Neues System ermöglicht den Austausch weltweit verteilter Daten zu Proteininteraktionen

Proteine sind an nahezu allen Lebensvorgängen in Zellen beteiligt. Oft interagieren sie miteinander, um ihre biologischen Aufgaben zu erfüllen. Das Wissen über ihr komplexes Zusammenspiel auf molekularer Ebene liefert Forschern wichtige Einsichten in zelluläre Abläufe. Um das volle Potenzial der weltweit verteilten Informationen zu Proteininteraktionen ausschöpfen zu können, müssen diese Daten für Forscher leicht und jederzeit aktuell verfügbar sein. Bioinformatiker am Saarbrücker Max-Planck-Institut für Informatik entwickelten nun ein neuartiges System, das den globalen Zugriff auf molekulare Interaktionsdaten im Internet erheblich erleichtert und zudem ihre qualitative Bewertung erlaubt.

Proteine interagieren häufig miteinander und nehmen an vielen zellulären Prozessen teil, beispielsweise am Stofftransport oder an der Signalübermittlung in Zellen. Fehlerhafte Interaktionen zwischen Proteinen stehen im Verdacht, eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Erkrankungen wie Krebs oder Morbus Crohn zu spielen. Durch ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen von Proteinen könnten somit auch neue Behandlungsmöglichkeiten eröffnet werden.

Gerade in den letzten Jahren entwickelte sich die Forschung auf diesem Gebiet rasant weiter, so dass immer mehr Interaktionsdaten durch Forschergruppen auf der ganzen Welt generiert werden. Diese Flut an verfügbaren Informationen ist für die Wissenschaft zwar eine große Chance, für den einzelnen Forscher gestaltet es sich jedoch zunehmend schwierig, den Überblick über die bereits vorhandenen Daten zu wahren. Derzeit gibt es über einhundert verschiedene Datenbanken im Internet, die interagierende Proteine erfassen. Um alle bekannten Interaktionspartner eines bestimmten Proteins zu finden, muss ein Forscher daher zurzeit eine Vielzahl verschiedener Webseiten besuchen und ihre Inhalte zusammenführen. Da außerdem bisher erst ein geringer Prozentsatz aller im Menschen stattfindenden Wechselwirkungen zwischen Proteinen bekannt ist, wird sich der damit verbundene Zeitaufwand in naher Zukunft weiter vergrößern.

Bioinformatiker am Saarbrücker Max-Planck-Institut für Informatik haben nun in internationaler Zusammenarbeit mit englischen Kollegen am Wellcome Trust Sanger Institute und am European Bioinformatics Institute ein neues System entwickelt, um sowohl den Zugang zu molekularen Interaktionsdaten als auch ihre Qualitätsanalyse stark zu vereinfachen. Zwar wurden in der Vergangenheit bereits verschiedene Ansätze vorgestellt, welche die global verstreuten Informationen durch zentrale Datenspeicherung besser verfügbar machten. „Diese Projekte haben jedoch den Nachteil, dass die Zusammenführung der Daten einen großen zeitlichen Pflegeaufwand verursacht, da die zentral gespeicherten Informationen stets auf dem aktuellen Stand zu halten sind“, erläutert Hagen Blankenburg, der Hauptentwickler des neuen Systems am Max-Planck-Institut.

Für die Umsetzung ihres Systems haben die Saarbrücker Wissenschaftler daher einen Weg gewählt, der Informatikern als verteilte Architektur bekannt ist. „Anstatt all die Informationen zu molekularen Interaktionen an einem zentralen Ort zu sammeln, bleiben sie bei unserem System dort, wo sie herstammen“, erklärt Blankenburg das wesentliche Prinzip und fährt fort: „Das hat insbesondere den Vorteil, dass die angezeigten Interaktionsdaten stets aktuell sind, da die verteilten Datenquellen erst bei Bedarf über das Internet abgefragt werden.“

Auch das Problem der Bewertung der unterschiedlichen Qualität von Interaktionsdaten lässt sich mit dem neuen Saarbrücker System elegant lösen. „Jede bisher angewandte Messmethode zur Bestimmung von Proteininteraktionen hat bestimmte Schwächen. So werden in Experimenten Interaktionen zwischen Proteinen manchmal fälschlicherweise nachgewiesen oder bleiben unentdeckt, obwohl sie in der Zelle vorkommen“, führt Mario Albrecht aus, Leiter der Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Informatik. Das neue System ermöglicht es nun zusätzlich, die Zuverlässigkeit von einzelnen gemessenen Interaktionen zu bewerten.

Da es viele verschiedene Bewertungskriterien für die Qualität von Interaktionsdaten gibt, kann keine Institution alle anbieten. Deswegen ist laut Blankenburg hier ebenso eine dezentrale Verteilung der Qualitätsdaten sehr nützlich: „Jede Forschungsgruppe kann sich auf einzelne Aspekte der Qualitätsbeurteilung fokussieren, zum Beispiel auf die Bewertung der funktionellen Ähnlichkeit der Interaktionspartner. Die einzelnen Qualitätswerte werden dann von unserem System über das Internet automatisch zusammengetragen und dem Benutzer auf einer Webseite übersichtlich präsentiert.“ Weiter resümiert Albrecht: „Unser System ist für jeden frei verfügbar und nicht nur für Proteininteraktionen einsetzbar, sondern auch für viele andere Arten von molekularen Interaktionen geeignet. Ein zusätzlicher Vorteil des Systems besteht in seiner einfachen Erweiterbarkeit, die es Forschergruppen erlaubt, ihre Ergebnisse anderen Wissenschaftern weltweit zur Verfügung zu stellen.“

Weitere Informationen:

http://www.dasmi.de

Originalveröffentlichungen:

Hagen Blankenburg, Robert D. Finn, Andreas Prlic, Andrew M. Jenkinson, Fidel Ramírez, Dorothea Emig, Sven-Eric Schelhorn, Joachim Büch, Thomas Lengauer, Mario Albrecht:
DASMI: exchanging, annotating and assessing molecular interaction data.
Bioinformatics, Volume 25, Number 10, May 2009, doi:10.1093/bioinformatics/btp142

Hagen Blankenburg, Fidel Ramírez, Joachim Büch, Mario Albrecht:
DASMIweb: online integration, analysis and assessment of distributed protein interaction data.
Nucleic Acids Research, Volume 37, Web Server issue, June 2009, doi:10.1093/nar/gkp438

Kontakt:
Dr. Mario Albrecht
Max-Planck-Institut für Informatik
Campus E1.4
66123 Saarbrücken
Tel.: 0681-9325-327
Fax: 0681-9325-399
E-Mail: mario.albrecht@mpi-inf.mpg.de
WWW: http://medbioinf.mpi-inf.mpg.de

Kristina Scherbaum
Max-Planck-Institut Informatik
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
press@mpi-inf.mpg.de
Tel.: 0681-9325-454