Joint Subproject 4

Steigerung der Pandemievorbereitung durch computergestützte Hochdurchsatz-Virusentdeckung: Identifikation von RNA-Viren und Wirtsreservoirs mit hohem Spillover-Risiko

Wir haben ein langjähriges Interesse an der Entdeckung und Evolution von Viren im Allgemeinen. Unsere Strategie umfasst zwei computergestützte Pipelines, genannt Virushunter und Virusgatherer, die jeweils der Identifikation von NGS-Experimenten dienen, die positiv auf das Vorhandensein von viralen Sequenzreads sind, und der Assemblierung der entsprechenden viralen Genome.

Das Diagramm zeigt den Prozess der Analyse von NGS-Daten (Next Generation Sequencing) mit den Werkzeugen VirusHunter und VirusGatherer. Es veranschaulicht, wie Daten verarbeitet werden, um virale Genome zu identifizieren und zu kategorisieren, unterstützt von Symbolen für Cloud-Speicher und Datenbanken.
Computergestützter Virusentdeckungs-Workflow. Linke Spalte: Die Analyse von Hunderttausenden unbehandelter NGS-Datensätze aus dem Sequence Read Archive (SRA) erfordert enorme Kapazitäten für Datenspeicherung und -management. Mittlere Spalte: In einem ersten Schritt wenden wir Virushunter an, um Datensätze (in Rot hervorgehoben) mit viralen Sequenzfragmenten mit hoher Sensitivität und Spezifität zu detektieren. Rechte Spalte: Nur die viruspositiven Datensätze werden der gezielten Assemblierung viraler Genome durch Virusgatherer unterzogen. © dkfz.de

In dem vorgeschlagenen Projekt werden wir nun diese Daten nutzen, um sowohl zu nachhaltigen Strategien für die Vorbereitung auf zukünftige aufkommende Infektionskrankheiten (EIDs) und Pandemien beizutragen als auch um die aktuelle Pandemie, die durch SARS-CoV-2 verursacht wird, besser zu verstehen und zu kontrollieren. Im Hinblick auf die Vorbereitung auf zukünftige EIDs werden wir einen Spillover- und Pandemierisiko-Score ableiten, validieren und anwenden, um RNA-Viren mit der höchsten Zoonose-Wahrscheinlichkeit zu identifizieren. Zur Kontrolle der aktuellen Pandemie werden wir einen ACE2-Rezeptor-Sequenzkatalog erstellen, um potenzielle Tierreservoirs von SARS-CoV-2 im Besonderen und von viralen EIDs im Allgemeinen zu identifizieren. Weiterhin werden wir die mögliche Kreuzinterferenz zwischen SARS-CoV-2 und anderen Atemwegsviren sowie allgegenwärtigen persistenten Viren untersuchen.

Die Abbildung zeigt ein Diagramm mit farbigen Balken, die verschiedene Tiergruppen darstellen: Säugetiere (blau), Vögel/Reptilien (rot), Arthropoden (grün) und andere wirbellose Tiere (schwarz). Die Länge der Balken vermittelt eine quantitative Analyse im Zusammenhang mit virusassoziierter Karzinogenese.
Phylogenie von 929 viralen Sequenzen, die im SRA entdeckt wurden und mit Referenzviren aus der RNA-Virus-Supergruppe Branch 3 gruppiert sind. Dieser Maximum-Likelihood-Baum basiert auf konservierten Regionen der RdRp-Proteinsequenzen. Der Durchmesser der Kreise, die an internen Knoten platziert sind, ist proportional zur Bootstrap-Unterstützung der jeweiligen Verzweigungsereignisse. Die farblich markierten, rechtsbündigen horizontalen Linien, die sich von den Spitzen des Baums erstrecken, zeigen die Organismengruppe an, in der das Virus durch das Sequenzierungsexperiment entdeckt wurde. | © dkfz.de

Stefan Seitz

Chris Lauber

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