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Paving the way towards personalized PREvention and care of SEvere Norovirus gasTroenteritis

 

"PRESENt integriert klinische, biologische und Big-Data-Forschung, um unser Verständnis der Norovirus-Gastroenteritis zu verbessern und letztendlich die Infektionskontrolle zu beeinflussen"


Unser Forschungsschwerpunkt innerhalb von PRESENt ist die Aufklärung von Norovirus-assoziierten Wirtsproteinen und die Erprobung von Desinfektionsmitteln zur Vermeidung von Norovirus-Infektionen. Langfristiges Ziel ist es, gemeinsam mit den PRESENt-Partnern prognostische Marker für schwere Erkrankungen zu identifizieren und präventive Desinfektionsstrategien zu verbessern.
Bei diesem Forschungsprojekt bauen wir auf unserer langjährigen Expertise in der hochauflösenden Proteomik und der Expertise unserer Kooperationspartner in organoiden Modellen von gastrointestinalen Erkrankungen auf.


Kollaborierende Gruppen: Prof. Dr. Thomas F. Schulz (Medizinische Hochschule Hannover, Institut für Virologie), Prof. Dr. Nihal Altan-Bonnet (NIH, Bethesda, USA), Prof. Dr. Lennart Svensson (Linköping Universität Schweden)

Sprecherin des Konsortiums PRESENt

Prof. Dr. Gisa Gerold

Prof. Dr. Gisa Gerold leitet das PRESENt Konsortium. Sie ist Biochemikerin und Virologin. Am Research Center for Emerging Infections and Zoonoses (RIZ) der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover forscht Ihre Arbeitsgruppe an neuartigen Proteomicsansätzen, um die Interaktion von Viren mit ihrem Wirt zu beleuchten und prognostische Biomarker zu identifizieren. Innerhalb des Konsortiums ist sie mit ihrem Team für die Reinigung und Charakterisierung von Noroviren aus Patientenproben verantwortlich. Insbesondere werden Exosomen assoziierte Viren isoliert und deren Proteingehalt in Kooperation mit Prof. Lothar Jaensch (HZI, Braunschweig) bestimmt. Parallel werden gemeinsam mit Benjamin Heidrich (MHH) neue Organoid-basierte Infektionsmodelle genutzt, um die Effektivität von Desinfektionsmitteln gegen Noroviren zu überprüfen. Innerhalb des Konsortiums werden zudem  neuartige Algorithmen entwickelt, um Proteininteraktionen vorherzusagen.

„PRESENt integriert klinische, biologische und Big Data Forschung, um unser Verständnis der Norovirus Gastroenteritis voranzutreiben und somit zur Infektionskontrolle beizutragen.“
 

Gerold Lab

Excellence Cluster RESIST

Collaborative Research Center 900

GeroldLab@Twitter

Wallenberg Center for Molecular Medicine (WCMM)

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Dr. Graham Brogden

Graham Brogden trat dem Konsortium Anfang 2020 als Postdoktorand bei. Sein Hauptforschungsziel ist die Aufklärung von Norovirus-Protein-Wirt-Protein-Interaktionen, um prognostische Biomarker zu identifizieren, die den Unterschied zwischen akuten und milden Symptomen erklären können. Um diese Biomarker zu identifizieren, werden Norovirus-haltige Exosomen aus Patientenproben isoliert und zur Infektion von Darmorganoidkulturen verwendet. Die Methode zur Isolierung von Exosomen aus Stuhlproben wurde von unserem Kooperationspartner Prof. Dr. Nihal Altan-Bonnet (NIH, Bethesda, USA) entwickelt, dessen Labor von Graham Brogden im Februar 2020 besucht wurde. Wirtsprotein-Virus-Protein-Interaktionen werden anschließend von einem PRESENt-Konsortialpartner, Prof. Lothar Jaensch (HZI, Braunschweig) mittels Massenspektrometrie bestimmt und von zwei weiteren Konsortialgruppen (Prof. Wolfgang Nejdl, L3S, Hannover und Prof. Michael Marschollek, MHH, Hannover) mittels Bioinformatik weiter analysiert.

