Der diesjährige Nettersheim-Forschungspreis wurde am 01. September 2022 zu gleichen Teilen vergeben an:

1. Jana Ebler (Institut für Medizinische Biometrie und Bioinformatik an der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf (AG: Prof. Tobias Marschall) und
2. Dr. Jan Borggräfe (ehem. Institut für Physikalische Biologie (Dr. Etzkorn, Prof. Willbold, jetzt: Institut für Strukturbiologie (STB) des Helmholz-Zentrums München und am Bayerischen NMR-Zentrum (BNMRZ) der Technischen Universität München)

 

a. Jana Ebler

Lebenslauf

●             Geboren am 03. Februar 1993 in Oberkirch, Baden-Württemberg

●             2012-2015: Bachelorstudium (B.Sc) der Bioinformatik an der Universität des Saarlandes, Saarbrücken

○             Bachelorarbeit: “Genotyping inversions and tandem duplications”

●             2015-2018: Masterstudium (M.Sc) der Bioinformatik an der Universität des Saarlandes, Saarbrücken

○             Masterarbeit: “Haplotype-Aware Genotyping using Long Sequencing Reads”

●             2018-2020: Promotionsstudium am Max-Planck Institut für Informatik, Saarbrücken

○             Arbeitsgruppe: “Algorithms for Computational Genomics”, Prof. Tobias Marschall

●             Ab 2020: Fortsetzung der Promotion am Institut für medizinische Biometrie und Bioinformatik an der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf

○             Arbeitsgruppe: Prof. Tobias Marschall

 

Forschungsschwerpunkte

●             Bachelor: Entwicklung eines Algorithmus zur Genotypisierung von Inversionen und Tandem Duplikationen in menschlichen Genomen basierend auf kurzen Sequenzierreads mittels Maximum-Likelihood Estimation (publiziert in Bioinformatics)

●             Master: Entwicklung eines Algorithmus zur Genotypisierung von Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) basierend auf langen, fehlerbehafteten Sequenzierreads mittels eines Hidden Markov Models (publiziert in Genome Biology)

●             Promotion:

○             Entwicklung und Anwendung eines Algorithmus zur Haplotypisierung von polyploiden Organismen aus langen, fehlerbehafteten Sequenzierreads (puliziert in Genome Biology)

○             Entwicklung eines Algorithmus (“PanGenie”) zur Genotypisierung von genetischen Varianten (insbesondere Struktureller Varianten) in diploiden Genomen basierend auf kurzen Sequenzierreads und einem

Pangenom-Graphen (publiziert in Nature Genetics).

○             Mitarbeit in den internationalen Forschungsprojekten HGSVC und HPRC: Anwendung des entwickelten Algorithmus PanGenie auf Sequenzierdaten von 3,202 menschlichen Individuen zur Charakterisierung von Strukturellen Varianten, Beitrag zur HGSVC Publikation in Science

CV

●             Born February 3, 1993 in Oberkirch, Baden-Württemberg, Germany

●             2012-2015: Bachelor of Science in Bioinformatics at Saarland University Saarbrücken

○             thesis: “Genotyping inversions and tandem duplications”

●             2015-2018: Master of Science in Bioinformatics at Saarland University Saarbrücken

○             thesis: “Haplotype-Aware Genotyping using Long Sequencing Reads”

●             2018-2020: PhD student at Max-Planck Institute for Informatics, Saarbrücken

○             “Algorithms for Computational Genomics” group, Supervisor: Prof. Tobias Marschall

●             2020-present: PhD student at Institute for Medical Biometry and Bioinformatics, Heinrich-Heine University, Düsseldorf

○             Supervisor: Prof. Tobias Marschall

 

Research topics

●             Bachelor’s thesis: development of an algorithm for genotyping inversions and tandem duplications in human genomes based on short sequencing data using maximum likelihood estimation (published in Bioinformatics)

●             Master’s thesis: development of an algorithm for genotyping Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) based on long, error-prone sequencing reads using a Hidden Markov Model (published in Genome Biology)

●             PhD:

○             Development of an algorithm for phasing polyploid genomes and application of that algorithm to long sequencing reads of a tetraploid potato (published in Genome Biology)

○             Development of an algorithm (“PanGenie”) for genotyping genetic variants

(especially structural variants) in diploid organisms based on short sequencing data and pangenome graphs (published in Nature Genetics).

