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Hochdurchsatz-DNA-Sequenzierer

Subject Area Medicine
Term Funded in 2015
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 265189913
 
Final Report Year 2019

Final Report Abstract

Im Rahmen der Anträge wurden zwei Hochdurchsatzsequenzierer angeschafft. Damit neben dem antragstellenden Institut für Humangenetik auch andere Arbeitsgruppen der Universität und des Universitätsklinikums Würzburg (UKW) die Sequenziereinheit effizient nutzen können, gibt es einen Gerätestandort am Biozentrum der Universität und einen in der Core Unit Systemmedizin am Institut für Molekulare Infektionsbiologie. Die Nutzung des Geräte-Tandems und die unterstützende IT-Infrastruktur, die durch das Rechenzentrum der Universität Würzburg bereitgestellt wird, werden durch den Manager der Core Unit Systemmedizin zentral organisiert. Die Core Unit Systemmedizin ist eine gemeinsame Einrichtung der Medizinischen Fakultät der Universität Würzburg und des Interdisziplinären Zentrums für Klinische Forschung (IZKF) des UKW. Die Core Unit Systemmedizin stellt insbesondere den Würzburger Wissenschaftlern die Technologie zur massiven parallelen Sequenzierung von RNA und DNA zur Verfügung, um ein breites Spektrum an biologischen und medizinischen Fragestellungen der verschiedenen Forschungspartner zu bearbeiten. Im Focus stehen dabei die Analyse von Transkriptomen, eukaryotischer Exome, sowie bakterieller und viraler Genome. Dafür wurden Methoden entwickelt für die Exom- und Genomsequenzierung, Transkriptomsequenzierung (mRNA, lnRNA, miRNAs, Gesamt-RNA), sowie spezielle RNA-Sequenzierungsmethoden, um beispielsweise Wirt-Pathogen-Interaktionen (duale RNA-seq) zu analysieren oder RNA-Protein-Komplexe zu identifizieren (z. B. CLIP-seq, RIP-seq, Grad-seq). Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt lag in der Entwicklung und Anwendung der hochparallelen molekularen Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) in Kollaboration mit dem neu gegründeten Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) in Würzburg. Für die Einzelzell-Analyse kleiner Zellpopulationen haben wir ein Verfahren aufgebaut, das mittels Zellsortierung die Sequenzierbibliotheken ähnlich wie für die Standard-RNA-Sequenzierung erstellt. Für die Analyse einer großen Anzahl an Einzelzellen (bis zu 10.000) benutzen wir die Tröpfchen-Mikrofluidik-Technologie für die Herstellung von Sequenzierbibliotheken. Im Zeitraum von 3 Jahren wurden über 220 Projekte mit Hilfe der Core Unit Systemmedizin durchgeführt, mit mehr als 2200 generierten Sequenzierbibliotheken (ohne Einzelzell-Sequenzierbibliotheken) und über 300 Sequenzierläufen. Mit dieser umfangreichen Projektarbeit stellt die Hochdurchsatzsequenzierung, die durch die Core Unit Systemmedizin angeboten wird, eine zentrale Technologie für den Forschungsstandort Würzburg und darüber hinaus dar. Dieses zentrale Angebot ist im Berichtszeitraum von 29 Instituten und 14 externen Partnern wahrgenommen worden. Forschungsergebnisse, die mit Hilfe der Core Unit Systemmedizin, gewonnen worden sind, sind zum Beispiel die Entdeckung neuer viraler Genprodukte für mögliche zukünftige Entwicklungen von Impfstoffen oder onkolytischer Therapien. Des Weiteren wurde durch die RNA-Sequenzierung eine lokal variable Organisation des Genoms in Trypanosomen aufgezeigt, was die Veränderung der Antigen-Oberfläche erklärt und damit wie sich der Erreger der Schlafkrankheit vor dem Immunsystem verstecken kann. Die Einzelzell-RNA-Sequenzierung ermöglichte die Entdeckung, dass eine Untergruppe der fibroblastenartigen Stromazellen der Lymphknoten der Bauchhöhle schon kurz nach der Geburt für die Mikrobiota abhängige Immuntoleranz des Verdauungstrakts verantwortlich ist. Innerhalb der komplexen anatomischen Infrastruktur des Lymphknotens wird dies ermöglicht durch die lokale Bildung regulatorischer T-Zellen in einer Nische aus bestimmten Stromazellen und residenten, dendritischen Zellen.

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