Vom Genom zum Modell – Qualitative Verbesserung der Funktionsvorhersage von Enzymen und Abbildung der Information auf einem Stoffwechselnetzwerk

Quester, Susanne Elisabeth

Die Systembiologie versucht Organismen in ihrer Gesamtheit zu verstehen. Hierfür werden Modelle von Organismen erstellt und anschließend analysiert. Um das metabolische Verhalten eines Organismus simulieren zu können, ist es essentiell, einen umfassenden Überblick über seinen Vorrat an Enzymen zu haben. Hierfür kann man auf die Genomannotationen von entsprechenden Datenbanken zurückgreifen. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass die Annotationen dieser Datenbanken nicht immer identisch sind. Somit ergibt sich die Schwierigkeit zu entscheiden, welche der Informationen als richtig angesehen wird. Auch konnte gezeigt werden, dass nur mit den kombinierten Daten mehrerer Quellen eine umfassende Informationsabdeckung erreicht werden konnte. Um ein umfassendes Bild des Enzymvorrats eines Organismus zu erhalten, wurde das Programm EnzymeDetector entwickelt. Es liefert eine integrierte Genomannotation, welche den aktuellen Wissensstand repräsentiert. Die zusammengeführten Annotationsquellen werden relativ zueinander gewertet basierend auf einer Auswertung der Quellen gegen einen Wahrheitswert. Nur so ist es möglich zu entscheiden, welche der gefundenen Annotationen für ein Gen die richtige ist. Die Daten aus dem EnzymeDetector können dann auf der mitentwickelten Stoffwechselkarte visualisiert werden. Dies erleichtert die Auswertung der Daten und das Auffinden von Lücken im Stoffwechsel im Zuge der Modellierung. Durch den Zusammenschluss der vorgestellten Programme wird das Erstellen von Modellen basierend auf der Genomannotation erleichtert. Es können Schritte automatisiert ausgeführt werden, die vorher zeitaufwendig manuell erledigt werden mussten. Die Integration der Vielzahl an Datenquellen wäre manuell kaum realisierbar. Auch wenn weiterhin noch eine manuelle Erweiterung der Genomannotation vonnöten ist, so bieten die Programme doch eine große Hilfe.

Systems biology tries to understand organisms as a whole. For this goal, models of organisms are built and subsequently analysed. But to simulate the metabolic behaviour of an organism, it is crucial to have a comprehensive overview of its enzyme pool. Genome annotations from appropriate databases can be used for this purpose. However, the genome annotations from those databases are not always identical. This leads to the difficult task of determining which annotation is correct. Furthermore, it could be shown that only by using data integrated from several annotation sources, the expected value of one-third enzyme producing genes per genome could be achieved. The program EnzymeDetector was developed in order to gain a comprehensive picture of the enzyme pool of an organism. It provides an integrated genome annotation that represents the up-to-date level of knowledge. The integrated annotation sources are evaluated in relation to one another, based on an evaluation of the sources against a standard of truth. Only then it is possible to determine, which annotation is correct. The data from the program EnzymeDetector can be visualised on the co-developed pathway map. This map facilitates the interpretation of the data and the identification of pathway gaps. The combination of these programs makes the development of models based on genome annotation much easier. Steps can be performed automatically that before had to be done in a time consuming process by hand. Even if a manual refinement of the genome annotation is necessary, the programs provide a basic model that can be worked with and thereby are a big help.

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Quester, Susanne Elisabeth: Vom Genom zum Modell – Qualitative Verbesserung der Funktionsvorhersage von Enzymen und Abbildung der Information auf einem Stoffwechselnetzwerk. 2012.

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