Interdisziplinären Zentrum für Bioinformatik (IZBI)

Forschungstätigkeit am Zentrum

Die DFG-finanzierte Bioinformatikinitiative Leipzig verfolgt einen interdisziplinären Ansatz, um Biowissenschaftler (Biologen, Biochemiker, Pathologen, Kliniker u.a.) und Experten mit Erfahrungen in der Analyse komplexer Daten und der Modellierung zeitlicher und räumlicher Phänomene (Computerspezialisten, Biostatistiker, Biomathematiker) zusammenzuführen. Ausgehend vom Leipziger Forschungsprofil konzentriert sich das IZBI auf zwei Forschungsgebiete:

1. Auf dem Gebiet der genetischen Evolution verfolgen wir Projekte, um die genetische Vielfalt und die ihr zu Grunde liegenden evolutionären Beziehungen zwischen den Arten zu analysieren.
2. Auf dem Gebiet der Gewebsorganisation und Signaltransduktion konzentrieren wir uns auf die Genotyp-Phänotyp Wechselbeziehung bei der Gewebsbildung und -funktion. Dabei interessieren Mechanismen der räumlichen Gewebsorganisation (z.B. Epithel-, Tumor- und in-vitro-Gewebe), die Architektur von Signaltransduktions- und Genregulationsnetzwerken und die Analyse von hochdimensionalen genomischen und molekularen Daten von normalen und pathogenen Geweben.

Das Forschungskonzept

Das IZBI bietet Partner ein neues Konzept des Forschungsmanagements, um bioinformatische Fragestellungen effektiv zu bearbeiten.

Projekte: Die Arbeitsweise des IZBI ist projektorientiert. Es kann sich dabei sowohl um Forschungsprojekte mit wissenschaftlicher Zielstellung, als auch um Serviceprojekte zur Technologieentwicklung oder Datenanalyse, handeln. Jedes Projekt wird von einem Projektleiter koordiniert. Über die Möglichkeit der Förderung eines Projektes durch das IZBI wird durch den Vorstand des IZBI auf der Grundlage eines Projektantrages entschieden, der die wissenschaftliche Zielstellung, den Arbeitsplan, das benötigte Team (bestehend aus Mitarbeitern des IZBI und der Kooperationspartner) und den notwendigen Ressourcen darlegt. Die wissenschaftliche Qualität, Passfähigkeit zum Forschungskonzept des IZBI und die Machbarkeit sind wesentliche Kriterien, die über die Förderung entscheiden. Jeder Wissenschaftler der Universität und der Leipziger Max-Planck-Institute kann jederzeit einen Projektantrag stellen.

Arbeitsgruppen: Das IZBI ist intern in thematisch orientierte Arbeitsgruppen organisiert. Sie setzen sich aus IZBI-Wissenschaftlern sowie aus Forschern der beteiligten Institutionen zusammen. Ein Koordinator stimuliert und koordiniert die Aktivitäten jeder Arbeitsgruppe. Am IZBI existieren vier Arbeitsgruppen:

• Die AG1 (Datenbanken und Datenintegration, Koordinator Prof. E. Rahm) konzentriert sich auf Projekte zum Design und Implementierung eines data warehouses für genomische und molekulare Daten.
• Die AG2 (Gewebsorganisation, Koordinator Dr. D. Drasdo) beschäftigt sich mit der räumlichen Organisation von Geweben. Dabei werden sowohl Simulationsmodelle als auch Verfahren der dreidimensionalen Rekonstruktion von Mikroskopiedaten angewendet.
• Die AG3 (Signaltransduktion und Genexpression, Koordinator Prof. F. Horn) hat zwei Schwerpunktfelder: Die Analyse von Netzwerken der zellulären Signaltransduktion sowie von Genexpressionsdaten.
  Das erstgenannte Thema wird in der von Professor Bornholdt geleiteten Nachwuchsgruppe Komplexe Regulationsnetzwerke bearbeitet. Es entwickelt Methoden, Modelle und Strategien zum Verständnis von molekularen Aspekten der Genregulation und der Wirkungsweise des Immunsystems.
• Die AG4 (Genetische Evolution, Koordinator Prof. P. Stadler) entwickelt unter anderem evolutionäre Modelle zur Stammbaumrekonstruktion aus Genomdaten.

