OTC Genomics: Innovative Methoden für das Umweltmonitoring aquatischer Lebensräume basierend auf DNA-Sequenzierung

Das Projekt befindet sich nun in der zweiten Phase (OTC Genomics 2).

Die zentrale Forschungsfrage von OTC Genomics 1 lautete, ob sich die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft im Warnow-Ästuar und an der Ostseeküste als Messinstrument für eine Vielzahl chemischer Schadstoffe nutzen lässt. Konkret haben wir unter Einsatz modernster Verfahren des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz sowie mittels DNA-basierter und chemischer Analysen daran gearbeitet, mikrobielle Bioindikatoren für Arzneimittel, Herbizide und UV-Filter zu identifizieren. Zudem entwickeln wir benutzerfreundliche Werkzeuge, um diese Erkenntnisse der Öffentlichkeit zugänglich zu machen.

Dieses Ziel umfasst zwei eng miteinander verknüpfte Aspekte von OTC Genomics 1. Erstens etablierten wir eine hybride Pipeline für Probenahme und Datenanalyse, die sich durch einen hohen Automatisierungsgrad und einen Fokus auf hohen Probendurchsatz auszeichnet. Dies beinhaltet die Integration automatisierter Probenahmesysteme (bereitgestellt durch die HYDRO-BIOS Apparatebau GmbH), 16S- und 18S-Amplikon-Sequenzierung (LGC Genomics GmbH), Bioinformatik und HPLC-MS/MS-Analysen (IOW) sowie einer zentralen, dynamisch reagierenden Datenbank. Diese Datenbank speist sowohl die Modelle für maschinelles Lernen (IOW) und künstliche Intelligenz (Planet AI GmbH) als auch die grafische Datendarstellung (Fraunhofer IGD). Das erklärte Projektziel war es, reproduzierbar innerhalb von zwei bis drei Wochen von der Probe zur Erkenntnis zu gelangen und dabei ein Gleichgewicht zwischen Automatisierung und den iterativen Abstimmungsprozessen der Projektpartner zu wahren.

Da die im Rahmen von OTC Genomics entwickelten und weiter verfeinerten Modelle für maschinelles Lernen und KI große Datenmengen benötigen, um relevante Muster zu erkennen, bildete ein umfangreiches Probenahmekonzept den zweiten Aspekt des Projekts. Ab April 2022 entnahmen wir über einen Zeitraum von etwas mehr als einem Jahr hinweg zweimal wöchentlich Proben an vierzehn Standorten im Warnow-Ästuar und an der Ostseeküste (siehe Karte). Um unsere Ergebnisse mit denen des langjährigen Biomonitorings in Heiligendamm vergleichen zu können, führen wir auch dort weiterhin wöchentliche Probenahmen durch. Auf diese Weise haben wir einen der bislang umfangreichsten sequenzierungsbasierten Zeitreihen-Datensätze mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung geschaffen.