Wissenschaftlicher Ergebnisbericht - Helmholtz-Zentrum für ...

80 WISSENSCHAFTLICHER ERGEBNISBERICHT | Infektion und Immunität | Mikrobielle Pathogenese
01.12 Erstellung und Nutzung der DNA-Sequenzdaten
PROJEKTLEITER | Dr. Helmut Blöcker | Abteilung für Genomanalyse | bloecker@helmholtz-hzi.de
PROJEKTMITARBEITER | Cyril Alozieuwa | Dr. Sabin Bhuju | Dr. Igor Deyneko | Ayssar Elamin | Michael Jarek |
Yulia Kalybaeva | Dr. Gabriele Nordsiek | Ibrahim Sabra | Maren Scharfe | Prof. Dr. Mahavir Singh | Dr. Matthias Stehr |
Hanaa Wanas
Sequenzanalyseprojekte Die Sequenzierung und Analyse
von DNA ist eine Basistechnik der modernen biologischen
Grundlagenforschung. Unsere Arbeit beinhaltet die vergleichende
Sequenzanalyse von klinischen Isolaten aus pathogenen
Organismen, wie z.B. M. tuberculosis. Im Fokus stehen
Gene, die an der Virulenz, Persistenz, Antibiotikaresistenz
und Wirtspräferenz beteiligt sind.
Wir haben ferner Genombereiche vom Pferd, Schwein und
Rind analysiert, die unter dem Verdacht stehen, krankheitsassoziiert
zu sein. Die ausführliche Annotation einer Reihe
von Bakteriengenomen ist bereits erfolgt und kürzlich
sequenzierten wir drei weitere Genome von Myxobakterien.
Durch die Implementierung zweier DNA-Sequencer der
neuesten Generation (Illumina/Solexa) können wir die
Genomanalyse sowohl quantitativ als auch qualitativ
ausweiten (Abb. 1). Damit wurden Expressionsanalysen
von Rind, Dachs, Maus und Mensch durchgeführt. Für ein
RNAi-Screening mit komplexen Bibliotheken, insbesondere
negativen Selektions-Screenings, haben wir das “Deep
sequencing” etabliert und größere Mengen Proben analysiert.
Ein weiterer Schwerpunkt lag bei der ChIP-Seq-Technik.
Hierbei geht es um Wechselwirkungen zwischen Proteinen
(wie z.B. Transkrip tionsfaktoren) und DNA. Wir haben vor
allem krankheits relevante menschliche Proben untersucht.
Mykogenome Ziel ist die Entwicklung neuer Methoden für
Tuberkulose-Diagnostik und -Therapie. Der Schwerpunkt
liegt auf der Identifi zierung klinisch mehrfach-resistenter
Mycobacterium tuberculosis-Stämme, sowie auf der Charakterisierung
Virulenz-assoziierter Proteine.
An der Tuberkulose sterben jährlich etwa zwei Millionen
Menschen. Ein großes Problem sind mehrfach-resistente
Erreger (MDR) oder extrem-resistente Erreger (XDR), die nur
mit Reservemedikamenten behandelbar sind. Wir entwickeln
Diagnostika für MDR-Tuberkulose.
Im EU-Projekt Fast-XDR-Detect wird ein Farbstoff-basierender
Test im 96-Well-Plattenformat entwickelt, mit dem MDR-Tuberkulose
detektiert werden kann. Dazu wurden die Genome
zahlreicher klinischer Mycobacterium tuberculosis-Stämme
sequenziert, um Resistenz-assoziierte Mutationen zu identifi
zieren (s. Abb. 2. S. 68). Sie werden im Test als molekulare
Marker verwendet.
Im EU-Projekt FASTEST-TB suchen wir nach neuen mykobakteriellen
Antigenen, also diagnostischen Proteinmarkern für Schnelltests
im 96-Well-Plattenformat. Wir haben bisher über 100
neue Kandidatenproteine gefunden, die zurzeit evaluiert werden.
Abb. 1. Verteilung von DNA-Clustern zur Sequenzierung. Ungefähr
zwei Jahre Technologieentwicklung führten zu einem Anstieg
der Megabasen pro Sequenzierlauf um 1.500 Prozent. Fotos: HZI
Das Enzym Antigen85A synthetisiert das in der Zellwand
am häufi gsten vorkommende Glykolipid TDM (Trehalose
6,6‘-dimycolat; Cord- Factor). Antigen85A ist ein wichtiger
Baustein für die Zellwand, kann aber auch als Impfstoff verwendet
werden. Das Enzym wurde rekombinant hergestellt
und eine ausführliche Untersuchung der immunologischen
Eigenschaften durchgeführt. Wir haben zum ersten Mal einen
nicht-radioaktiven Test entwickelt und konnten wichtige enzymatische
Parameter des Enzyms bestimmen. Der neue Test ist
auch für Hochdurchsatz-Experimente geeignet und kann zur
Durchmusterung von Substanzbanken verwendet werden.
Neuartige Bioinformatiktechnologie Wir erforschen die
Anwendungsmöglichkeiten der Signaltheorie auf die funktionsorientierte
Analyse von Biomolekülen. Wir wollen durch
die Untersuchung der physikalisch-chemischen Eigenschaften
Ähnlichkeiten, Homologien und Analogien ermitteln und
die Ergebnisse mit Nasslabor-Daten bestätigen. Die Software
“FeatureScan” ist über http://genome.helmholtz-hzi/featurescan
frei erhältlich. Unser System ermöglicht die Ermittlung
merkmalsabhängiger Ähnlichkeiten, bei denen Systeme
auf Basis von Buchstaben-Codes (A, C, T, G) scheitern. So
konnten wir mit Hilfe unserer Methode beim Vergleich von
Promotoren von Mensch und Schimpanse funktionelle Bereiche
identifi zieren, die uns mit herkömmlichen Methoden
verborgen geblieben waren.
Deyneko,I.V., Kalybaeva,Y.M., Kel,A.E., & Blöcker,H. (2010) Human-chimpanzee promoter
comparisons: Property-conserved evolution? Genomics 96, 129-133.
Von Groll A., Martin A., Stehr M., Singh M., Portaels F., da Silva P.E. & Palomino JC.
(2010) Fitness of Mycobacterium tuberculosis strains of the W-Beijing and Non-W-
Beijing genotype. PLoS One 5, e10191.
Adhikary,T., Kaddatz,K., Finkernagel,F., Schonbauer,A., Meissner,W., Scharfe,M.,
Jarek,M., Blöcker,H., Muller-Brusselbach,S., & Müller,R. (2011) Genomewide Analyses
Defi ne Different Modes of Transcriptional Regulation by Peroxisome Proliferator-Activated
Receptor-beta/delta (PPARbeta/delta). PLoS ONE 6, e16344.