AG Roland Eils

Roland Eils’ Abteilung am BIH besteht aus drei Arbeitsgruppen: Künstliche Intelligenz (Roland Eils), Computergestützte Onkologie (Naveed Ishaque), Health Data (Jürgen Eils). Die Abteilung gehört dem BIH Zentrum für Digitale Gesundheit an; Roland Eils ist der Chair und Gründungsdirektor dieses Zentrums. Roland Eils leitet auch den Hub for Innovations in Digital Health, HiDiH, einen Zusammenschluss seiner BIH Abteilung und der Health Data Science Unit der Medizinischen Fakultät der Universität Heidelberg. Des Weiteren ist Roland Eils ein aktives Mitglied der Medizininformatik Initiative, wo er das HiGHmed Konsortium gegründet hat und dieses koordiniert. HiGHmed vereint 10 Universitätsmedizin Zentren, die gemeinsam interoperable Lösungen und Infrastrukturen für das Prozessieren und Teilen von klinischen und translationalen Forschungsdaten entwickeln.

Künstliche Intelligenz - ailslab

Roland Eils hat ein kleines, aber höchst innovatives Team aus jungen Wissenschaftler*innen und Student*innen zusammengestellt, das sich mit den verschiedenen Aspekten der Digitalen Gesundheit befasst. Das ailslab konzentriert sich vor allem auf innovative Methoden aus dem Feld der künstlichen Intelligenz für wegweisende digitale Gesundheitsanwendungen. Im Mittelpunkt dieses Labors steht die integrierte Analyse riesiger, umfassender Datensätze, sowohl aus dem Gesundheitswesen als auch aus der Forschung, um die Bewältigung dringender Probleme im Bereich Gesundheit und Krankheit anzugehen. Ziel ist es, unser Verständnis von Krankheitsmechanismen zu vertiefen und gleichzeitig die Diagnose- und Therapiemöglichkeiten für Patienten mit kardiovaskulären Erkrankungen oder Krebsleiden zu verbessern. Derzeitige Projekte beschäftigen sich mit Risikomodellen kardiovaskulärer Erkrankungenomni-genetischen Phenotypmodellen und der Ausarbeitung einer Modell-zu-Daten Infrastruktur, um medizinische Patientendaten auch für die Forschung nutzbar zu machen. Weitere Informationen zu aktuellen Projekten finden Sie unter diesem Link: https://www.hidih.org/research/ailslab.

Ausgewählte Publikationen Roland Eils, Artificial Intelligence

- Trump, S.*, Lukassen, S.*, Anker, M.S.*, Chua, R.L.*, Liebig, J.*, Thurmann, L.*, Corman, V.M.*, Binder, M.*, Loske, J., Klasa, C., Krieger, T., Hennig, B.P., Messingschlager, M., Pott, F., Kazmierski, J., Twardziok, S., Albrecht, J.P., Eils, J., Hadzibegovic, S., Lena, A., Heidecker, B., Burgel, T., Steinfeldt, J., Goffinet, C., Kurth, F., Witzenrath, M., Volker, M.T., Muller, S.D., Liebert, U.G., Ishaque, N., Kaderali, L., Sander, L.E., Drosten, C., Laudi, S.§, Eils, R.§, Conrad, C.§, Landmesser, U.§, & Lehmann, I.§ (2020). Hypertension delays viral clearance and exacerbates airway hyperinflammation in patients with COVID-19. Nature Biotechnology doi: 10.1038/s41587-020-00796-1

- Chua, R.L.*, Lukassen, S.*,Trump, S.*, Hennig, B.P.*, Wendisch, D.*, Pott, F., Debnath, O., Thürmann, L., Kurth, F., Völker, M.T., Kazmierski, J., Timmermann, B., Twardziok, S., Schneider, S., Machleidt, F., Müller-Redetzky, H., Maier, M., Krannich, A., Schmidt, S., Balzer, F., Liebig, J., Loske, J., Suttorp, N., Eils, J., Ishaque, N., Liebert, U.G., von Kalle, C., Hocke, A., Witzenrath, M., Goffinet, C., Drosten, C., Laudi, S.§,Lehmann, I., Conrad, C.§, Sander, L.-E.§ Eils, R.§ (2020). COVID-19 severity correlates with airway epithelium-immune cell interactions identified by single-cell analysis. Nature Biotechnology doi: 10.1038/s41587-020-0602-4

