Fördermaßnahme

de.NBI - Deutsches Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur

Veröffentlichung der Bekanntmachung: 2015
Förderzeitraum: 2016 - 2019
Gesamte Fördersumme: bis zu 4,8 Mio. Euro
Anzahl der Projekte: 4 Verbünde und 4 Einzelprojekte mit insgesamt 16 Zuwendungsempfängern
Veröffentlichung der  Bekanntmachung                 2013
Förderzeitraum:  2015 – 2021
Gesamte Fördersumme:  bis zu 45 Mio. EUR 
Anzahl der Projekte: 8 Verbünde und 1 Geschäftsstelle mit insgesamt 23 Zuwendungsempfängern 

1. Ziele der Fördermaßnahme

Um die umfangreiche Datenmenge, die durch die sprunghafte Technologieentwicklung in der Systembiologie erzeugt wird, optimal archivieren und intensiver als bislang nutzen zu können, will das Bundesforschungsministerium ein „Deutsches Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur“ (de.NBI) aufbauen. Dieses Netzwerk soll bioinformatische Dienstleistungen anbieten und sie kontinuierlich weiterentwickeln. Das übergeordnete Ziel von de.NBI ist dabei, die Verfügbarkeit sowohl von Hardware (Rechner- und Speicherkapazität) als auch von Datenressourcen und bioinformatischen Werkzeugen in den Lebenswissenschaften zu erweitern, zu verbessern und sicherzustellen. Das Netzwerk soll den effizienten Einsatz von Zukunftstechnologien in allen Bereichen der lebenswissenschaftlichen Forschung gewährleisten und damit die Wettbewerbsfähigkeit des Forschungsstandortes Deutschland verbessern.

Mit der Fördermaßnahme werden sogenannte Leistungszentren unterstützt, die über spezifische Expertise und Ressourcen in der Bioinformatik verfügen. Zudem bieten sie einen umfassenden und thematisch breit aufgestellten bioinformatischen Service. Sie stellen diesen im Rahmen der Infrastruktur-Initiative den Nutzerinnen und Nutzern aus der lebenswissenschaftlichen Grundlagenforschung sowie der angewandten Forschung zur Verfügung. Weiterhin werden von dem Netzwerk bioinformatische Trainings- und Fortbildungsveranstaltungen für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Lebenswissenschaften angeboten. Koordiniert wird das Programm von einer eigens dafür etablierten Geschäftsstelle. Deren Aufgabe ist es, bioinformatische Leistungen unabhängig zu steuern sowie regelmäßige Treffen zu organisieren und durchzuführen. Zusätzlich soll sie als Kontakt- und Anlaufstelle für nationale und internationale Aktivitäten dienen.

2. Stand der Fördermaßnahme

Als Ergebnis einer sechsmonatigen Konzipierungsphase wurde 2014 von ausgewählten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ein Konzept für das „Deutsches Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur“ entwickelt. Seit März 2015 werden nun insgesamt 23 Arbeitsgruppen gefördert, die sich auf acht Leistungszentren und eine Koordinierungseinheit verteilen.

Die acht Leistungszentren wurden zunächst für drei Jahre bewilligt. Nach einer Zwischenevaluierung im September 2017 wurde die Förderung der Verbundvorhaben aufgestockt und bis 2021 verlängert.

Im November 2015 wurde zur inhaltlichen Ergänzung von de.NBI die Förderrichtlinie „de.NBI-Partner“ veröffentlicht. Aus den eingereichten Skizzen sind im März 2016 acht ergänzende Projektskizzen zur Förderung ausgewählt worden. Der Start dieser Projekte erfolgte im November 2016.

