Computergestützte Metagenomik (IBG-5)

Das Deutsche Kompetenzzentrum Cloud-Technologien für Datenmanagement und -verarbeitung (de.KCD) konzentriert sich auf die Vermittlung des Umgangs mit Daten unter Einsatz von Cloud-Technologien. In der aktuellen Phase des digitalen Wandels hängt wissenschaftlicher und wirtschaftlicher Erfolg von einer strukturierten Datenerfassung, innovativen Werkzeugen und einer zuverlässigen Infrastruktur ab.  de.KCD stellt sich diesen Herausforderungen, indem es das Wissen über Cloud Computing bündelt und vermittelt sowie entsprechende Cloud-Infrastruktur, Speicherplatz, standardisierte Datenanalysen und Schulungen bereitstellt.

Der Zugang dazu wird durch virtuelle Umgebungen erleichtert. Darüber hinaus zielt de.KCD darauf ab, die Zusammenarbeit und den Wissensaustausch durch die Einrichtung eines vernetzten Datenraums für nationale und internationale Forschungsprojekte zu fördern.

Förderorganisation: BMBF

Website de.KCD

NFDI4Microbiota ist ein Konsortium, das Teil der deutschen NFDI (Nationale Forschungsdateninfrastruktur) ist. Die Vision des NFDI4Microbiota-Konsortiums ist, dass Forscher in der Mikrobiologie (einschließlich Bakteriologie, Virologie, Protistologie, Mykologie und Parasitologie) Forschungsdaten auf einfache Weise in ein tiefes Verständnis mikrobieller Arten und ihrer Interaktionen auf molekularer Ebene umsetzen können.

Die Zielsetzung des NFDI4Microbiota-Konsortiums ist es, die zentrale Drehscheibe in Deutschland für die Unterstützung der mikrobiologischen Forschungsgemeinschaft mit Zugang zu Daten, Analysediensten, Daten-/Metadatenstandards und Schulungen zu sein.

Die Universität Bielefeld leitet den Aufgabenbereich 4 (Technische Infrastruktur), der die technischen Grundlagen für die NFDI4Microbiota-Plattform schafft, auf der Rechen- und Speicherressourcen für die Gemeinschaft der Mikrobiologen angeboten werden.

Förderorganisation: DFG

Website NFDI4 Microbiota

Marine Mikrobiome machen 90 % der gesamten lebenden Meeresbiomasse aus, aber nur ein kleiner Teil von ihnen kann kultiviert werden. Aus diesem Grund sind sie eine noch nicht ausreichend erforschte Quelle für unter anderem bioaktive Verbindungen, Kohlenhydratpolymere und Proteine. Neue Ansätze sind notwendig, um die Beschränkungen bei der Erforschung der mikrobiellen Gemeinschaften im Meer und ihrer nachhaltigen Nutzung zu überwinden.

Bluetools wird das Potenzial mariner Mikrobiome für gesündere Ozeane und die blaue Bioökonomie durch die Integration verschiedener Fachgebiete erschließen, um innovative Werkzeuge zu entwickeln, die eine schnelle, effiziente und nachhaltige Erforschung und Nutzung von Mikrobiomen unterstützen und die Nachteile herkömmlicher Verfahren zur Entdeckung von Biosystemen vermeiden.

Zu den erwarteten Ergebnissen von Bluetools gehört die Entdeckung von mehreren Hundert Enzymen, Rhodopsinen, Resistenzgenen, antimikrobiellen Mitteln und Antifouling-Mitteln dank eines hybriden Arbeitsablaufs aus In-silico- und Mikrofluidik-basierter Funktionsentdeckung.

Bluetools vereint fünf führende europäische Unternehmen, acht akademische Teams und eine private registrierte Ausbildungseinrichtung, die Pionierarbeit in den Bereichen funktionelle Metagenomik, Mikrofluidik, mikrobielle Ökologie und synthetische Biologie geleistet haben.

Das Centrum für Biotechnologie der Universität Bielefeld trägt zu dem Projekt bei, indem es modernste Sequenziertechnologien und bioinformatische Ansätze für die Datenanalyse bereitstellt.

