Interdisziplinären Zentrum für Bioinformatik (IZBI)

Forschungstätigkeit am Zentrum

Allgemein

Die besondere "Mission" des IZBI ist es, interdisziplinäre Forschung zwischen Informatik, Mathematik und Lebenswissenschaften umzusetzen. Sie beinhaltet sowohl theoretische "Grundlagenforschung" als auch Serviceprojekte mit engem experimentellem Bezug. Das IZBI bearbeitet Themen in enger Kooperation mit experimentellen Forschergruppen und Praxispartnern, insbesondere der Leipziger Universität und der Leipziger Max-Planck-Institute. Das Spektrum der IZBI-Leistungen reicht von der Bereitstellung und Entwicklung von Methoden des Datenmanagements (z.B. bei der Genexpressionsanalyse, s.o.) bis hin zu prospektiven Konzepten (Computational Tissue, Proteinnetze, molekulare Medizin, Modelle der Evolution).

1. Auf dem Gebiet der genetischen Evolution verfolgt das IZBI Projekte zur genetischen Vielfalt und die ihr zu Grunde liegenden evolutionären Beziehungen zwischen den Arten.
2. Auf dem Gebiet der Gewebsorganisation und Signaltransduktion werden am IZBI Genotyp-Phänotyp Wechselbeziehung bei der Gewebsbildung und funktion untersucht. 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 IZBI kooperiert eng mit dem von Professor Stadler geleiteten Lehrstuhl für Bioinformatik (Fakultät für Mathematik und Informatik). IZBI und Lehrstuhl für Bioinformatik bilden gemeinsam die bis 2006 DFG-geförderte Bioinformatik-Initiative Leipzig.

Das Forschungskonzept

Projekte: Das IZBI bietet Partnern ein neues Konzept des Forschungsmanagements, um bioinformatische Fragestellungen effektiv zu bearbeiten. 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.
Arbeitsgruppen am IZBI: Inhaltlich fokussiert das IZBI im Rahmen von vier Arbeitsgruppen (AG) auf folgende wissenschaftliche Schwerpunkte:

• AG1: Methoden der Informatik, Datenbanken und Datenintegration für bioinformatische Aufgabenstellungen (Koordinator Prof. Dr. E. Rahm)
  Die AG1 beschäftigt sich mit dem Management und der Integration von molekularbiologischen Daten und Annotationen. Es wurde u.a. ein Datawarehouse für Genexpressionsdaten (Integration und Annotation umfassender genomischer Information) entwickelt, welches für zellbiologische und medizinische Forschungsprojekte zur Verfügung steht.
• AG2/Nachwuchsgruppe: Selbstorganisation von Geweben (Koordinator Dr. D. Drasdo)
  Die AG2 fokussiert ihre Forschung auf Einzelzellbasierte Simulationsmodelle der Gewebsorganisation (z.B. Tumore und Epithelgewebe) in Zeit und Raum und damit verknüpfte Datenanalysen wie z.B. die dreidimensionale Rekonstruktion mikroskopischer Daten.
• AG3: Zelluläre Signaltransduktion und Genexpression (Koordinator Prof. Dr. F. Horn)
  Die AG3 konzentriert sich auf Fragen der funktionellen Genomik im Kontext pathogener Prozesse unter besonderer Anwendung von Genexpressionsanalysen mittels Mikroarrays. Dabei besteht eine enge Kooperation mit der AG1 und mit der Core Unit "Mikrochip-Technologien" des Interdisziplinären Zentrums für Klinische Forschung.
• AG4: Genetische Evolution (Koordinator Prof. Dr. P. Stadler)
  Die AG4 analysiert Gen- und Proteinsequenzen unter populationsgenetischen und phylogenetischen Gesichtspunkten, z.B. zur Stammbaumrekonstruktion bzw. zur Identifizierung nichtkodierender RNA.

Ergebnisse 2004

Das IZBI erzielte 2004 folgende Ergebnisse:

(1) Die erreichte wissenschaftliche Kompetenz der 2002 gebildeten Arbeitsgruppen konnte durch 25 in 2004 erschienene Publikationen in internationale referierten Journalen nachgewiesen werden (in 2003 erschienen 16 IZBI Publikationen).

