Inhalte

Die Arbeitspakete im Detail

01 Konzeption und Grundstruktur

Das Arbeitspaket beginnt mit einer Feinkonzeption der Cloud-Lösung zur Detaillierung der Anforderungen aus chemisch-analytischer und aus softwaretechnischer Sicht. Dies erfolgt in fachübergreifenden Arbeitsgruppen von Software-Entwicklern und Chemikern. Aus diesem Grunde sind alle Projektpartner involviert. Es werden auch die assoziierten Partner im Rahmen eines Kick-off-Meetings einbezogen. Festgelegt wird die softwaretechnische Struktur der Cloud-Lösung. Dazu werden insbesondere die Anforderungen für das Tracking der Spurenstoffe und die Verknüpfung der Analysendaten mit einem GIS-Tool und mit Metadaten als Begleitinformation für die Wasserprobe definiert. Weiterhin werden die Schnittstellen (API) für die Datenvorprozessierung und für mikrobiologische Anwendungen konkretisiert.

02 Feasibility-Studie Mikrobiologie

Um die Cloud-Lösung bereits bei der Konzeption zukunftsorientiert zu gestalten, soll die auf Spu-renstoffe angewandte Methodik auf ein entsprechendes Vorgehen für mikrobiologische und biochemische Datenstrukturen in Form einer Machbarkeitsstudie erweitert werden. Wegen der hohen Nachweisgrenze vieler Methoden (z. B. MALDI-TOF) müssen Bakterien häufig vor der Messung kultiviert werden. Es soll getestet werden, inwieweit mechanische Anreicherungsmethoden wie z. B. die monolithische Adsorptionsfiltration einen Zeitvorteil bringen können. Es ist Ziel des Projektes zu evaluieren, wie die Spektrendatenbanken zur Bakterienidentifizierung mittels MALDI-TOF-MS in den Cloud-Service integriert werden können. 

03 Cloud-Infrastruktur

In diesem Arbeitspaket erfolgt die softwaretechnische Umsetzung der definierten API für die Datenprozessierung (Softwarepaket enviMass) sowie für das Datenmanagement. Um ein hohes Maß an Portabilität und Weiterverwendbarkeit der Softwarelösung zu gewährleisten, wird bei der Entwicklung des cloudbasierten Datenmanagement- und Datenanalysesystems auf quelloffene, frei verfügbare Softwarekomponenten zurückgegriffen. Folgende Arbeitsschritt sind inkludiert:

1. Design und Implementierung eines Datalakes
2. Implementierung einer ETL Pipeline
3. Implementierung einer Datenbank
4. Implementierung der WebUI
5. Implementierung eines Demonstrators
6. Release Management

04 Spurenstoff-Tracking durch Algorithmen und KI

Auf Basis der in Arbeitspaket 03 gesammelten und aufbereiteten LC-HRMS-Daten werden KI-Methoden für die automatische Mustererkennung von Spurenstoffen erprobt und weiterentwickelt. Dies betrifft z. B. die Unterscheidung von Datensätzen hinsichtlich Intensitätsvariationen einzelner Features, Masse-Retentionszeiten-Abhängigkeiten und Ähnlichkeitsvergleiche von Chromatogrammen. Das Ziel ist hierbei die Identifikation geeigneter KI-basierter Verfahren, welche in der Lage sind, die großen Datenmengen effizient zu nutzen und einen Mehrwert gegenüber derzeitig üblichen Auswerteverfahren zu schaffen. Hierbei wird unterschieden in das Tracking bekannter Spurenstoffe, deren chemische Signatur in Form von Spektralmustern bereits definiert ist, sowie das Tracking unbekannter Spurenstoffe, im weiteren als 'Anomaly Detection' bezeichnet.

05 Nachhaltigkeitsanalyse

Zur Bewertung von Maßnahmen zur Verbesserung der Wasserqualität soll das Vorgehen bei Target-Substanzen auf die Non-Target-Daten mit Hilfe der Auswertungen des Spurenstoff-Trackers übertragen werden. Dafür soll ein Nachhaltigkeitsindex konzipiert werden, der aus zwei Subindizes zur Belastung (Exposition) und Aufbereitung (Trinkwasser) besteht. 

06 Proof of Concept

Im Rahmen des Projektes ist ein Proof of Concept anhand der Modellregion Donau @ Ulm (Bild 1.1) vorgesehen. Der Projektpartner Landeswasserversorgung wird hierzu an ausgewählten Messstellen (Zuflüsse, Kläranlage, Kliniken, Industriebetriebe) im Einzugsgebiet der Donau im Großraum Ulm zu definierten Zeitpunkten Proben nehmen. Um den Demonstrator unter Praxis-Bedingungen zu testen, werden die Proben randomisiert an die Projektpartner bzw. assoziierten Partner zur Analyse verschickt und deren Messdaten anschließend mit dem Demonstrator verarbeitet. 

07 Öffentlichkeitsarbeit und Projektmanagement

Neben dem administrativen Projektmanagement beinhaltet dieses Arbeitspaket eine hochwertige Öffentlichkeitsarbeit. Ein schlüssiges PR-Konzept wird von Fachleuten ausgearbeitet und begleitet das Projekt über die gesamte Laufzeit.