Genomik und Bioinformatik für komplexe Krankheiten

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1 Genomik und Bioinformatik für komplexe Krankheiten Univ.-Prof. DI Dr. Zlatko Trajanoski Institut für Elektro- und Biomedizinische Technik und Christian-Doppler-Labor für Genomik und Bioinformatik Technische Universität Graz Krenngasse 37, A-8010 Graz URL: Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik

2 Genomforschung 2000: Arbeitsversion des humanen Genoms 2500 Personen, 20 Institutionen 3 Milliarden Zeichen 200 Telephonbücher mit je 1000 Seiten nur Gene (Wurm: , Fliege: ) Lander et al., Nature 409: Venter et al., Science 291: , 2001 Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 2

3 Prävention Diagnose Genomforschung Personalisierte Medizin (Pharmakogenomik) Gen-Therapie Tissue Engineering... Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 3

4 GEN-AU (GENom AUstria) Programm Linz Wien Salzburg Innsbruck Graz W. Rettig, Boehringer Ingelheim (Krebsforschung) T. Jenuwein, IMP Wien (Krebsforschung) G. Schütz, Uni-Linz (Technologieentwicklung) R. Zechner, Uni-Graz (Fettstoffwechsel) Z. Trajanoski, TU Graz (Bioinformatik) K. Zatloukal, Med- Uni Graz (Gewebebank) L. Huber, Uni-Innsbruck (Proteomik) GEN-AU ( ), Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 4

5 Genomforschung für Gesundheit Untersuchung der molekularen Mechanismen der Krankheitsprozesse und Identifikation neuer molekularer Ziele für Medikamente Zur Zeit: 500 molekulare Ziele für alle Medikamente! Potentielle Ziele: ! Komplexe (multifaktorielle) Krankheiten: kombinierte Wirkung von vielen Genen, Umweltfaktoren und Verhalten The big three : psychiatrische Störungen, Krebs, kardiovaskuläre Erkrankungen Schwierige Diagnose und Therapie Drews J, Science, 287: , 2000 Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 5

6 Genomforschung für Gesundheit DNA-Chips (Gen-Chips) für Brustkrebs-Diagnose Van t Veer et al. Nature 415: , 2002 Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 6

7 Genomforschung für Gesungheit Chip Spotter (Arrayer) Chip Scanner (Imager) DNA Klone (Gene) PatientIn Kontrolle Laser 1 Laser 2 mrna RT Fluo.-Marker PCR-amplifizieren spotten cdna Analyse hybridisieren Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 7

8 Genomik Gen-Amplifikationen für DNA-Chips 10 x 28 Gele 2 x 48 Banden Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 8

9 Genomik DNA-Chip Spotter 120 Chips, Gene/Chip: 48 Stunden Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 9

10 Genomik Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 10

11 Bioinformatik Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 11

12 Bioinformatik Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 12

13 Komplexe Krankheiten preconfluent + 12 hours + 3 days 0 day + 24 hours + 7 days + 6 hours + 2 days + 14 days T. Burkard, H, Hackl: Entwicklung einer Fettzelle, TU Graz 2003 (SFB Biomembranen) Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 13

14 T. Burkard, H, Hackl: Entwicklung einer Fettzelle, TU Graz 2003 (SFB Biomembranen) Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 14

15 Komplexe Krankheiten Cluster 6 Cluster 5 PPAR g Ki-67 SCD-1 LPL Cyclin A2 Cyclin B1 CAP H2A histone INCENP CPT II Cluster 7 TGF beta 3 Decorin Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 15

16 Ausblick CAD/CAM Biomedizin (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing): 1) Identifikation und funktionelle Aufklärung relevanter Gene und Proteine 2) Design von Molekülen (Medikamente) 3) Produktion von Medikamenten mit Mikroorganismen und mammalischen Zellen Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 16

17 Datenmenge Ausblick Exabyte (1.000 Pbyte) Personalisierte Medizin Petabyte (1.000 Tbyte) Proteomik Terabyte (1.000 Gbyte) Genomik Zeit Elektro- und Biomedizinische Technik/CD-Labor für Genomik und Bioinformatik 17

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