Title (eng)
Viral bioinformatics and phage-bacteria interactions
Author
Advisor
Thomas Rattei
Shawna McCallin
Assessor
Alexander Joscha Heinrich Harms
Bas Dutilh
Abstract (deu)
Die Dissertation zielt darauf ab, die bioinformatische Forschung im Bereich der Viren voranzutreiben und ist in zwei deutlich voneinander abgegrenzte Teile unterteilt. Im ersten Teil wird eine neue Ressource für die virale Genomik eingeführt - VOGDB. VOGDB ist eine Datenbank, in der virale Proteine aus RefSeq in homologe Gruppen mit zunehmender evolutionärer Distanz eingeteilt werden. Zunächst werden die Herausforderungen bei der Erkennung von Orthologen und Homologen in Viren erörtert, gefolgt von der Vorstellung der Methodik zur Erstellung von VOGDB. Die Ergebnisse der Clusterbildung werden präsentiert und die Metriken zur Qualitätsbewertung der Cluster werden mit den Clustern aus anderen Datenbanken verglichen, die homologe Proteine gruppieren. Zweitens wird die Anwendungvon VOGDB in zwei Szenarien demonstriert. Im ersten Szenario habe ich die Zahnsteinproben von Museumsstücken von Menschenaffen analysiert, bei denen ich zeige, dass es möglich ist, Spuren vergangener viraler Infektionen mithilfe eines automatisierten Workflows auf der Grundlage von VOGDB zu erkennen. Ein zweites Beispiel ist die Analyse komplexer Phagen-Cocktails, bei der VOGDB zur Bewertung der Ähnlichkeit und taxonomischen Zusammensetzung der Cocktails verwendet wird. Der zweite Teil der Dissertation befasst sich mit dem Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Phagen und ihren bakteriellen Wirtsorganismen mit dem Ziel, das Auswahlverfahren für Phagentherapien zu verbessern. Der Fokus liegt auf den Abwehrsystemen gegen Phagen. Ich analysiere die Abwehrsysteme in einer Sammlung klinisch relevanter E. coli-Stämme, die aus menschlichem Urin isoliert wurden, und vergleiche die Ergebnisse mit einer veröffentlichten Studie an einem größeren Satz von Genomen. Später analysiere ich die Wechselwirkungen zwischen den bakteriellen Stämmen und einer Sammlung von Phagen, die durch Spot-Tests bestimmt wurden, und suche nach den Abwehrsystemen, die einzelne Phagen daran hindern, bestimmte Stämme zu lysieren.
Abstract (eng)
The thesis is oriented towards developing viral bioinformatics and is divided into two distinct parts. In the first part a new resource for viral genomics is introduced – VOGDB. VOGDB is a database where viral proteins from RefSeq are grouped into homologous groups of increasing evolutionary distance. First, challenges for detecting orthologs and homologs in viruses are discussed followed by the presentation of methodology for the creation of VOGDB. The results of the clustering are presented and cluster quality metrics are compared with the clusters from other databases grouping homologous proteins. Second, application of VOGDB in two scenarios is demonstrated. In the first scenario I analyzed the dental calculus of museum samples of great apes where I show it is possible to detect traces of past viral infections using automated pipeline based on VOGDB. A second example is an analysis of complex phage cocktails where VOGDB is used to assess the similarity and taxonomic composition of cocktails. The second part of the thesis is about understanding interactions between phages and their bacterial host with the aim of improving the phage selection procedure for phage therapy. The focus is placed on the anti-phage defense systems. I analyze the defense systems present in a collection of clinically relevant E. coli strains isolated from the human urine and compare the results with a published study on a bigger set of genomes. Later, I analyze the interactions between the bacterial strains and a collection of phages determined by spot tests and search for the defense systems that prevent individual phages from lysing certain strains.
