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INDIRA - INtegrative Data analytIcs for Respiratory syncytiAl virus RIsk Assessment

(Integrative Datenanalyse für die Risikoabschätzung einer RSV-Infektion)

Worum geht es?

Infektionen mit dem Respiratory-Syncytial-Virus (RSV) treten weltweit auf und kommen saisonal gehäuft in den Wintermonaten vor. Bis zum Abschluss des zweiten Lebensjahres hatten fast alle Kinder mindestens einmal Kontakt mit dem Erreger. In den meisten Fällen führt die Infektion von Kleinkindern zu einer milden Erkältung, die unbehandelt ausheilt. Allerdings kommt es bei etwa 1% der Kinder zu komplizierten Krankheitsverläufen mit einer Entzündung der oberen und unteren Atemwege. Diese Kinder werden stationär behandelt und müssen unter Umständen beatmet werden. In seltenen Fällen kann die Infektion tödlich verlaufen.

Derzeit gibt es keine aktiven Impfstoffe, die vor einer Ansteckung mit dem Virus schützen. Eine passive Immunisierung mit einem virus-neutralisierenden Antikörper wird Kindern angeboten, die ein hohes Risiko für eine schwere Infektion tragen. Zu diesen Risikogruppen gehören beispielsweise Frühgeborene, die mit Hilfe des Antikörpers im ersten Lebensjahr vor einer RSV-Infektion geschützt werden. Allerdings erkranken immer wieder auch Kinder ohne bekannte Risikofaktoren schwer an RSV. Die Faktoren, die solche komplizierten Krankheitsverläufe bedingen, sind unvollständig verstanden. Schwer kranke Kinder werden symptomatisch behandelt, da eine kausale, direkt antiviral-wirkende Therapie nicht verfügbar ist. Die Forschung konzentriert sich deswegen auf die Entwicklung neuer Therapien und eines aktiven Impfstoffs. Die Identifizierung von Risikofaktoren für eine komplizierte Infektion soll helfen, empfindliche Kinder optimal zu schützen und um Ansatzpunkte für eine Therapie zu finden.

Was sind unsere Ziele?

Im Rahmen des INDIRA-Projekts wollen wir die Ursachen erforschen, die für unterschiedliche RSV-Krankheitsverläufe bei Kleinkindern verantwortlich sind. Wir wollen beispielsweise verstehen, welche genetischen Faktoren dazu beitragen, dass manche Kinder schwer erkranken, während andere Kinder nur eine leichte Erkältung entwickeln. Wir wollen lernen, wie solche genetischen Besonderheiten die Immunkontrolle und/oder die Virusvermehrung beeinflussen und auf welche Weise der Krankheitsverlauf gesteuert wird. Langfristig wollen wir mit Hilfe von Computermodellen und bioinformatischen Verfahren aus diesen Daten Diagnoseverfahren entwickeln, die anhand weniger Marker eine Aussage über das Infektionsrisiko eines Kindes treffen können.    Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir einen multidisziplinären Forschungsansatz entwickelt, der Ärzte, Forscher und Computerexperten zusammenbringt. Darüber hinaus gehen wir der Frage nach ob sich Faktoren, die den Krankheitsverlauf beeinflussen für die Entwicklung einer Therapie eignen.

Wie erreichen wir unsere Ziele?

Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir einen multidisziplinären Forschungsansatz entwickelt, der Ärzte, Forscher und Computerexperten zusammenbringt. Grundlage des Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer vollständigen Integration von klinischen, molekularen, genetischen und metabolischen Daten, um einen vertieften Überblick über den Infektionsprozess zu erhalten. Durch den Einsatz modernster computergestützter Verfahren (künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen) werden diese komplexen multidimensionalen Informationen bearbeitet, um die individuellen Determinanten, die zum Auftreten der Infektion beitragen, zu erschließen.

Das Projekt geht von klinischen Daten aus, die von anonymisierten saisonalen RSV-Patienten gewonnen wurden. Die ersten Daten werden aus bereits existierenden Kohorten wie der IRIS-Kohorte und dem Exzellenzcluster RESIST gewonnen.  Für die Saison 2019 - 2020 und 2020 - 2021 werden neue Kohorten für das INDIRA-Projekt generiert und die gewonnenen Daten werden den Hauptbestandteil der Projektanalyse bilden.

