Kleine Organismen – große Herausforderung

Bioinformatiker wollen Handwerkszeug zur computergestützten Analyse von Viren-Genomen verbessern

28.08.2014 - Deutschland

Ebola-Ausbruch in Westafrika: Seit Monaten grassiert die gefährliche Krankheit in Guinea, Sierra Leone und Liberia; immer wieder gibt es neue Fälle. Mehr als tausend Tote hat die schlimmste Epidemie seit Entdeckung des Ebola-Virus im Jahr 1976 bereits gefordert und noch immer bekommen Ärzte und Helfer die Epidemie nicht in den Griff. Auch wenn die Gründe dafür vor allem in mangelnder Aufklärung und nicht eingehaltenen Quarantänemaßnahmen liegen – vieles über die hochansteckende Krankheit und ihre Erreger ist auch heute noch rätselhaft: Woher kommen die Ebola-Viren? Wie verbreitet sind sie und wie schaffen sie es, immer wieder in neuer Form aufzutreten?

Diese und ähnliche Fragen könne nicht allein die Virologie beantworten, ist Juniorprof. Dr. Manja Marz von der Friedrich-Schiller-Universität Jena überzeugt. „Hier ist Unterstützung aus der Bioinformatik gefragt.“ Um Struktur, Funktion und Evolution von Viren aufzuklären und zu verstehen, gelte es, computergestützte Methoden zielgerichtet einzusetzen, um große Datenmengen etwa Genomsequenzen zu analysieren, erläutert die Juniorprofessorin für Bioinformatik für Hochdurchsatzverfahren. Genau das hat sich das junge Team um Manja Marz gemeinsam mit Bioinformatikern und Virologen aus ganz Deutschland sowie internationalen Partnern nun vorgenommen und in einer aktuellen Übersichtsarbeit den weltweiten Forschungsstand zur Analyse von Genomdaten von RNA-Viren zusammengetragen. Mit ihrer Publikation in der Fachzeitschrift „Bioinformatics“ haben sie nicht nur ein Fundament gelegt, von dem aus sie in den kommenden Jahren weiter forschen wollen. „Wir haben damit auch den großen Forschungsbedarf aufgezeigt, der in Sachen computergestützter Analyse von Viren-Genomdaten besteht“, so Manja Marz.

Denn auch wenn Viren die ersten Organismen überhaupt waren, deren Genome entschlüsselt wurden und heute wichtige Vertreter wie das HI-Virus sequenziert sind, friste die Genomanalyse von Viren insgesamt ein Schattendasein. „Da die Genome des Menschen sowie Hunderter höherer Organismen vorliegen, interessieren sich nur wenige Forscher für Viren“, bedauert die 33-Jährige. Dass sich ein grundlegendes Verständnis für die Evolution von Virengenomen direkt im klinischen Alltag niederschlagen könne, belegt sie mit einem Beispiel: „Erst die bioinformatische Analyse von Genomvariationen des HI-Virus hat zur Entwicklung patientenspezifischer Behandlungsstrategien gegen AIDS geführt.“

In der nun vorgelegten Arbeit haben die Forscher vier große Bereiche abgesteckt, in denen der Forschungsbedarf am deutlichsten zutage tritt. So bereite es Schwierigkeiten neue Virengenome überhaupt zu identifizieren: „Viren können ausschließlich in Zellen ihres Wirtsorganismus überleben und sich vermehren“, so Marz. Entsprechend schwierig sei es, das Genom der Viren von dem des Wirtsorganismus zu trennen. Zudem kommen Viren auch innerhalb eines Wirts in ganz unterschiedlichen genetischen Varianten vor. Hier brauche es, so schreiben die Autoren in ihrer Veröffentlichung, neue Methoden, um einzelne Viren-Quasispezies definieren zu können.

Weiterer Forschungsbedarf bestehe hinsichtlich der in den Viren vorkommenden Genom-Sekundärstrukturen sowie der Interaktionen zwischen Virus- und Wirtsgenom bei der Infektion und der Immunabwehr. Und nicht zuletzt erhoffe man sich durch neue Forschungen tiefere Einblicke in den Stammbaum und die verwandtschaftlichen Verhältnisse der heute bekannten Viren.