Kutatás - Központi Laboratóriumok - Bioinformatikai Laboratórium

HEGEDŰS Zoltán
tudományos főmunkatárs, laborvezető

REIZ Beáta tudományos ügyintéző

BIOINFORMATIKAI LABORATÓRIUM

A modern biológiát az óriási adatmennyiségek jellemzik. Egyes kísérletekben, például gyógyszermolekulák tesztelésénél, baktériumok vagy növényfajok jellemzésekor olyan hatalmas adatmennyiség keletkezik, hogy a nehézséget egyre inkább az adatok értelmezése jelenti. Csoportunk új, általánosítható tudásábrázolási módszereket kutat, amelyekkel az adatok jobban érthetővé válnak, mind a kutatás, mind az innováció számára.



Molekuláris hálózatok stabilitása és evolúciója

A kísérleti adatok ábrázolásának legáltalánosabb formája a hálózat, melyben az alkotóelemeket és a köztük lévő viszonylatokat grafikusan, pontokkal, vonalakkal ábrázoljuk. Ilyen ábrázolás a vegyületek szerkezeti képlete, vagy a teljes genomok szabályozási hálózata. A hálózatok megzavarhatóságának, sebezhetőségét vizsgálat a gyógyszerek, hatóanyagok alkalmazási stratégiáinak elméleti modellje. A természetben található szabályzási hálózatok igen sebezhetők többpontos gyenge támadásokkal, ami egyértelműen a több, enyhe hatóanyagot alkalmazó kezelések előnyeit mutatja, szemben például az egyetlen, hatóanyagot alkalmazó kezelésekkel.

Foglalkozunk a stabilis hálózatok evolúciójával, ami a modern szervezetek szabályozási hálózatainak általános tulajdonságaira kíván választ adni. Kifejlesztettük a hálózatok evolúciójának matematikai modelljét, melyekkel modellezhető a hálózatoknak különböző külső hatásokhoz való alkalmazkodása. A legtöbb biológiai folyamatot – a gének beindítását, a DNS lemásolását - molekuláris komplexek irányítják. Ezek fizikai értelemben igen labilisak, hatásukat mégis nagy pontossággal tudják kifejteni, mind térben, mind időben. Modellezzük azokat a folyamatokat, ahogy ezek a molekuláris együttesek felépülnek, hogy ezáltal választ kapjunk egyrészt a mechanizmus stabilitásának okaira, másrészt a gyógyszeres beavatkozási stratégiák lehetőségeire.

Biológiai rendszermodellek, rendszerbiológia

A generikus rendszer-modellek olyan végsőkig egyszerűsített leírások, melyekben egy-egy folyamat alapvető logikáját kivánjuk megragadni. Az emberi mintázatészlelés területén foglalkozunk az idegi aktivitás terjedésének alapmodelljével, mely megragadja a folyamatos és megszakitott, a nyílt és a zárt konturok közötti különbségeket, olymódon, ahogy arra az emberi látás is képes (együttműködés az MTA-BME Kognitivtudományi Kutatócsoportjával ill. a BME Kognitivtudományi Tanszékével). A bakteriális kommuniáció területén olyan kommunikációs leirásokat fejlesztünk ki, melyek a sejtek kémiai kommunikációját – a kémiai nyelvet – és a sejtek közötti kompeticiót közös rendszerbe foglalják, s ezek által a bakteriumközösségek fejlődése, a lokális struktúrák kialakulása leírhatóvá válik (együttműködés az ICGEB Trieszti intézetével). Hosszútávú célunk, hogy az itt felismert elveket a bioinformatikai adatértelmezés, a biológiai adatvbányászat területén, is alkalmazzuk.

Géncsaládok funkcionális annotációja

Napjainkban a nagykapacitású molekuláris biológiai kísérleti technikáinak egyre általánosabbá váló alkalmazása hatalmas mennyiségű feldolgozatlan adat felhalmozódásához vezetett a különféle biológiai adatbázisokban. A csoport hosszabb ideje foglalkozik olyan metódusok, bioinformatikai adatfeldolgozási és adatbányászati munkafolyamatok kifejlesztésével, melyek különböző géncsaládok szisztematikus bioinformatikai jellemzésére alkalmasak. Az új adatfeldolgozási sémák felhasználásával az elmúlt időszakban értékes új információkat sikerült kinyerni a gyulladásos folyamatokban fontos szerepet játszó Tribbles molekula család evolúciójával és molekuláris működésével kapcsolatban.

