Heng-Chang Chen, Dr. rer. nat., principal investigator

Jestem wirusologiem molekularnym i specjalistą ds. danych z ponad ośmioletnim doświadczeniem. Uzyskałem stopień doktora nauk mikrobiologicznych na Uniwersytecie Humboldta w Berlinie (Berlin, Niemcy). Następnie dołączyłem do laboratorium dr. Filiona w Centrum Regulacji Genomicznej (Barcelona, Hiszpania) oraz do laboratorium dr. Benkirane’a w Instytucie Genetyki Człowieka (Montpellier, Francja) na badania podoktorskie. W tym okresie rozpocząłem badania nad HIV. W listopadzie 2022 roku zostałem mianowany kierownikiem Młodej Grupy Badawczej, aby kierować nowym laboratorium wirusologii w Centrum Diagnostyki Populacyjnej w Sieci Badawczej Łukasiewicz – PORT Polskim Centrum Rozwoju Technologii (Wrocław, Polska).

Janusz Wiśniewski. Ph.D. Postdoc

Jestem bioinformatykiem z biochemiczną przeszłością. Większość swojej kariery spędziłem na badaniu struktury i interakcji białek, zarówno w środowisku akademickim, jak i w przemyśle. Moje obecne badania koncentrują się na wykorzystaniu modeli językowych do analizy sekwencji genomowych i białkowych wirusów, ale moje zainteresowania obejmują wszystkie zastosowania uczenia maszynowego w naukach przyrodniczych.

Kamil Więcek. M.Sc. Process Engineer

Jestem absolwentem Uniwersytetu Wrocławskiego, gdzie ukończyłem kierunek biotechnologia medyczna. Większość mojej dotychczasowej pracy naukowej była skoncentrowana na immunologii i chorobach zapalnych. Obecnie próbuję rozłożyć na czynniki pierwsze mechanistyczne interakcje między organizacją genomu w 3D a specyficzną dla wstawek transkrypcją HIV.

Oliwia Filas, M.Sc. Process Engineer
Jestem biotechnolożką, a większość mojej dotychczasowej pracy koncentrowała się zarówno na biologii molekularnej, jak i mikrobiologii. Obecnie biorę udział w projekcie badającym, jak transkrypty antysensowne HIV regulują transkrypcję HIV.

Lab alumni

Jędrzej Mazur, Intern, 03/2023-06/2023. Currently: Ph.D. student, Center for Structural Systems Biology, Leibniz Institute of Virology, Germany.

Jednym z głównych celów naszego laboratorium jest badanie ustanawiania latencji HIV w połączeniu ze stochastyczną transkrypcją HIV i funkcjonalnym genomem gospodarza.

Wykorzystując ilościowe podejścia genomowe i oparte na uczeniu maszynowym, dostosowane do naszego laboratorium, dążymy do pogłębienia naszej wiedzy na temat tego, jak zmienności, z rozdzielczością pojedynczych wirusów, w integralności i transkrypcji genomu HIV wpływają na konfigurację rezerwuarów HIV. Prowadzimy dwie linie badawcze, które są zgodne z tym celem.

1.Rola antysensownych transkryptów HIV (AST) w ustanawianiu latencji

Chociaż istnienie AST HIV i kodowanych przez nie białek zostało po raz pierwszy postawione przez analizy komputerowe w 1988 roku, obecnie podstawowe mechanizmy stojące za AST HIV nie są w pełni zrozumiane. W badaniach in vitro wykazano, że antysensowne RNA HIV mogą promować inicjację i utrzymanie latencji HIV; jednak AST HIV in vivo jest słabo wykrywane, a obserwacje są sprzeczne, co pozostawia niepewność co do mechanizmu, w jaki sposób AST HIV przyczynia się do jego patogenezy. Charakteryzujemy możliwy próg stosunku między transkrypcją sensowną a antysensowną HIV, określając fenotypy transkrypcyjne HIV na podstawie kodowanych HIV i klonów komórkowych posiadających unikalne fenotypy transkrypcyjne HIV.

2. Rozróżnialna topologia funkcjonalnych sieci genomowych wywołanych zadaniami w rezerwuarach HIV

Nasza perspektywa na rezerwuar HIV polega na przedstawieniu go jako topologicznej (wywołanej zadaniem) właściwości sieci składającej się z różnych społeczności genów docelowych dla HIV. Takie społeczności nazywane są podpisami immunologicznymi. Częstotliwość integracji HIV w sieci może być używana jako wskaźnik do określenia specyficznych typów komórek odpornościowych i prozapalnych czynników rozpuszczalnych, co ułatwia dostosowanie mikrośrodowiska rezerwuarów. Aby pogłębić nasze zrozumienie takich heterogenicznych rezerwuarów HIV i ich funkcjonalnych implikacji, wprowadzamy integrację podejścia konwergentnego do charakteryzowania składu rezerwuarów HIV.

