{"id":45000,"date":"2022-01-27T09:01:15","date_gmt":"2022-01-27T08:01:15","guid":{"rendered":"https:\/\/www.h-its.org\/de\/?p=45000"},"modified":"2022-01-27T09:33:08","modified_gmt":"2022-01-27T08:33:08","slug":"serratus-nature","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.h-its.org\/de\/2022\/01\/27\/serratus-nature\/","title":{"rendered":"Digitale Werkzeuge f\u00fcr effektive Viren-Forschung"},"content":{"rendered":"\n

Die digitale Infrastruktur \u201eSerratus\u201c erm\u00f6glicht Forschenden, \u00f6ffentliche Sequenzdatenbanken effektiv nach biologischen Viren zu durchsuchen. Bislang konnten damit \u00fcber 130.000 neue RNA-Viren identifiziert werden \u2013 von Corona-Viren \u00fcber Verwandte des Hepatitis-D-Virus bis zu Bakteriophagen. Das internationale Team hinter dem Projekt, an dem auch Forschende des Heidelberger Instituts f\u00fcr Theoretische Studien und des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Biologie beteiligt sind, berichtet \u00fcber die Ergebnisse im Fachjournal \u201eNature.\u201c<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die Vielfalt der Viren auf unserem Planeten ist sprichw\u00f6rtlich unfassbar, denn die Wissenschaft kennt bislang nur einen Bruchteil der existierenden Viren. Welch verheerende Folgen neu auftretende Viruserkrankungen f\u00fcr die Menschheit haben, hat die derzeitige SARS-CoV2-Pandemie gezeigt. Daher ist es wichtig, die Diversit\u00e4t der global vorkommenden Viren mit Mitteln der Informatik zu katalogisieren und f\u00fcr die Wissenschaft nutzbar zu machen.<\/p>\n\n\n\n

Zufallsfunde im Regenwald<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u00d6ffentliche Sequenzdatenbanken sind zu einem riesigen Speicher f\u00fcr genetische Daten geworden, den Forschende aus aller Welt bef\u00fcllen. Diese Daten stammen von biologischen Forschungsgruppen, die Sequenzdaten erzeugen, sei es zur Untersuchung des Bodenmikrobioms des Amazonas-Regenwaldes oder zur Erforschung der Ausbreitung von Krankheiten wie dem SARS-CoV-2-Virus. In der Regel werden bei solchen Studien genetische Sequenzdaten nicht nur von dem Organismus gewonnen, der untersucht werden sollte, sondern auch von anderen Organismen, deren DNA zuf\u00e4llig in der Probe enthalten ist. Solche zuf\u00e4lligen Daten k\u00f6nnen f\u00fcr andere Forschende besonders interessant sein, da diese Daten nicht im Mittelpunkt der urspr\u00fcnglichen Studie stehen und daher in der Regel ignoriert werden. Sie sind aber dennoch in den \u00f6ffentlichen Datenbanken hinterlegt.<\/p>\n\n\n\n

Eine Infrastruktur f\u00fcr effiziente Suche<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Diesen verborgenen Schatz zu heben bedeutet, dass die Forschenden in ungeheuer gro\u00dfen und verteilten Datenmengen suchen m\u00fcssten. Denn in den frei zug\u00e4nglichen \u00f6ffentlichen Datenbanken liegen Sequenzdaten in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von Petabytes (d.h. Millionen von Gigabytes). Die Forschenden im internationalen Serratus-Projekt haben hierf\u00fcr eine Cloud-basierte Infrastruktur entwickelt. Serratus ist eine open source Cloud-Computing-Infrastruktur, die den Sequenzabgleich im Petabyte-Ma\u00dfstab erm\u00f6glicht.<\/p>\n\n\n\n

\u201eUnsere Infrastruktur erm\u00f6glicht eine effiziente Suche im Sequence Read Archive, einem der beliebtesten \u00f6ffentlichen Sequenzspeicher\u201c, erl\u00e4utert Pierre Barbera, der als Mitglied der Computational Molecular Evolution Gruppe<\/a> am Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien (HITS) Ko-Autor der Studie war. Er erstellte Software zur Berechnung und Analyse der phylogenetischen Stammb\u00e4ume aller untersuchten Spezies. Am Projekt beteiligt sind auch Forschende am Max-Planck-Institut f\u00fcr Biologie in T\u00fcbingen. Sie brachten ihre Biocomputing-Software \u201eDIAMOND\u201c<\/a> in das Projekt ein, die wie eine Internet-Suchmaschine in wenigen Stunden \u00dcbereinstimmungen von Proteinbausteinen sequenzierter\u00a0Lebewesen auflistet. Bis\u00a0vor kurzem war f\u00fcr solche Berechnungen selbst mit Hochleistungsrechnern und dem\u00a0bisherigen Goldstandard BLAST noch ein Zeitraum von Monaten notwendig. Die erweiterte Version \u201eDIAMOND v2\u201c wird in Zusammenarbeit mit der Max Planck Computing and Data Facility in Garching entwickelt.<\/p>\n\n\n\n

Zahl der neu entdeckten Viren verzehnfacht<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Mit den entwickelten Werkzeugen konnten die Forscher \u00fcber 130.000 neue RNA-Viren identifizieren, was eine Verzehnfachung der bekannten Virenspezies bedeutet. Darunter befanden sich bisher unbekannte Mitglieder der Coronavirus-Familie, die eng mit dem SARS-CoV-2-Virus verwandt sind, sowie neuartige Viren, die mit dem Hepatitis-D-Virus verwandt sind, und neuartige Bakteriophagen, d. h. Viren, die speziell gegen Bakterien gerichtet sind.<\/p>\n\n\n\n

Neben den beiden deutschen Teams waren Forschende vom Institut Pasteur (Paris, Frankreich), der Universit\u00e4t St. Petersburg (Russland), der Universit\u00e4t Valencia, der University of British Columbia (Kanada) und der UC Berkeley (USA) an der Studie beteiligt. Erstautor ist der Bioinformatiker Artem Babaian (University of Cambridge, Gro\u00dfbritannien).<\/p>\n\n\n\n

Die Ergebnisse wurden jetzt im Fachjournal \u201eNature\u201c ver\u00f6ffentlicht. Die Daten aus dem Projekt sind \u00f6ffentlich zug\u00e4nglich und finden sich auch auf der Website www.serratus.io<\/a>, so dass Forschende jederzeit darauf zugreifen und sie weiter untersuchen k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Edgar, R.C., Taylor, J., Lin, V. et al. Petabase-scale sequence alignment catalyses viral discovery. Nature, 26 January 2022.
DOI: 10.1038\/s41586-021-04332-2 \/ <\/em>https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41586-021-04332-2<\/em><\/a><\/p>\n\n\n\n

Wissenschaftlicher Kontakt:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Dr. Pierre Barbera
Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien (HITS)
pierre.barbera@h-its.org<\/p>\n\n\n\n


Medienkontakt:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Dr. Peter Saueressig
Head of Communications
Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien (HITS)
Phone: +49-6221-533-245
peter.saueressig@h-its.org<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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