Das MetagenApp Projekt

Das Projekt ergänzt die Forschung des MetaSUB Konsortiums im Feld der urbanen Metagenomik durch die Erforschung des Transfers zwischen Oberflächen im öffentlichen Raum und der Haut. Ein weiterer Bestandteil ist die Entwicklung einer Applikation mit grafischer Benutzeroberfläche welche die Analyse von DNA-Sequenzdaten vereinfacht. Die Software ist frei verfügbar für Windows, MacOS und Linux.

Das MetaSUB Projekt

Welche Mikroorganismen teilen den städtischen Lebensraum mit uns Menschen? Woher kommen sie und wie beeinflussen sie unsere Umgebung und unsere Gesundheit?
Als Mitglied des internationalen MetaSUB Konsortiums, beantworten Wissenschaftler der FH-Campus Wien solche Fragen über das Mikrobiom von Wien und anderen Städten. Jedes Jahr, am 21. Juni, dem Global City Sampling Day sammeln Wissenschafter weltweit Proben von verschiedenen Zügen und Bahnhöfen des öffentlichen Transportsystems.

Daten

City Sampling Day 2017

Welche DNA findet man in der Wiener U-Bahn?

Der Global City Sampling Day wurde vom MetaSUB Konsortium gegründet, mit dem Ziel, mehr Wissen über Mikroorganismen in verbauten Umgebungen, wie zum Beispiel Städten zu erlangen. Um die Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu garantieren, wird die Probennahme weltweit standardisiert und zum gleichen Zeitpunkt, dem 21. Juni durchgeführt. Die Proben werden von öffentlichen Plätzen, meist in öffentlichen Verkehrsmitteln, genommen. Der erste internationale CSD fand 2016 statt und wird seither jährlich durchgeführt. Mittlererweile sind mehr als 100 Städte durch das Projekt erfasst.

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Palm Sampling

Ändert sich das Mikrobiom unserer Hände wenn wir U-Bahn fahren?

Bei der Studie wurden freiwillige Testpersonen gebeten sich die Hände zu waschen, danach wurden sterile Swabs (Wattestäbchen) verwendet um einen Abstrich der Handinnenflächen zu machen. Die Probanden wurden auf einer von vier Routen durch die Stadt geschickt und nach ihrer Rückkehr (1,5 - 2 Stunden) erfolgte eine zweite Probenahme. Danach wurde die DNA aus den Proben extrahiert und in ein Sequenzierzentrum geschickt, welches die Rohdaten für unsere MetagenApp generierte. Das Experiment wurde an zwei Zeitpunkten wiederholt (Juni 2018, April 2019). Die Anzahl der Probanden betrug insgesamt 50 Personen.

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Die App

MetagenApp beinhaltet eine Vielzahl an frei verfügbarer Software welche für die Analyse und die graphische Darstellung der Daten verwendet wird. Der Aufruf dieser Programme ist automatisiert. Eine postgreSQL Datenbank wird als Schnittstelle für die Daten verwendet. Die Benutzeroberfläche wurde mit Django implementiert. Alle Bestandteile der App sind durch ein Netzwerk aus Docker Containern verbunden. Der Zugriff auf die Applikation kann daher lokal oder über ein Netzwerk erfolgen. Gestartet wird die App mit einen einfachen Befehl, die Installation erfolgt automatisch.

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Die Pipeline

Die Pipeline wurde entwickelt um Rohdaten im FASTQ Format von Proben, welche auf Platformen die paired-end reads bereitstellen sequenziert wurden, zu verarbeiten. MetagenApp akzeptiert sowohl Whole-Genome-Sequencing (WGS) als auch 16S - Amplicon-Sequencing Daten.
Der Standardoutput beinhaltet Statistiken über die Inputqualität, eine taxonomische Klassifikation und eine Multidimensionale Skalierung (MDS) . Die Ergebnisse werden in einem komprimierten Ordner gespeichert und können auch über die Benutzeroberfläche direkt betrachtet werden.
Die taxonomischen Bäume werden in der Datenbank mit einem Modified Preorder Tree Traversal (MPTT) - Model abgelegt und können so mit dem bereitgestellten Jupyter-Notebook individuell weiter analysiert werden.

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