Förderorganisation: EU, Horizon Europe

Website Bluetools

In etwas mehr als einem Jahrzehnt hat sich die Metagenomik zu einer leistungsfähigen und produktiven Methode in der Mikrobiologie und mikrobiellen Ökologie entwickelt. Die Möglichkeit, Teile der genomischen DNA aus jedem natürlichen Kontext zu gewinnen und zu organisieren, hat ein Fenster in das riesige Universum der nicht kultivierten Mikroben geöffnet. Bei der Interpretation dieser Sequenzdaten wurden enorme Fortschritte bei den rechnerischen Ansätzen erzielt, aber keiner kann die in Metagenomen kodierte komplexe Information vollständig wiederherstellen.

Eine Reihe von Herausforderungen steht dem im Wege. Vereinfachende Annahmen sind notwendig und führen in der Praxis zu starken Einschränkungen und potenziellen Ungenauigkeiten. Kritisch anzumerken ist, dass methodische Verbesserungen schwer zu beurteilen sind, da ein allgemeiner Vergleichsstandard fehlt. Für die Entwickler ist es mit einem erheblichen Aufwand verbunden, die bestehenden Ansätze einzeln zu bewerten, was Zeit und Rechenressourcen verbraucht und zu unbeabsichtigten Verzerrungen führen kann. Die kritische Bewertung der Metagenom-Interpretation (Critical Assessment of Metagenome Interpretation,CAMI) ist eine neue, von der Gemeinschaft getragene Initiative, die dazu beitragen soll, diese Probleme durch eine unabhängige, umfassende und unvoreingenommene Bewertung der Methoden zu lösen.

Link zur Publikation in nature

Forschungsdaten werden heute oft an vielen verschiedenen Orten gespeichert, sind schwer zu finden und nur für eine begrenzte Zeit verfügbar. Die NFDI zielt auf eine bessere Auffindbarkeit, Zugänglichkeit und Wiederverwendbarkeit von Forschungsdaten ab. Base4NFDI integriert und etabliert Basisdienste als gemeinsame, interoperable Lösungen. Bereits bestehende Dienste werden angepasst oder erweitert, um für Forscher aus anderen Disziplinen nutzbar zu sein. Auf diese Weise werden parallele Entwicklungen vermieden, da viele wissenschaftliche Bereiche ähnliche Anforderungen an eine Reihe von Forschungsdatenmanagementdiensten haben.

Alle Institutionen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft (und darüber hinaus) können sich aktiv an der Entwicklung und Umsetzung dieser Dienste beteiligen und über die Sektionen der Nationalen Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) Vorschläge einreichen. Ein Gremium von Expertinnen und Experten wählt die Anträge der Entwicklungsteams für Base4NFDI aus, die dann von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert werden. Diese Teams erhalten auch Unterstützung und Anleitung in Bereichen wie Entwicklung, Implementierung und Schulung. Nach der Entwicklung werden die NFDI-Basisdienste der wissenschaftlichen Gemeinschaft dauerhaft angeboten. Base4NFDI trägt damit aktiv zur systematischen Öffnung und Vernetzung des deutschen Wissenschaftssystems bei.

Förderorganisation: DFG

Website Base4NFDI

Das FAIRagro-Konsortium mit mehr als 25 Partnern baut ein FAIRes Forschungsdaten- management (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable) für die Community der Agrosystemforschung auf. Wir entwickeln die passenden Tools und Workflows und schaffen so die Grundlagen für eine nachhaltige Pflanzenproduktion – jetzt und in Zukunft.

Um Forschungsdaten der Agrosystemforschung FAIR zu machen, richten wir eine interoperable und skalierbare Forschungsdateninfrastruktur (FDI) ein. Wir vernetzen bestehende Repositorien miteinander und erleichtern auf diese Weise übergreifende und systemische Analysen. Wir machen unsere FDI begreifbar und nutzerfreundlich. Unsere Nutzer können sich in allen Fragen zum Forschungsdatenmanagement (FDM) und unseren Services an das Helpdesk unseres Data Steward Service Centers wenden. Wir entwickeln Leitlinien und Informationsmaterial und stellen diese auf einer zentralen Plattform für alle Forschenden unserer Community bereit.

