Entwicklung von Methoden für die genombasierte Analyse von Mikroorganismen in Bioaerosolen

Als Schlüsselmethode molekularbiologischer und gentechnischer Arbeit ist die DNA-Sequenzierung gegenwärtig eine wesentliche Grundlage der modernen Biotechnologie und molekularen Diagnostik. Bislang im Einsatz etabliert sind Verfahren der ersten (z.B. Sanger) und zweiten Generation („Next-Gen Sequencing“). Beiden Ansätzen gemein sind u.a. vergleichsweise hohe Anschaffungs- und Betriebskosten und vergleichsweise kurze „Read-Längen“. Letzteres wirkt sich nachteilig auf die Downstream-Datenanalyse aus. Die methodische Etablierung aktuell aufkommender Sequenziertechnologien der dritten Generation bietet hier das Potential Kosten zu reduzieren, den Probendurchsatz zu erhöhen, sowie die für qualitative und quantitative Genomanalysen wichtigen „Read-Längen“ massiv zu steigern.

Bioaerosole sind ubiquitär auftretende, in ihrer Zusammensetzung äußerst komplexe luftgetragene Partikel biologischer Herkunft. Sie beinhalten unter anderem Mikroorganismen und deren Bestandteile. Zu diesen gehören zum Beispiel Bakterien, Viren oder Pilze, die teilweise für den Menschen gesundheitsschädlich sind, d.h. Relevanz aus Perspektive der Umweltmedizin bzw. Arbeitssicherheit, der biologischen Sicherheit und des Umweltschutzes haben. Ihre Untersuchung ist sehr aufwändig und bislang aus quantitativer und qualitativer Sicht unzureichend.

Das Forschungsziel ist die Entwicklung und Etablierung einer Methodik zur Untersuchung der mikrobiellen Belastung von Abluft aus der Tierhaltung (z.B. Ställe) oder Bioreaktoren (z.B. Biogasanlagen). Mittels einer Metagenomanalyse des Mikrobioms in Bioaerosolen und einer anschließenden bioinformatischen Analyse wird eine reproduzierbare und quantitative Aussage über die Belastung möglich, welche als Basis für den Arbeits- und Umweltschutz unumgänglich ist. Die im Rahmen dieser Promotion zu entwickelnde Probenbehandlungs- und Datenpipeline basiert auf der neuartigen Nanoporensequenzierung und umgeht Nachteile und Beschränkungen konventioneller und Next-Gen Sequenzierautomaten (hohe Anschaffungs- und Betriebskosten; komplexe Downstream-Datenanalyse) und erweitert die Möglichkeiten der Bioaerosolanalytik substantiell.

Betreuer: Herr Professor Dr. Röbbe Wünschiers, Professur für Biochemie und Molekularbiologie, HS Mittweida
Kooperativer Betreuer: Herr Professor Dr. Michael Göttfert, Professur für Molekulargenetik, TU Dresden
 
In Kooperation mit:
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin
Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft

Aktuelles

Es liegt was in der Luft...

Es liegt was in der Luft...
20.03.2020

Bioaerosole sind überall auftretende, in ihrer Zusammensetzung äußerst komplexe luftgetragene Partikel biologischer Herkunft. Sie beinhalten unter anderem intakte oder zersetzte Viren, Bakterien oder Pilze sowie deren Sporen....mehr lesen

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Publikationen

Artikel

Leidenfrost RM, Pöther D, Jäckel U, Wünschiers R, (2020) Benchmarking the MinION: Evaluating long reads for microbial profiling. Sci Rep. doi: 10.1038/s41598-020-61989-x


Konferenz- und Tagungsbeiträge (Auswahl)


Reading Plant ITS2-Sequences with Nanopores and Polymerases: First Insights to Pros and Cons (Poster)
Leidenfrost, Robert; Bänsch, Svenja; Prudnikow, Lisa; Westphal, Catrin; Wünschiers,
Röbbe
15th Gatersleben Research Conference on Applied Bioinformatics in Crops
Gatersleben/Germany, March 18-20, 2019

An introduction to nanopore sequencing (Talk)
Leidenfrost, Robert
ICOLE - Workshop for Computational Biology, Scheduling, and Machine Learning
Lessach/Austria, September 24-28, 2018

Viability of long noisy reads for (meta)genomics applications (Talk)
Leidenfrost, Robert
Mittelerde-Meeting 2018 – 3rd Central German Meeting on Bioinformatics
Mittweida/Germany, June 14-15, 2018

Entwicklung von Methoden für die genombasierte Analyse von Mikroorganismen in
Bioaerosolen (Poster)
Robert Leidenfrost & Röbbe Wünschiers
VDI Expertenforum Bioaerosole – Von der Messung zur Bewertung
Berlin/Germany; September 26-27, 2017