综合软件平台的开发将大大降低障碍， 支持新用户访问NMR可以提供的重要信息。我们建议通过提供 新用户，甚至是有经验的用户，使用具有通用安装协议、界面 风格、数据结构和整体设计，我们可以大大降低这些使用障碍。这样做将 使更多的研究人员更容易使用核磁共振技术， 核磁共振在广泛的生物研究领域，对人类健康的影响。