Bioinformatik in der medizinischen Mikrobiologie und Virologie Flashcards
Welche Ansätze zur NGS-basierten Diagnostik gibt es in der
klinischen Mikrobiologie und Virologie?
Pathogen-Sequenzierung:
* Gesamtgenom-Sequenzierung ermöglicht den
Vergleich verschiedener Bakterienstämme, die
Bestimmung ihrer phylogenetischen Beziehung, die
Charakterisierung von Pathogenitätsfaktoren (z.B. Toxine
oder Antibiotikaresistenzgene) und die Erkennung der
Übertragung zwischen Patienten oder der Ausbreitung
von pathogenen und antibiotikaresistenten
Bakterienklonen.
* Metagenom-Sequenzierung wird eingesetzt, um in
einer Probe vorhandene Pathogene zu identifizieren,
das Resistom (Antibiotika-Resistenzgene) zu
analysieren und das Mikrobiom bei verschiedenen
Systemerkrankungen (z.B. Alzheimer, Diabetes,
Krebs, Allergien oder chronisch-entzündlichen
Darmerkrankungen) zu analysieren.
* Hierbei gibt es zwei Hauptansätze:
* 16S-rRNA-Sequenzierung: Nutzt das
evolutionär konservierte 16S-rRNA-Gen zur
Identifizierung und Klassifizierung von
Mikroorganismen.
* Shotgun-Metagenom-Sequenzierung: Bei
dieser Methode wird das gesamte Genom
sequenziert, ohne sich auf ein spezifisches
Gen zu beschränken.
* SARS-CoV-2-Varianten Erkennung: Mithilfe von NGS kann
das Genom von SARS-CoV-2 schnell sequenziert und mit
bekannten Genomen verglichen werden, um neue
Virusvarianten zu identifizieren.
Welche bioinformatischen Methoden werden benötigt, um
dabei die richtigen Schlüsse zu ziehen?
Die Analyse von NGS-Daten in der klinischen Mikrobiologie und
Virologie erfordert eine Reihe spezialisierter bioinformatischer
Methoden:
* Operational Taxonomic Units (OTUs): Dieses Verfahren
kategorisiert Sequenzen basierend auf ihrer Ähnlichkeit.
Pipelines wie QIIME und MOTHUR werden oft für die 16SrRNA-Sequenzanalyse verwendet.
* De novo-Assembly mit de Bruijn-Graphen: Zum Aufbau
einer Gesamtgenom-Sequenz, wenn kein Referenzgenom
vorhanden ist.
* Phylogenetische Analysen: Mithilfe von phylogenetischen
Bäumen können evolutionäre Beziehungen zwischen
verschiedenen Organismen dargestellt werden. Die Bäume
basieren auf Ähnlichkeiten zwischen DNA-Sequenzen, die in
multiplen Sequenzalignments (MSA) berechnet werden. Das
Erstellen solcher Bäume und MSAs kann mit Methoden wie
dem Clustal-Algorithmus durchgeführt werden.
* Genomsequenzierung unbekannter Pathogene: Mithilfe von
de Bruijn-Graphen kann die Sequenz eines bisher
unbekannten Pathogens rekonstruiert werden.
* Identifizierung und Analyse von SARS-CoV-2-Varianten:
Durch Genom-Assembly und Sequenzvergleiche können neue
Virusvarianten identifiziert und mit bereits bekannten Varianten
verglichen werden.
* Datenbanken und Analysetools: Für eine effektive Analyse
sind Zugang zu aktuellen Datenbanken und spezialisierten
Analysetools unerlässlich.
Das oben Genannte gibt nur einen Überblick über die vielen
bioinformatischen Methoden und Techniken, die in der NGSbasierten Diagnostik in der Mikrobiologie und Virologie eingesetzt
werden. Ein tieferes Verständnis dieser Techniken ist für die
effektive Anwendung und Interpretation von NGS-Daten
erforderlich.