Einzelprojekte

de.NBI - Etablierungsphase: Datenmanagement-Knoten NBI-SysBio - Ein auf Standards basierendes Systembiologie-Datenmanagement

Förderkennzeichen: 031A540
Gesamte Fördersumme: 969.994 EUR
Förderzeitraum: 2015 - 2020
Projektleitung: PD Dr. Wolfgang Müller
Adresse: HITS gGmbH
Schloß-Wolfsbrunnenweg 35
69118 Heidelberg

de.NBI - Etablierungsphase: Datenmanagement-Knoten NBI-SysBio - Ein auf Standards basierendes Systembiologie-Datenmanagement

Im Rahmen des Deutschen Netzwerks für Bioinformatik Infrastruktur (de.NBI) ist das Kernziel des Datenmanagement-Knotens „NBI-SysBio“, auf der Basis von SEEK, SABIO-RK und SED-ML ein auf Standards basierendes Datenmanagement aufzubauen. SEEK ist eine Plattform für kollaborative Projekte, die die Datenspeicherung, die Registrierung und den Austausch von Daten zwischen Projektpartnern unterstützt. SABIO-RK ist eine manuell kuratierte Datenbank für Daten von biochemischen Reaktionen und deren kinetischen Eigenschaften. SED-ML ist ein Community-Standard zur Dokumentation von Modelling-Experimenten, der zusammen mit anderen Community-Standards zum Einsatz kommt.

Im Zuge des de.NBI Projektes werden nun Systeme bereitgestellt, die auf Standards basieren und die die Vernetzung mit anderen bzw. zusätzlichen Systemen innerhalb und außerhalb von de.NBI verbessern. Gleichzeitig werden Serviceleistungen um diese Systeme herum angeboten. Die bestehenden Werkzeuge werden für einen dauerhaften Betrieb zur Verfügung gestellt, gepflegt und – abhängig von zusätzlichen Nutzeranforderungen – weiterentwickelt. Dazu gehört auch die Integration von Standards und die Verknüpfung mit bestehenden Arbeitsabläufen anderer de.NBI-Partner. Ziel ist es, eine gleichbleibend hohe Datenqualität sicherzustellen und die Integration neuer Daten voranzutreiben. Zudem soll die Kommunikation mit den Nutzern und das Anbieten verschiedener Service- und Trainingsaktivitäten optimal gestaltet werden.

de.NBI - Partner: DAIS - Dresdner Bild-Analyse Suite

Förderkennzeichen: 031L0102
Gesamte Fördersumme: 342.166 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2019
Projektleitung: Prof. Eugene Myers
Adresse: Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik
Pfotenhauerstr. 108
01307 Dresden

de.NBI - Partner: DAIS - Dresdner Bild-Analyse Suite

Das de.NBI-Partner-Einzelprojekt DAIS möchte Verbesserungen bei der Bioinformatik-Infrastruktur auf dem Gebiet der Bildanalyse erreichen. Dank immer modernerer Analysegeräte wie beispielsweise hochauflösenden Lichtmikroskopen steigt die Menge an Bilddateien und damit der Bedarf an neuen Verarbeitungs-, Berechnungs- und Auswerteverfahren rasant an. Ziel des Projektes ist es, ein benutzerfreundliches und leistungsstarkes Software-Werkzeug für die biologische Bildanalyse zu entwickeln und den Forscherinnen und Forschern bereitzustellen.

Im Rahmen des Projekts sollen dafür zwei viel genutzte Open Source Software-Pakete (also frei verfügbare Software-Programme) intelligent miteinander verknüpft und weiterentwickelt werden. Bei den Software-Paketen handelt es sich zum einen um das Programm „Fiji“, eine offene Analyse-Plattform für biologische Bilddateien sowie das Programm „KNIME“, ein leistungsstarkes Werkzeug zur Erstellung von Prozessen und Workflows. Durch die Verbindung dieser beiden Systeme können Nutzerinnen und Nutzer künftig Bildverarbeitungsprozesse wesentlich besser abbilden und biologische Bilder effizient aufbereiten. Auch die Auswertung würde sich durch eine Verknüpfung deutlich verbessern. Ergänzend sollen im Rahmen des Projektes zudem auch Nutzerschulungen angeboten und sogenannte Hackathons veranstaltet werden. Hackathons sind Veranstaltungen, bei denen Teilnehmerinnen und Teilnehmer aus unterschiedlichen Fachrichtungen der Software- oder Hardwareindustrie gemeinsam an neuen Software-Produkten arbeiten. Sowohl Nutzerschulungen als auch Hackathons haben sich in der Vergangenheit als sehr gut geeignet erwiesen, um Open-Source-Projekte gemeinsam weiterzuentwickeln.