- Lukassen, S.*, Chua, R. L.*, Trefzer, T.*, Kahn, N.C.*, Schneider, M.A.*, Muley, T., Winter, H., Meister, M., Veith, C., Boots, A.W., Hennig, B.P., Kreuter, M.§, Conrad, C.§, & Eils, R.§ (2020). SARS-CoV-2 receptor ACE2 and TMPRSS2 are primarily expressed in bronchial transient secretory cells. EMBO Journal, 39(10), doi: 10.15252/embj.20105114

- Upmeier zu Belzen, J., Bürgel, T., Holderbach, S., Bubeck, F., Adam, L., Gandor, C., Klein, M., Mathony, J., Pfuderer, P. L., Platz, L., Przybilla, M., Schwendemann, M., Heid, D., Hoffmann, M. D., Jendrusch, M., Schmelas, C., Waldhauer, M., Lehmann, I., Niopek, D.§ & Eils, R.§ (2019). Leveraging implicit knowledge in neural networks for functional dissection and engineering of proteins. Nature Machine Intelligence 1, 225-235. doi: 10.1038/s42256-019-0049-9

- Zapatka, M.*, Borozan, I.*, Brewer, D.S.*, Iskar, M.*, Grundhoff, A., Alawi, M., Desai, N., Cooper, C.S., Eils, R., Ferretti, V. & Lichter, P.§ (2020). The landscape of viral association in human cancers. Nature Genetics, doi: 10.1101/465757

- Liu, L.*, Liu, C.*, Quintero, A.*, Wu, L*., Yuan, Y.*, Wang, M., Cheng, M., Leng, L., Xu, L., Dong, G., Li, R., Liu, Y., Wei, X., Xu, J., Chen, X., Lu, H., Chen, D., Wang, Q., Zhou, Q., Lin, X., Li, G., Liu, S., Wang, Q., Wang, H., Fink, J.L., Gao, Z., Liu, X., Hou, Y., Zhu, S., Yang, H., Ye, Y., Lin, G., Chen, F., Herrmann, C., Eils, R.§, Shang, Z.§ & Xu, X.§ (2019). Deconvolution of single-cell multi-omics layers reveals regulatory heterogeneity. Nature Communications, 10(1), 470. doi: 10.1038/s41467-018-08205-7

- Northcott, P. A.*, Buchhalter, I.*, Morrissy, A. S.*, Hovestadt, V., Weischenfeldt, J., Ehrenberger, T., Gröbner, S., Segura-Wang, M., Zichner, T., Rudneva, V. A., Warnatz, H. J., Sidiropoulos, N., Phillips, A. H., Schumacher, S., Kleinheinz, K., Waszak, S. M., Erkek, S., Jones, D. T. W., Worst, B. C., Kool, M., Zapatka, M., Jäger, N., Chavez, L., Hutter, B., Bieg, M., Paramasivam, N., Heinold, M., Gu, Z., Ishaque, N., Jäger-Schmidt, C., Imbusch, C. D., Jugold, A., Hübschmann, D., Risch, T., Amstislavskiy, V., Gonzalez, F. G. R., Weber, U. D., Wolf, S., Robinson, G. W., Zhou, X., Wu, G., Finkelstein, D., Liu, Y., Cavalli, F. M. G., Luu, B., Ramaswamy, V., Wu, X., Koster, J., Ryzhova, M., Cho, Y. J., Pomeroy, S. L., Herold-Mende, C., Schuhmann, M., Ebinger, M.,   Liau, L. M., Mora, J., McLendon, R. E., Jabado, N., Kumabe, T., Chuah, E., Ma, Y., Moore, R. A., Mungall, A. J., Mungall, K. L., Thiessen, N., Tse, K., Wong, T., Jones, S. J. M., Witt, O., Milde, T., Von Deimling, A., Capper, D., Korshunov, A., Yaspo, M. L., Kriwacki, R., Gajjar, A., Zhang, J., Beroukhim, R., Fraenkel, E., Korbel, J. O., Brors, B., Schlesner, M., Eils, R.§, Marra, M. A.§, Pfister, S. M.§, Taylor, M. D.§ & Lichter, P.§ (2017). The whole-genome landscape of medulloblastoma subtypes. Nature. 2017 Jul 19;547(7663):311-317. doi: 10.1038/nature22973

