Zentrales Projekt Z1

Zentrales Projekt Z1 2017-04-05T15:57:49+00:00

Zentrale Einrichtung „Next Generation Sequencing“ für SFB900-Forschungsprojekte

Verfügbare Sequenziertechnologien

Next Generation Sequencing (NGS) – Methoden ermöglichen die Hoch-Durchsatz-Entzifferung von DNA- oder RNA-Sequenzen. Typische Anwendungen sind Genom-Sequenzierungen, Transkriptom- und Metagenom-Analysen oder auch die Sequenzierungen ausgesuchter Genom-Abschnitte (amplicon sequencing). Solche Daten können zur Entschlüsselung unbekannter DNA, zur Suche nach Sequenzvariationen und Polymorhpismen, zur Quantifizierung von RNA-Transkripten oder zur Charakterisierung nichtkodierender RNAs verwendet werden. Die Bestimmung der Bindungspositionen von Proteinen auf genomischer DNA ist ebenfalls möglich (ChIP-Seq).

Das Projekt Z1 stellt die zentrale Anlaufstelle für die Generierung und Analyse von NGS-Daten dar im Rahmen des SFB900 dar. Solche Datensätze können mit verschiedenen Sequenzierplattformen, betrieben durch Mitglieder des SFB oder an kollaborierenden Einrichtungen, erstellt werden, für die nachfolgenden Auswertungen steht ein breites Spektrum an bioinformatischen Analyse-Tools zur Verfügung. SFB-Mitglieder werden bei der Planung und Durchführung von NGS-Projekten beraten. Das Z1-Team hilft bei der Auswahl der wissenschaftlich sinnvollsten und Kosten-effektivsten Sequenzierplattform für ein geplantes Projekt, führt die primäre Datenanalyse aus oder unterstützt diese und assistiert bei der Auswahl und Anwendung von geeigneter Software für weiterführenden Analysen und Darstellungen der Resultate.

Wissenschaftliche Vorgehensweise

Unter Beteiligung des Z1-Projektes wurden mit verschiedenen NGS-Plattformen bisher vor allem Daten für de novo- und Re-Sequenzierungen von Bakterien und Viren generiert sowie RNA-Sequenzierungen für Transkriptom-Analysen von Viren und Mäusen durchgeführt. Außerdem erfolgten Metagenom- und Mikrobiom-Sequenzierungen für Sputumproben aus den Atemwegen infizierter Patienten. Für die Auswertung von NGS-Daten durch das Z1-Projekt oder, mit dessen Unterstützung, durch Nutzer aus dem SFB900 steht eine Vielzahl von Software-Tools zur Verfügung. Für diverse Fragestellungen wurden ein oder mehrere Methoden und Programme (zumeist open source) getestet, um ein Spektrum an Software anbieten zu können, das für die jeweiligen Fragestelllungen hinter verschiedenen NGS-Projekten möglichst passende Tools zur Analyse und Darstellung der Daten bereitstellt.

Für bestimmte Anwendungen wurden eigene, standardisierte Auswertungspipelines erstellt:

  • Qualitätsüberprüfung und Trimming der von den Sequenzierplattformen generierten Rohdaten

  • Primäres Alignment der Sequenzierreads auf Referenzsequenzen und de novo Assemblierung der Reads

  • Quantitative Analyse von Metagenom-Datensätzen, Bestimmung der Zusammensetzung von mikrobiellen Lebensgemeinschaften (Bakterien, Viren, Pilze)

Für viele weitere Fragestellungen können bestehende Software-Tools zur Auswertung und Darstellung verwendet bzw. Nutzern empfohlen werden, zum Beispiel:

  • Detektion genomischer Variationen (SNPs, Indels, Deletionen) bei Bakterien, Viren und Eukaryonten

  • Gesamtgenomvergleiche und Genom-Rearrangements

  • Automatische Annotation und Erstellung von Genomatlanten

  • Transkriptom-Analysen aus RNA-Sequenzierungsdaten, mit Quantifizierung von Transkripten und Bestimmung der Start-Positionen

  • Bestimmung von Methylierungspositionen aus SMRT-Sequenzierungsdaten

  • Mikrobiom-Analysen

  • Molekulare Evolutionsmodi, Phylogenie von Genen

  • Komposition von Genomen, Genom-Linguistik

  • Komposition von heterogenen Populationen bzw. Bestimmungen von Quasi-Spezies

Genomvergleiche und Darstellung von Genomvariationen

Methylom-Analyse, basierend auf SMRT-Sequenzierungsdaten

Quantitative Mikrobiom-Analyse

Publikationen des Forschungsprojektes Z1

  • Lack of commensal flora in Helicobacter pylori-infected INS-GAS mice reduces gastritis and delays intraepithelial neoplasia. Lofgren JL, Whary MT, Ge Z, Muthupalani S, Taylor NS, Mobley M, Potter A, Varro A, Eibach D, Suerbaum S, Wang TC, Fox JG. Gastroenterology. 2011 Jan;140(1):210-20. doi: 10.1053/j.gastro.2010.09.048. Epub 2010 Oct 13.

