Aufgabenstellungen der Bioinformatik

aufgabenstellungen der bioinformatik

Die Bioinformatik

Diese junge Wissenschaft entwickelt Computerprogramme für die biowissenschaftliche Forschung. Heute ist die Menge an Daten, die mittels neuer Hochleistungstechnologien in den Laboratorien generiert wird, überwältigend. Es ist nun nicht mehr möglich, diese Daten wie früher ‚von Hand‘ zu analysieren. Deshalb wurde die Bioinformatik zu einem wichtigen Verbündeten der Forscher.

SIB Schweizerisches Institut für Bioinformatik

Wer sind wir?

Aufgabenstellungen der Bioinformatik


	Die Analyse und das Verständnisder Mechanismen des Lebens mithilfe von bioinformatischen Programmen.

	Entwicklung strukturierter Datenbanken,um die Masse an biologischen Daten ordnen.


	Modelle von biologischen Prozessen erstellen,wie der Blutgerinnung oder der Proteinbiosynthese.

	Unterstützung der experimentellen Forschung,zum Beispiel die biomedizinische Forschung zur Entwicklung von neuen Medikamenten und Therapien.


	Vorhersagendurch vergleichende Analysen treffen, zum Beispiel über die Funktion eines Proteins oder welche Rolle ein Gen für eine Krankheit spielt.

	Bereitstellungvon effizienten Rechenzentren für die Wissenschaft.

Modelle entwickeln und erproben,die die Forschung unterstützten und ihr neue Wege aufzeigen. Eine neue und globale Sicht der Biowissenschaften erwerben (Systembiologie).
Der unentbehrliche Verbündete

Dank der Bioinformatik können Forscher biologische Daten analysieren, speichern und sichtbar machen. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse führen zu neuem Wissen.
Hier einige Beispiele …
Ein DNA-Chip

Auf diesem Chip erscheinen Fragmente von Genen als helle Flecken mit unterschiedlicher Intensität. Dank spezieller Programme – wie der „GeneChip Operating Software“ – ist es möglich, die Aktivität eines Gens in einer Zelle eines bestimmten Gewebes (Leber, Darm …) zu messen. Dies ist sowohl zu einem gegebenen Zeitpunkt (beim Embryo, beim Erwachsenen …) als auch in einem bestimmten Zustand (krank, gesund …) möglich.
Bild eines Experimentes, das mit dem Computerprogramm „Melanie“ ausgewertet wurde. „Melanie“ wurde am SIB Schweizerischen Institut für Bioinformatik entwickelt.

In diesem Experiment erscheinen Proteine als schwarze Flecken unterschiedlicher Intensität. „Melanie“ kann die experimentell gewonnenen Bilder auswerten und vergleichen. Solche Experimente werden beispielsweise genutzt, um den Einfluss eines Medikaments auf die Proteinherstellung zu untersuchen.
Webseite für das menschliche Insulin in der Datenbank „UniProtKB/Swiss-Prot“

Entwickelt und betrieben am SIB Schweizerischen Institut für Bioinformatik, speichert diese Datenbank Informationen über Proteine. Über 12‘000 Arten, von Bakterien bis zu Säugetieren, sind hier vertreten, und über eine halbe Million „Proteinsteckbriefe“ sind für Wissenschaftler (und Laien) weltweit frei verfügbar.
Sequenzvergleiche von vielen Genen und Proteinen

Ein Computerprogramm, wie beispielsweise „T-Coffee“ oder „MUSCLE“, vergleicht mehrere Sequenzen, Buchstabe für Buchstabe, miteinander und ordnet die Sequenzen untereinander an, um ihre Ähnlichkeiten und Unterschiede hervorzuheben. Motive, die sich wiederholen, können zusätzlich mithilfe von Programmen wie GeneDoc farblich gekennzeichnet werden. Diese Sequenzvergleiche ermöglichen es beispielsweise, phylogenetische Bäume zu erstellen.
Phylogenetischer Baum

Dieser Stammbaum wurde mithilfe des Programms iTOL erstellt, das am SIB Schweizerischen Institut für Bioinformatik entwickelt wurde. Ein phylogenetischer Baum ermöglicht es, die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Arten sichtbar zu machen und hilft, ihre Evolution zu verstehen.
MSight

Das Programm MSight erstellt und vergleicht Bilder, die die Ergebnisse zweier unterschiedlicher Labortechniken zeigen: der Flüssigkeitschromatografie und der Massenspektrometrie. Diese Bilder ermöglichen es den Forschern, Proteine zu vergleichen und die Entwicklung einer Krankheit, z. B. Diabetes, nachzuvollziehen.
Schematische Darstellung des menschlichen X-Chromosoms in der Datenbank „Ensembl“

Diese Datenbank speichert Informationen über die Genome von etwa 40 Organismen, beispielsweise von Mensch, Maus, Zebrafisch, Schnabeltier und Hefe.
Diagramm des Glukosestoffwechsels in der Datenbank „KEGG“ (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)

Diese Datenbank veranschaulicht grundlegende biologische Prozesse, z. B. die Blutgerinnung oder die Glukoseaufnahme.