Entwicklung einer klinischen Anwendungssoftware zur Analyse von mikrobiellen Profilen

Allgemeine Informationen

Zeitablauf des Praktikums

Vorraussetzungen und Vorkenntnisse

Bachelor Bioinformatik. Gute Programmierkenntnisse. Interesse an Datenvisualisierung und Netzwerk Medizin. Vorkenntnisse in der Entwicklung von Softwares sind von Vorteil, aber kein Muss.

Beschreibung

Hintergrund

Die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der menschlichen Gesundheit und unserer Mikrobiota hat die Bedeutung des Darmmikrobioms für die Aufrechterhaltung der menschlichen Gesundheit aufgezeigt und das Interesse an der Erforschung der Bedeutung von Signaturen des Darmmikrobioms und ihrer Auswirkungen auf unsere Gesundheit geweckt. So kann beispielsweise eine Dysbiose der Mikrobiota zu einem Übermaß an entzündungsfördernden Bakterien wie Bacteroides fragilis und Fusobacterium nucleatum führen (Abed et. al., Bossuet-Greif et al.).

Der Sonderforschungsbereich (SFB) 1371 zielt darauf ab, die funktionelle Relevanz von Darmmikrobiomsignaturen und deren Beitrag zur menschlichen Gesundheit krankheitsspezifisch zu bestimmen. Mit Hilfe verschiedener Forschungsgruppen will das Konsortium die Bedeutung von Veränderungen im Darmmikrobiom und Schlüsselmechanismen im Zusammenhang mit entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) und Darmkrebs entschlüsseln.

Motivation

Derzeit fehlt es den Ärzten an leicht zugänglichen Instrumenten, um Mikrobiomdaten umfassend zu analysieren und zu interpretieren, was ihre Fähigkeit einschränkt, Dysbiosen zu diagnostizieren und fundierte Behandlungsentscheidungen zu treffen. Die Fähigkeit, die gesunden und ungesunden mikrobiellen Profile von Patienten im Vergleich zu mikrobiellen Referenzprofilen zu erkennen, hilft Klinikern, therapeutische Entscheidungen zu treffen.

Das Ziel dieses Projekts ist es, die Anwendung der Mikrobiomanalyse im klinischen Bereich durch mehrere miteinander verbundene Ziele verständlicher und praktischer zu machen. Im Rahmen des Projekts werden Sie eine Referenzsammlung von gesunden und ungesunden mikrobiellen Profilen (16S rRNA-Daten) aufbauen. Ziel des Projekts ist es, einen klinischen Bericht zu entwickeln, der das Mikrobiom eines Patienten mit diesen Referenzdaten in Beziehung setzt, um Einblicke in mögliche Dysbiosen zu geben. Sie werden auch mit großen Sprachmodellen (LLMs) arbeiten, um relevante Informationen aus einem sorgfältig kuratierten Literaturkorpus über Beziehungen zwischen Bakterien und Gesundheit zu extrahieren. Um diese Werkzeuge den Experten im Gesundheitswesen zur Verfügung zu stellen, soll eine benutzerfreundliche Webschnittstelle entwickelt werden, die es Klinikern ermöglicht, das System und seine Ergebnisse in ihrer Praxis einfach zu nutzen.

Ziele

• Erstellung oder Vorbereitung von Referenzsammlungen von gesunden und ungesunden mikrobiellen Profilen
  Entwicklung wissenschaftlicher Methoden, um die mikrobiellen Profile von Patienten mit einer Referenzsammlung von Profilen (gesund und ungesund) zu vergleichen
• Nutzung von LLMs zur Erforschung der Literatur über die Beziehung zwischen Bakterien und Gesundheit
• Korpusvorbereitung
• Einrichtung eines Retrieval-Augmented Generation (RAG) LLM-Prozesses, um gezielte Informationen aus dem Korpus abzurufen
• Entwicklung einer Webschnittstelle für Kliniker zur Interaktion mit der Anwendung

Aufgaben

• Einarbeitung in gesundheitsbezogene Mikrobiomstudien und den verfügbaren Datensatz.
  Integration von Vergleichsdaten (gesunde Kohorte).
• Implementierung von Algorithmen zur Analyse und Visualisierung mikrobieller Profile.
  Validierung und Test der Anwendung anhand der bereitgestellten Datensätze.
• Entwurf der Architektur und Schnittstelle der klinischen Anwendung (z. B. Web-App oder Desktop-Software).
• Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse.