Gene und Biomoleküle

Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf altersbedingten Proteinschäden, die zu Aggregaten führen. Diese können nicht mehr abgebaut werden und reichern sich an, bis die Zelle funktionell stark eingeschränkt ist und schließlich die Apoptose einleitet. Ziel ist es, die am meisten oder auch am wenigsten anfälligen Ziele in Bezug auf oxidativen Schaden zu ermitteln. Auch strukturelle Informationen und bekannte Aggregatproteine werden einbezogen. Weiterhin werden funktionelle Zusammenhänge und Domänen in diesem Kontext untersucht.

• M. Fichtner, S. Schuster, H. Stark
  Influence of spatial structure on protein damage susceptibility: a bioinformatics approach
  Sci. Rep. 11, 2021, 4938
• E. Barth, P. Sieber, H. Stark, S. Schuster
  Robustness during Aging — Molecular Biological and Physiological Aspects
  Cells 9 (8), 2020, 1862
• M. Fichtner, S. Schuster, H. Stark
  Determination of scoring functions for protein damage susceptibility
  BioSystems 187, 2020, 104035, epub ahead of print
• S. Schäuble, K. Klement, S. Marthandan, S. Münch, I. Heiland, S. Schuster, P. Hemmerich, S. Diekmann
  Quantitative model of cell cycle arrest and cellular senescence in primary human fibroblasts.
  PLoS ONE 7, 2012, e42150

Antibiotikaresistenzgene (ARGs) und biosynthetische Gencluster (BGCs) spielen eine entscheidende Rolle in mikrobiellen Gemeinschaften, indem sie die Produktion antimikrobieller Substanzen und die Anpassung an selektive Umweltbedingungen beeinflussen. In diesem Projekt untersuchen wir, wie Umweltveränderungen, mikrobieller Wettbewerb und genetische Mobilität die Koevolution von ARGs und BGCs über verschiedene Ökosysteme hinweg antreiben. Wir analysieren metagenomische Datensätze aus unberührten sowie anthropogen beeinflussten Lebensräumen mithilfe einer maßgeschneiderten Nextflow-Pipeline, die Werkzeuge zur Erkennung von BGCs (antiSMASH) mit Frameworks zur ARG-Erkennung (AMRFinderPlus, MEGARes, ResFinder) integriert. Nach Validierung werden wir die Analyse auf weitere Datensätze ausweiten, um die Verbreitung genomischer Merkmale unter unterschiedlichen Umweltbedingungen zu bewerten. Der Fokus liegt zunächst auf Metagenomik, soll aber zukünftig um metatranskriptomische und metabolomische Ansätze erweitert werden. Unsere Ergebnisse könnten Strategien zur verantwortungsvollen Nutzung von Antibiotika verbessern und die Bedeutung unberührter Lebensräume als Reservoirs für neuartige antimikrobielle Substanzen hervorheben.

• T.C. Borelli, G.L. Lovate, A.F.T. Scaranello, L.F. Ribeiro, L. Zaramela,F. M. Pereira-dos-Santos, R. Silva-Rocha, M.E. Guazzaroni
  Combining Functional Genomics and Whole-Genome Sequencing to Detect Antibiotic Resistance Genes in Bacterial Strains Co-Occurring Simultaneously in a Brazilian HospitalExterner Link
  Antibiotics 10 (4), 419
• L.F. Alves, C.A. Westmann, G.L. Lovate, G.M.V. de Siqueira, T.C. Borelli, M.E. Guazzaroni
  Metagenomic approaches for understanding new concepts in microbial scienceExterner Link
  International journal of genomics 2018 (1), 2312987

In diesem Projekt werden zum einen die kombinatorischen Möglichkeiten aliphatischer Aminosäuren und Fettsäuren untersucht. Hierzu werden Molekülklassen mit bestimmten Einschränkungen gewählt, da eine erschöpfende Auflistung nicht praktikabel ist. Es werden mathematische Berechnungen wie z.B. Rekursionen zu den erhaltenen Zahlenfolgen durchgeführt. Z.B. ergibt sich bei der Frage, wie viele unverzweigte, unmodifizierte Fettsäuren mit n C-Atomen es prinzipiell geben kann, die berühmte Fibonacci-Folge. Bei  modifizierte Fettsäuren sind es verallgemeinerte Fibonacci-Zahlen. Zusätzlich wird durch Literaturrecherche verifiziert, welche Kombinationen real in Organismen synthetisiert werden. Zum anderen werden unterschiedliche Klassifikationen von Aminosäuren entwickelt, die bestehende Verfahren ergänzen oder optimieren sollen. Dadurch erhoffen wir uns, Einsichten zu grundlegenden Fragen der biochemischen Evolution erhalten.

