Aktuell
AG Genetische Epidemiologie

Neue Werkzeuge aus Innsbruck für die Analyse mitochondrialer Genome

Bereits 2011 entwickelten WissenschaftlerInnen der Sektion für Genetische Epidemiologie (Direktor: Univ.-Prof. Dr. F. Kronenberg) das Tool HaploGrep zum Verwalten und Analysieren von mitochondrialer DNA. Das Programm kann Haplogruppen, also gemeinsame genetische Profile, automatisch berechnen und wird weltweit genutzt. Die Weitentwicklung von HaploGrep sowie ein neuer Dienst für die Analyse mitochondrialer DNA werden in zwei Artikeln im Fachjournal „Nucleic Acids Research“ vorgestellt.

Mit dem Tool HaploGrep stellt die Sektion für Genetische Epidemiologie der Medizinischen Universität Innsbruck ein Programm zu Verfügung, das mittlerweile in der Scientific Community weltweit Verwendung findet: Die Akzeptanz von HaploGrep ist seit der Veröffentlichung der ersten Version durch das ehemalige Team um die Innsbrucker Forscherin Anita-Kloss Brandstätter mit 200 Zitationen und ca. 2.000 monatlichen Zugriffen aus 120 Ländern belegt. Hansi Weissensteiner, Lukas Forer und Sebastian Schönherr haben ihre Forschungsarbeiten zusammen mit internationalen Kooperationspartnern an HaploGrep nun fortgesetzt und das Tool weiterentwickelt. Unter anderem rückte dabei eine verbesserte Qualitätskontrolle sowie die neuen „Next Generation Sequencing“ Methoden in den Fokus der Bioinformatiker.

Werkzeug für ForscherInnen weltweit

Mitochondrien, welche auch als Kraftwerke der Zellen bezeichnet werden, besitzen eine eigene Erbinformation (mitochondriale DNA – kurz mtDNA). Die mitochondriale DNA wird ausschließlich über die mütterliche Linie vererbt. Die Analyse der mtDNA lässt es daher zu, die Migration der Menschheit über tausende von Jahren zurückzuverfolgen. Dabei kann die mtDNA von einzelnen Personen in Gruppen zusammengefasst werden, die als Haplogruppen bezeichnet werden. Diese Information ist vor allem in der Gerichtsmedizin, der Archäogenetik sowie zunehmend in klinischen Disziplinen von großem Interesse. Da hunderte bis tausende von Mitochondrien je Zelle vorhanden sind, sind die Entstehung und die Vermehrung von Mutationen vor allem in Zusammenhang mit Tumorkrankheiten, neurodegenerativen Erkrankungen oder Alterserscheinungen noch weitgehend ungeklärt. Mit beiden Projekten liefert die Innsbrucker Forschungsgruppe nun Werkzeuge, mit deren Hilfe WissenschaftlerInnen weltweit dieser und ähnlichen Fragestellungen rund um das mitochondriale Genom näher auf den Grund gehen können.

Neuauflage HaploGrep2

Eine der im Fachjournal NAR veröffentlichten Arbeiten beschäftigt sich mit HaploGrep 2. Die Weiterentwicklung des ursprünglichen Programms trägt den technischen Neuerungen der Sequenzierplattformen und dem damit einhergehenden Bedürfnis zur Qualitätskontrolle Rechnung. Derzeit sind rund 5.500 menschliche Haplogruppen bekannt. „Wir mussten die Algorithmen anpassen und optimieren, damit auch weiterhin bei der wachsenden Anzahl von Sequenzierprojekten mit mehreren Tausend Probandinnen und Probanden in wenigen Sekunden Ergebnisse vorliegen können“ erklärt Erstautor Hansi Weissensteiner von der Sektion für Genetische Epidemiologie.

mtDNA-Server: Reproduzierbare, valide Ergebnisse in kürzester Zeit

In einer zweiten Arbeit, die ebenfalls im renommierten NAR-Journal veröffentlicht wurde, wird der von der Innsbrucker Sektion für Genetische Epidemiologie entwickelte mtDNA-Server präsentiert. Dabei werden aktuelle Parallelisierungsansätze kombiniert mit etablierten bioinformatischen Anwendungen. Während HaploGrep2 die Zuweisung von Individuen zu Haplogruppen basierend auf der mtDNA durchführt, erlaubt der mtDNA-Server direkt Next Generation Sequencing Daten hochzuladen und neue Informationen über Mutationen zu erhalten. „WissenschaftlerInnen weltweit können in beiden Fällen Daten direkt auf unsere Server in Innsbruck hochladen und erhalten innerhalb kürzester Zeit die ausgewerteten Ergebnisse, ohne bioinformatische Vorkenntnisse mitzubringen“ beschreibt Sebastian Schönherr den Nutzen eines solchen Systems. „Reproduzierbare, valide Ergebnisse in kürzester Zeit. Das ist das Ziel beider Projekte“ ergänzt Lukas Forer.

Zum Erfolg des Projekts hat zudem auch die Zusammenarbeit mit dem Bioinformatiker Christian Fuchsberger von der EURAC in Bozen sowie Univ.-Prof. Dr. Günther Specht, Leiter der Gruppe Datenbanken und Informationssysteme an der Universität Innsbruck, rundum beigetragen.

Publikationen:

Weissensteiner, Hansi, Dominic Pacher, Anita Kloss-Brandstätter, Lukas Forer, Günther Specht, Hans-Jürgen Bandelt, Florian Kronenberg, Antonio Salas, and Sebastian Schönherr. 2016. “HaploGrep 2: Mitochondrial Haplogroup Classification in the Era of High-Throughput Sequencing.” Nucleic Acids Research: gkw233. doi:10.1093/nar/gkw233. 

Weissensteiner, Hansi, Lukas Forer, Christian Fuchsberger, Bernd Schöpf, Anita Kloss-Brandstätter, Günther Specht, Florian Kronenberg, and Sebastian Schönherr. 2016. “mtDNA-Server: Next-Generation Sequencing Data Analysis of Human Mitochondrial DNA in the Cloud.” Nucleic Acids Research: gkw247. doi:10.1093/nar/gkw247. 

Kloss-Brandstätter, Anita, Dominic Pacher, Sebastian Schönherr, Hansi Weissensteiner, Robert Binna, Günther Specht, and Florian Kronenberg. 2011. “HaploGrep: A Fast and Reliable Algorithm for Automatic Classification of Mitochondrial DNA Haplogroups.” Human Mutation 32 (1) (January): 25–32. doi:10.1002/humu.21382. 

(B. Hoffmann-Ammann, Redaktion)

Weiterführende Links:

Sektion für Genetische Epidemioligie 

HaploGrep2

mtDNA-Server

© Medizinische Universität Innsbruck - Alle Rechte vorbehaltenMail an i-master - Publiziert am: 15.7.2016, 09:24:00ximsTwitter LogoFacebook LogoInstagram LogoYoutube Logo