Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuartige Datenbank für Erbinformationen soll Forschung revolutionieren

10.11.2016

Im Jahr 2000 verkündeten Wissenschaftler der Welt, das Erbgut eines Menschen komplett analysiert zu haben. Mit der daraus entstandenen Gen-Karte, Referenzgenom genannt, erforschen sie seitdem, wie Gene biologische Prozesse steuern. Inzwischen benötigt die Sequenzierung eines Genoms jedoch nur noch Stunden anstatt Jahre. Die Auswertung dieser Gesamtmenge an Gen-Daten ist der nächste Schritt, um Krankheiten wie Krebs besser behandeln zu können. Eine internationale Forschergemeinde arbeitet daher an einer neuartigen Datenbank, um diese umfangreichen Gen-Daten besser aufzubereiten. Ganz vorne dabei ist Tobias Marschall, Juniorprofessor am Zentrum für Bioinformatik der Saar-Uni.

„Stellen Sie sich ein riesiges Puzzle vor. Um es schnell zu vollenden, orientieren Sie sich an der Abbildung des fertigen Puzzles auf dem Karton“, erklärt Tobias Marschall die Funktion des Referenzgenoms. Am Zentrum für Bioinformatik entwickelt er neue Rechenverfahren, die das Gen-Puzzle nicht nur effizient lösen, sondern den Wissenschaftlern weitere Erkenntnisse liefern.


Tobias Marschall, Professor am Zentrum für Bioinformatik

Katja Sponholz

Diese Automatisierung der Analyse ist notwendig, da die Menge an Gen-Daten sprunghaft angestiegen ist. Inzwischen nimmt die Sequenzierung eines Genoms, der Gesamtheit aller Erbinformationen eines Lebewesens oder Virus, nicht mehr Jahre in Anspruch, sondern dauert nur noch Stunden.

„Mit den Daten, die wir heute haben, können wir viel mehr leisten“, fasst Marschall die aktuelle Lage zusammen. Beispielsweise könne man die Unterschiede zwischen den Genomen von gesunden und erkrankten Menschen ermitteln und dann prüfen, ob diese statistisch signifikant seien.

„Sie können die entscheidenden Ansatzpunkte bieten, um sicherzustellen, dass jeder Patient eine maßgeschneiderte Therapie bekommt“, erklärt Marschall. Jedoch gerade diese Art von Forschung ist mit dem aktuellen Referenzgenom schwierig. „Das Abbild eines fertigen Puzzles hilft beim Puzzeln nur, wenn die Ähnlichkeiten hoch sind“, so Marschall.

Zusammen mit einer Gruppe von hochkarätigen Forscherkollegen wie Professor Knut Reinert von der Freien Universität Berlin, der bereits bei der ersten Sequenzierung des Humangenoms mitgearbeitet hatte, plant er daher den Schritt weg von einem Referenzgenom hin zu einer Art intelligentem Gen-Netzwerk. Im Gegensatz zum bisherigen Referenzgenom soll es nicht nur die Informationen zu einem sequenzierten Genom bereitstellen, sondern die aller sequenzierten Genome.

Mit Hilfe mathematischer Verfahren könnte dann nicht nur jede Kombination eines menschlichen Genoms berechnet werden, sondern ebenso die Erbinformation einer gesamten Bevölkerung, ein funktionales Genom, bei dem hinderliche Mutationen ausgeklammert werden, und sogar das maximale Genom, das alle bisher detektierten Sequenzen umfasst.

Die Wissenschaftler bezeichnen diese neuartige Referenzdarstellung als Pangenom und das dadurch definierte Forschungsgebiet als „computational pan-genomics“, was sich als „rechnergestützte, allumfassende Genomik” übersetzen lässt. Die dafür notwendigen Methoden und Algorithmen lassen sich nicht nur auf das menschliche Genom anwenden.

Zusammen mit rund 60 Wissenschaftlern hat Marschall gerade den wissenschaftlichen Aufsatz „Computational pan-genomics: status, promises and challenges“ veröffentlicht. Darin definieren die Wissenschaftler sieben Forschungsgebiete. Neben Erbkrankheiten sind dies unter anderem Mikroben, Viren, Metagenomik, Pflanzen und Krebs.

Als Datenstruktur verwenden die Forscher Graphen und bedienen sich der dahinterstehenden, mathematischen Theorie. Als Graph bezeichnen Informatiker ein Modell, mit dessen Hilfe sich Objekte beschreiben lassen, die in Beziehung stehen. Anschauliche Beispiele sind U-Bahn-Pläne oder Familienstammbäume. „Das wird insbesondere uns Bioinformatiker fordern“, erklärt Marschall. Die effiziente Suche in Graphen sei viel aufwendiger als das bisherige Durchstöbern von Zeichenketten. Doch die Anstrengungen der Informatik alleine werden nicht ausreichen, glaubt Marschall.