  • Age, microbiota, and T cells shape diverse individual IgA repertoires in the intestine. Lindner C, Wahl B, Föhse L, Suerbaum S, Macpherson AJ, Prinz I, Pabst O. J Exp Med. 2012 Feb 13;209(2):365-77. doi: 10.1084/jem.20111980. Epub 2012 Jan 16.

  • Genometa–a fast and accurate classifier for short metagenomic shotgun reads. Davenport CF, Neugebauer J, Beckmann N, Friedrich B, Kameri B, Kokott S, Paetow M, Siekmann B, Wieding-Drewes M, Wienhöfer M, Wolf S, Tümmler B, Ahlers V, Sprengel F. PLoS One. 2012;7(8):e41224. doi: 10.1371/journal.pone.0041224. Epub 2012 Aug 21.

  • Advances in computational analysis of metagenome sequences. Davenport CF, Tümmler B. Environ Microbiol. 2013 Jan;15(1):1-5. doi: 10.1111/j.1462-2920.2012.02843.x. Epub 2012 Aug 8.

  • Evaluating a ligation-mediated PCR and pyrosequencing method for the detection of clonal contribution in polyclonal retrovirally transduced samples. Brugman MH, Suerth JD, Rothe M, Suerbaum S, Schambach A, Modlich U, Kustikova O, Baum C. Hum Gene Ther Methods. 2013 Apr;24(2):68-79. doi: 10.1089/hgtb.2012.175. Epub 2013 Mar 14.

  • Role of energy sensor TlpD of Helicobacter pylori in gerbil colonization and genome analyses after adaptation in the gerbil. Behrens W, Schweinitzer T, Bal J, Dorsch M, Bleich A, Kops F, Brenneke B, Didelot X, Suerbaum S, Josenhans C. Infect Immun. 2013 Oct;81(10):3534-51. doi: 10.1128/IAI.00750-13. Epub 2013 Jul 8.

  • The complex methylome of the human gastric pathogen Helicobacter pylori. Krebes J, Morgan RD, Bunk B, Spröer C, Luong K, Parusel R, Anton BP, König C, Josenhans C, Overmann J, Roberts RJ, Korlach J, Suerbaum S. Nucleic Acids Res. 2014 Feb;42(4):2415-32. doi: 10.1093/nar/gkt1201. Epub 2013 Dec 2.

  • A human adenovirus species B subtype 21a associated with severe pneumonia. Hage E, Huzly D, Ganzenmueller T, Beck R, Schulz TF, Heim A. J Infect. 2014 Nov;69(5):490-9. doi: 10.1016/j.jinf.2014.06.015.

  • Foxp3+ T cells expressing RORγt represent a stable regulatory T-cell effector lineage with enhanced suppressive capacity during intestinal inflammation. Yang BH, Hagemann S, Mamareli P, Lauer U, Hoffmann U, Beckstette M, Föhse L, Prinz I, Pezoldt J, Suerbaum S, Sparwasser T, Hamann A, Floess S, Huehn J, Lochner M. Mucosal Immunol. 2015 Aug 26. doi: 10.1038/mi.2015.74.

  • SNP synteny analysis of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa population genomics. Losada PM, Tümmler B. FEMS Microbiol Lett. 2016 Oct 3. pii: fnw229

  • Three-base periodicity of sites of sequence variation in Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus core genomes. Morán Losada P, Fischer S, Chouvarine P, Tümmler B. FEBS Lett. 2016 Oct;590(20):3538-3543.

  • Filtration and Normalization of Sequencing Read Data in Whole-Metagenome Shotgun Samples. Chouvarine P, Wiehlmann L, Moran Losada P, DeLuca DS, Tümmler B. PLoS ONE 2016 11(10): e0165015.

  • Expanding the Host Range of Hepatitis C Virus through Viral Adaptation. von Schaewen M, Dorner M, Hueging K, Foquet L, Gerges S, Hrebikova G, Heller B, Bitzegeio J, Doerrbecker J, Horwitz JA, Gerold G, Suerbaum S, Rice CM, Meuleman P, Pietschmann T, Ploss A. MBio. 2016 Nov 8;7(6). pii: e01915-16.

Kontakt

Prof. Dr. med. Sebastian Suerbaum

Direktor (komm.), Institut für Medizinische Mikrobiologie und Krankenhaushygiene

Medizinische Hochschule Hannover
Carl-Neuberg-Str. 1
30625 Hannover

  +49 511 532-6770
 Suerbaum.Sebastian@mh-hannover.de

 zur Arbeitsgruppe von Sebastian Suerbaum

Prof. Dr. med. Burkhard Tümmler

Klinische Forschergruppe – OE6711

Klink für Pädiatrische Pneumologie, Allergologie und Neonatologie
Medizinische Hochschule Hannover
Carl-Neuberg-Str. 1
30625 Hannover

  +49 511 532-2920
  +49 511 532-6723
 Tuemmler.Burkhard@mh-hannover.de