- Bauer, T.*, Trump, S.*, Ishaque, N.*, Thurmann, L.*, Gu, L.*, Bauer, M.*, Bieg, M., Gu, Z.G., Weichenhan, D., Mallm, J.P., Roder, S., Herberth, G., Takada, E., Mucke, O., Winter, M., Junge, K.M., Grutzmann, K., Rolle-Kampczyk, U., Wang, Q., Lawerenz, C., Borte, M., Polte, T., Schlesner, M., Schanne, M., Wiemann, S., Georg, C., Stunnenberg, H.G., Plass, C., Rippe, K., Mizuguchi, J., Herrmann, C.*, Eils, R.§ & Lehmann, I.§ (2016). Environment-induced epigenetic reprogramming in genomic regulatory elements in smoking mothers and their children. Molecular Systems Biology, 12(3). doi: 10.15252/msb.20156520

- Jäger, N., Schlesner, M., Jones, David T.W., Raffel, S., Mallm, J.-P., Junge, Kristin M., Weichenhan, D., Bauer, T., Ishaque, N., Kool, M., Northcott, Paul A., Korshunov, A., Drews, Ruben M., Koster, J., Versteeg, R., Richter, J., Hummel, M., Mack, Stephen C., Taylor, Michael D., Witt, H., Swartman, B., Schulte-Bockholt, D., Sultan, M., Yaspo, M.-L., Lehrach, H., Hutter, B., Brors, B., Wolf, S., Plass, C., Siebert, R., Trumpp, A., Rippe, K., Lehmann, I., Lichter, P., Pfister, Stefan M. & Eils, R.§ (2013). Hypermutation of the Inactive X Chromosome Is a Frequent Event in Cancer. Cell, 155(3), 567-581. doi: 10.1016/j.cell.2013.09.042

*these authors contributed equally.     §corresponding author

Die komplette Publikationsliste finden Sie hier

Computergestützte Onkologie

Naveed Ishaque baut derzeit seine eigene Arbeitsgruppe in der BIH Abteilung von Roland Eils auf, die sich speziell für die Entstehung der molekularbiologischen Heterogenität verschiedener Erkrankungen interessiert. Für die computergestützte Analyse der -omics Daten werden vor allem diverse Methoden der künstlichen Intelligenz und Data Science angewandt, um die grundlegenden Mechanismen der Heterogenität zu untersuchen. Ein weiterer Fokus liegt auf der Analyse der Interaktionen zwischen verschiedenen -omics Daten. Das Team zeichnet sich durch eine hohe Expertise im Bereich der Onkologie aus, weitet momentan aber das Interessenfeld auch auf immunologische Fragestellungen und neurodegenerativen Erkrankungen aus. 

Ein umfassenderes und tieferes Verständnis von globalen und lokalen Mustern in biologischen Datensätzen ist essentiell, um reale biologische und molekulare Prozesse von technischem Rauschen zu unterscheiden. Demnach ist das Team stark an Kollaborationen mit Experten der Molekularbiologie und experimenteller Methodenentwicklung interessiert, die hochwertige large-scale und hochdimensionale Datensätze bereitstellen können und mittels neuester und innovativer Techniken erstellt wurden. Besonderes Interesse hat das Team an Datensätzen aus aktuellen technologischen Entwicklungen im weiten Feld der Einzelzellsequenzierung sowie räumlicher, zeitlicher und genetischer Heterogenität.

Detaillierte Informationen zu Projekten rund um multiomic Daten und personalisierte Onkologie, Immunologie und Allergien, oder räumlich-aufgelöste Transcriptomics finden Sie unter https://www.hidih.org/research/computational-oncology.

Ausgewählte Publikationen Naveed Ishaque, Computational Oncology

- Nina Hensel*, Zuguang Gu*, Sagar*, Dominik Wieland, Katharina Jechow, Janine Kemming, Sian Llewellyn-Lacey, Emma Gostick, Oezlem Sogukpinar, Florian Emmerich, David A. Price, Bertram Bengsch, Tobias Boettler, Christoph Neumann-Haefelin, Roland Eils, Christian Conrad, Ralf Bartenschlager, Dominic Grün, Naveed Ishaque§, Robert Thimme§ & Maike Hofmann§ (2021). Memory-like HCV-specific CD8+ T cells retain a molecular scar after cure of chronic HCV infection. Nature Immunology  https://doi.org/10.1038/s41590-020-00817-w