(2) Es wurden in 2004 Drittmittelprojekte mit einem Budget von 410 Tsd. Euro eingeworben. In zwei von der Deutschen Krebshilfe geförderten Projekten werden molekulare Ursachen von Krebserkrankungen (Malignes Lymphom und Gliom) untersucht (Projektleiter: Prof. Dr. M. Löffler und Prof. Dr. E. Rahm). In den interdisziplinären Vorhaben übernimmt das IZBI bioinformatische Analysen von Genexpressionsdaten sowie den Aufbau und die Pflege einer Datenbank, in der die Kooperationspartner histologische und molekulare Befunde hinterlegen, analysieren und austauschen können. In einem weiteren, im 6. EU-Rahmenprogramm geförderten Projekt, werden die Organisationsprinzipien komplexer biologischer Systeme erforscht (Projektleiter Prof. Dr. P. Stadler und Prof. Dr. M. Middendorf).

(3) Mit Instituten der Medizinischen Fakultät wurden Kooperationen begonnen bzw. fortgesetzt:

• Dr. Ahnert (BBZ): Genetische Variabilität bei Autoimmunerkrankungen
• Prof. Dr. Paschke (Medizinische Klinik und Poliklinik III): Genexpression beim Schilddrüsenkarzinom
• Prof. Dr. Höckel (Universitätsfrauenklinik): Dreidimensionale Charakterisierung des Zervixkarzinoms
• Prof. Dr. Horn (IKIT): Genexpressionsanalyse, Rekonstruktion von Transkriptionsnetzwerken
• PD Dr. Krohn (IZKF): Mikroarraytechniken und -analysen
• Prof. Dr. Löffler (IMISE, KKSL): Biometrie und statistische Analyse von Genexpressionsdaten, Aufbau einer Infrastruktur für vergleichende Untersuchungen von molekularen und klinischen Daten, Gewebsmodelle
• Prof. Dr. Aust (Anatomie): Mechanismen der Tumorinvasion und Metastasierung (Schwerpunkt Zellmigration)
• Prof. Dr. Hengstler (klinische Pharmakologie): Analyse und Modellierung von Xenograft-Experimenten

(4) Innerhalb der Leipziger Universität bestehen weiterhin folgende Kooperationen:

• Prof. Dr. Rahm (Institut für Informatik): Datenbanken und -integration
• Prof. Dr. Middendorf (Institut für Informatik): Komplexe Modelle der Evolution
• Prof. Dr. Robitzki (Biowissenschaften/BBZ): Zell- und Gewebsmodellierung
• Prof. Dr. Schlegel (Biowissenschaften): Molekulare Evolution der Tiere, Stammbaumrekonstruktion und Phylogenien
• Prof. Dr. Käs (Physik): Zell-Elastizität
• Prof. Dr. Müller und Prof. Dr. Truyen (Veterinärmedizin): Evolution von Viren

Das IZBI kooperiert weiterhin mit den Max-Planck-Instituten für Evolutionäre Anthropologie (Prof. Dr. S. Pääbo) und für Mathematik in den Naturwissenschaften (Prof. Dr. J. Jost, Dr. A. Stevens).

(5) Es wurde die Auswertplattform für Genexpressionsanalysen weiter komplettiert. Das IZBI bietet 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 steht ein "Berater-Team" aus IZBI Mitarbeitern mit entsprechenden Auswerte-Tools (z.B. BioConductor, S+-Statserver) zu Verfügung. Die Auswerteplattform ist Bestandteil des ORMA (Ostdeutsches Referenzzentrum für Mikroarray-Analysen) und ergänzt die Microarray-Service-Unit am IZKF. Im Juni 2004 wurde ein eintägiger Workshop "Genexpressions-Analyse in klinischer und zellbiologischer Forschung" mit über 80 Teilnehmern veranstaltet.

(6) Am IZBI wurde eine Nachwuchsgruppe "Gewebsmodellierung - Computational Tissue" unter der Leitung von Dr. Dirk Drasdo installiert.

(7) Das IZBI veranstaltete unter Leitung von Professor Rahm gemeinsam mit dem Institut für Informatik (Abt. Datenbanken) einen Workshop zu Problemen der Datenintegration in den Lebenswissenschaften (DILS 2004- International Workshop on Data Integration in the Life Sciences), sowie gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften einen Workshop zum Thema "Phylogenetische Kombinatorik".