Bioinformatik. Margarethe Kyral

Transkript

1 Bioinformatik Margarethe Kyral

2 Beispiel 1 neuer Krankheitserreger DNA-Sequenzierung

3 Beispiel 1 neuer Krankheitserreger DNA-Sequenzierungsgeräte und -verfahren

4 Beispiel 1 neuer Krankheitserreger Borreliose-Bakterium entgeht dem Immunsystem, weil es ohne Eisen existiert wenn Mangan entzogen wäre Borreliose heilbar

5 Beispiel 2 - Verwandtschaft Sequenzierung eines Proteins

6 Beispiel 3 das Haar des Mörders Forensische Untersuchungen Sequenzanalyse

7 Entstehung der Bioinformatik früher Forschung empirisch (Experimente) Ergebnisse genau, aber auch variabel seit Ergebnisse in Computer Vergleiche möglich Forscher hat einfachen Zugriff auf Resultate und Ergebnisse anderer Experimente erste Aufgabe für Bioinformatik war: Daten organisieren und analysieren

8 Anfänge der Bioinformatik Start des Human-Genom-Projekt vor 20 Jahren entscheidend für Entwicklung der Bioinformatik Schlagzeile am 26. Juni 2000 Wissenschaftler entschlüsseln den Code des menschlichen Lebens (90%, davon 71% sequenziert, aber noch nicht lesbar) John Sulston, GB Francis Collins (Uni), USA J. Craig Venter (Firma), USA

9 Unis vs. Firmen medizinische Anwendung Hauptmotiv für Genom-Projekt Gensequenzen dürfen patentiert werden Sequenzen wichtig für Medikamente garantieren hohe Gewinne für Firmen Wissenschaftler an den Universitäten wollen Patente von Pharma-Firmen verhindern veröffentlichen jedes Sequenzbruchstück

10 Aufgaben der Bioinformatik entwickelt automatische Rechner, die Daten analysieren und speichern koordiniert weltweite Sammlung biologischer Daten erleichtert Gebrauch von Datenbanken und Softwareinstrumenten macht Analyse von Molekülen am Computer möglich

11 Bioinformatik wird verwendet, um weltweit angelegten Datenbanken zu nützen Verbindungen zwischen Erkenntnissen herzustellen nützliche Vorhersagen abzuleiten zusammengehörende Einzelfakten zu finden Hypothese aufstellen zu können Beziehungen von Sequenzen, z.b. in der Evolution, zu finden

12 Bioinformatik ersetzt nicht Experimente, sondern hilft sie gezielter und aussagekräftiger zu gestalten Strukturvorhersage eines Genoms Analyse von 7 Genomen

13 Datensammlung Primäre Datenbanken sammeln: Sequenzen von Proteinen und DNA Wissen über ihre Funktion, Eigenschaften, etc. Sekundäre Datenbanken sammeln abgeleitetes Wissen: Angaben über Organismus, aus dem die DNA stammt Beschreibung von Stoffwechselvorgängen Querverweise zu anderen passenden Datenbanken Jeder Eintrag hat eine Ordnungsnummer!

14 Datenbanken EMBL-Datenbank in Europa, sammelt seit 1982, enthielt 2002 ca x 10 6 DNA-Sequenzen NCBI (National Center for Biotechnology Information), Sammlung öffentlich zugänglicher Genomdaten auch private Institute wichtig, z.b. TIGR (USA), ein nicht gewinnorientiertes Forschungsinstitut

15 Datensuche und Datenanalyse sehr komplex Großfirma oder Forschungszentrum braucht: Informatiker, Mathematiker, Biochemiker, Molekularbiologen, Strukturbiologen und forschende Mediziner

16 Supercomputer mit Parallelrechnen und Hochgeschwindigkeitsverbindungen notwendig

17 Anforderungen an die Bioinformatiker Computer kann bereits bei automatisierten Vorgängen (z.b. Sequenzsuche) selber Entscheidungen treffen trotzdem Fehler möglich Computer braucht menschliche Eingriffe Computer kann menschliche Analysefähigkeit noch nicht nachahmen

18 Neurobiologen, Bioinformatik für: Mediziner Diagnosegeräte für Organe, Gewebe und Zellen Krankheitsbilder beschreiben, therapeutische Mittel erproben Entwicklungsbiologen, Evolutionsforschung Molekularbiologen Sequenzstücke zu kompletten Genomen

19 Ausbildung Bioinformatik jetzt eigenständiges Studienfach Studieren in Österreich: TU Graz, Universität Wien, FH Campus Wien, Johannes-Kepler-Universität Linz Bioinformatik nicht nur für Spezialisten, sondern für alle biologischen Wissenschaften wichtig Biologe muss Kenntnisse in Bioinformatik haben, Programmierer für Bioinformatik braucht biologische Nachschulung

20 Bioinformatik in Wien Institut für molekulare Biotechnologie Josef Penninger wissenschaftlicher Direktor bekam 2012 für Brustkrebs-Forschung 7,4 Mio. Dollar von USA Jürgen Knoblich, Kazofumi Mochizuki, Leonie Ringrose, Thomas Marlovits Arndt von Haeseler Professor für Bioinformatik, seit 2004

21 Quellen Bioinformatik Interaktiv, Algorithmen und Praxis; R. Merkl, S. Waack; Wiley VCH Verlag GmbH, Weinheim 2002 Bioinformatik, eine Einführung; Arthur M. Lesk; Spektrum Akad.V Heidelberg 2003 Grundriss der Bioinformatik, Anwendungen in den Biowissenschaften und der Medizin; Hooman H. Rashidi, Lukas K. Bühler; Spektrum Akad.V Heidelberg 2001 Bioinformatik, Sequenz Struktur Funktion; Reinhard Ranhut; Wiley VCH Verlag GmbH, Weinheim borrelien-unterscheiden-sich-von.html

22 Nur wer versteht, wie Krankheiten entstehen, kann sie eines Tages heilen