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Coronavirus-Forschung mit vereinten Kräften

08.05.2020 / Genomforscher*innen und -forscher schließen sich zur Deutschen COVID-19 OMICS Initiative (DeCOI) zusammen. Damit bündeln mehr als 22 Institutionen aus ganz Deutschland ihre Expertise, um einen wissenschaftlichen Beitrag zur Bewältigung der COVID-19 Pandemie zu leisten.

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Wie verändert das neue Coronavirus (SARS-CoV-2) seine Erbinformation? Welche weiteren Infektionen bei Patient*innen treten auf? Gibt es genetische Risikofaktoren, die eine Infektion begünstigen? Zahlreiche Genomforscher*innen sind weltweit und auch in Deutschland intensiv damit beschäftigt, ihre Expertise und Sequenzier-Infrastruktur zu bündeln, um einen wissenschaftlichen Beitrag zur Bewältigung der COVID-19 Pandemie zu leisten. Diese Aktivitäten fassen Forschungsteams nun offiziell in der Deutschen COVID-19 OMICS Initiative (DeCOI) zusammen, um die Forschung zu beschleunigen. Wissenschaftler*innen an mehr als 22 Institutionen sind aktiv an DeCOI beteiligt - und es werden kontinuierlich mehr.

Je mehr Sequenzierungen stattfinden, desto besser verstehen Wissenschaftler*innen die Variation des Virus und können Rückschlüsse auf Herkunft und unterschiedliche Formen des Virus in der Bevölkerung ziehen. Zusätzlich wollen die Forschungsteams des DeCOI bis zu 2000 Metagenome bei COVID-19 Patient*innen in Deutschland sequenzieren, um festzustellen, welche weiteren Infektionen mit COVID-19 möglicherweise auftreten.

Expertise aus unterschiedlichen Institutionen
Eine DeCOI-Gruppe am Universitätsklinikum Bonn vermutet, dass es auch genetische Risikofaktoren gibt, die die Wahrscheinlichkeit sich zu infizieren oder die Schwere der Erkrankung beeinflussen können. Um diese Faktoren aufzuspüren, müssen von tausenden Patient*innen Genome sequenziert werden. Professor Markus Nöthen sagt: „Deshalb haben wir uns mit DeCOI frühzeitig auch mit unseren europäischen und internationalen Kollegen weltweit vernetzt.“

Ziel der funktionellen Genomik ist es, ganze Organsysteme funktionell zu charakterisieren. Häufig werden dabei mehrere molekulare Ebenen der Regulation erfasst und kombiniert (Multi-Omics-Analysen). Forschende aus ganz Deutschland nutzen diese Verfahren im Rahmen klinischer Studien, um zum Beispiel die Wirksamkeit neuer Medikamente gegen SARS-CoV-2 zu testen. „Mit Hilfe von Multi-Omics Analysen können wir schnell und umfassend bestimmen, welche biologischen Prozesse bei der Erkrankung selbst ausgelöst werden und wie diese durch Medikamente positiv beeinflusst werden können“, sagt Professor  Philip Rosenstiel von der Universität Kiel. Diese umfassenden Daten bieten zudem die Möglichkeit besser zu verstehen, warum manche Menschen schwer und andere leicht erkranken.

Vielversprechende Einsichten durch Einzelzellsequenzierungen
Mit der noch sehr jungen Einzelzell-Sequenzierung können Forscherinnen und Forscher sehen, was SARS-CoV-2 in individuellen Zellen macht, welche Signalwege es anschaltet oder welche Wirtsproteine plötzlich vermehrt produziert werden – und das bei tausenden Zellen gleichzeitig. „So werden wir zum Beispiel auf jene Signalwege aufmerksam, die wir blockieren könnten, um die Vermehrung des Virus in der Zelle zu verlangsamen“, sagt Professor Markus Landthaler vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC). Professor Uwe Ohler ergänzt: „Um so schnell wie möglich Fortschritte zu machen, müssen wir den kontrollierten Zugang und Austausch von Patient*innen- und Virusdaten in ganz Deutschland ermöglichen. Nur so können wir die Fallzahlen erreichen, um mittels Rechnermethoden aus der Statistik und dem maschinellen Lernen Zusammenhänge für beispielsweise schwere Verläufe zu verstehen.“