Stellvertretender Sprecher des Konsortiums PRESENt

PD Dr. med. Benjamin Heidrich

Benjamin Heidrich ist Facharzt für Innere Medizin. Innerhalb des Konsortiums ist er mit seinem Team für die Datenerfassung und Datenanalyse von Patienten mit nachgewiesener Norovirus-Infektion in den letzten 10 Jahren verantwortlich. Darüber hinaus organisiert sein Team die Rekrutierung von Patienten für die prospektive Studie sowie die Probensammlung, die die Grundlage für viele der anderen geplanten Projekte innerhalb des Konsortiums bildet. Er ist Co-Koordinator in der TTU GI Infection innerhalb des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung für den Partnerstandort Hannover-Braunschweig und Leiter des Centre for Gastrointestinal Clinical Trials (CEGICLIN) innerhalb der TTU. Neben der Norovirus-Infektion liegt sein Forschungsschwerpunkt auf der Rolle der Mikrobiota bei gastrointestinalen und hepatologischen Erkrankungen. 


Weitere Informationen finden Sie hier:

CEGICLIN: Centre for Gastrointestinal Clinical Trials (CEGICLIN) | German Center for Infection Research (dzif.de)

TTU GI Infection: Gastrointestinal Infections | German Center for Infection Research (dzif.de)

MHH: Medizinische Hochschule Hannover : AG Heidrich (mhh.de)

RESIST: Projekt B11 – RESIST (resist-cluster.de)

Doktoranden

Franziska Wölfl

Franziska Wölfl ist seit Anfang 2020 als Doktorandin in der Gruppe von PD Dr. Benjamin Heidrich im Konsortium tätig. Ihr Fokus liegt auf dem translationalen Aspekt des PRESENt-Konsortiums und so möchte sie früh einsetzende klinische Biomarker bestimmen, um zwischen leichten und schweren Fällen von Norovirus zu unterscheiden. Des Weiteren arbeitet sie in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Guntram Graßl (Medizinische Hochschule Hannover, Institut für Mikrobiologie) mit intestinalen Organoidkulturen. Diese Organoide werden eingesetzt, um die Wirksamkeit verschiedener Desinfektionsmittel auf Noroviren zu bestimmen. Sie werden verwendet, um potentielle genetische Marker für die Norovirus-Suszeptibilität in vitro zu verifizieren, nachdem sie zuvor von Prof. Michael Marschollek (Medizinische Hochschule Hannover) in silico entdeckt wurden. 

AG Lothar Jänsch

Das Hauptaugenmerk der Jänsch-Gruppe innerhalb des Konsortiums liegt auf der Aufklärung spezifischer Wirtsfaktoren, die mit infektiösen ausgeschiedenen Norovirus-Partikeln assoziiert sind. Das Vorhandensein von Norovirus-spezifischen Exosomen im Stuhl von Patienten und die Vorstellung, dass sich der Gehalt an Exosomen zwischen Individuen in Abhängigkeit von der Wirtsimmunität stark unterscheidet, macht diese Exosomen zu guten Kandidaten für die Charakterisierung von prädiktiven Markern. Um diese Biomarker zu identifizieren, werden norovirushaltige Exosomen aus Patientenproben isoliert (mit Prof. Gisa Gerold, TiHo, Hannover) und anschließend mittels Shotgun-Proteomik analysiert. In diesem speziellen Projekt nutzen wir eine hochauflösende Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie-Gerätekombination, die speziell für die Erfassung klinischer Proben entwickelt wurde (Evosep One & timsTOFPro von Bruker). Die Datenanalyse und Biomarker-Validierung wird von den Gruppen von Prof. Wolfgang Nejdl (L3S, Hannover) und Prof. Michael Marschollek (MHH, Hannover) unterstützt. Unsere allgemeine Hypothese ist, dass die Zusammensetzung von Norovirus-assoziierten Exosomen zwischen Individuen variiert und dass proteomische Analysen Signaturen für akute und milde versus schwere und chronische Infektionen aufzeigen werden.
www.helmholtz-hzi.de/cpro