„Auch die Politik und die Gesellschaft ist gefordert. Nur so können wir die Erbinformationen aus allen Ländern der Welt für die Wissenschaft zugänglich machen. Die Aussicht, dadurch die Gesundheitsversorgung von Millionen von Menschen zu verbessern, sollte Motivation genug sein“, so Marschall.

Hintergrund: Zentrum für Bioinformatik

Das Zentrum für Bioinformatik Saar (ZBI) betreibt Forschung und Lehre in einem hochmodernen Bereich der Naturwissenschaften und ist eine Vorbildinstitution für interdisziplinäre Forschung auf dem Campus der Universität des Saarlandes. Unter dem Zusammenschluss „Saarland Informatics Campus“ arbeiten weltweit renommierte Forschungsinstitute und Einrichtungen in Forschung und Lehre zusammen. Neben dem Max-Planck-Institut für Informatik und dem Max-Planck-Institut für Softwaresysteme sind dies das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), das Intel Visual Computing Institute, das Center for IT-Security, Privacy and Accountability (CISPA), der Exzellenzcluster „Multimodal Computing and Interaction“, sowie die Fachrichtung Informatik an der Universität des Saarlandes.

Weitere Informationen

Aufsatz „Computational pan-genomics: status, promises and challenges“
http://bib.oxfordjournals.org/content/early/2016/10/19/bib.bbw089

Webseite des Zentrum für Bioinformatik Saar: http://zbi.uni-saarland.de

Pressefotos unter: www.uni-saarland.de/pressefotos

Fragen beantwortet:
Prof. Dr. Tobias Marschall
Zentrum für Bioinformatik
Saarland Informatics Campus E2.1
Tel.: +49 681 302 70880
E-Mail: marschall@cs.uni-saarland.de

Redaktion:
Gordon Bolduan
Kompetenzzentrum Informatik Saarland
Saarland Informatics Campus E1.7
Tel: +49 681 302 70741
E-Mail: gbolduan@mmci.uni-saarland.de

Hinweis für Hörfunk-Journalisten: Sie können Telefoninterviews in Studioqualität mit Wissenschaftlern der Universität des Saarlandes führen, über Rundfunk-Codec (IP-Verbindung mit Direktanwahl oder über ARD-Sternpunkt 106813020001). Interviewwünsche bitte an die Pressestelle (0681/302-3610).

Weitere Informationen:

http://bib.oxfordjournals.org/content/early/2016/10/19/bib.bbw089
http://zbi.uni-saarland.de

Friederike Meyer zu Tittingdorf | Universität des Saarlandes

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Betazellfunktion im Tiermodell wiederhergestellt: Neue Wirkstoffkombination könnte Diabetes-Remission ermöglichen
21.02.2020 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

nachricht Darmkrebs: Erhöhte Lebenserwartung dank individueller Therapien
20.02.2020 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultraschnelles Schalten eines optischen Bits: Gewinn für die Informationsverarbeitung

Wissenschaftler der Universität Paderborn und der TU Dortmund veröffentlichen Ergebnisse in Nature Communications

Computer speichern Informationen in Form eines Binärcodes, einer Reihe aus Einsen und Nullen – sogenannten Bits. In der Praxis werden dafür komplexe...

Im Focus: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

Im Focus: Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik

Die Betriebsgeschwindigkeit von Halbleitern in elektronischen und optoelektronischen Geräten ist auf mehrere Gigahertz (eine Milliarde Oszillationen pro Sekunde) beschränkt. Die Rechengeschwindigkeit von modernen Computern trifft dadurch auf eine Grenze. Forscher am MPSD und dem Indian Institute of Technology in Bombay (IIT) haben nun untersucht, wie diese Grenze mithilfe von Lichtwellen und Festkörperstrukturen mit Defekten erhöht werden könnte, um noch größere Rechenleistungen zu erreichen.

Lichtwellen schwingen mehrere hundert Trillionen Mal pro Sekunde und haben das Potential, die Bewegung von Elektronen zu steuern. Im Gegensatz zu...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leopoldina-Symposium: „Mission – Innovation“ 2020

21.02.2020 | Veranstaltungen

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Globale Datenbank für Karstquellenabflüsse

21.02.2020 | Geowissenschaften

Leopoldina-Symposium: „Mission – Innovation“ 2020

21.02.2020 | Veranstaltungsnachrichten

Langlebige Fachwerkbrücken aus Stahl einfacher bemessen

21.02.2020 | Architektur Bauwesen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics