Software hilft bei Erforschung des Immunsystems

Das menschliche Immunsystem ist hochkomplex und bis dato noch nicht in allen Einzelheiten erforscht. In der Bioinformatics Research Group am Campus Hagenberg der FH Oberösterreich wird zur Zeit an einer Software gearbeitet, die es in Zukunft ermöglichen soll, das Immunsystem bzw. Vorgänge im Immunsystem von PatientInnen darzustellen und damit ÄrztInnen bei der Diagnose und Behandlung von Krankheiten zu helfen. Die Entwicklung von ImmunExplorer basiert auf den Ergebnissen einer Forschungskooperation zwischen FH OÖ und der Blutzentrale Linz.

Im Rahmen des Grundlagenforschungsprojekts „ImmuneProfiler“ wird an bestimmten Faktoren des Immunsystems, speziell T- und B-Zellen (das sind Varianten von weißen Blutkörperchen, Anm. d. Red.), geforscht. Für die Erstellung einer Datenbasis werden von PatientInnen Blut und Gewebe entnommen. „Ausgehend von diesen Proben wird mit Hilfe von Sequenziertechnologien ein immunologisches Profil basierend auf den sequenzierten B- und T-Zellen erstellt“, sagt die Projektleiterin Susanne Schaller, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Bioinformatics Research Group der FH OÖ und Absolventin des FH OÖ-Studiums Bioinformatik.

Datenbank

So entsteht ein großes, flexibles und vielfach einsetzbares Datenrepertoire für diesen Teil des Immunsystems, mit dessen Hilfe die Diagnose von Krankheiten unterstützt werden soll. „Wir haben Daten von gesunden PatientInnen im Repertoire sowie auch von Personen, die an Krebs erkrankt sind, an Allergien leiden oder immunologische Defizite aufweisen. Wir hoffen, dass sich damit gewisse Krankheiten früher diagnostizieren lassen“, erklärt Schaller. Das dafür entwickelte Software-Framework „ImmunExplorer“ wertet die Proben aus und analysiert diese, erstellt B- und T-Zell-Profile und stellt diese mit Hilfe der Statistik sowie Visualisierungstechniken dar. ImmunExplorer soll beispielsweise anhand der Daten mit maschinellem Lernen eine Einschätzung abgeben können, ob bestimmte Allergien, Autoimmunkrankheiten oder Infektionen vorliegen.

Zusätzlich zu den genetischen Daten werden auch statistische Informationen über involvierte Gen-Fragmente sowie Mikroskopie-Bilder in die Datenbanken gespeichert, um den Pool der analysierbaren Information zu erweitern. Derzeit wird hauptsächlich mit Daten von Nierenpatienten gearbeitet, d.h. die Software lernt bereits, welche Daten-Konstellationen mit bestimmten Leiden assoziiert werden könnten. Das Projekt „ImmuneProfiler“ soll ÄrztInnen auch helfen, Vorgänge des Immunsystems besser zu verstehen. “Über Autoimmunerkrankungen oder den Auf- und Abbau des Immunsystems bei Organtransplantationen gibt es noch viel zu lernen”, sagt Schaller. Die tatsächliche Diagnose soll am Ende aber immer eine Ärztin oder ein Arzt erstellen.

Praxiseinsatz

Die Menge an Daten, die pro Patient gesammelt wird, ist nicht zu unterschätzen. Allein die sequenzierten Blut- und Gewebedaten können mehrere Gigabyte umfassen. Das stellt auch die große Herausforderung bei der Entwicklung der Algorithmen dar, denn zur Analyse müssen enorme Datenmengen durchforstet werden. Trotzdem wird in der Entwicklung darauf geachtet, dass die Software auf normal ausgerüsteten Standardrechnern ausgeführt werden kann.

„ImmunExplorer“ ist in der aktuellen Version auf das Immunsystem zugeschnitten. Würde das zugrundeliegende Datenrepertoire ausgetauscht, könnte die Software aber auch für andere diagnostische Zwecke eingesetzt werden. Derzeit liegt der Fokus des Projekts auf der Analyse von B- und T-Zellen, in weiteren Projektabschnitten sollen aber weitere Immunsystemparameter in die Analyse aufgenommen werden. “Das Ziel ist es vorerst bis zum Ende des Projekts im April 2016 verschiedene Krankheitsprofile anhand des B- und T-Zellen-Spektrums erkennen und vorhersagen zu können”, erklärt Schaller.

Susanne Schaller ist zuversichtlich, dass die entwickelte Software in nächster Zeit in der Praxis Anwendung findet und dadurch zahlreiche wertvolle Erkenntnisse im Bereich Immunologie erzielt werden können.

Dieser Artikel ist im Rahmen einer Kooperation zwischen futurezone und FH Oberösterreich entstanden.