Software „What the Phage“

„Obwohl mehr und mehr Daten von sequenzierten Mikroorganismen vorliegen, wird bislang nicht systematisch untersucht, welche Phagen auftreten. Zur Lösung dieses Problems haben wir gemeinsam mit den Kollegen von Nanozoo und dem Leibniz-IPHT What the Phage entwickelt. Die Software bietet einen Workflow, der mittels maschinellen Lernens und anderen Algorithmen Phagen detektieren und mögliche neue Varianten aus Sequenzdaten vorhersagen kann“, erläutert Mike Marquet, UKJ-Forscher und Hauptautor der kürzlich in „GigaScience“ veröffentlichten Publikation zu „What the Phage“.

Software „ConsensusPrime“

Die PCR, Polymerase-Kettenreaktion, gilt als der methodische Goldstandard für exakte molekulare Labortests in der Infektiologie. Erbgut-Abschnitte, die charakteristisch für den gesuchten Erreger sind, können mit dem molekularbiologischen Verfahren vervielfältigt und so nachgewiesen werden. Doch damit das namensgebende Enzym – die DNA-Polymerase – „weiß“, welche DNA-Abschnitte sie vervielfältigen muss, designen Wissenschaftler sog. „Primer“ – kurze DNA-Abschnitte, an denen die Polymerase bindet. Mit ConsensusPrime haben Wissenschaftler der Abteilung „Optisch-Molekulare Diagnostik und Systemtechnologie“ am Leibniz-IPHT ein Bioinformatik-Tool entwickelt, das ein schnelleres und effizienteres Design von Primern möglich macht.

Beim Primer-Design stehen Forscher oft vor dem Problem, dass sie nicht nur einen einzigen, sondern mehrere sehr nah verwandte Erregerstämme nachweisen oder unterscheiden möchten. Zugleich muss ein Primer aber auch möglichst spezifisch an das Ziel-Erbgut angepasst sein. Man sucht in solchen Fällen deshalb oft nach einem sog. „Konsensus-Primer“: eine Sequenz, die die größte Ähnlichkeit zu mehreren Stämmen hat, sich aber dennoch optimal als Primer eignet.

„Ohne unsere Software muss man dafür meist ‚händisch‘ die Sequenzabschnitte heraussuchen, die Ähnlichkeiten aufweisen. Das ist nicht nur unpräzise, sondern bei großen Datenmengen kaum noch überschaubar und auch sehr zeitaufwendig. ConsensusPrime filtert unpassende Primer direkt aus und berechnet exakt die Erbgutabschnitte mit den größten Ähnlichkeiten. Mit unserer Pipeline erhalten wir so eine Konsensussequenz für den optimalen Primer“, erklärt Dr. Maximilian Collatz, Leibniz-IPHT-Forscher und Hauptautor der Publikation in „Biomedinformatics“.

Software und Publikationen:

What the Phage | https://github.com/replikation/What_the_Phage
Mike Marquet, Martin Hölzer, Mathias W Pletz, Adrian Viehweger, Oliwia Makarewicz, Ralf Ehricht, Christian Brandt. 2022. What the Phage: a scalable workflow for the identification and analysis of phage sequences, GigaScience, Volume 11, giac110. DOI: 10.1093/gigascience/giac110

ConsensusPrime | https://github.com/mcollatz/ConsensusPrime
Maximilian Collatz, Sascha D. Braun, Stefan Monecke, and Ralf Ehricht. 2022. „ConsensusPrime—A Bioinformatic Pipeline for Ideal Consensus Primer Design“ BioMedInformatics 2, no. 4: 637-642. DOI: 10.3390/biomedinformatics2040041

Quelle: InfectoGnostics Forschungs-campus Jena