ImProVIT

Transforming big data into knowledge: for deep immunoprofiling in vaccination, infectious diseases, and transplantation

Fakten

Leitung

Prof. (Univ. Simón Bolívar) Dr. Maria-Esther Vidal

Förderung durch

„Big Data in den Lebenswissenschaften der Zukunft" der VolkswagenStiftung und des Niedersächsischen Ministeriums für Wissenschaft und Kultur (MWK)

Laufzeit

Oktober 2019 – September 2022

Kooperationen

  • Medizinische Hochschule Hannover (MHH)
  • Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI)
  • TWINCORE Zentrum für Experimentelle und Klinische Infektionsforschung (TWINCORE) 

ImProVIT ist Teil der TRAIN Omics Initiative der Translationsallianz in Niedersachsen (TRAIN).

Beschreibung

Das Immunsystem spielt eine Schlüsselrolle im menschlichen Körper – sowohl im gesunden Zustand als auch im Krankheitsfall. Das Wissen über die Funktionen der menschlichen Immunzellen ist allerdings noch beschränkt. Derzeit werden unzureichenden Technologien, im Immunmonitoring eingesetzt.  Meist werden periphere Monozyten (PBMC) mit bestimmten Antikörpern markiert. Die Proben werden durch eine Durchflusszytometrie (FACS) erworben und die Daten werden letztlich manuell untersucht. Dieses Verfahren ist nicht nur teuer und zeitaufwendig, sondern auch nicht gut reproduzierbar. Außerdem können FACS-Datensammlungen nur Aufschluss über die Verteilung einer Teilmenge der Immunzellen geben, nicht jedoch über ihre Funktion. Ziel des Projekts ist es, das Immunmonitoring dahingehend zu erweitern, dass die Datenerfassung und Wissensgewinnung ein hoch standardisierter Prozess werden, der nicht nur Aufschluss über die Zellverteilung, sondern auch über ihre Funktion gibt. Ein solches Verfahren wäre in der Lage, den Immunstatus einer Person unabhängig von ihrem aktuellen Gesundheitszustand zu charakterisieren. ImProVIT zielt darauf ab, ein wissensbasiertes Framework zu entwickeln, das fähig ist, heterogene Datensätze aus verschiedenen analytischen Methoden zu kombinieren. Insbesondere wird ImProVIT die Daten des konventionellen FACS-basierten Immunmonitoring mit Informationen aus innovativen Technologien wie Chipzytometrie, T-Zell- und B-Zellrezeptorrepertoiranalyse, Einzelzellanalyse, Zytokin-Array, Transkriptomanalytik und Sequenzierung des gesamten Genoms kombinieren. Zusätzlich wird das Wissen, welches in biomedizinischen Ontologien wie bspw. der Human Phenotype Ontology (HPO) und öffentlich verfügbaren Datenbanken wie Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) kodiert ist, genutzt und in einem Wissensgraphen repräsentiert. Der resultierende Wissensgraph über das menschliche Immunsystem wird Aufschluss über die Eigenschaften des “normalen” Immunsystems unter den Bedingungen der Homöostase geben sowie Informationen über das aktivierte Immunsystem nach einer Impfung, während einer Infektion oder nach einer Transplantation enthalten.

Mit jeder neu erhaltenen Datensammlung, die im Wissensgraphen integriert wird, soll die Kenntnis des menschlichen Immunsystems umfangreicher werden – das ist die Vision von ImProVIT. Wissensmanagement und Suchtechnologien werden das Finden und Erkunden von Mustern ermöglichen. Diese stellen die Basis dar, auf deren Grundlage die Hauptmerkmale des menschlichen Immunsystems benannt, sortiert und erforscht werden können

Abschließend wird dies zu einer Optimierung der Strategien im Immunprofiling führen. Davon profitieren alle weiterführenden Bereiche: die Diagnostik wird erleichtert und verbessert; die Behandlungen werden individueller und wirksamer; das Wissen über menschliche Immunprozesse wird stetig erweitert. All das führt zu immer umfangreicheren Möglichkeiten, neue intervenierende Strategien und Impfstoffe zu entwickeln.

Die Erzeugung des ImProVIT-Wissensgraphen erfordert die Extraktion von Wissen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Datenquellen, die aus der Anwendung verschiedener analytischer Methoden stammen. Zusätzlich wird die Entwicklung von wissensgesteuerten Methoden zur Anfragenbearbeitung und Visualisierung benötigt, um den ImProVIT-Wissensgraphen durchlaufen zu können. Die TIB führt die Entwicklung innovativer Techniken zur Entdeckung von Mustern, die das Verständnis über das menschliche Immunsystem verbessern, an. Außerdem übernimmt die TIB  die Verbreitung der Ergebnisse von ImProVIT und dem Training im Umgang mit den neuen Methoden und Technologien in verschiedenen wissenschaftlichen Gemeinschaften und Interessenvertretungen.

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