Ein Traum wird wahr: Forschende der Constructor University gewinnen prestigeträchtigen PEGS DREAM Challenge für ihre bahnbrechende Arbeit zu Hypercholesterinämie

Ein Expert*innenteam aus dem Bereich computergestützte Systembiologie der Constructor University in Bremen sicherte sich beim PEGS DREAM Challenge – einem globalen Wissenschaftswettbewerb – den ersten Platz. In ihrer Arbeit haben sie sich das Ziel gesetzt, Hypercholesterinämie zu ergründen. Die DREAM Challenges sind eine prestigeträchtige, weltweite Initiative, deren Ziel es ist, durch Crowdsourcing Fortschritte in biomedizinischer und systembiologischer Forschung zu erzielen. Insgesamt 60 solcher Wettbewerbe haben in den vergangenen 15 Jahren stattgefunden, jeder mit einem anderen biomedizinischen Schwerpunkt. Insgesamt 345 Lösungsansätze und Modelle wurden allein im Rahmen des letzten Wettbewerbs von Teams in Afrika, Asien, Australien, Europa und Nordamerika eingereicht.

Hypercholesterinämie, oder ein hoher Cholesterinspiegel, könnte zwar vererbt werden, doch die genauen Ursachen für die überwiegende Mehrheit der Fälle sind weiterhin unklar. Studien stellen diverse Risikofaktoren fest, darunter eine Ernährung mit übermäßigem Konsum gesättigter Fette und Transfette, sowie unzureichende körperliche Bewegung - doch die genauen Auslöser der Krankheit sind noch nicht nachgewiesen worden. Menschen mit Hypercholesterinämie tragen ein höheres Risko für Herzinfarkte, Schlaganfälle und Herz-Kreislauf-Erkrankungen – die weltweit häufigste Todesursache sowohl bei Frauen als auch Männern. Das Ziel dieses PEGS DREAM Challenge war es, Risikofaktoren für Hypercholesterinämie besser zu verstehen, das Krankheitsrisiko zu berechnen und neue Hypothesen über die Krankeit aufzustellen. Die teilnehmenden Teams erhielten multidimensionale Genotyp-, Phänotyp- und Umweltdaten aus der Personalized Environment and Genes Study (PEGS, Personalisierte Umwelt- und Genstudie), um ihr eigenes Modell zu entwickeln. Im Oktober war das Team dann eingeladen, seine Methodologie zur Vorhersage des Hypercholestterinäme-Risikos und seine Hypothese über den Krankheits-Auslöser auf einer Konferenz der Universität Wisconsin vorzustellen.  

“Unser Team bringt große Expertise darin mit, Muster in großen Datenmengen systematisch zu erkennen und zu verstehen. Der DREAM Wettbewerb war darum eine großartige Gelegenheit, unsere Kenntnisse im internationalen Vergleich zu messen,” sagt Dr. Johannes Falk. Falk ist Postdoctoral Fellow der computergestützten Systembiologie-Arbeitsgruppe, die von Prof. Dr. Marc-Thorsten Hütt geleitet wird. Er leitete das Forschungsteam, das innerhalb von Hütts Arbeitsgruppe am DREAM Challenge arbeitete. Zunächst analysierte das Team der Constructor University Genom-Daten und identifizierte dabei mögliche genetische Risikofaktoren. In einem zweiten Schritt nutzten sie maschinelles Lernen, eine Teildisziplin der künstlichen Intelligenz, durch die Computer die Möglichkeit haben, ohne explizite Programmierung dazuzulernen, um systematisch Verbindungen zwischen hohem Cholesterin und verschiedenen Faktoren des Lebensstils oder der Umweltbelastung zu identifizieren. Neben Falk und Hütt bestand das Team aus Jyoti, Dr. Ali Salehzadeh-Yazdi, Venetia Voutsa, und Eda Cakir. 

Durch seine Analyse gelang es dem Team, einen bislang nicht bekannten möglichen Risikofaktor für die Erkrankung an Hypercholesterinämie zu identifizieren. Die Ergebnisse der Forschenden zeigen eine starke Korrelation zwischen einer Infektion mit Röteln und Hypercholesterinämie. Eventuell besteht sogar die Möglichkeit, dieses Risiko durch Antigen-Analyse zu bestimmen. “Hypercholesterinämie tritt häufig ohne Symptome auf und kann nur durch medizinische Untersuchung festgestellt werden. Unser Modell birgt darum die große Chance, Risikopatient*innen einfacher zu identifizieren,” erklärt Falk. Noch befindet sich die Forschung dazu aber am Anfang. In ihrem Abschlussbericht empfehlen die Forschenden, die existierenden PEGS Daten durch die Ergebnisse von Antikörper-Tests anzureichern, um so ihre Hypothese besser testen zu können.

Fragen beantwortet:
Dr. Johannes Falk | Postdoctorate Fellow, School of Science, Constructor University
jfalk@constructor.university