GenePaint

DIGITALER ATLAS DER GENEXPRESSION AM BEISPIEL DES MÄUSEGENOMS (GenePaint)

Unter dem Dach von GenePaint steht Forschern die weltweit erste umfassende Übersicht über die räumliche und zeitliche Aktivität aller bekannten Gene (Genexpression) eines ganzen Säugerorganismus zu einem bestimmten Zeitpunkt seiner Entwicklung am Beispiel des Mäusegenoms zur Verfügung. Mittels dieser Daten ist es zum Beispiel möglich, Kandidatengene für genetische und komplexe Erkrankungen zu ermitteln. Ein Fernziel des Projekts ist der Aufbau eines europäischen Online-Dienstes „European Database of Gene Expression“.

Projektziele

In die Plattform GenePaint sind die Ergebnisse des abgeschlossenen europäischen Forschungsprojekts EURExpress eingeflossen. Dieses Projekt diente der Erstellung eines hochaufgelösten anatomischen Atlas des Transkriptoms im Mäuseembryo. (Transkriptom = Summe aller aus der DNA einer Zelle in RNA umgeschiebenen Gene. Die RNA setzt die genetischen Informationen in Proteine um.) Hierzu wurden zunächst an verschiedenen Standorten in Europa große Mengen Schnitte von Mausembryonen erzeugt und tausende Gene durch molekularbiologische Verfahren sichtbar gemacht. Mit Hilfe automatisierter Mikroskopieverfahren wurde die Aktivität von 18.000 Genen und 400 MicroRNAs, 1.420 anatomischer Strukturen und 1.002 Markergenen untersucht und Massen hochauflösender digitaler Bilddaten erzeugt. Die Ergebnisse dieser Arbeit stehen in Form einer interaktiven Webdatenbank der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung. Die visuell aufbereiteten Daten sowie deren wissenschaftliche Zusammenhänge sind auf den Webseiten des Projekt EURExpress einsehbar.

In dem Projekt EURExpress wurde der Internet-basierte Expressionsatlas METscout, für das Genom der Maus (Kartierung der Aktivitäten des Erbguts) erstellt. METscout ermöglicht die Erforschung des Metabolismus auf Grundlage des Gen-Expressions-Atlasses. Mittels dieser Webanwendung können Stoffwechselvorgänge während des gesamten Entwicklungsverlaufs verfolgt werden. So können zum Beispiel SLC-Transporter (Transport-Proteine, die Substanzen innerhalb und außerhalb von Zellen oder an andere Orte im Organismus befördern) beobachtet werden, wie sie ein Enzym oder Kohlehydrate von einem Organ in ein anderes schleusen.

Die Plattform GenePaint stellt u.a. ein virtuelles Mikroskop (hochauflösender Zoom) bereit. Dieser Soom Viewer bietet Forschern die Möglichkeit, die Bilddaten in annähernd hoher Auflösung wie im Original zu betrachten

• Der Datenbestand des Projekts GenePaint umfasst an die 42 Terrabyte.
• Weltweit nutzen ca. 2.000 Forscher die GenePaint-Anwendungen.
• Durchschnittlich erfolgen 250.000 Zugriffe im Monat.

Die Rolle der GWDG

Die GWDG betreibt die Server und kümmert sich um die Konvertierung, Bereitstellung und Sicherung der Bilddaten im Archiv sowie um die Nutzerverwaltung.

Projekt EURExpress

• Im Projekt EURExpress wurden die Bilddaten im TIFF-Format an die GWDG übertragen und archiviert. Für die Anzeige auf der Website und für das virtuelle Mikroskop wurden die Daten automatisiert in verschiedene Bildformate konvertiert.
• Die GWDG war zudem für Systemadministration, Anwendungsbetreuung, Datenbank- und Web-Entwicklung und Datenbank-Administration zuständig. Auch die Web-Entwicklung für MetScout erfolgte bei der GWDG.
• Das Projekt ist abgeschlossen und befindet sich im Regelbetrieb.

Projekt GenePAINT

• Die Anwendungen werden kontinuierlich dem technischen Fortschritt angepasst. So wurden bestehende Rohformate, die im TIF-Format vorliegen, in das verlustfreie PNG-Format komprimiert, das geringeren Speicherbedarf aufweist und die Ausgabe der Bilddaten an die Forscher im JPEG-Format ermöglicht.
• Ab 2015 wird das Projekt auf Basis der gesammelten Forschungsdaten komplett überarbeitet. Seit Januar läuft die Neuprogrammierung mit modernen Web-Technologien. Dies betrifft sowohl die aktuellen Daten, die Schnittstellen zur Datenbank und die Präsentation. Die Umsetzung erfolgt in mySQL, Node.js und AngularJS.
• Auch die Nutzerfreundlichkeit wird verbessert. Die GWDG entwickelt ein neues, komfortables Anmeldeportal.

Projekt Partner

GenePaint ist ein Projekt und Webangebot des Max-Planck-Instituts für Biophysikalische Chemie. Der GWDG obliegt die technische Betreuung.

Das EURExpress Konsortium war eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern aus zwölf europäischen Forschungseinrichtungen. Das Projekt wurde initiiert durch Professor Dr. Gregor Eichele, Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen.

Die Projektkoordination oblag dem TIGEM, Instituto di Genetica e Medicina, Neapel, Italien.

Weiterführende Informationen

• Max-Planck-Gesellschaft (Hrsg.), Erster anatomischer Atlas für die Genaktivität eines Säugetiers, 02/2011 online
• Geffers, Lars, Benjamin Tetzlaff (GWDG), Xiao Yan and Eichele, Gregor, METscout: a pathfinder exploring the landscape of metabolites, enzymes and transporters, in: Oxford Journals, Nucleic Acids Research, 2013, Vol. 41, Download Online-Version 09/2012