Für die jeweiligen Kohorten beginnt die Analyse mit den für die jeweiligen Patienten erhobenen klinischen Daten und deren Integration mit Genom- und metabolischen Untersuchungen. Parallel dazu werden in vitro-Studien durchgeführt, die zusätzliche genetische und metabolische Informationen über die RSV-Infektion erzeugen werden. Schließlich werden die Daten eingebunden und durch computergestützte Verfahren, die auf künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen basieren, analysiert.

Wer ist beteiligt?

Ansprechpartner

Prof. Dr. Thomas Pietschmann

Institute for Experimental Virology TWINCORE - Centre for Experimental and Clinical Infection Research Feodor-Lynen-Str. 7-9 30625 Hannover Germany

Telefon: 0511 22 00 27-130
Fax: 0511 22 00 27-139
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Principal Investigators

Dr. Robert Geffers

HZI | Technologie Plattform Genomanalytik

Telefon: 0531 6181-3058
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Prof. Dr. Gesine Hansen

MHH | Klinik für Pädiatrische Pneumologie, Allergologie und Neonatologie

Telefon: 0511 532 - 9138
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Prof. Dr. Thomas Illig

MHH | Hannover Unified Biobank

Telefon: 0511 5350-8450
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Prof. Dr. Karsten Hiller

TU Braunschweig | Institut für Biochemie, Biotechnologie und Bioinformatik

Telefon: 0531 391-55201
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Prof. Dr. Lars Kaderali

Universitätsmedizin Greifswald | Institut für Bioinformatik

Telefon: 03834 86-5441
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Prof. Dr. Jörn Ostermann

LUH | Institut für Informationsverarbeitung

Telefon: 0511 762-5316
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Prof. Dr. Jörg Overmann

DSMZ | Abteilung Mikrobielle Ökologie und Diversitätsforschung

Telefon: 0531 2616-352
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Prof. Dr. Bodo Rosenhahn

LUH | Institut für Informationsverarbeitung

Telefon: 0511 762-5316
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Associated Principal Investigators

Prof. Dr. Chris Lauber

TWINCORE | Arbeitsgruppe Computergestützte Virologie

Telefon: 0511 220027-238
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Dr. Emmanuel Saliba

HIRI | Forschungsgruppe Einzelzellanalyse

Telefon: 0931 31-81341
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Beteiligte Institutionen

TRAIN (Translationsallianz in Niedersachsen), CiiM (Zentrum für Individualisierte Infektionsmedizin), MHH (Medizinische Hochschule Hannover), HZI (Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung),TU-BS (Technische Universität Braunschweig), Leibniz-Institut DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen), TWINCORE – Zentrum für Experimentelle und Klinische Infektionsforschung, LUH (Leibniz Universität Hannover)

Externer Partner: Universitätsmedizin Greifswald, HIRI (Helmholtz Institut für RNA-basierte Infektionsforschung)

Beteiligte Wissenschaftler

Dr. Xiaoyu Zhang

Postdoctoral Fellow
TWINCORE | Institut für Experimentelle Virologie

Dr. Sibylle Haid

Co-Projektleitung Virologie | Senior Scientist
TWINCORE | Experimentelle Virologie

Dr. Martin Wetzke

Klinische Co-Projektleitung | Oberarzt
MHH | Klinik für Pädiatrische Pneumologie, Allergologie und Neonatologie

Was ist bereits erreicht?

Meilensteine

  • Das Konsortium traf sich 2019 zu einer Auftaktkonferenz und 2020 zu einer Jahrestagung. Zwischen den beiden Veranstaltungen fanden Treffen zwischen den verschiedenen Arbeitsgruppen (Maschinelles Lernen, Visuelle Analytik, Proof of Concept und Replica-Kohorte) statt, um die laufenden Analysen zu organisieren und zu koordinieren.

Stand 10/2020

Prof. Dr. Thomas Pietschmann

TWINCORE | Institut für Experimentelle Virologie

Leiter des Institut für Experimentelle Virologie

Telefon:
0511 220027 - 130
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