Das menschliche Genom enth?lt etwa drei Milliarden Basenpaare. Im Durchschnitt unterscheiden sich die Genomsequenzen zweier Menschen in etwa einem von 1.000 Basenpaaren voneinander. Dabei treten unterschiedliche Varianten auf. Von ausgetauschten Basenpaaren bis hin zu ganzen fehlenden DNA-Abschnitten. Wissenschaftler:innen des Regensburger Centrums für Interventionelle Immunologie (RCI) und des Berlin Institute of Health (BIH) haben gemeinsam mit isl?ndischen Forscher:innen ?PopDel“ entwickelt, eine Software, die zuverl?ssig und schnell gro?e Mutationen in Zehntausenden von Genomen gleichzeitig identifiziert. PopDel kann eine Grundlage für die Identifizierung von Mutationen sein. Die Ergebnisse wurden nun in der Fachzeitschrift Nature Communications ver?ffentlicht.
Das menschliche Genom enth?lt rund drei Milliarden Basenpaare und ist auf 46 Chromosomen verteilt. Doch die genetische Variation von Mensch zu Mensch ist sehr gering:. Manchmal werden einzelne Basenpaare im Genom ausgetauscht, ein anderes Mal werden ganze Abschnitte verschoben. ?Gro?e strukturelle Ver?nderungen sind viel seltener als Ver?nderungen einzelner Basenpaare, aber sie haben oft einen gr??eren Einfluss auf die Ursache von Krankheiten", sagt Dr. Birte Kehr, seit kurzem Professorin für Algorithmische Bioinformatik am Regensburger Centrum für Interventionelle Immunologie (RCI). 百利宫_百利宫娱乐平台￥官网e Ver?nderungen sind jedoch schwieriger zu erkennen. Um mehr über diese gr??eren Ver?nderungen zu erfahren, ist es hilfreich, gro?e Datenbanken zu nutzen. ?ber eine solche Datenbank verfügt die isl?ndische Firma deCODE Genetics. Deren Datenbank enth?lt rund 50.000 menschliche Genomsequenzen. ?Wir hatten immer vor, in dieser Datenbank nach Mutationen zu suchen, aber wir hatten kein Programm, das diese riesigen Datenmengen zuverl?ssig und schnell verarbeiten konnte", erkl?rt Professorin Kehr.
Die bisher verfügbaren Programme zur Identifizierung von Strukturvarianten konnten nur die Daten weniger Individuen gleichzeitig verarbeiten. Bei gro?en Datens?tzen mussten die Ergebnisse dann kombiniert werden, was ein umst?ndlicher und fehleranf?lliger Prozess war. ?Ziel war es, zun?chst ein statistisches Modell zu entwickeln, mit dem wir Informationen aus allen Genomen gleichzeitig auswerten k?nnen", berichtet Sebastian Niehus, der Erstautor der Studie. ?Dazu musste das Programm so gestaltet werden, dass ein Computer schnell gro?e Datenmengen durchforsten kann."
Nachdem PopDel entwickelt war, musste es sich in verschiedenen Szenarien gegen andere Programme beweisen. "Es gelang uns zu zeigen, dass PopDel schnell, zuverl?ssig und ressourceneffizient gute Ergebnisse liefert, sowohl mit den Daten einer einzelnen Person als auch mit den Daten der gr??ten Kohorten", so Niehus weiter. Kehr erg?nzt: ?PopDel brauchte nur zwei Tage, um die Genome von 150 Personen zu analysieren. Andere Programme nahmen dazu vier Wochen in Anspruch. Und auch die Ergebnisse von PopDel waren besser." Die Wissenschaftler:innen haben PopDel nun über das Paketmanagementsystem ?Conda“ für die wissenschaftliche Gemeinschaft ?ffentlich zug?nglich gemacht. Der Quellcode ist auf Github unter https://github.com/kehrlab/PopDel (externer Link, ?ffnet neues Fenster) zu finden.
Allerdings kann PopDel nur gel?schte DNA-Abschnitte erkennen, nicht aber genetische Varianten, bei denen Abschnitte verdoppelt, invertiert oder transloziert wurden. Die Forscher:innen hoffen, die Software weiterentwickeln zu k?nnen, um künftig all diese Arten von genetischen Strukturvarianten zu erkennen. Langfristig sollen die gewonnenen Erkenntnisse zur Entwicklung neuer Therapien führen, hofft Professorin Kehr.
?Wir hoffen, dass wir mit PopDel neue genetische Varianten identifizieren k?nnen, die für die Verbesserung von Immunzellfunktionen verantwortlich sind. Die Nachbildung solcher Mutationen mit Hilfe modernster Gen-Editing-Technologien würde dem RCI innovative zellul?re Plattformen für die Behandlung von Krebs und immunbezogenen Krankheiten wie Autoimmunit?t und Graft-versus-Host-Disease liefern", sagt Professor Philipp Beckhove, Direktor des RCI.
?ber das RCI
Das RCI Regensburger Centrum für Interventionelle Immunologie ist ein au?eruniversit?res Forschungszentrum mit Fokus auf die translationale Immunologie in den Bereichen Krebsimmuntherapie, chronische Entzündung und Autoimmunit?t. Ziel ist es, effektive zellul?re Immuntherapien in diesen Bereichen zu entwickeln.
