MutRad - Molekulare Strahlensignaturen für den Strahlenschutz

Projektlaufzeit

01.11.2025 – 31.10.2029

Projektinhalt

Im Verbundprojekt „Mutation in Radiation“ (MutRad) werden die langfristigen Folgen ionisierender Strahlung auf das Erbgut untersucht. Mithilfe moderner Next-Generation-Sequencing (NGS)-Verfahren und hochauflösender Lebendzellmikroskopie werden strukturelle Veränderungen der DNA nach Bestrahlung systematisch erfasst und analysiert.

Ziel ist es, genomische Signaturen zu identifizieren, die:

auf eine vorangegangene Strahlenexposition schließen lassen,
Informationen zur Strahlendosis liefern,
Rückschlüsse auf die Strahlenqualität (z. B. Photonen, α-Strahlung, Schwerionen) erlauben und
Aussagen zur Reparaturkapazität und potenziellen Strahlenresistenz eines Individuums ermöglichen.

Damit leistet MutRad einen Beitrag zu einem „Strahlenschutz 2.0“: Strahlenrisiken sollen künftig nicht nur physikalisch, sondern auch anhand molekularer Spuren im Genom besser bewertet werden. Die entwickelten Konzepte sind zudem für die Strahlentherapie relevant, etwa zur Einschätzung individueller Strahlenempfindlichkeit oder zur longitudinalen Begleitung von Therapieverläufen anhand zirkulierender Nukleinsäuren im Blut.

Das Projekt vereint die Expertise mehrerer Standorte aus Dresden, Essen und Darmstadt in Strahlenbiologie, DNA-Doppelstrangbruchreparatur, Teilchenstrahlung, Lebendzellmikroskopie, Genomik und Bioinformatik. Neben der Beantwortung grundlagenwissenschaftlicher Fragen trägt MutRad wesentlich dazu bei, den wissenschaftlichen Nachwuchs im Bereich der Strahlenforschung in Deutschland auszubilden und langfristige Kompetenzen zu sichern.

Rolle der Hochschulmedizin Dresden

Die Hochschulmedizin Dresden, vertreten durch das IMB, bringt im Verbund MutRad ihre Expertise in Medizininformatik, Bioinformatik, Datenintegration und KI-gestützten Analysen ein. Die lokalen Arbeiten konzentrieren sich auf zwei eng verzahnte Schwerpunkte:

1. KI-gestützte Analyse von Sequenzdaten und Identifikation molekularer Signaturen

Entwicklung und Evaluierung von KI- und Machine-Learning-Methoden zur Analyse von NGS-Daten nach Strahlenexposition
Integration und Auswertung von DNA-Sequenzdaten aus öffentlichen Datenbanken und experimentellen Teilprojekten, um strukturelle Varianten, Insertionen/ Deletionen sowie strahlenrelevante Driver- und Passenger-Gene zu identifizieren
Ableitung und Validierung von molekularen Strahlungssignaturen, die zwischen unterschiedlichen Strahlenqualitäten und Reparaturwegen unterscheiden und als potenzielle Biomarker für Strahlenexposition und -risiko dienen können

2. Datenmanagement, FAIR-Prinzipien und Standardisierung (FAIRDOMHub & OMOP)

Aufbau und Betrieb einer FAIRDOMHub-Instanz als zentraler Daten- und Metadatenplattform für das MutRad-Konsortium
Konzeption und Umsetzung von FAIR-konformen Workflows (Datenversionierung, Metadaten-Schemata, Vorlagen für experimentelle und computergestützte Protokolle), um Nachvollziehbarkeit, Wiederverwendbarkeit und Reproduzierbarkeit der Forschungsergebnisse sicherzustellen
Entwicklung eines gemeinsamen Datenmodells auf Basis des OMOP Common Data Model, um strahlenspezifische Daten mit klinischen Informationssystemen und Datenintegrationszentren verknüpfbar zu machen und so die Brücke zur klinischen Versorgung zu schlagen
Planung und Durchführung von Workshops und Schulungsformaten für die Verbundpartner, um die Nutzung der Dateninfrastruktur zu unterstützen und den Einsatz von FAIR- und OMOP-Standards im Bereich der Strahlenforschung zu fördern.

Durch diese Aufgaben verbindet der Standort Dresden molekulare Strahlenforschung mit moderner Medizininformatik und schafft die infrastrukturellen Voraussetzungen dafür, dass die in MutRad entwickelten Methoden und Erkenntnisse langfristig in Forschung und perspektivisch in die klinische Praxis überführt werden können.

Ansprechpartner

Research fellow

Mr Dr.-Ing. Markus Wolfien

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fax Fax: +49 351 458-5738

Finanzierung

Gefördert im Rahmen des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR).

Förderkennzeichen: 02NUK096D