Fördermaßnahme

de.NBI - Deutsches Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur

Veröffentlichung der Bekanntmachung: 2013
Förderzeitraum: 2015 - 2021
Gesamte Fördersumme: bis zu 70,4 Mio. Euro
Anzahl der Projekte: 8 Verbünde und 1 Geschäftsstelle mit insgesamt 23 Zuwendungsempfängern
Veröffentlichung der  Bekanntmachung                 2015
Förderzeitraum:  2016 – 2021
Gesamte Fördersumme:  bis zu 8,5 Mio. EUR 
Anzahl der Projekte: 4 Verbünde und 4 Einzelprojekte mit insgesamt 16 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, wird seit 2015 durch Unterstützung des Bundesforschungsministeriums das „Deutsche Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur“ (de.NBI) aufgebaut. Dabei handelt es sich um eine nationale Infrastruktur, die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus der lebenswissenschaftlichen Grundlagenforschung und der Biomedizin verschiedene bioinformatische Werkzeuge zur Verfügung stellt sowie zahlreiche Trainings- und Fortbildungsveranstaltungen zu Werkzeuganwendungen, Standardisierungen und Rechendienstleistungen anbietet. Das de.NBI-Netzwerk soll den effizienten Einsatz von Zukunftstechnologien in allen Bereichen der lebenswissenschaftlichen Forschung gewährleisten und damit die Wettbewerbsfähigkeit des Forschungsstandortes Deutschland verbessern. Inzwischen umfasst das de.NBI-Portfolio unter anderem rund 100 verschiedene Software-Werkzeuge und vier international anerkannte Datenbanken; seit 2016 stellt es zudem eigene Rechen- und Speicherkapazitäten im Rahmen der de.NBI-Cloud zu Verfügung.

Im Rahmen der Förderrichtlinien für ein "Deutsches Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur" werden sogenannte Service- und Leistungszentren unterstützt, die entsprechende spezifische Expertisen und Ressourcen besitzen. Die gesamte dezentral organisierte de.NBI-Infrastruktur steht akademischen Nutzerinnen und Nutzern kostenlos zur Verfügung. Koordiniert wird das Netzwerk von einer eigens dafür etablierten Geschäftsstelle unter der Leitung von Professor Pühler. Aufgabe der Geschäftsstelle ist es, das de.NBI-Angebot unabhängig zu steuern, regelmäßige Treffen zu organisieren und den Austausch zu fördern. Zusätzlich dient sie als Kontakt- und Anlaufstelle für nationale und internationale Aktivitäten.

2. Stand der Fördermaßnahme

2014 wurde im Rahmen einer sechsmonatigen Konzipierungsphase von ausgewählten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ein Konzept für ein deutsches Bioinformatik-Infrastrukturnetzwerk entwickelt. Dieses wird seit März 2015 als „Deutsches Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur – de.NBI“ dezentral aufgebaut. Verteilt auf acht Service- und Leistungszentren sowie eine Koordinierungseinheit wurden zunächst 23 Arbeitsgruppen mit verschiedenen Schwerpunkten vom Bundesforschungsministerium gefördert. Um das Portfolio der de.NBI-Leistungszentren zu erweitern und zu vertiefen, wurde im November 2015 die veröffentlicht. Aus den eingereichten Skizzen wurden acht inhaltlich ergänzende Projekte – vier Verbünde und vier Einzelprojekte mit insgesamt 16 Arbeitsgruppen – zur Förderung ausgewählt, deren Start im November 2016 erfolgte. Ebenfalls im November 2016 wurde mit dem Aufbau einer de.NBI-Cloud begonnen, um den Nutzerinnen und Nutzern der de.NBI-Aktivitäten ausreichend Rechen- und Speicherkapazität für Anwendungen zur Verfügung zu stellen. Im September 2017 wurde die Förderung der acht de.NBI-Service- und Leistungszentren durch das Bundesforschungsministerium nach einer Zwischenevaluierung verlängert. Die Unterstützung der de.NBI-cloud mit Software und Personal beträgt inzwischen ca. 30 Millionen Euro, insgesamt wird das Deutsche Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur vom Bundesforschungsministerium bis Ende 2021 mit fast 80 Millionen Euro gefördert.

Im August 2016 ist Deutschland zudem der europäischen Infrastrukturinitiative ELIXIR (European Life Sciences Infrastructure for Biological Information) beigetreten, einem Verbund aus 22 europäischen Partnern sowie Israel (Stand Februar 2020). Das de.NBI-Netzwerk bildet dabei den deutschen Knoten von ELIXIR, über den alle de.NBI-Aktivitäten nun auch auf europäischer Ebene angeboten werden.

Einzelprojekte

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

Förderkennzeichen: 031L0102
Gesamte Fördersumme: 707.404 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2021
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: 499.768 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2021
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: 888.271 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2021
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: 926.598 EUR
Förderzeitraum: 2016 - 2021
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.