de.NBI - Partner: Integrierte Webservices zur Unterstützung strukturbasierter, lebenswissenschaftlicher Forschung in der Protein-Biochemie, insbesondere Enzymologie

Förderkennzeichen: 031L0105
Gesamte Fördersumme: 290.548 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2019
Projektleitung: Prof. Dr. Matthias Rarey
Adresse: Universität Hamburg - Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften - Zentrum für Bioinformatik (ZBH)
Bundesstr. 43
20146 Hamburg

de.NBI - Partner: Integrierte Webservices zur Unterstützung strukturbasierter, lebenswissenschaftlicher Forschung in der Protein-Biochemie, insbesondere Enzymologie

Das vorliegende de.NBI-Partner-Einzelprojekt verfolgt das Ziel, allen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern Proteinstrukturdaten im Bereich der modernen Lebenswissenschaften einfach zugänglich und nutzbar zu machen. Dafür soll die Protein-Datenbank PDB, die sich bereits als weltweit zentraler Knotenpunkt für Experimentaldaten in diesem Bereich etabliert hat, ausgebaut werden. Im Rahmen des Projekts sollen die in der PDB bereits vorhandenen Strukturdaten mit wichtigen, automatisierten Präprozessierungsverfahren angereichert werden, die für die Nutzung der Daten in der biotechnologischen Forschung notwendig sind. Insbesondere sollen Suchverfahren entwickelt werden, die eine gezielte Auswahl forschungsrelevanter Proteine auf der Basis von Struktureigenschaften ermöglichen würden. Die Schwerpunkte liegen dabei auf der Betrachtung aktiver Zentren und Interaktionen zu niedermolekularen Substanzen wie Substrate, Co-Faktoren und Inhibitoren. Als Entwicklungsbasis dient der am Zentrum für Bioinformatik in Hamburg etablierte "ProteinsPlus-Server".

Das Projekt gliedert sich in drei Phasen: In der ersten Phase erfolgt die Spezifikation des Gesamtfunktionsumfangs. Alle Funktionen werden in drei Kategorien eingeteilt, und es erfolgt vor allem die Planung und Umsetzung der Schnittstelle zwischen dem ProteinsPlus-Server und anderen Servern. In der zweiten Phase ist u.a. der Aufbau einer Suche auf der Basis von Bindetaschenvergleichen geplant. In der dritten Phase wird schließlich im Wesentlichen die Suchfunktion finalisiert, so dass die Benutzerinnen und Benutzer weitestgehend selbsterklärend durch einen Daten-Vorbereitungsprozess geleitet werden. In allen drei Phasen werden begleitend Kursmaterialen und entsprechende Weiterbildungsangebote im Bereich der Protein-Strukturbioinformatik entwickelt.

de.NBI - Partner: MASH pflegt und integriert Software zur Metaboliten-Annotation in die de.NBI-Infrastrukturen und bietet einen Service rund um standardkonformes Datenmanagement und Nachnutzung von Daten aus Metabolomics-Experimenten

Förderkennzeichen: 031L0107
Gesamte Fördersumme: 496.668 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2019
Projektleitung: Dr. Steffen Neumann
Adresse: Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB)
Weinberg 3
06120 Halle (Saale)

de.NBI - Partner: MASH pflegt und integriert Software zur Metaboliten-Annotation in die de.NBI-Infrastrukturen und bietet einen Service rund um standardkonformes Datenmanagement und Nachnutzung von Daten aus Metabolomics-Experimenten

