Neue Professur am BIH: Bioinformatik in der Krebsforschung

Herr Ishaque, herzlichen Glückwunsch zu Ihrer Professur! Könnten sie Ihr Forschungsgebiet und Ihre Schwerpunkte beschreiben?

Mein Fokus liegt auf der Bioinformatik in der Krebsforschung, vor allem auf der Schnittstelle zwischen räumlicher Biologie, Einzelzellgenomik und Krebsgenomik. Krebs ist meines Erachtens nicht nur eine zellintrinsische genetische Erkrankung, sondern ein Ökosystem auf Gewebeebene. Die Anordnung von Tumor-, Immun- und Stromazellen zueinander enthält Informationen, die mit herkömmlichen Ansätzen nicht erfasst werden können. Daher versuchen wir die kausalen Mechanismen zu verstehen, die die Zell- und Gewebestruktur in der Tumormikroumgebung bestimmen, und so robuste Ansätze für neue Therapien zu finden.

Neben unserem Ziel, neue biomedizinische Erkenntnisse zu gewinnen, entwickeln wir auch neue Software-Tools. Meine Gruppe erstellt Open-Source-Tools für den gesamten Bereich der räumlichen Analyse wie beispielsweise SSAM, SSAM-lite und Sainsc. Wir entwickeln auch Werkzeuge, die Probleme bei der Datenqualität in der räumlichen Transkriptomik identifizieren. Das Tool ovrlpy spürt etwa Zellüberlappungen auf, die bislang in den Daten aller Forscher unentdeckt geblieben waren. Die Datenqualität und die Zuverlässigkeit der Analyseansätze sind für die Forschung in meiner Gruppe entscheidend.

Welche Ihrer Projekte in der Vergangenheit sind Ihnen besonders wichtig?

In die Krebsforschung stieg ich 2013 am DKFZ in Heidelberg ein, als ich in die Abteilung von Roland Eils eintrat. In dieser Zeit habe ich an vielen Projekten gearbeitet, aber die drei für mich wichtigsten sind:

1. Die Implementierung der in den Programmen DKFZ-HIPO und NCT-MASTER verwendeten Bioinformatik-Workflows für die Krebsforschung. Hier habe ich dabei geholfen, eine vollständige und reproduzierbare End-to-End-Pipeline in der Datenmanagement-Infrastruktur zu entwickeln und zu koordinieren.
2. Die Mitbegründung und Leitung der ELIXIR Single-Cell Omics Community. ELIXIR ist Europas dezentrale Forschungsinfrastruktur für Daten aus den Lebenswissenschaften. Um den Austausch mit Forschern zu verbessern, richtet ELIXIR zudem „Communities“ ein, die als Kooperationsnetzwerke dienen und die Entwicklung von Standards, Diensten und Schulungen vorantreiben.
3. Die Gründung der SpaceHack-Hackathon-Reihe, in der führende Vertreter*innen der räumlichen Transkriptomik zusammenkamen, um Probleme zu diskutieren und Lösungen zu entwickeln – nicht zuletzt auch für sinnvolle Strategien der Qualitätsbewertung in der räumlichen Transkriptomik.

Wie sehen Ihre Pläne für die Professur in Cancer Bioinformatics aus?

Zunächst will ich der Frage nachgehen, wie die räumliche Konstellation von Tumor-, Immun- und Stromazellen beeinflusst, ob Patient*innen von einer Immuntherapie profitieren oder nicht. Die Forschung hat hier bereits wesentliche Zusammenhänge gefunden. Wir wollen diese aber auf ihren kausalen Gehalt hin überprüfen und so sicherstellen, dass sie nicht nur Biomarker für eigentlich tieferliegende noch unbekannte Mechanismen sind. Die Entwicklung und Anwendung von KI-Systemen werden hierbei eine wichtige Rolle spielen. Mein besonderes Interesse gilt KI-Modellen, die routinemäßige histopathologische Befunde mit molekularen und räumlichen Messwerten verknüpfen.

Auch ist mir wichtig, dass wir eine breit angelegte Forschung als Stärke begreifen. Unsere Arbeit ist konkret in der Onkologie angesiedelt, erstreckt sich aber auch auf die Immunologie, Neuropathologie, Reproduktionsbiologie und Hepatologie. Wenn wir Krebs wirklich verstehen wollen, müssen wir diesen breiten Kontext berücksichtigen, damit sich Erkenntnisse und Mechanismen zum größtmöglichen Nutzen verallgemeinern lassen.

Neben dem Fokus auf Kausalitäten in der Krebsforschung und den Blick auf andere Disziplinen liegt mir aber noch etwas am Herzen: die Ausbildung junger und bestenfalls auch klinisch tätiger Wissenschaftler*innen. Ich habe festgestellt, dass sogenannte Clinician Scientists, die gleichzeitig eine klinische Fragestellung und eine computergestützte Methode im Blick behalten können, entscheidend für die künftige translationale Forschung sind. Diese Professur bietet mir den perfekten Rahmen, solche Karrieren zu fördern und langfristig die translationale Forschung voranzubringen.

Apropos Translation: Inwiefern passt Ihre Forschung neben Ihrer Förderung translationaler Karrieren zum translationalen Auftrag des BIH? Wie könnten Patient*innen in Zukunft von Ihrer Arbeit profitieren?

Wir wollen in Zukunft nicht nur Tools zur Analyse räumlicher Omics-Daten entwickeln, sondern unser Programm der räumlichen Onkologie auch klinisch verankern. Das heißt, wir werden räumliche Technologien in großem Maßstab auf definierte klinische Fragestellungen anwenden und diese Technologien so weiterentwickeln, dass sie Patient*innen tatsächlich zugutekommen. Die meisten räumlichen und Einzelzell-Ergebnisse gelangen nie zu den Patient*innen, da sie nicht unabhängig reproduzierbar sind. Wichtig für die Translation ist die Arbeit an Qualitätskontrolle, Benchmarking und Unsicherheitsabschätzungen. Denn schon hier können translationale Projekte stillschweigend scheitern. Aus diesem Grund betrachte ich diese Arbeit auch als Teil der translationalen Forschung und nicht als eine ihrer technischen Vorstufen.