Na podstawie narzędzi teoretycznych grafów obserwujemy zauważalne właściwości topologiczne w sieciach, z podpisami immunologicznymi wzbogaconymi przez geny zawierające nienaruszone i uszkodzone provirusy, porównując pacjentów zakażonych HIV-1 leczonych terapią antyretrowirusową (ART) i kontrolerów elitarnych. Kluczowa zmienna, czynnik bogaty, odgrywa istotną rolę w klasyfikacji różnych właściwości topologicznych w sieciach. Ekspresja genów gospodarza wzmacnia dokładność klasyfikacji między kontrolerami elitarnymi a pacjentami leczonymi ART. Modelowanie łańcuchów Markowa do symulacji różnych sieci grafowych wykazało obecność wewnętrznej bariery między kontrolerami elitarnymi a kontrolerami nie-elitarnymi. Nasza praca stanowi doskonały przykład wykorzystania podejść genomowych w połączeniu z narzędziami matematycznymi do rozwikłania złożoności rezerwuarów HIV.

Rysunek 1. Topologia sieci rezerwuarów HIV u pacjentów leczonych ART versus kontrolerzy elitarni.

W porównaniu do kontrolerów elitarnych, architektura sieci u pacjentów leczonych ART wykazuje trzy kluczowe cechy: (1) mniej intensywną wielkość wzbogacenia podpisów, (2) wysoki stopień asortatywności oraz (3) podwyższone połączenie między dwoma sąsiednimi wierzchołkami. Wyniki te sugerują, że architektura sieci jest bardziej połączona i strukturalna u pacjentów leczonych ART.

Publikacje związane z tą linią badawczą:

1. Chen, H.-C. 2023. Vaccines DOI:10.3390/vaccines11020402
2. Więcek, K., and Chen, H.-C. 2023. iScience DOI:10.1016/j.isci.2023.108342
3. Wiśniewski, et al. 2024. iScience DOI:10.1016/j.isci.2024.111222.

Inny cel naukowy w laboratorium to badanie związku między wewnętrznymi tropizmami wariantów koronawirusów a udomowieniem gospodarza.

3. Identyfikacja potencjalnych markerów genetycznych SARS-CoV-2 wynikających z udomowienia gospodarza

Opracowujemy oparty na k-merach pipeline, nazwany Pathogen Origin Recognition Tool using Enriched K-mers (PORT-EK), aby identyfikować regiony genomowe wzbogacone w odpowiednich gospodarzach po porównaniu metagenomów izolatów między dwoma gatunkami gospodarzy. Dzięki temu z powodzeniem identyfikujemy tysiące k-merów wzbogaconych w jeleniach amerykańskich i betakoronawirusach, porównując je z izolatami ludzkimi. Dodatkowo, pokazujemy różne krajobrazy pokrycia k-merów wzbogaconych w jeleniach i nietoperzach oraz odkrywamy 144 mutacje w wzbogaconych k-merach, uzyskane z porównania metagenomów wirusów między nietoperzami a ludźmi. Obserwujemy również, że trzecia pozycja w kodonie genetycznym jest podatna na mutacje, co skutkuje wysoką częstotliwością synonimicznych mutacji aminokwasów o tych samych właściwościach fizykochemicznych co niezmienione aminokwasy. Co ważne, jesteśmy w stanie klasyfikować i przewidywać prawdopodobieństwo gatunku gospodarza na podstawie liczby wzbogaconych k-merów.

Rysunek 2. Racjonalny projekt PORT-EK i określenie wzbogaconych k-merów. (A) Pipeline analityczny PORT-EK. PORT-EK składa się z czterech kroków, w tym (1) przygotowania macierzy k-merów, (2) filtrowania i wyboru k-merów, (3) identyfikacji mutacji specyficznych dla gospodarza oraz (4) klasyfikacji gospodarzy. Szczegóły opisano w tekście głównym. (B) Wykres lejkowy przedstawiający strategie filtrowania dla wyboru wzbogaconych k-merów. W pipeline PORT-EK stosowane są cztery warstwy filtrowania.

Rysunek 2. Racjonalny projekt PORT-EK i określenie wzbogaconych k-merów. (A) Pipeline analityczny PORT-EK. PORT-EK składa się z czterech kroków, w tym (1) przygotowania macierzy k-merów, (2) filtrowania i wyboru k-merów, (3) identyfikacji mutacji specyficznych dla gospodarza oraz (4) klasyfikacji gospodarzy. Szczegóły opisano w tekście głównym. (B) Wykres lejkowy przedstawiający strategie filtrowania dla wyboru wzbogaconych k-merów. W pipeline PORT-EK stosowane są cztery warstwy filtrowania.

Publikacje związane z tą linią badawczą:

1. Wiśniewski and Chen. 2024. BioRxiv DOI:10.1101/2024.07.27.605454

Nasz fundator:

SONATA BIS 12, 01/10/2023-30/09/2027

Zawsze mile widziane są utalentowane i wysoce zmotywowane osoby (postdoc, doktoranci i stażyści), które entuzjastycznie podchodzą do nauki i są zainteresowane naszym obszarem badawczym. Zapraszamy do kontaktu pod adresem heng-chang.chen@port.lukasiewicz.gov.pl