• S. Schuster, T. Malycheva
  Enumeration of saturated and unsaturated substituted N-heterocycles
  arXiv:2309.02343, 2023, Preprint    
• A. Then, H. Zhang, B. Ibrahim, S. Schuster
  Bioinformatics analysis of the periodicity in proteins with coiled-coil structure—Enumerating all decompositions of sequence periods
  Intern. J. Molec. Sci. 23, 2022, 8692     
• A. Then, K. Mácha, B. Ibrahim, S. Schuster
  A novel method for achieving an optimal classification of the proteinogenic amino acids
  Scientific Reports 10, 2020, 15321
  https://www.nature.com/articles/s41598-020-72174-5Externer Link
• M. Fichtner, K. Voigt, S. Schuster
  The tip and hidden part of the iceberg: Proteinogenic and non-proteinogenic aliphatic amino acids
  Biochimica and Biophysica Acta - General Subjects 1861 (1, Part A), 2017, 3258-3269
  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27554846Externer Link
• S. Schuster, M. Fichtner, S. Sasso
  Use of Fibonacci numbers in lipidomics - Enumerating various classes of fatty acids
  Scientific Reports 7, 2017, 39821
  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28071669Externer Link
• K. Grützmann, S. Böcker, S. Schuster
  Combinatorics of aliphatic amino acids
  Naturwissenschaften 98, 2011, 79-86
  https://link.springer.com/article/10.1007/s00114-010-0743-2Externer Link

Hoch entwickelte Eukaryoten aber auch Pilze können mRNA in unterschiedlicher Weise spleißen. Doch es ist nicht bekannt, in wie weit dieser Mechanismus bei Pilzen verbreitet ist und welche zellulären Prozesse davon betroffen sind. Spielt alternatives Spleißen eine Rolle bei der Unterscheidung zu einzelligen Pilzen oder beeinflusst es die Pathogenität?
Wir analysieren RNA-Seq-Daten, um Antworten auf diese Fragen zu finden. Dabei sind vor allem Pilzspezies wie Candida albicans, Aspergillus fumigatus und Cryptococcus neoformans für uns von großem Interesse. Wir verwenden verschiedene Software, um alternativ gespleißte Gene zu bestimmen. Diese werden anschließend näher betrachtet, um Rückschlüsse auf die biologische Funktion des alternativen Spleißens zu ziehen. Dabei wird vor allem auch die Regulierung in verschiedenen Pilzspezies betrachtet und der phylogenetische Zusammenhang analysiert.

• P. Sieber, M. Platzer, S. Schuster
  The definition of open reading frame revisited
  Trends in Genetics 34, 2018, 167-170  
• V. Wesp, G. Theißen, S. Schuster
  Statistical analysis of synonymous and stop codons in pseudo-random and real sequences as a function of GC content
  Sci. Rep. 13, December, 2023, 22996
• P. Sieber*, E. Barth*, M. Marz
  The landscape of the alternatively spliced transcriptome remains stable during aging across different species and tissues
  bioRxiv February, 2019, 541417
• P. Sieber, K. Voigt, P. Kämmer, S. Brunke, S. Schuster, J. Linde
  Comparative study on alternative splicing in human fungal pathogens suggests its involvement during host invasion
  Frontiers in Microbiology 9, 2018, 2313
• P. Sieber, M. Platzer, S. Schuster
  The definition of open reading frame revisited.
  Trends in Genetics 34, 2018, 167-170
• J. Linde, S. Duggan, M. Weber, F. Horn, P. Sieber, D. Hellwig, K. Riege, M. Marz, R. Martin, R. Guthke, O. Kurzai
  Defining the transcriptomic landscape of Candida glabrata by RNA-Seq.
  Nucleic acids research 43, 2015, 1392-1406