Prof. Dr. Lothar Jänsch

Lothar Jänsch ist Leiter der Forschungsgruppe "Zelluläre Proteomik" am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung. Gemeinsam mit der Technischen Universität Braunschweig ist er als W2-Professor für Proteomforschung infektiöser Prozesse berufen. Seine Forschung konzentriert sich auf translationale Projekte in Zusammenarbeit mit akademischen, medizinischen und industriellen Partnern, um neue Mechanismen der Immunzellaktivierung zu entdecken und individuelle Immunantworten vorherzusagen und zu kontrollieren.

Dr. Marco van Ham

Marco van Ham ist ein leitender Wissenschaftler in der Jänsch-Gruppe. Er ist Zellbiologe mit einem Schwerpunkt auf der zellulären Kommunikation in und zwischen Immunzellen. Seine Hauptschwerpunkte sind Zell-Zell-Kontakte, mikroskopische Immunüberwachung (einschließlich Laser-Dissektionsmikroskopie) und in situ Proteomik. Innerhalb des Konsortiums ist er an der Charakterisierung von Wirt-Protein-Virus-Protein-Interaktionen mittels Massenspektrometrie beteiligt.

Peter L. Reichertz Institut für Medizinische Informatik

Das Peter L. Reichertz Institut für Medizinische Informatik wird in PRESENt die Integration der klinischen und OMICS-Daten in den openEHR-basierten Standard des HiGHmed Konsortiums übernehmen. Des Weiteren liegt ein Schwerpunkt in der multimodalen Auswertung der erhobenen Daten. Die Verknüpfung von Mikrobiom, Proteom und klinischen Daten mittels datenintensiver Technologien, wie maschinellem Lernen, ermöglicht neue Einblicke in die Pathomechanismen von Norovirus Infektionen. Zum Erkenntnisgewinn spielt die Interpretierbarkeit der Ergebnisse durch Ärzte eine besondere Rolle. Daher werden zur Analyse der klinischen Daten verschiedene Methoden des maschinellen Lernens verwendet, bei denen im Gegensatz zu „Black-Box“-Methoden nachvollzogen werden kann, welche Faktoren wie stark in das Ergebnis eingeflossen sind. Mittels der gemeinsamen Analyse von klinischen und OMICS-Daten durch erklärbares maschinelles Lernen sollen neue Erkenntnisse über Krankheit und Verlauf gewonnen werden, die eine personalisierte Prognose und Behandlung der Patienten ermöglichen. Für die Analyse der klinischen Daten arbeitet das PLRI mit den AGs Heidrich und Nejdl zusammen. Die mikrobiologischen Daten werden in Zusammenarbeit mit den AG Strowig und Nejdl analysiert. Eine Analyse genetischer Marker für Norovirus-Suszeptibilität wird gemeinsam mit der AG Heidrich durchgeführt.

Prof. Dr. med. Dr. ing. Michael Marschollek

Prof. Dr. med. Dr.-Ing. Michael Marschollek ist geschäftsführender Direktor und Leiter des Standorts Hannover des Peter L. Reichertz Institut für Medizinische Informatik der TU Braunschweig und der Medizinischen Hochschule Hannover. Seine Forschungsinteressen beinhalten Assistierende Gesundheitstechnologien (AGT), Sensoren, Sekundärnutzung klinischer Daten, Analyse von Sensordaten, Data Mining in der Medizin, Prognosemodelle und sensorerweiterte Informationssysteme.

