NUM Genomic Pathogen Surveillance and Translational Research
GenSurv
Beteiligte Partner
GenSurv wird von den Standorten Universitätsklinik Düsseldorf durch Herrn Prof. Alexander Dilthey (DPhil, Institut für Medizinische Mikrobiologie und Krankenhaushygiene), Universitätsklinik Freiburg durch Herrn Prof. Dr. Hajo Grundmann (Institut für Infektionsprävention und Krankenhaushygiene) und Universitätsmedizin Göttingen durch Frau Prof. Dr. Simone Scheithauer (Institut für Krankenhaushygiene und Infektiologie) koordiniert.
Außerdem sind die Universitätsmedizin Bielefeld (Prof. Dr. Alexander Sczyrba), die Universitätsklinik Tübingen (Prof. Dr. Stephan Ossowksi) die Charité Berlin (Prof. Dr. Christian Drosten), die NUM-Koordinierungsstelle (Ralf Heyder) und die externen Partner Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (Prof. Dr. Joachim Schultze) sowie das Robert Koch-Institut (Prof. Dr. Lothar Wieler) beteiligt.
Förderung
Das Projekt wird im Rahmen der zweiten Förderlinie des Netzwerks Universitätsmedizin (NUM) vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit einer Projektlaufzeit von 3 Jahren (Start 01.01.2022) gefördert.
Hintergrund
Die Ganzgenomsequenzierung kann das genetische Repertoire von Infektionserregern mit maximaler Auflösung (d. h. auf Ebene einzelner Nukleotide) aufschlüsseln und so z. B. die genetische Basis von erhöhter Transmissibilität, Pathogenität oder Medikamenten-Resistenz aufzeigen; sie kann entscheidende Informationen für Diagnose, Therapie und die Entwicklung von Impfstoffen liefern, Einblicke in die Stammesgeschichte von Erregern ermöglichen und - in Kombination mit der aufsuchenden Epidemiologie - Übertragungsdynamiken in geographischen und zeitlichen Dimensionen abbilden.
Der effektive Nutzen der Erreger-Sequenzierung ist jedoch von einer Reihe von Faktoren abhängig, u. a. der Verfügbarkeit und dem Einsatz von geeigneten Beprobungsstrategien, der nachgeschalteten Datennutzung, einer Integration mit der phänotypischen Charakterisierung, und einem kollaborativen, abgestimmten und vernetzten Vorgehen inklusive Standardisierung.
Für diese Faktoren werden im Rahmen von GenSurv und in enger Interaktion mit dem Robert Koch-Institut effiziente, effektive und nachhaltige Lösungen bereitgestellt.
Zielsetzung
Die COVID-19 Pandemie hat die wichtige Rolle der genomische Charakterisierung von Krankheitserregern für das Pandemie-Management sowie die individuelle Patientenversorgung gezeigt.
Durch GenSurv wird die bereits in B-FAST, NUM 1.0, initiierte Kooperation zwischen dem nationalen Robert Koch-Institut und dezentralen universitären SARS-CoV-2-Sequenzierungsaktivitäten sowie der effektiven Nutzung der Informationen auch im öffentlichen Gesundheitsdienst ausgebaut. GenSurv umfasst:
- Bereitstellung und Weiterentwicklung von Tools und Pipelines für die Erfassung und Verarbeitung von Sequenzierungsdaten
- Bereitstellung eines Data Hubs zur Sammlung und Analyse von Sequenzierungs-Rohdaten
- Bereitstellung von Fähigkeiten zur phänotypischen Charakterisierung
- Erweiterung und Bewertung von zielgerichteten Beprobungsstrategien
Die Infrastruktur wird kontinuierlich angepasst und auf andere Krankheitserreger erweitert.
Methodik
GenSurv stellt Konzepte und technische Lösungen bereit für die oben angegebenen Faktoren, die für eine effiziente, effektive und nachhaltige Nutzung der genomischen Surveillance essentiell sind. Diese werden in die bereits bestehenden Strukturen des Robert Koch-Instituts integriert und zur Nutzung bereitgestellt. Die Arbeiten der Universitätskliniken können als Sentinel für das Robert Koch-Institut und Deutschland dienen.
GenSurv beinhaltet die folgenden Module:
- Auf Basis von iterativen Stakeholder Befragungen sowie einer Charakterisierung und Modellierung von Pathogen-Transmissionsnetzwerken wird eine Erfassungs- und Beprobungsstrategie unter Berücksichtigung von Effektivität, Effizienz, Passform und Akzeptanz entwickelt.