- Trump, S.*, Lukassen, S.*, Anker, M.S.*, Chua, R.L.*, Liebig, J.*, Thurmann, L.*, Corman, V.M.*, Binder, M.*, Loske, J., Klasa, C., Krieger, T., Hennig, B.P., Messingschlager, M., Pott, F., Kazmierski, J., Twardziok, S., Albrecht, J.P., Eils, J., Hadzibegovic, S., Lena, A., Heidecker, B., Burgel, T., Steinfeldt, J., Goffinet, C., Kurth, F., Witzenrath, M., Volker, M.T., Muller, S.D., Liebert, U.G., Ishaque, N., Kaderali, L., Sander, L.E., Drosten, C., Laudi, S.§, Eils, R.§, Conrad, C.§, Landmesser, U.§, & Lehmann, I.§ (2020). Hypertension delays viral clearance and exacerbates airway hyperinflammation in patients with COVID-19. Nature Biotechnology doi: 10.1038/s41587-020-00796-1

- Ahmed Sadik*, Luis F Somarribas Patterson*, Selcen Öztürk*, Soumya R Mohapatra, Verena Panitz, Philipp F Secker, Pauline Pfänder, Stefanie Loth, Heba Salem, Mirja Tamara Prentzell, Bianca Berdel, Murat Iskar, Erik Faessler, Friederike Reuter, Isabelle Kirst, Verena Kalter, Kathrin I Foerster, Evelyn Jäger, Carina Ramallo Guevara, Mansour Sobeh, Thomas Hielscher, Gernot Poschet, Annekathrin Reinhardt, Jessica C Hassel, Marc Zapatka, Udo Hahn, Andreas von Deimling, Carsten Hopf, Rita Schlichting, Beate I Escher, Jürgen Burhenne, Walter E Haefeli, Naveed Ishaque, Alexander Böhme, Sascha Schäuble, Kathrin Thedieck, Saskia Trump§, Martina Seiffert§, Christiane A Opitz§ (2020).  IL4I1 Is a Metabolic Immune Checkpoint that Activates the AHR and Promotes Tumor Progression. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.07.038

- Park, J.*, Choi, W.*, Tiesmeyer, S., Long, B., Borm, L.E., Garren, E., Nguyen, T.N., Codeluppi, S., Schlesner, M., Tasic, B., Eils, R.§ & Ishaque, N.§ (2019). Segmentation-free inference of cell types from in situ transcriptomics data. bioRxiv, doi: 10.1101/800748 

- Mallm, J.-P.*, Iskar, M.*, Ishaque, N.*, Klett, L.C., Kugler, S.J., Muino, J.M., Teif, V.B., Poos, A.M., Großmann, S., Erdel, F., Tavernari, D., Koser, S.D., Schumacher, S., Brors, B., König, R., Remondini, D., Vingron, M., Stilgenbauer, S., Lichter, P., Zapatka, M., Mertens, D.§ & Rippe, K.§ (2019). Linking aberrant chromatin features in chronic lymphocytic leukemia to transcription factor networks. Molecular Systems Biology, 22;15(5):e8339. doi: 10.15252/msb.20188339

Ishaque, N.*, Abba, M.L.*, Hauser, C., Patil, N., Paramasivam, N., Huebschmann, D., Leupold, J.H., Balasubramanian, G.P., Kleinheinz, K., Toprak, U.H., Hutter, B., Benner, A., Shavinskaya, A., Zhou, C., Gu, Z., Kerssemakers, J., Marx, A., Moniuszko, M., Kozlowski, M., Reszec, J., Niklinski, J., Eils, J., Schlesner, M., Eils, R., Brors, B. & Allgayer, H.§ (2018). Whole genome sequencing puts forward hypotheses on metastasis evolution and therapy in colorectal cancer. Nature Communications, 9(1), 4782. doi: 10.1038/s41467-018-07041-z

- Zuguang Gu, Roland Eils, Matthias Schlesner & Naveed Ishaque (2018). EnrichedHeatmap: an R/Bioconductor package for comprehensive visualization of genomic signal associations. BMC Bioinformatics https://doi.org/10.1186/s12864-018-4625-x