Das de.NBI-Partner-Einzelprojekt MASH verfolgt das Ziel, Verbesserungen auf dem Forschungsgebiet der Metabolomik zu erreichen. Die Metabolomik beschäftigt sich mit Stoffwechselprodukten (Metaboliten) und deren Analyse. Eine weit verbreitete Methode, um Metabolite in einem biologischen System zu erfassen und auszuwerten, ist die Massenspektrometrie: Bei dieser Messmethode werden die Substanzen durch ihre Masse charakterisiert. Die für eine Interpretation notwendige Molekülstruktur kann mit dieser Technik jedoch nicht erfasst werden. Lösungen für diese Problematik bietet hier die Bioinformatik an: So wurden in der Vergangenheit am Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie in Halle (IPB) bereits die Software-Systeme MassBank und MetFrag entwickelt. Diese Computerprogramme unterstützen die Analyse von Massensprektrometrie-Daten und ermöglichen eine Beschreibung von Metaboliten für die funktionelle Zuordnung.

Im Rahmen des MASH-Projektes soll die Analyse-Software für Massensprektrometrie-Daten nun weiter verfeinert und die Systemsicherheit und –skalierbarkeit von zwei Datenbanksystemen verbessert werden. Es ist geplant, die am IPB entwickelten Metaboliten-Identifikationsysteme MetFrag und MetFusion in den sogenannten Metabolomics-Workflow-Service im Rahmen des de.NBI-Netzwerkes zu integrieren. So ließe sich künftig die Servicequalität überwachen, und die Leistungsfähigkeit könnte bei steigender Nutzung den Anforderungen angepasst werden. Weitere Ziele sind die Verbreitung von Metabolomics-Standards und die Aufarbeitung von Datensätze für Veröffentlichungen.

de.NBI - Partner: MetaProtServ

Förderkennzeichen: 031L0103
Gesamte Fördersumme: 562.216 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2019
Projektleitung: Dr. Dirk Benndorf
Adresse: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg - Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik - Institut für Verfahrenstechnik - Bioprozesstechnik
Universitätsplatz 2
39106 Magdeburg

de.NBI - Partner: MetaProtServ

Das de.NBI-Partner-Einzelprojekt MetaProtServ verfolgt das Ziel, Verbesserungen auf dem Forschungsgebiet der Metaproteomik zu erreichen. Die Metaproteomik untersucht komplexe mikrobielle Lebensgemeinschaften, das sogenannte Metaproteom, und analysiert die einzelnen zellulären Funktionen. Beispiele für Metaproteom sind die menschliche Darmflora oder die Gesamtheit aller Bakterien (Biozönose) in einer Biogas- oder Abwasserreinigungsanlage. Um krankhafte Veränderungen im Darm besser erkennen oder die Bakterienzusammensetzung in Biogas- und Abwasserreinigungsanlagen gezielt verändern zu können, sind genauere Kenntnisse über das Metaproteom notwendig.

Derzeit liefern die Metaproteomik und die sie ergänzenden bioinformatischen Werkzeuge, die ursprünglich für die Proteomik von Reinkulturen entwickelt wurden, jedoch oft keine zufriedenstellenden Ergebnisse: Um Proteine zu identifizieren, wird meist eine Datenbanksuche mit Metagenom-Sequenzen durchgeführt. Diese kommt häufig zu einer hohen Zahl redundanter Treffer in Bezug auf die Taxonomie und die Funktion der identifizierten Proteine.

Um hier Verbesserungen zu erreichen, wurde an der Universität Magdeburg die MetaProtServ-Software entwickelt. Im Rahmen des Projektes soll das benutzerfreundliche Programm nun mit einer graphischen Oberfläche als Web-Service verfügbar gemacht werden, um mehr Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die Nutzung dieses Programmes zu ermöglichen. Ein Anwender-Training sowie ein individueller Support bei Problemen sollen zusätzlich die Zugänglichkeit dieser Software in der wissenschaftlichen Gemeinschaft erleichtern. Funktionalität und Wartungsfreundlichkeit werden ebenfalls weiterentwickelt mit dem Ziel, die Software um Schnittstellen für den Import und Export von Metaproteom-Daten zu erweitern. Zudem ist geplant, Nutzerschulungen anzubieten und sogenannte Hackathons zu veranstalten. Beides hat sich in der Vergangenheit als sehr gut geeignet erwiesen, um Open-Source-Projekte gemeinsam weiterzuentwickeln.