DeCOI-Forschende beteiligen sich in großen internationalen Konsortien daran, die Verteilung der Rezeptoren auf den Zellen des Körpers zu bestimmen, die für den Eintritt des SARS-CoV-2 verantwortlich sind. Ziel ist es zu erforschen, welche Immunzellen in Prozesse involviert sind, die besonders bei Patient*innen mit schweren Verläufen vorkommen, um hierfür neue Therapiemöglichkeiten zu erkennen. „Viele Experten der Einzelzellgenomik sind auch Mitglieder in LifeTime, einem großen europäischen Verbund, dem mehr als 90 führende europäische Wissenschaftsinstitutionen angehören“, berichtet Professor Nikolaus Rajewsky vom MDC.

Die Genomforschung produziert immense Datenmengen, die zur Auswertung der Forschungsergebnisse computergestützt analysiert werden. „Nur wenn wir klinische Daten und Genomdaten sinnvoll miteinander verknüpfen, werden wir möglichst viel zum Verständnis von COVID-19 beitragen können“, sagt Professor Oliver Kohlbacher von der Universität Tübingen.

„Durch den Zusammenschluss zur DeCOI sollten wir in der Lage sein, parallel viel mehr Fragen gemeinsam schneller beantworten zu können“ sagt Professor Joachim Schultze vom LIMES-Institut der Universität Bonn, der die Initiative zurzeit koordiniert. „Jetzt wird es wichtig sein, dass wir DeCOI mit weiteren Initiativen eng vernetzen, um weltweit fundiertes Wissen zur Bewältigung der Krise beizutragen.“

Die Mitglieder der Deutschen COVID-19 OMICS Initiative (DeCOI)

Robert Bals (Universität des Saarlandes), Ezio Bonifacio (TU Dresden), Maria Colome-Tatche (Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt/HMGU), Andreas Diefenbach (Charité – Universitätsmedizin Berlin), Alex Dilthey (Universitätsklinik Düsseldorf), Nicole Fischer (Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf), Konrad Förstner (ZB MED – Informationszentrum Lebenswissenschaften), Julien Gagneur (TU München), Michael Hummel (Charité), Birte Kehr (Charité), Andreas Keller (Uni des Saarlandes), Sarah Kim-Hellmuth (TU München), Oliver Kohlbacher (Universitätsklinikum Tübingen), Ingo Kurth (RWTH Aachen), Markus Landthaler (Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft /MDC), Kerstin Ludwig (Universitätsklinikum Bonn/UKB), Alice McHardy (Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung Braunschweig), Christian Mertes (TU München), Markus Nöthen (UKB), Peter Nürnberg (Universität zu Köln), Uwe Ohler (MDC), Klaus Pfeffer (Uniklinik Düsseldorf), Nikolaus Rajewsky (MDC), Markus Ralser (Charité), Olaf Rieß (UK Tübingen), Stephan Ripke (Charité), Philip Rosenstiel (Universität Kiel), Joachim L. Schultze (Universität Bonn/DZNE), Oliver Stegle (Deutsches Krebsforschungszentrum), Fabian Theis (HMGU), Janne Vehreschild (Uni Köln), Max von Kleist (Robert Koch-Institut), Jörn Walter (Uni des Saarlandes) und Dagmar Wieczorek (Uniklinik Düsseldorf).

Das Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC)

Das Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) wurde 1992 in Berlin gegründet. Es ist nach dem deutsch-amerikanischen Physiker Max Delbrück benannt, dem 1969 der Nobelpreis für Physiologie und Medizin verliehen wurde. Aufgabe des MDC ist die Erforschung molekularer Mechanismen, um die Ursachen von Krankheiten zu verstehen und sie besser zu diagnostizieren, verhüten und wirksam bekämpfen zu können. Dabei kooperiert das MDC mit der Charité – Universitätsmedizin Berlin und dem Berlin Institute of Health (BIH ) sowie mit nationalen Partnern, z.B. dem Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DHZK), und zahlreichen internationalen Forschungseinrichtungen. Am MDC arbeiten mehr als 1.600 Beschäftigte und Gäste aus nahezu 60 Ländern; davon sind fast 1.300 in der Wissenschaft tätig. Es wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent vom Land Berlin finanziert und ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forschungszentren. www.mdc-berlin.de

Quelle: Gemeinsame Pressemitteilung der Mitglieder der Deutschen COVID-19 OMICS Initiative (DeCOI)

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