Work Package 5 - AeroDAT
In WP5 (AeroDAT), koordiniert vom HMGU, werden DATen über Aerosol- und biologische Antworten, die in WP2 – WP4 erhalten wurden, integriert und gemeinsam analysiert, um die für die gesundheitlichen Auswirkungen kritischen Aerosolparameter zu ermitteln. Das übergeordnete Ziel besteht darin, das Risikomanagement zu verbessern, indem die Komponenten identifiziert werden, die am wahrscheinlichsten zur Entwicklung nachteiliger gesundheitlicher Folgen beitragen. Dieses WP wird die Bioinformatik-Dienste des Weizmann-Instituts stark nutzen. Auf diese Weise werden Richtlinien zur Bestimmung der zu regulierenden Quellen bereitgestellt, um den Gesundheitsnutzen für die Allgemeinheit zu optimieren. Die toxikologischen Ergebnisse werden in die Omics- und epigenetischen Daten integriert, während die biologischen Antworten in Zusammenhang mit den Expositionsdaten gesetzt werden (dh die umfassenden Analyse der chemischen und physikalischen Eigenschaften des Expositionsaerosols), um Aerosolquellen über beobachtete biologische Effekte in Zellkulturen mit potentiellen Auswirkungen auf die Gesundheit des Menschen zu verlinken. Alle Partner werden sich an WP5 beteiligen. Für diese entscheidende Aufgabe wird die Expertise im Bereich Bioinformatik und Chemometrie gebündelt und von Softwareentwicklungskapazitäten begleitet. Angesichts der ständig zunehmenden Komplexität und des Datenvolumens in im Bereich Life Science im Allgemeinen und in der Genomik im Besonderen ist es klar, dass Analysemethoden ständig entwickelt und angepasst werden müssen. Das ICB ist ein Pionier auf diesem anspruchsvollen Gebiet und leistet einen konstanten Beitrag zur wissenschaftlichen Gemeinschaft. Wir sind Teil verschiedener Konsortien und haben kürzlich ein Genomics-Netzwerk in Deutschland gegründet und koordiniert. Darüber hinaus koordinieren wir das Projekt "Sparse2big", an dem acht Helmholtz-Zentren beteiligt sind, mit dem Ziel, Methoden zur Datenimputation und -integration zu entwickeln, auszuwerten und gemeinsam zu nutzen.
FORSCHUNGSANSÄTZE UND METHODEN IN AeroDAT
Die Ziele von WP5 sind die Etablierung eines interpretierbaren integrativen Netzwerks, das Toxizitätsparameter mit molekularen Omics-Daten verknüpft und Toxizitätswirkungen von Zellkultur und 3D-Modellen auf der Pathway-Ebene darstellt. WP5 unterstützt individuelle WPs zur Analyse aller von aeroHEALTH generierten omics-Daten mit modernster Verarbeitung, Qualitätsbewertung und Normalisierung. Um eine Methode zur Integration von Toxizität mit molekularen Messungen zu entwickeln, verwenden wir Regressionsanalysen und Mischeffektmodelle, die die Berücksichtigung technischer Kovariaten ermöglichen. Wir verwenden vorhandene und synthetische Daten, um die Methoden zu entwickeln und abzustimmen, um diese auf aeroHEALTH-Daten anzuwenden, sobald sie verfügbar sind. Für die Integration von epigenetischen, transkriptomischen und proteomischen Daten verwenden wir Vorwissen, um Interaktionspaare zuzuordnen, die einer Korrelationsanalyse unterzogen werden. Das Multi-Omics-Netzwerk wird den aeroHEALTH-Wissensgraphen der Toxizitätseffekte bereichern. Durch die integrierte Datenanalyse werden die biologischen Effekte in Multi-Omics-Daten durch eine Kombination von Ähnlichkeitsnetzwerken auf der Grundlage von Omics-Datenprofilen, Independent Component Analysis (ICA) und Machine Learning (ML), identifiziert. Dies ermöglicht die Dekonvolution gemischter Signale aus der Multizell-Kulturen. Die extrahierten Merkmale werden dann als Eingaben für ML-Techniken, z. B. zufällige Wälder, zur Vorhersage biologischer Auswirkungen der Luftverschmutzung verwendet. Methoden, die die Ergebnisse der "Omics" mit spezifischen Toxizitätsmechanismen verbinden, werden angewendet, um die Verbindung zwischen Partikelzusammensetzung/Quellenzuteilung und Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit zu stärken. Auf diese Weise werden weitere Schritte hin zu einer auf Zellkulturergebnissen basierenden Risikoanalyse durchgeführt. Im Verlauf des Projekts werden eingehende Untersuchungen biologischer Assoziationen zwischen den neu gewonnenen Ergebnissen auf Zellkulturbasis und Tiermodelldaten durchgeführt. Die allgemeine Interaktionsstruktur der WPs sowie der Informationsfluss sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Das WP5 ist von zentraler Bedeutung für die gemeinsame Analyse von Daten aus allen WPs. Alle Partner tragen zum WP5 bei, indem sie das mathematische Fachwissen und die "Big-Data" -Infrastruktur des HMGU (ICB) nutzen.