Dominic Wolff, MSc

Dominik Wolff ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am PLRI. Sein Fokus liegt auf dem Einsatz datenwissenschaftlicher Verfahren und künstlicher Intelligenz in der (Bio-) Medizin sowie der Erforschung implizitem Wissens. In PRESENt übernimmt er die Projektkoordination und -planung innerhalb des PLRI.
 

Sarah Nee, MSc

Sarah Nee ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am PLRI mit den Forschungsinteressen Bioinformatik und maschinelles Lernen. Sie konzentriert sich auf interpretierbare maschinelle Lernmodelle und die Datenintegration und -analyse (bio-)medizinischer Daten.

AG Wolfgang Nejdl

Der Hauptfokus der Nejdl-Gruppe innerhalb des Konsortiums liegt auf der Entwicklung von maschinellen Lernansätzen für das gemeinsame Lernen aus Umwelt-, individuellen Patienten- und -OMICs-Daten, um schwere Gastroenteritis und mögliche Interventionspunkte vorherzusagen. Die übergeordnete Hypothese ist, dass kein einzelner Datentyp die Komplexität der zugrundeliegenden Krankheit vollständig aufdecken kann. Gemeinsames Lernen aus mehreren heterogenen Daten würde fehlende oder unzuverlässige Informationen in jedem einzelnen Datentyp kompensieren. Darüber hinaus können mehrere Informationsquellen, die auf dasselbe Ergebnis hinweisen, die allgemeine Zuverlässigkeit der Vorhersage erhöhen. Innerhalb des Konsortiums arbeitet die Gruppe mit der Gruppe von Gerold zusammen, um Norovirus-Human-Protein-Interaktionen zu analysieren.  Für die Analyse klinischer Daten wird die Gruppe mit den Gruppen von Heidrich und Marschollek zusammenarbeiten. Für die Analyse von mikrobiologischen Daten wird die Gruppe mit den Gruppen von Strowig und Marschollek zusammenarbeiten.
 

Prof. Dr. techn. Wolfgang Nejdl

Prof. Dr. techn. Wolfgang Nejdl ist der Leiter des Forschungszentrums L3S und leitet das Datenanalyse-Team von PRESENt. Seine Forschungsinteressen umfassen Information Retrieval, Data Mining, Data Science, Semantic Web und Präzisionsmedizin.

Webpage: https://www.kbs.uni-hannover.de/~nejdl/

Dr. Megha Khosla

Dr. Megha Khosla ist Senior Researcher bei L3S und konzentriert sich auf die Entwicklung von maschinellen Lernalgorithmen für graphisch strukturierte Daten und Präzisionsmedizin. Sie ist außerdem für die Betreuung und Koordination der Aktivitäten von L3S in PRESENt verantwortlich.

Webpage: http://www.l3s.de/~khosla/

Ngan Thi Dong

Ngan Thi Dong ist Doktorandin am L3S mit Forschungsinteressen im Bereich Deep Learning und Präzisionsmedizin. In PRESENt konzentriert sie sich auf die Entwicklung von Deep-Learning-Tools/Techniken zum Lernen aus heterogenen medizinischen Daten.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Gisa Gerold

Leiterin der Forschungsgruppe "Molekulare und Klinische Infektiologie" 
Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover

Telefon:
0511 953-8781
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Publikationen

  1. A multitask transfer learning framework for the prediction of virus-human protein-protein interactions. Dong TN, Brogden G, Gerold G, Khosla M. BMC Bioinformatics. 2021 Nov 27;22(1):572. doi: 10.1186/s12859-021-04484-y. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34837942/
     
  2. Personalized Prevention and Care of Severe Norovirus  Gastroenteritis (PRESENt). Graham Brogden, Franziska Woelfl, Dominik Wolff, Sarah Nee, Klaus-Hendrik Wolf, Ngan Thi Dong, Marco van Ham, Till-Robin  Lesker, Till Strowig, Lothar Jänsch, Megha Khosla, Wolfgang Nejdl, Michael Marschollek, Benjamin Heidrich, Gisa Gerold. German Society of Virology conference 2021, March 24th-26th, online.