- Um Pathogen-Sequenzierungsdaten erfassen, speichern und analysieren zu können, wird ein zentraler Data-Hub betrieben, in dem auch eine optimierte SARS-CoV-2-Assemblierungspipeline zur Verfügung gestellt und zur Qualitätskontrolle der Datensätze genutzt wird.
- Zur Optimierung des Nutzens der der gesammelten Daten für andere NUM-Partner und das pandemische Management werden analytische Tools (z. B. Visualisierung von Abstammungslinien, statistische Modelle zur Erkennung der Häufigkeit von Ausbruchsereignissen) bereitgestellt.
- Die Sammlung genetischer Informationen wird mit einer Identifikation und Charakterisierung phänotypischer Veränderungen (z. B. Viruslast, Resistenzen) kombiniert, um eine Verbindung zwischen der Untersuchung genetischer Strukturen und klinischen sowie Public-Health-Entscheidungsprozessen herzustellen.
Mehrwert
GenSurv baut auf dem Arbeitspaket 8 des NUM-Projektes B-FAST, Förderlinie 1, auf, welches später als andere Arbeitspakete in 2021 startete und dessen Aufgabe die Nutzung tiefergehender Erregercharakterisierung durch die molekulare Typisierung zum besseren Pandemieverständnis war. Diese Analysen sollten die Aussagekraft der Infektionssurveillance optimieren und erlauben, z. B. Übertragungsketten besser zu erkennen und besonders leicht übertragbare Varianten zu identifizieren. Zentral ist hier ein gemeinschaftlicher Ansatz, in dem universitäre Sequenzierzentren kooperativ ihre Daten bewerten. Des Weiteren wurden die grundlegenden Schlüsselkomponenten einer Infrastruktur zur genomischen Erregersurveillance von COVID-19 entwickelt. Diese sollen nun weiter bereitgestellt, weiterentwickelt und auf weitere Erreger ausgeweitet werden.
GenSurv stellt eine Plattform für die genomische Erregersurveillance zur Verfügung, welche die genomische Variabilität, Emergenz und Verbreitungsdynamik auf Populations- und Patientenebene sichtbar macht und so das Pandemie-Management unterstützen kann. Die Universitätskliniken können als Sentinel für das Robert Koch-Institut und Deutschland fungieren. Dies ist nicht nur im Kontext einer schnell verlaufenden Pandemie relevant, sondern ist Grundvoraussetzung für das Verständnis der Ausbreitungsdynamik aller pandemischen Erreger. Die entwickelte Infrastruktur kann auch auf heute noch nicht bekannte Pathogene angepasst werden; damit trägt die Infrastruktur zu einer signifikant erhöhten “Pandemic Preparedness” gegen neue Pathogene mit pan- oder epidemischen Potential bei.
GenSurv stärkt die Zusammenarbeit zwischen dem Robert Koch-Institut, verschiedener Ebenen des Gesundheitswesens, den wissenschaftlichen/akademischen Einrichtungen und dem Öffentlichen Gesundheitsdienst. Die Infrastruktur schafft Synergien zu anderen NUM 2.0-Projekten, wie z. B. PREPARED, NAPKON, COVIM und CODEX+, sowie zu anderen Projekten außerhalb des NUM, insbesondere zu den Überwachungsaktivitäten des Robert Koch-Instituts, den Nationalen Referenzlaboratorien und der Medizininformatik-Initiative.
NUM
Um die Aktivitäten der deutschen Universitätsmedizin zur Bewältigung der aktuellen Pandemie-Krise zu bündeln und zu stärken, haben sich alle 36 Universitätskliniken bundesweit zum nationalen Forschungsverbund „Netzwerk Universitätsmedizin“ (NUM) zusammengeschlossen. Dieses Netzwerk wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt und von der Charité – Universitätsmedizin Berlin koordiniert.
Über das Netzwerk werden die Maßnahmenpläne, Diagnostik- und Behandlungsstrategien der deutschen Universitätskliniken zusammengeführt und ausgewertet. Auf diese Weise sollen Strukturen und Prozesse in den Kliniken geschaffen werden, die eine optimierte und vereinheitlichte Diagnose und Versorgung der COVID-19-Patient*innen sicherstellen.
Das Netzwerk Universitätsmedizin befindet sich derzeit in der zweiten Förderphase.
