Intuicyjna aplikacja internetowa ułatwia interpretację skomplikowanych zdjęć rentgenowskich
Określenie kształtu i dynamiki białek ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia życia na poziomie molekularnym, jednak techniki do tego wymagane były dotychczas skomplikowane i dostępne wyłącznie dla specjalistów. Biologiczna małokątowa dyfraktometria rentgenowska (BioSAXS) to wszechstronna metoda, która pozwala naukowcom badać, w jaki sposób biomolekuły zmieniają strukturę i oddziałują ze sobą, poprzez naświetlanie próbek promieniowaniem rentgenowskim w różnych stanach, od cieczy po żele. Jednak do obsługi zaawansowanych urządzeń niezbędnych do przeprowadzania tych eksperymentów często potrzebna jest dogłębna wiedza techniczna. Aby przezwyciężyć tę barierę, finansowany przez UE projekt ARISE(odnośnik otworzy się w nowym oknie) – będący programem stypendialnym poświęconym szkoleniu przyszłych liderów w zakresie infrastruktury badawczej – odgrywa kluczową rolę w opracowaniu środowiska BioSAXS Customized Beamline Environment (BSxCuBE-Web). Ten nowy interfejs internetowy open source działa obecnie na linii wiązki BM29, wspólnie obsługiwanej przez koordynatora projektu ARISE – Europejskie Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) w Niemczech – oraz organizację partnerską – Europejską Instytucję Promieniowania Synchrotronowego (ESRF) we Francji. Upraszcza on i automatyzuje proces eksperymentalny oraz pozwala udostępnić zaawansowaną biologię strukturalną szerszej społeczności.
Skomplikowany sprzęt, łatwość obsługi
Impulsem do powstania rozwiązania BSxCuBE-Web była potrzeba wykorzystania możliwości zmodernizowanego synchrotronu czwartej generacji ESRF bez przytłaczania użytkowników skomplikowanymi aspektami technicznymi. System zastępuje starsze oprogramowanie nowoczesną, warstwową architekturą, która oddziela sterowanie sprzętem od interfejsu użytkownika. Dzięki temu naukowcy mogą projektować eksperymenty, umieszczać próbki w kolejce do automatycznego badania o wysokiej przepustowości oraz monitorować gromadzenie danych w czasie rzeczywistym za pomocą standardowej przeglądarki internetowej, niezależnie od swoich umiejętności programistycznych. Interfejs wizualnie odzwierciedla fizyczny układ zrobotyzowanych zmieniaczy próbek, co pomaga użytkownikom intuicyjne konfigurowanie partii próbek. Co najważniejsze, system wyposażono w solidne mechanizmy obsługi błędów. W przypadku utraty wiązki lub awarii próbki kolejka automatycznie wstrzymuje się lub pomija problem, dając gwarancję bezpiecznego przebiegu eksperymentów bez nadzoru przez długi czas. Jean Baptiste Florial, inżynier oprogramowania full-stack, który kierował projektem, opisuje trudność tego zadania w artykule na stronie internetowej EMBL(odnośnik otworzy się w nowym oknie): „Główne wyzwanie polegało na połączeniu złożonego sprzętu linii wiązki z prostym i niezawodnym interfejsem internetowym. Wymagało to zapewnienia synchronizacji wszystkich elementów w czasie rzeczywistym przy jednoczesnym zadbaniu o stabilność systemu. Musieliśmy zająć się także kwestią wydajności i skalowalności, zwłaszcza z uwagi na fakt, że przetwarzamy duże strumienie danych bezpośrednio w przeglądarce”.
Wspieranie nowego pokolenia liderów badań naukowych
Program stypendialny ARISE odegrał kluczową rolę w testowaniu i udoskonalaniu oprogramowania, ponieważ dzięki niemu badacze zyskali rzeczywiste środowisko testowe, w którym mogli wykorzystać swoje interdyscyplinarne umiejętności. Anton Popov i Dihia Moussaoui, dwoje badaczy ARISE z EMBL w Grenoble, ściśle współpracowało z zespołem inżynierów. Praca Popova nad urządzeniami i narzędziami mikroprzepływowymi pozwala użytkownikom na wykonywanie różnego rodzaju eksperymentów dotyczących mieszania oraz prowadzenie badań z rozdzielczością czasową. Opracowana przez Moussaoui metoda śledzenia śladu rentgenowskiego w połączeniu ze spektrometrią masową może stanowić uzupełnienie BioSAXS i innych metod stosowanych w biologii strukturalnej. Odnosząc się do znaczenia współpracy między stypendystami projektu ARISE (Career Accelerator for Research Infrastructure Scientists) a inżynierami na kształt inicjatywy, Florial stwierdza: „Zawsze dobrze jest współpracować z naukowcami, aby zrozumieć, czego naprawdę potrzebują. Chcieliśmy stworzyć ogólną platformę aplikacyjną przydatną zarówno naukowcom, jak i innym użytkownikom synchrotronów przeprowadzającym eksperymenty BioSAXS. Docierające do nas opinie wskazują, że BSxCuBE-Web jest przyjazny dla użytkownika, sądzę więc, że osiągnęliśmy nasz cel”. Więcej informacji: strona projektu ARISE(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
