67 Eigenschaften vorhersagen

Bakterienprofile auf Knopfdruck

Neue Software Traitar leitet die Eigenschaften von Bakterien aus genetischen Daten ab. Es lassen sich 67 Eigenschaften des Bakteriums vorhersagen.

Die neue Software Traitar

Die neue Software Traitar soll verschiedene Stämme des Erregers Pseudomonas aeruginosa auf neue Resistenzmechanismen gegen Antibiotika untersuchen. | HZI/Manfred Rohde

Moderne Sequenziertechniken machen es heutzutage möglich, das gesamte Erbmaterial – das Genom – eines Bakteriums in kurzer Zeit zu entschlüsseln. Das Ergebnis ist eine riesige Datenmenge, in der sich Tausende Gene verbergen. Welche Eigenschaften diese Gene dem Bakterium verleihen, müssen Wissenschaftler jedoch aufwendig analysieren. Bioinformatiker des Braunschweig Integrated Centre of Systems Biology (BRICS), einer gemeinsamen Einrichtung des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) und der Technischen Universität Braunschweig, haben nun eine Software entwickelt, die aus Genomdaten insgesamt 67 Eigenschaften des Bakteriums vorhersagen kann. Zu diesen Merkmalen gehören zum Beispiel bevorzugte Nahrungsquellen, bestimmte Resistenzen oder die Beweglichkeit der Bakterien. Die Software mit dem Namen „Traitar“ haben die Wissenschaftler online frei zur Verfügung gestellt und sie kürzlich im Fachjournal mSystems beschrieben.

Traitar erleichtert die Charakterisierung von Bakterienstämmen

Die physiologischen Eigenschaften eines Organismus sind in kodierter Form in seiner Erbinformation, dem Genom, festgelegt. Es enthält Baupläne für eine Vielzahl von Proteinen, die allen Funktionen in den Zellen des Organismus zugrunde liegen und so auch seine charakteristischen Merkmale bestimmen. Gerade bei krankheitserregenden Bakterien ist es wichtig, ihre spezifischen Merkmale zu identifizieren, um sie genauer erforschen und zum Beispiel bei einer Infektion eine passende medikamentöse Therapie entwickeln zu können. Dazu müssen die Forscher aber unter anderem wissen, welche Nahrungsquellen die Erreger nutzen, ob sie Sauerstoff benötigen oder ob sie Resistenzen gegen Antibiotika aufweisen. Um diese Informationen zu erhalten, bedarf es besonders bei noch nicht charakterisierten Bakterienstämmen oft langwieriger Laborexperimente. Ein erster und mittlerweile schneller Schritt in diesem Prozess ist das Entschlüsseln des Genoms der Bakterien. Doch die Auswertung der erhaltenen Daten ist dafür umso aufwendiger. Die neue Software „Traitar“, die die Braunschweiger Bioinformatiker entwickelt haben, erleichtert den Wissenschaftlern nun die Charakterisierung von Bakterienstämmen wesentlich: Anhand der Genomdaten leitet das Programm in wenigen Minuten eine ganze Reihe relevanter Eigenschaften ab.

Quervernetzung der Zuckerstrukturen

Das Verknüpfungsprotein Lektin LecB eignet sich zur schnellen Diagnose von gefährlichen Pseudomonasstämmen und kann als Zielprotein für die Therapie genutzt werden.

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Kostenlos verfügbar

„Die aktuelle Version von Traitar testet die bakteriellen Genomdaten auf 67 verschiedene Phänotypen, also Eigenschaften, des jeweiligen Bakteriums“, sagt Aaron Weimann, der in der Abteilung „Bioinformatik der Infektionsforschung“ von Prof. Alice McHardy promoviert und mit dem Team die neue Software entwickelt hat. „Bakterien besitzen meist zwischen 3.000 und 6.000 Gene, die für die Ausprägung ihrer Eigenschaften verantwortlich sind. Aus den genetischen Daten identifiziert Traitar mittels maschineller Lernverfahren bestimmte Proteinfamilien und zeigt an, zu welchem Phänotyp diese Proteine führen.“ Darüber hinaus gibt die Software auch detailliert aus, welche Proteine oder Proteinfamilien zu den vorhergesagten Eigenschaften führen. Der Name der Software ist vom englischen Wort „trait“ – zu Deutsch Eigenschaft oder Merkmal – abgeleitet. Traitar ist im Internet frei verfügbar. Dort lässt sich die Software kostenlos herunterladen und kann ohne weitere Programmierkenntnisse genutzt werden. Kleine Datenmengen können auch direkt per Online-Tool analysiert werden.