Auswahl und Implementierung eines Scientific Workflow Management Systems zur Analyse von Next-Generation Sequencing Daten

In dem transregionalen Sonderforschungsbereich SFB/TRR 77 untersuchen Heidelberger und Hannoveraner Wissenschaftler Entstehungsmechanismen und neue Therapieansätze des Leberzellkarzinoms, einer der tödlichsten Tumorerkrankungen unserer Zeit. Die IT-Plattform Pelican, die ein Teil des Gebiets Z2 ist, soll dem Forschungsverbund die softwaregestütze Analyse und die nachhaltige Bereitstellung von Leberkrebs-Forschungsdaten ermöglichen [Ganzinger et al. 2011]. Ein Teil von Pelican soll eine gemeinsame Informationsplattform anbieten, die die biomedizinischen Daten der verschiedenen medizinischen und biologischen Projekte integriert und den beteiligten Projektgruppen biostatistische Programme und projektübergreifende Auswertungen zur Verfügung stellt. Die Integration von Gewebe-, Molekül-, Genetik- und Klinikdaten in eine gemeinsame Plattform ermöglicht Datenerhaltung und umfassende Analysen. Die integrierte Analyse begegnet durch die Verknüpfung verschiedener Forschungsprojekte des SFB/TRR 77 den Herausforderungen der Multidisziplinarität klinischer Forschung und Genforschung. Mit dem Next-Generation DNA Sequencing ist durch Kostenreduzierung und immenser Zeiteinsparung die DNA Sequenzierung einem breiten Spektrum an Wissenschaftlern zugänglich geworden und hat Kompetenzen zur Sequenzierung von zentralen Stellen in die Hände vieler individueller Forscher gelegt [Shendure and Ji 2008, Ding et al. 2010, Wetterstrand 2011]. Die Kombination dieser hochentwickelten Technologien aus der Gentechnik und rechnerbasierten Werkzeugen erlaubt die Beantwortung biologischer Fragestellungen in erheblich umfangreicherer Art und Weise als dies bisher möglich gewesen ist [Shaer et al. 2013]. Die rasche Entwicklung des Next-Generation Sequencing beinhaltet auch das Konstruieren neuer Ansätze zur bioinformatischen Datenanalyse, ohne die kein Informationsgewinn, wie beispielsweise die Entdeckung von Genvariationen, möglich wäre. Das dabei neu gewonnene Wissen kann zu erheblichen Fortschritten in der Krebsforschung führen, beispielsweise wenn es um das Identifizieren der Genomveränderungen einer Tumorzelle geht [Ding et al. 2010]. Anstatt Sequenzierungen in kleinem Maßstab durchzuführen, können Forscher inzwischen Sequenzierungen in weit umfangreicherem Ausmaß realisieren, in denen Informationen von multiplen Genen und Genomen vermessen, dokumentiert und in Datenbanken gespeichert werden können. Die DNA Sequenzen werden nach der Sequenzierung in einer Kette aus vielen Prozessschritten – eine bioinformatische Pipeline – analysiert und verarbeitet. Zu den Einzelschritte, wie zum Beispiel Alignment oder die Entfernung von Duplikaten, gibt es oftmals viele Alternativen

Evaluation of Web Service Based Querying of Pharmacogenomics (PGx) Clinical Guidelines Using MyVariant.info, PharmGKB and HGVS Nomenclature

Every year, hundreds of thousands of patients are affected by treatment failure or adverse drug reactions, many of which could be revented by pharmacogenomic testing. To address these deficiencies in care, clinics require automated clinical decision support through computer based systems, which provide clinicians with patient-specific ecommendations. The primary knowledge needed for clinical pharmacogneomics is currently being developed through textual and unstructured guidelines. In this thesis, it is evaluated whether a web service can annotate clinically relevant genetic variants with guideline information using web services and identify areas of challenge. The proposed tool displays a formal representation of pharmacogenomic guideline information through a web service and existing resources. It enables the annotation of variant call format (VCF) files with clinical guideline information from the Pharmacogenomic Knowledge Base (PharmGKB) and Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium (CPIC). The applicability of the web service to nnotate clinically relevant variants with pharmacogenomics guideline information is evaluated by translating five guidelines to a web service workflow and executing the process to annotate publically available genomes. The workflow finds genetic variants covered in CPIC guidelines and influenced drugs. The results show that the web service could be used to annotate in real time clinically relevant variants with up-to-date pharmacogenomics guideline information, although several challenges such as translating variants into star allele nomenclature and the absence of a unique haplotype nomenclature remain before the clinical implementation of this approach and the use on other drugs

High-performance web services for querying gene and variant annotation.

Efficient tools for data management and integration are essential for many aspects of high-throughput biology. In particular, annotations of genes and human genetic variants are commonly used but highly fragmented across many resources. Here, we describe MyGene.info and MyVariant.info, high-performance web services for querying gene and variant annotation information. These web services are currently accessed more than three million times permonth. They also demonstrate a generalizable cloud-based model for organizing and querying biological annotation information. MyGene.info and MyVariant.info are provided as high-performance web services, accessible at http://mygene.info and http://myvariant.info . Both are offered free of charge to the research community

Additional file 1: Table S1. of High-performance web services for querying gene and variant annotation

The gene-specific annotation fields available from MyGene.info. (XLS 32 kb

Additional file 3: Table S2. of High-performance web services for querying gene and variant annotation

The variant-specific annotation fields available from MyVariant.info. (XLS 58 kb