○             Contribution to international research projects HGSVC and HPRC: application of the developed genotyping algorithm PanGenie to sequencing data of 3,202 human samples in order to analyze structural variants. The work contributed to HGSVC has been published as part of a Science publication

 

b. Dr. Jan Borggräfe

CV:

-      Bachelor/Masterstudium bis 2015 an der Universität Bayreuth

-      Bis 2021 Doktorand in der Arbeitsgruppe Manuel Etzkorn am Institut für physikalische Biologie (IPB) der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und am Institut für Strukturbiochemie (IBI-7) des Forschungszentrum Jülich

-      Promotion 2021 mit „summa cum laude“

-      Seit 2022 Postdoc in den Arbeitsgruppen Michael Sattler und Grzegorz Popowicz am Institut für Strukturbiologie (STB) des Helmholz-Zentrums München und am Bayerischen NMR-Zentrum (BNMRZ) der Technischen Universität München

 

-      B.Sc./M.Sc. until 2015 at University of Bayreuth

-      Until 2021 PhD in the group of Manuel Etzkorn at the Institute of Physical Biology (IBP) at HHU Düsseldorf and the Institute of structural biochemistry (IBI-7) at Research Center Jülich

-      Doctoral degree 2021 “summa cum laude”

-      From 2022 postdoc in the groups of Michael Sattler and Grzegorz Popowicz at the Institute of Structural Biology (STB) at Helmholtz Center Munich and the BNMRZ at Technical University Munich.

 

Zusammenfassung/Summary:

- DNAzyme sind künstlich hergestellt Biokatalytasoren, die gezielt ungewollte RNA-Moleküle zerschneiden können und somit als Therapeutika gegen Krebserkrankungen oder Virusinfektionen eingesetzt werden können. Leider liegt die Performance innerhalb der Zelle deutlich unter den Erwartungen, was auf einen komplexen Reaktionsmechanismus schließen lässt.

-             Um durch gezielte Modifikationen die Aktivität des DNAzyms verbessern zu können, müssen zunächst die Struktur und der Mechanismus des DNAzyms aufgeklärt werden.

-             In der veröffentlichen Arbeit konnte unter Zuhilfenahme verschiedener Kernspinresonanz (NMR)-Methoden, Molekulardynamik-Simulationen und weiterer biophysikalischer/-chemischer Techniken die Struktur des DNAzym-RNA-Komplexes gelöst und die Bindestellen der für den Mechanismus essentiellen Magnesiumionen lokalisiert werden. Zudem konnten sämtliche Zwischenzustände des katalytischen Zyklus teilweise in Echtzeit beschrieben werden.

-             Unsere Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse und Anhaltspunkte, wie DNAzyme als Therapeutika verbessert werden können, was wir mit einer ausgewählten Modifikation beispielhaft zeigen konnten.

 

-             DNAzmyes are artificial biocatalysators, which are able to cleave RNA molecules with high specifity and are therefore ideal therapeutics against diseases like cancer or virus infections. Unfortunately, DNAzymes clearly underperform in-cell, a fact which points to more complex mechanism of action.

-             To rational design DNAzymes with higher in-vivo activity, the structural and mechanistic basic of the DNAzyme-mediated catalysis has to be deciphered first.

-             In our study, we use several nuclear magnetic resonance (NMR) techniques, molecular dynamic (MD) simulations and other biophysical and –chemical methods to determine the structure of DNAzyme-RNA complex and to located the binding sites of magnesium ions, which are essential co-factors of the DNAzyme. Additionally, we could describe all apparent states of the DNAzyme’s catalytic cycle partially in real-time.

-             Our findings provides the starting points for rational engineering of therapeutically potent DNAzymes, which we could show exemplarily with one selected modification.