Ergebnisse 2003

Die DFG-Initiative Bioinformatik erzielte 2003 folgende Ergebnisse:

1. Die Arbeit der Bioinformatikinitiative wurde im Rahmen einer externen Begutachtung im Mai 2003 positiv evaluiert. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft entschied, die Bioinformatikinitiative Leipzig mit 2.1 Millionen Euro für weitere drei Jahre bis 2006 zu fördern.
2. Die 2002 gebildeten Arbeitsgruppen des IZBI erreichten nach der Aufbau- und Konstituierungsphase im vergangenen Jahr ihre volle Arbeitsfähigkeit. Eine Reihe wissenschaftlicher Projekte (s. u.) wurde gemeinsam mit Partnern aus der Universität in Angriff genommen. Erste Ergebnisse wurden publiziert.

Projekte werden gemeinsam mit folgenden Partnern aus der Universität Leipzig bearbeitet:

• Prof. Rahm (Fakultät für Mathematik und Informatik, Institut für Informatik): Biodatenbanken
• Prof. Middendorf (Fakultät für Mathematik und Informatik, Institut für Informatik): Komplexe evolutionäre Modelle
• Prof. Robitzki (BBZ/Fakultät für Biowissenschaften, Pharmazie und Psychologie, Institut für Biochemie): Zell- und Gewebsmodellierung
• Prof. Schlegel (Fakultät für Biowissenschaften, Pharmazie und Psychologie Institut für Zoologie): Stammbaumrekonstruktion von Matazoa
• Prof. Käs (Fakultät für Physik und Geowissenschaften, Institut für Experimentelle Physik I): Cell elasticity
• Prof. Müller (Fakultät für Veterinärmedizin, Institut für Virologie): Genanalysen zur Virenevolution
• Dr. Ahnert (BBZ): Genetische Variabilität bei Autoimmunerkrankungen
• Prof. Paschke (Universitätsklinikum Leipzig, Medizinische Klinik und Poliklinik III): Genexpression beim Schilddrüsenkarzinom
• Prof. Höckel (Universitätsklinikum Leipzig, Universitätsfrauenklinik): Dreidimensionale Charakterisierung des Zervixkarzinoms
• Prof. Horn (Universitätsklinikum Leipzig, Institut für Klinische Immunologie und Transfusionsmedizin): Genexpressionsanalyse, Rekonstruktion von Transkriptionsnetzwerken
• PD Dr. Krohn (IZKF): Microarraytechniken und -analysen.
• Prof. Löffler (IMISE, KKSL): Biometrie und statistische Analyse von Genexpressionsdaten, Aufbau einer Infrastruktur für vergleichende Untersuchungen von molekularen und klinischen Daten, Gewebsmodelle.
• Prof. Bader (BBZ): Gewebsmodellierung

Es wurde eine Auswerteplattform für Genexpressionsanalysen aufgebaut. Das IZBI bietet interessierten Partnern eine speziell entwickelte Datenbank (GeWare, Genexpressions-warehouse) an, in der Mikroarraydaten abgelegt und dokumentiert (u.a. im MIAME-Standard) werden und für vergleichende Analysen innerhalb eines Sicherheitskonzeptes zur Verfügung stehen. Für statistische Analysen von Chipdaten wurde ein Berater-Team aus IZBI-Mitarbeitern mit entsprechenden Auswerte-Tools (z.B. BioConductor, S+-Statserver) gebildet. Die Auswerteplattform ist Bestandteil des ORMA (Ostdeutsches Referenzzentrum für Mikroarray-Analysen) und ergänzt die Microarray-Service-Unit am IZKF.

Gemeinsam mit den Partnern konnten erste Drittmittelprojekte eingeworben werden. Das IZBI übernahm gemeinsam mit dem IMISE und KKSL zentrale Dokumentations- und Analyseaufgaben im Verbundprojekt der Deutschen Krebshilfe "Molekulare Mechanismen der Lymphome". Weitere Verbundprojekte unter Beteiligung des IZBI sind in der Antrags- bzw. Begutachtungsphase.