Digital Methylome Masterclass: Von der Pipette bis zur Datenanalyse

Aktuelle Datenkompetenz in den Lebenswissenschaften

Die Lebenswissenschaften haben in den letzten Jahren einen Wandel durch die zunehmende Nutzung von Datenanalysen erlebt. Technologische Fortschritte haben zu einem exponentiellen Wachstum der Datenmengen geführt, sodass viele Forschende heute auf die Unterstützung von Experten aus der Bioinformatik angewiesen sind. Der Masterstudiengang "Bioinformatik und Systembiologie" (BioinfSys) an der JLU bildet seit 2012 Fachkräfte aus, die in diesem Bereich tätig sind. Allerdings haben viele Studierende wenig praktische Erfahrung mit der Datengenerierung im Labor. Oftmals kommen die Daten aus einer "Black Box" und werden als gegeben akzeptiert. Dies kann dazu führen, dass Studierende die Korrektheit der Daten nicht in Frage stellen und möglicherweise falsche Schlüsse ziehen. Unser Projekt zielt darauf ab, diese Wissenslücke zu schließen und den Studierenden das notwendige Verständnis für die Datenerhebung und -analyse zu vermitteln, am Beispiel der Methylom-Analyse.

Unser Projekt "Digital Methylome Masterclass"

Ziel unseres Projekts ist es, ein interaktives e-Learning-Modul zu entwickeln, das den gesamten Prozess der DNA-Methylierungsanalyse verständlich macht. Durch Labor-Videos und bioinformatische Analysen sollen die Studierenden den Workflow der Methylom-Analyse nachzuvollziehen. Die Studierenden erhalten Einblicke in alle Schritte eines Laborexperiments zur Methylierungsanalyse mittels der Array-Technologie. Dabei liegt ein besonderes Augenmerk auf möglichen Fehlerquellen. Die Inhalte bauen auf unseren Expertisen auf. Nachdem die grundlegenden Laborkenntnisse vermittelt wurden, werden die Studierenden mit der Analyse der Array-Daten und den spezifischen bioinformatischen Schritten für Methylom-Daten vertraut gemacht. Zu diesem Zweck werden interaktive Arbeitsdokumente auf Basis von Jupyter Notebooks für die Datenanalyse entwickelt. Unsere interdisziplinäre Herangehensweise stellt sicher, dass die Studierenden den gesamten Prozess von der Datengenerierung im Labor bis zur Analyse der Ergebnisse nachvollziehen können. Das Projekt wird durch die Biologiedidaktik begleitet, um sicherzustellen, dass die Lehrinhalte klar und verständlich sind. Die Evaluation der Materialien durch Studierende wird kontinuierlich in die Weiterentwicklung des Projekts integriert, um eine optimale Verzahnung der biologischen und informatischen Inhalte zu erreichen.

Hier geht es zur Digital Methylome Masterclass

Schritt 1 - Wie arbeiten wir in der Zellkultur	Schritt 2 - Wie wird DNA gewonnen?

Einblick in die Digital Methylome Masterclass

Abb. Startseite der Methylome Masterclass Die zur Verfügung stehende Homepage, in der die Methylome Masterclass durchgeführt werden kann.	Abb. Erläuterungen zu den biologischen Grundlagen Begleitende Texte und darauf abgestimmte erklärende Abbildungen unterstützen das Verständnis sowie den Lernprozess.


Abb. Vergleich korrekter und fehlerhafter Daten. Die Daten können visualisiert und zur Beurteilung ihrer Qualität herangezogen werden. In der Methylierungsanalyse zeigen sich typische „Badewannen“- Muster. Bei intakten Daten entsteht die charakteristische Form (links), während sie bei fehlerhaften Datensätzen (rechts) nicht erkennbar ist. Die Ursache liegt in bereits fehlerhaften Labordaten: Die für die Analyse verwendete DNA war durch zu lange, ungekühlte Lagerung zerfallen. Die Studierenden lernen anhand dieses Beispiels, solche Fehler zu interpretieren.	Abb. Erläuterungen zu den biologischen Grundlagen Begleitende Texte und darauf abgestimmte erklärende Abbildungen unterstützen das Verständnis sowie den Lernprozess.