Genom-informatika

A csoportnak komoly tapasztalatai vannak a nagy kapacitású kísérleti technológiákat alkalmazó modern genomikai vizsgálatok során keletkező a hatalmas mennyiségű kísérletes adat rendszerezett tárolásának megszervezésében és bioinformatikai kiértékelésében. Az elmúlt időszakban csoportunk bekapcsolódott az egyik legfontosabb modell organizmusban, a zebrahalban különböző betegségek jelenlétében kialakuló immunválasz során aktiválódó gének azonosítását célzó nemzetközi kutatásokba. A kialakult együttműködésben a csoportunk feladata a napjainkban robbanásszerű mértékben fejlődő új generációs szekvenátorokra épülő transzkriptomikai kísérleti rendszerek adatainak bioinformatikai kiértékelése.

Általános bioinformatikai szolgáltatások

Csoportunk kialakította, fenntartja, és folyamatosan fejleszti a több száz oldalas BRC BioNet intranetes portált, amely szerteágazó szakmai szolgáltatásaival a Szegedi Biológiai Kutatóközpontban dolgozó kutatóknak megteremti a labormunkát kiegészítő elengedhetetlen informatikai munkakörnyezetet. A portál a biológiai jellegű K + F tevékenység során nélkülözhetetlen szakmai információk és szolgáltatások gyűjteménye. Az alábbiakban a teljesség igénye nélkül felsorolunk néhányat a BRC BioNet szakmai szolgáltatásai közül:

  • az intézet által előfizetett on-line tudományos folyóiratok elérése
  • automatizált kulcsszavas irodalomfigyelő szolgáltatás
  • belső intézeti citációs adatbázis
  • helyi telepítésű biológiai adatbázisok
  • helyi HTML felszínen elérhető bioinformatikai szoftverek gyűjteménye
  • több ezer a biológiai K + F tevékenység számára hasznos internetes link gyűjteménye
  • több száz a biológiai K + F tevékenységgel kapcsolatos szakmai információkat tartalmazó HTML dokumentum gyűjteménye.



Válogatott közlemények

Kurucz, E., Zettervall, C.J., Sinka, R., Vilmos, P., Pivarcsi, A., Ekengren, S., Hegedus, Z., Ando, I. and Hultmark, D. (2003). Hemese, a hemocyte-specific transmembrane protein, affects the cellular immune response in Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. 100(5): 2622-2627.

Vlahovicek, K., Kajan, L., Murvai, J., Hegedus, Z. and Pongor, S. (2003). The SBASE domain sequence library, release 10: domain architecture prediction. Nucleic Acids Research 31(1): 403-405.

Hegedus, Z., Czibula, A. and Kiss-Toth, E. (2006). Tribbles: novel regulators of cell function; evolutionary aspects Cell. Mol.Life Sci. 63(14): 1632-1641.

Hegedus, Z., Czibula, A. and Kiss-Toth, E. (2007). Tribbles: a family of kinase-like proteins with potent signalling regulatory function. Cellular Signalling 19(2): 238-250.

Kuzniar, A., van Ham, R.C.H.J., Pongor, S. and Leunissen, J.A.M. (2008). The Quest for Orthologs: Finding Gene Correspondences across Genomes. Trends Genet. 24: 539-551.

Stockhammer, O., Zakrewska, A., Hegedus, Z., Spaink, H. and Meijer, A. (2009). Time resolved transcriptome profiling and functional analyses of the zebrafish embryonic host response to Salmonella infection. J. Immunol. 182(9): 5641-5653.

Kuzniar, A., Lin, K., He, Y., Nijveen, H., Pongor, S. and Leunissen, J.A.M. (2009). ProGMap: an integrated annotation resource for protein orthology. Nucl. Acids Res. 1-7 (in press).

Netotea, S., Bertani, I., Steindler, L., Kerényi, A., Venturi, V. and Pongor, S. (2009). A simple model for the early events of quorum sensing in Pseudomonas aeruginosa: modeling bacterial swarming as the movement of an "activation zone". Biology Direct 4: 6-6.

Stockhammer, O., Zakrewska, A., Hegedus, Z., Spaink, H. and Meijer A. (2009). Time resolved transcriptome profiling and functional analyses of the zebrafish embryonic host response to Salmonella infection. The Journal of Immunology, 182(9): 5641-5653.