Mit FAIRagro gehen wir sogar über die FAIR-Prinzipien hinaus, indem wir nicht nur Rechtssicherheit bei der Verwendung und Bereitstellung von Daten herstellen, sondern auch die Qualität veröffentlichter Daten und damit der Agrosystemforschung insgesamt erhöhen.

Website FAIRagro

SIMBA (Sustainable Innovation of Microbiome Applications in the Food System) ist ein europäisches Innovationsprojekt, das im Rahmen des EU-Förderprogramms Horizont 2020 finanziert wird und einen ganzheitlichen und innovativen Ansatz für die Entwicklung von mikrobiellen Lösungen zur Verbesserung der Lebensmittel- und Ernährungssicherheit bietet.

Das Projekt zielt darauf ab, mit Hilfe von Mikrobiomen ein besseres EU-Agrar-Aqua-Lebensmittel-System zu schaffen, das ressourceneffizient, klimaresistent, nachhaltig und verbraucherzentriert ist. Um dies zu erreichen, wird SIMBA während der vierjährigen Projektlaufzeit Mikrobiome vom Land und aus dem Meer erforschen und nutzen, um zahlreiche innovative Lösungen für die identifizierten Schlüsselherausforderungen zu entwickeln.

Förderorganisation EU, Horizont 2020

Website Simba

Trotz ihres biotechnologischen Potenzials gibt es erhebliche Wissenslücken und viele grundlegende wissenschaftliche Fragen zur Gruppe der anaeroben Pilze, die den methodischen Fortschritt beim Nachweis und insbesondere bei der Pflege von Langzeitkulturen behindern.

Daher konzentriert sich das HiPoAF-Projekt auf die grundlegenden Fragen der Erforschung anaerober Pilze, um ihre Vielfalt, ihre Stoffwechselbedürfnisse und ihre syntrophen mikrobiellen Interaktionen besser zu verstehen, indem es sich auf Arbeitspakete wie Standardisierung, Diversität und Kultivierung, Nachweis und Klassifizierung sowie semikontinuierliche Kultivierung konzentriert.

Förderorganisation: DFG D-A-CH

Website HiPoAF

Die biologische Sequenzvielfalt ist nirgendwo so offensichtlich wie im riesigen Sequenzraum der viralen Genome. Das VIRUS-X-Projekt erforscht speziell die äußeren Bereiche dieser Vielfalt, indem es die Virussphäre ausgewählter mikrobieller Ökosysteme ins Visier nimmt und die kodierte funktionelle Vielfalt viraler Genprodukte untersucht. Das Projekt wird durch den erwarteten großen Innovationswert und die einzigartigen Eigenschaften viraler Proteine vorangetrieben, die bereits durch die vielen von Viren abgeleiteten DNA- und RNA-verarbeitenden Enzyme, die in der Biotechnologie verwendet werden, nachgewiesen wurden.

Gleichzeitig wird das Projekt unser Verständnis für wichtige Aspekte der Ökologie in Bezug auf die virale Vielfalt, die Dynamik des Ökosystems und die Wechselwirkung zwischen Virus und Wirt verbessern. Nicht zuletzt aufgrund der inhärenten Herausforderungen bei der Genannotation, der funktionellen Zuordnung und anderer virusspezifischer technischer Hindernisse der viralen Metagenomik geht das Virus-X-Projekt speziell auf diese Herausforderungen ein, indem es innovative Maßnahmen in allen Teilen der Entdeckungs- und Analysepipeline einsetzt, von der Probenahme in schwierigen extremen Biotopen über die Sequenzierung und innovative Bioinformatik bis hin zur effizienten Produktion von Enzymen für die molekulare Biotechnologie.

Förderorganisation EU, Horizont 2020

Cordis-Projektwebsite