Labor für angewandte Bioinformatik und Sequenzierung viraler Genome und Transkriptome

Mit dem Aufkommen der Hochdurchsatzsequenzierung wurde es möglich in kurzen Zeiten riesige Sequenzdatenmengen zu generieren. Die Hochdurchsatzsequenzierung, auch Next-generation sequencing (NGS) genannt, gehört deshalb und dank stetig fallender Kosten heute bei vielen Forschungsprojekten zum festen Bestandteil des Methodenumfanges. Allerdings stellt die anschließende Auswertung der entstandenen Daten einen erheblichen Flaschenhals dar, da Umfang, Komplexität und Struktur dieser Daten den Einsatz spezieller Software aus dem Bereich der Bioinformatik nötig machen.

Aufgaben

Das Labor für angewandte Bioinformatik etabliert geradlinige und automatisierte Workflows die den speziellen Anforderung viraler Genome an die Sequenzdatenauswertung gerecht werden. Im Vordergrund stehen dabei die Anwendung und Verknüpfung existierender Software zur Generierung viraler Genome sowie begleitende funktionelle Annotationen. Besonders bei Viren mit großen und komplexen Genomen, wie z.B. Herpesviren, ist eine funktionelle Annotation der codieren Bereiche nur im Zusammenspiel mit der Erfassung des viralen Transkriptoms möglich. Hierzu wendet das Labor spezielle Verfahren zur Sequenzierung der viralen Boten-RNA (mRNA) an und entwickelt Auswerteverfahren, die eine Synergie von Genom- und Transkriptomdaten ermöglichen.

Des Weiteren unterstützt das Labor aktiv die Planung, Durchführung und Auswertung von Genexpressionsstudien. Bei diesen Untersuchungen wird mit geeigneten Methoden das gesamte Transkriptom behandelter Proben, z.B. Stimulus durch virale Infektion oder bioaktive Substanzen, erfasst und mit denen von Kontrollproben verglichen. Als Ergebnis können die durch den Stimulus hervorgerufenen Veränderung der Genexpression auf Einzelgenebene erfasst und funktionell auf Ebene von ganzen Reaktionswegen und -gruppen eingeordnet werden. Zur Durchführung von Genexpressionsstudien an Nichtmodellorganismen, also Organismen für die kein qualitativ hochwertiges Referenzgenom existiert, etabliert das Labor außerdem Verfahren zur Erstellung und Annotation von de novo Transkriptomen.

Bereits etablierte bioinformatische Anwendungen werden zudem ständig weiterentwickelt und verbessert. Für die Durchführung der Hochdurchsatzsequenzierung arbeitet das Labor in enger Abstimmung mit den anderen Arbeitsgruppen des Friedrich-Loeffler-Institutes, insbesondere mit dem Labor für NGS und Microarray-Diagnostik.

Forschungsschwerpunkte und -projekte

  • Sequenzierung viraler Genome, funktionelle Annotation und phylogenetische Einordnung
  • Durchführung von vergleichenden Genexpressionsanalysen
  • Untersuchung wirtsspezifischer Genexpressionssignaturen während persistenter Infektion mit dem Maul-und-Klauenseuche-Virus im Rind zur verbesserten Diagnostik und Therapie
  • „Transcriptional landscaping“ als Tool zur funktionellen Annotation mit Fokus auf komplexen DNA Viren
  • Identifizierung und Charakterisierung exogenen Erbguts in komplexen DNA Viren (Akquise von Wirts DNA/RNA durch ein Virus)
  • Etablierung von phylogenetischen Methoden zur Klassifizierung von Viren unter Einbezug deren genetischen Repertoires

Weiteres

Das Laboratorium ist seit dem Jahr 2003 akkreditiert und führt die Subtypisierung von BVDV positiven getesteten Proben (NRL for BVD/MD) mittels RT-PCR und Sequenzierung durch. Außerdem führt das Labor die klassische DNA Sequenzierung mittels Sanger sowie Framentlängenanalysen als Dienstleistung für alle Laboratorien des Friedrich-Loeffler-Institutes am Standort Insel Riems durch. Dazu steht ein Genetic Analyzer vom Typ 3130xl und 3500 zur Verfügung.