Health Data

Das Heath Data Team, geleitet von Jürgen Eils, konzentriert sich vor allem auf Prozesse der Medizininformatik und Bioinformatik. Das Team arbeitet an der Automatisierung von Bioinformatik-Workflows für die biomedizinische Forschung und stellt Serviceprogramme für das Datenmanagement sowie die Infrastruktur für den schnellen und sicheren Transfer neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse in die Gesundheitsversorgung zur Verfügung. Speziell hier ist eine der größten Herausforderungen der Umgang mit dem kontinuierlich wachsenden Anteil sensitiver Patientendaten, beispielsweise durch smart wearables oder next-generation sequencing Genomdaten. Der Umgang und das Prozessieren solcher riesigen Datensätze in der alltäglichen Routinediagnostik benötigen neue Infrastruktur- und IT-Lösungen. Auch hier setzt das Health Data Team an und arbeitet an large-scale IT und Cloud-Lösungen, vor allem in der de.NBI cloud. Das Health Data Team ist sowohl in Berlin als auch Heidelberg lokalisiert. Weitere Informationen finden Sie unter https://www.hidih.org/research/health-data.

Ausgewählte Publikationen Jürgen Eils, Health Data

- ICGC/TCGA Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes Consortium (2020). Pan-cancer Analysis of Whole Genomes, Nature, 578(7793), 82-93, doi: 10.1038/s41586-020-1969-6

- Yakneen, S.§, Waszak, S.M., PCAWG Technical Working Group, Gertz, M., Korbel, J. O.§, PCAWG Consortium (2020). Bulter enables rapid cloud-based analysis of thousands of human genomes. Nature Biotechnology, Epub ahead of print, doi: 10.1038/s41587-019-0360-3

- Ishaque, N.*, Abba, M.L.*, Hauser, C., Patil, N., Paramasivam, N., Huebschmann, D., Leupold, J.H., Balasubramanian, G.P., Kleinheinz, K., Toprak, U.H., Hutter, B., Benner, A., Shavinskaya, A., Zhou, C., Gu, Z., Kerssemakers, J., Marx, A., Moniuszko, M., Kozlowski, M., Reszec, J., Niklinski, J., Eils, J., Schlesner, M., Eils, R., Brors, B. & Allgayer, H.§ (2018). Whole genome sequencing puts forward hypotheses on metastasis evolution and therapy in colorectal cancer. Nature Communications, 9(1), 4782. doi: 10.1038/s41467-018-07041-z

- Gröbner, S.N.*, Worst, B.C.*, Weischenfeldt, J., Buchhalter, I., Kleinheinz, K., Rudneva, V.A., Johann, P.D., Balasubramanian, G.P., Segura-Wang, M., Brabetz, S., Bender, S., Hutter, B., Sturm, D., Pfaff, E., Hubschmann, D., Zipprich, G., Heinold, M., Eils, J.Lawerenz, C., Erkek, S., Lambo, S., Waszak, S., Blattmann, C., Borkhardt, A., Kuhlen, M., Eggert, A., Fulda, S., Gessler, M., Wegert, J., Kappler, R., Baumhoer, D., Burdach, S., Kirschner-Schwabe, R., Kontny, U., Kulozik, A.E., Lohmann, D., Hettmer, S., Eckert, C., Bielack, S., Nathrath, M., Niemeyer, C., Richter, G.H., Schulte, J., Siebert, R., Westermann, F., Molenaar, J.J., Vassal, G., Witt, H., Burkhardt, B., Kratz, C.P., Witt, O., van Tilburg, C.M., Kramm, C.M., Fleischhack, G., Dirksen, U., Rutkowski, S., Fruhwald, M., von Hoff, K., Wolf, S., Klingebiel, T., Koscielniak, E., Landgraf, P., Koster, J., Resnick, A.C., Zhang, J., Liu, Y., Zhou, X., Waanders, A.J., Zwijnenburg, D.A., Raman, P., Brors, B., Weber, U.D., Northcott, P.A., Pajtler, K.W., Kool, M., Piro, R.M., Korbel, J.O., Schlesner, M., Eils, R., Jones, D.T.W., Lichter, P., Chavez, L.§, Zapatka, M.§, Pfister, S.M.§ (2018). The landscape of genomic alterations across childhood cancers. Nature, 559(7714), 321-327, doi: 10.1038/s41586-018-0167-2

- Reisinger, E.§, Genthner, L., Kerssemakers, J., Kensche, P., Borufka, S., Jugold, A., Kling, A., Prinz, M., Scholz, I., Zipprich, G., Eils, R., Lawerenz, C., Eils, J. (2017). OTP: An automatized system for managing and processing NGS data. Journal of Biotechnology, 10(261), 53-62, doi: 10.1016/j.jbiotec.2017.08.006

*these authors contributed equally.     §corresponding author