Wir formulieren (mathematische) Hypothesen für die experimentelle Erforschung von Pilzen

Die Forschungsgruppe Systembiologie / Bioinformatik analysiert genomweite experimentelle Hochdurchsatzdaten aus Genom, Transkriptom, Proteom und Metabolom und bringt diese mit mikrobiologischen und klinischen Daten in Verbindung. Ein Schwerpunkt ist die Analyse der Genexpression von Pilzen, die Sekundärmetabolite produzieren. Außerdem werden die human-pathogenen Pilze Candida albicans und Aspergillus fumigatus und deren Wechselwirkung mit dem menschlichen Immunsystem auf der Grundlage von Mikroarray- und RNA-Seq-Daten betrachtet.

Die Datenanalyse umfasst das Management von umfangreichen heterogenen experimentellen Daten in einem „Data Warehouse“, die Vorverarbeitung, die Entdeckung von Mustern in den Daten, sowie schließlich die Vorhersage von experimentell prüfbaren Hypothesen. Interessante Hypothesen betreffen vor allem die Wirt-Pathogen-Interaktion, aber auch molekulare Wechselwirkungen. Darunter fallen die Beziehungen zwischen Transkriptionsfaktor und Zielgen innerhalb der Wirt- oder der Erregerzelle oder eines Pilzes, der einen Wirkstoff produziert.

Die Hypothesen sind in mathematischen Modellen formuliert, die sowohl das Vorwissen als auch die entdeckten Muster der experimentell gemessenen Daten widerspiegeln. Die mathematische Modellierung dient der Aufklärung von Struktur und Dynamik der untersuchten biologischen Systeme. Wir entwickeln neue bioinformatische Werkzeuge, um Struktur und Parameterwerte von Netzwerkmodellen der Genregulation, der molekularen Signalwege und zellulären Wechselwirkungen zu identifizieren.

Ferner entwickeln wir bioinformatische Werkzeuge für die Genomsequenzanalyse, die der Vorhersage von Genen, Transkriptionsfaktor-Bindestellen und Genclustern der Sekundärmetabolit-Synthese dienen.

Die Forschergruppe PiDOMICS ist in die Struktureinheit Systembiologie und Bioinformatik integriert. Sie befasst sich mit der Entwicklung bioinformatischer Verfahren zur Verarbeitung von Hochdurchsatzdaten und zur Detektion neuer diagnose- und therapierelevanter Biomarker am Beispiel der invasiven Aspergillose. Die Ergebnisse der Forschergruppe eröffnen – auch in der Übertragung auf andere Krankheitsbilder – Anwendungsmöglichkeiten in Form von kommerziellen bioinformatischen Serviceleistungen und neuen, Biomarker-basierten Diagnoseprodukten.

Die Forschergruppe PiDOMICS wird vom Freistaat Thüringen mit Mitteln aus dem Europäischen Sozialfonds finanziert.