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Bioinformatik


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Die Bioinformatik (englisch bioinformatics auch computational biology ) ist ein relativ junges Fachgebiet das mit den informatischen Grundlagen und Anwendungen der Speicherung Organisation und Analyse von biologischen Daten befasst. Anfangs stammten diese Daten hauptsächlich der Genetik inzwischen wird die Bioinformatik aber auch der Pharmazie zur Vorhersage von Proteinstrukturen und -interaktion verwendet.

Die ersten reinen Bioinformatikanwendungen wurden für DNA-Sequenzanalyse entwickelt. Dabei geht es primär um schnelle Auffinden von Mustern in langen DNA-Sequenzen die Lösung des Problems wie man zwei mehr ähnliche Sequenzen so übereinander legt und ausrichtet dass man eine möglichst optimale Übereinstimmung ( sequence alignment ). Zur Anwendung kommen dabei Algorithmen der dynamischen und heuristischen Programmierung. Seltener benötigt man bei biologischen die Suche nach exakten Übereinstimmungen von kurzen Sequenzenabschnitten typischerweise für hochkonservierte wie Start- oder Stopp codons .

Desweiteren wurden Methoden zum Auffinden von in unbekannten DNA-Sequenzen entwickelt (Genvorhersage engl. gene finding oder gene prediction ). Dieses Problem wird mit verschiedenen Rechenmethoden Algorithmen angegangen darunter statistische Sequenzanalyse Markow-Ketten künstliche neuronale Netze zur Mustererkennung etc.

Mit der Aufklärung und weitreichenden Funktionsanalyse vollständiger Genome (z.B. des Fadenwurms Caenorhabditis elegans ) verlagert sich der Schwerpunkt bioinformatischer Arbeit Fragestellungen der Proteomik wie z.B. dem Problem der Proteinfaltung also der Frage nach der Sekundär- Tertiärstruktur bei gegebener Aminosäuresequenz.

Forschungsinstitute im deutschpsrachigen Raum die sich mit beschäftigen sind u.a. die Max-Planck-Institute für Biochemie und Molekulargenetik das Deutsche Krebsforschungszentrum das European Molecular Biology Laboratory und das Biozentrum der Universität Basel .

Ein nicht unerheblicher Teil der Arbeit Bioinformatikers besteht - neben mathematisch anspruchsvollen Analysen in der Datenaufbereitung und Speicherung in geeignet indizierten und verlinkten biologischen Datenbanken . Die verwirrende Vielfalt von DNA- (z.B. und Proteindatenbanken (z.B. Swiss-Prot) weltweit führte bisher zu redundanter und damit fehlerlastiger Datenhaltung zumal teils in Fragmenten teils in vollständig assemblierten vorliegen. Idealerweise würde die Speicherung von Genom- Proteomdaten eine Rekonstruktion der Regelwerke eines gesamten erlauben. Die gewünschte Abbildung von identifizierten Proteinen "ihrem" Gen und umgekehrt sowie die Zuordnung Proteinen zu einem metabolischen Pfad ist aber nicht in Sicht. Ein wesentlicher Punkt neben Einträgen und doppelter Datenhaltung unter unterschiedlichen Schlüsseln die weitgehende Abwesenheit von kontrollierter Vokabularien und Ontologien die eine Zuordnung von Funktionsbezeichnungen quer alle Ebenen ermöglichen.

Der Bioinformatik wird im englischen Sprachraum die computational biology gegenübergestellt die einen weiteren Bereich als klassische Bioinformatik abdeckt meist benutzt man beide jedoch synonym .

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