Funktionelle Proteomik

Der Schwerpunkt unserer Forschung liegt auf der Ermittlung proteinogener Veränderungen, die im Kontext neurodegenerativer Erkrankungen wie Parkinson und Multiple Sklerose oder Muskelerkrankungen stehen. Neben der Analyse potenzieller krankheitsrelevanter Biomarker sind wir an der Erforschung der zugrundeliegenden Mechanismen interessiert. Hierzu arbeiten wir eng vernetzt mit nationalen und internationalen Wissenschaftlern in verschiedensten Projekten.

Medizinische Bioinformatik

Der Forschungsbereich „Medizinische Bioinformatik“ am Medizinischen Proteom-Center (MPC) wird von Prof. Dr. Martin Eisenacher geleitet. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungsbereichs begleiten die angewandte Forschung der anderen Forschungsbereiche des Medizinischen Proteom-Centers mit maßgeschneiderten Lösungen und adressieren eigene Fragestellungen sowie die Optimierung von Methoden der Bioinformatik / Biostatistik für die Proteomik mit Massenspektrometrie (beides wird unterstützt durch zeitgemäße IT-Lösungen wie dem Server-Virtualisierungssystem mit zahlreichen Auswerte-Servern und Datenbanken, sowie den Archiv- und Backup-Lösungen, Workflow-Umgebungen, cloud computing, Containerisierung und Orchestrierung).

Mit den neu entwickelten und etablierten Methoden und Algorithmen werden einerseits massenspektrometrische Daten statistisch und bioinformatisch ausgewertet und andererseits quantitative klinische Daten sowie Protein-Expressionsdaten, um Fragestellungen aus den Lebenswissenschaften zu beantworten.

Einige aktuelle Stichworte zu den Methoden und Algorithmen (Stand 8 / 2022):

• Qualitätskontrolle von massenspektrometrischen Daten
• Score-Kalibrierung und FDR-Schätzung für große Sequenzdatenbanken
• Detektion von Peptidvarianten
• Erstellung und Nutzung großer Protein- und Peptiddatenbanken für die Metaproteomik
• Entwicklung von frei nutzbaren benutzerfreundlichen open source-Tools
• Anwendung von Künstlicher Intelligenz / Methoden des maschinellen Lernens
• Bestimmung von Biomarker-Kandidaten (z. B. zur Unterscheidung von experimentellen Gruppen hinsichtlich Krankheitszustand oder Prognose)
• deskriptive und differentielle statistische Analyse, Studiendesign und Stichprobengrößenschätzung, Überlebensanalyse
• (Re-)Analyse von Datensätzen mit neu entwickelten Methoden und unter neuen Aspekten
• Teilnahme an EuBIC - European Bioinformatics Community for Mass Spectrometry

Der Forschungsbereich „Medizinische Bioinformatik“ ist seit 2014 am „Deutschen Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur (de.NBI)“ beteiligt (BMBF-Förderung von 2014-2021, nun angesiedelt am Forschungszentrum Jülich), in dem die aufgebaute Expertise in verschiedenen Tool- oder auswertebasierten Services sowie Training lebenswissenschaftlichen Forschern angeboten wird (siehe hier). de.NBI ist als deutscher Knoten Teil der europäischen ELIXIR-Infrastruktur (https://elixir-europe.org/).

Im Forschungsbau „PRODI – molekulare Protein-Diagnostik“ werden Daten aus unterschiedlichen klinischen und instrumentellen Säulen plattformübergreifend ausgewertet. Damit sollen frühe Biomarker für neurodegenerative Erkrankungen wie Morbus Alzheimer und Parkinson und für Krebserkrankungen wie Colon- und Lungen-Karzinom identifiziert und validiert werden.

Mitarbeitende des Forschungsbereichs führen Lehrveranstaltungen zur Bioinformatik in unterschiedlichen Fakultäten und Studiengängen durch, dabei vergeben wir regelmäßig Themen / Projekte für Praktika, Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten.

Clinical Proteomics

Der Forschungsbereich „Clinical Proteomics“ unter der Leitung von Frau Prof. Dr. Barbara Sitek beschäftigt sich in ihrer translationalen Forschung mit der Entwicklung und Anwendung von Proteomics-Verfahren zur Bearbeitung klinischer Fragestellungen. Durch die Anbindung an das Knappschaftskrankenhaus Bochum mit dem klinischen Schwerpunkt der Intensivmedizin wird die wichtige Verknüpfung zwischen der erfolgreichen analytischen Proteomics-Plattform und der klinischen Anwendung geschaffen. Von großem Interesse ist die Identifizierung von krankheitsspezifischen Biomarkern und therapeutischen Targets sowie die Aufklärung von pathologischen Zusammenhänge auf Proteinebene. Neben den Fragestellungen aus der Intensivmedizin liegen weitere Forschungsschwerpunkte bei Krebs –und Infektionserkrankungen sowie immunologischen Fragestellungen.

Translationale Proteomics

Maligne Tumorerkrankungen zählen in Deutschland und weltweit zu den häufigsten Todesursachen. Trotz intensiver Forschungsbemühungen in den letzten Jahrzenten sind neue diagnostische und therapeutische Zielmoleküle noch immer dringend erforderlich. Quantitative Proteom-Analysen können dabei helfen bislang unbekannte Proteine zu identifizieren, die im Zusammenhang mit einer Krebserkrankung stehen. Dies kann helfen neue pathophysiologische Mechanismen aufzudecken und neue diagnostische Werkzeuge (Biomarker) oder therapeutische Zielmoleküle zu entwickeln. In unserer Arbeitsgruppe befassen wir uns vor allem mit dem kolorektalen Karzinom (Darmkrebs), welches in Deutschland die zweithäufigste Krebserkrankung darstellt. Ein weiterer Fokus liegt auf Tumorerkrankungen der Leber und des Pankreas. Unter anderem werden hierbei Methoden zur Isolation von Tumorzellen aus Gewebe angewandt, um Differenzen zwischen spezifischen Zellpopulationen quantifizieren zu können. Identifizierte Zielproteine werden in ihrer diagnostischen Relevanz mit alternativen Methoden (Antikörper-basiert, Targeted Mass Spectrometry) verifiziert und funktionell weiter untersucht.