Bioinformatik
Was ist Bioinformatik?
Bioinformatik ist die Anwendung von Computertechnologie, um den schnell wachsenden Bestand an Informationen im Zusammenhang mit der Molekularbiologie zu verwalten. Die Bioinformatik vereint verschiedene Studienrichtungen, darunter Informatik, Molekularbiologie, Biotechnologie, Statistik und Ingenieurwissenschaften. Es ist besonders nützlich für die Verwaltung und Analyse großer Datenmengen, wie sie beispielsweise in den Bereichen Genomik und Proteomik generiert werden.
Die zentralen Thesen
- Die Bioinformatik verwendet Computer und Informationstechnologie, um große molekularbiologische Datensätze zu erstellen.
- Die Bioinformatik gilt als ein hochmoderner Zweig des Biotechnologiesektors, der für die Entdeckung neuer Medikamente und personalisierte medizinische Behandlungen verwendet wird.
- Das Feld verbindet Informatik und Künstliche Intelligenz eng mit Mikrobiologie und Genomik.
Bioinformatik verstehen
Während das Gebiet der Bioinformatik seit Jahrzehnten besteht, kam der Katalysator für sein schnelles Wachstum im laufenden Jahrtausend aus dem Humangenomprojekt, einem wegweisenden internationalen wissenschaftlichen Forschungsprojekt, das im April 2003 abgeschlossen wurde und erstmals den vollständigen genetischen Entwurf eines menschliches Wesen.
Die Bioinformatik findet in immer mehr Bereichen Anwendung, beispielsweise in der Gensequenzierung, in Genexpressionsstudien und in der Wirkstoffforschung. In der Medizin kann die Bioinformatik beispielsweise verwendet werden, um Zusammenhänge zwischen bestimmten Krankheiten und den sie verursachenden Gensequenzen zu identifizieren. Der Bereich Pharmakogenomik verwendet bioinformatische Daten, um medizinische Behandlungen basierend auf ihrer DNA auf die Patienten, die sie einnehmen, zuzuschneiden.
Bioinformatik kann auch verwendet werden, um wirksamere Impfstoffe durch die Entwicklung neuer, stärkerer Antikörper zu entwickeln.
Ziele der Bioinformatik
Der Bereich Bioinformatik hat drei Hauptziele:
- Um riesige Mengen molekularbiologischer Daten effizient zu organisieren
- Entwicklung von Tools, die bei der Analyse solcher Daten helfen
- Um die Ergebnisse richtig und aussagekräftig zu interpretieren
Das Aufkommen und der schnelle Aufstieg der Bioinformatik sind auf den massiven Anstieg der Rechenleistung und der Labortechnologie zurückzuführen. Diese Fortschritte haben es möglich gemacht, digitale Informationen – DNA, Gene und Genome – zu verarbeiten und zu analysieren, die das Herzstück des Lebens selbst sind.
Da die Bioinformatik in jedem System eingesetzt werden kann, in dem Informationen digital dargestellt werden können, kann sie auf das gesamte Spektrum lebender Organismen angewendet werden, von einzelnen Zellen bis hin zu komplexen Ökosystemen.
Beispiel dafür, wozu Bioinformatik fähig ist
Betrachten Sie das menschliche Genom, um sich ein Bild von den gewaltigen Daten- und Informationsmengen zu machen, mit denen die Bioinformatik zu tun hat. Ein Genom ist der komplette DNA-Satz eines Organismus.
DNA-Moleküle bestehen aus zwei verdrillten, gepaarten Strängen, und jeder Strang besteht aus Nukleotidbasen, die Folgendes umfassen:
- Adenin (A)
- Thymin (T)
- Guanin (G)
- Cytosin (C)
Das menschliche Genom enthält etwa 3 Milliarden dieser Basenpaare. Bei der Genomsequenzierung musste die genaue Reihenfolge aller 3 Milliarden dieser DNA-Nukleotide ermittelt werden, eine Leistung, die ohne enorme Rechenleistung nicht möglich gewesen wäre.
Wissenschaftler haben die DNA von Tausenden von Organismen entschlüsselt und eine riesige Bibliothek genetischer Daten erstellt.
Dadurch wurden viele Unterfelder erstellt, die diese Daten auf unterschiedliche Weise verwenden. Ein Beispiel ist die computergestützte Evolutionsbiologie. Dieses Studiengebiet untersucht, wie sich die DNA einer Art im Laufe der Zeit verändert, und liefert weitaus detailliertere Informationen, als ein physischer Vergleich liefern könnte.