Keywords (deu)
Virus orthologe GruppenFernhomologieBakteriophagenPhagentherapieAnti-Phagen-Abwehrsystemealtes ViromBioinformatik
Keywords (eng)
virus orthologous groupsremote homologybacteriophagesphage therapyanti-phage defense systemsancient viromebioinformatics
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
78 Seiten : Illustrationen
Number of pages
78
Study plan
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium Naturwissenschaften (Lebenswiss.): Biologie
[UA]
[794]
[685]
[437]
Association (deu)
Title (eng)
Viral bioinformatics and phage-bacteria interactions
Author
Abstract (deu)
Die Dissertation zielt darauf ab, die bioinformatische Forschung im Bereich der Viren voranzutreiben und ist in zwei deutlich voneinander abgegrenzte Teile unterteilt. Im ersten Teil wird eine neue Ressource für die virale Genomik eingeführt - VOGDB. VOGDB ist eine Datenbank, in der virale Proteine aus RefSeq in homologe Gruppen mit zunehmender evolutionärer Distanz eingeteilt werden. Zunächst werden die Herausforderungen bei der Erkennung von Orthologen und Homologen in Viren erörtert, gefolgt von der Vorstellung der Methodik zur Erstellung von VOGDB. Die Ergebnisse der Clusterbildung werden präsentiert und die Metriken zur Qualitätsbewertung der Cluster werden mit den Clustern aus anderen Datenbanken verglichen, die homologe Proteine gruppieren. Zweitens wird die Anwendungvon VOGDB in zwei Szenarien demonstriert. Im ersten Szenario habe ich die Zahnsteinproben von Museumsstücken von Menschenaffen analysiert, bei denen ich zeige, dass es möglich ist, Spuren vergangener viraler Infektionen mithilfe eines automatisierten Workflows auf der Grundlage von VOGDB zu erkennen. Ein zweites Beispiel ist die Analyse komplexer Phagen-Cocktails, bei der VOGDB zur Bewertung der Ähnlichkeit und taxonomischen Zusammensetzung der Cocktails verwendet wird. Der zweite Teil der Dissertation befasst sich mit dem Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Phagen und ihren bakteriellen Wirtsorganismen mit dem Ziel, das Auswahlverfahren für Phagentherapien zu verbessern. Der Fokus liegt auf den Abwehrsystemen gegen Phagen. Ich analysiere die Abwehrsysteme in einer Sammlung klinisch relevanter E. coli-Stämme, die aus menschlichem Urin isoliert wurden, und vergleiche die Ergebnisse mit einer veröffentlichten Studie an einem größeren Satz von Genomen. Später analysiere ich die Wechselwirkungen zwischen den bakteriellen Stämmen und einer Sammlung von Phagen, die durch Spot-Tests bestimmt wurden, und suche nach den Abwehrsystemen, die einzelne Phagen daran hindern, bestimmte Stämme zu lysieren.
Abstract (eng)
The thesis is oriented towards developing viral bioinformatics and is divided into two distinct parts. In the first part a new resource for viral genomics is introduced – VOGDB. VOGDB is a database where viral proteins from RefSeq are grouped into homologous groups of increasing evolutionary distance. First, challenges for detecting orthologs and homologs in viruses are discussed followed by the presentation of methodology for the creation of VOGDB. The results of the clustering are presented and cluster quality metrics are compared with the clusters from other databases grouping homologous proteins. Second, application of VOGDB in two scenarios is demonstrated. In the first scenario I analyzed the dental calculus of museum samples of great apes where I show it is possible to detect traces of past viral infections using automated pipeline based on VOGDB. A second example is an analysis of complex phage cocktails where VOGDB is used to assess the similarity and taxonomic composition of cocktails. The second part of the thesis is about understanding interactions between phages and their bacterial host with the aim of improving the phage selection procedure for phage therapy. The focus is placed on the anti-phage defense systems. I analyze the defense systems present in a collection of clinically relevant E. coli strains isolated from the human urine and compare the results with a published study on a bigger set of genomes. Later, I analyze the interactions between the bacterial strains and a collection of phages determined by spot tests and search for the defense systems that prevent individual phages from lysing certain strains.
Keywords (deu)
Virus orthologe GruppenFernhomologieBakteriophagenPhagentherapieAnti-Phagen-Abwehrsystemealtes ViromBioinformatik
Keywords (eng)
virus orthologous groupsremote homologybacteriophagesphage therapyanti-phage defense systemsancient viromebioinformatics
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Number of pages
78
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