Einführung Molekulare Bioinformatik

Transkript

1 Einführung Molekulare Bioinformatik Bernhard Haubold 21. Oktober 2014

2 Übersicht Was ist Bioinformatik? Kursstruktur

3 Was ist Bioinformatik? Geschichtliche Entwicklung Information: Speicherung & Übertragung

4 Historische Entwicklung 1950 s: John Kendrew & Myoglobin Mid 1970 s: Fred Sanger & DNA Sequenzierung Frühe 1980 s: Fred Sanger & Shotgun-Sequenzierung 1995: Mycoplasma genitalium Genom 2001: Humangenom 2012: Epigenom

5 Struktur von Myoglobin Kendrews Nobel Lecture (1960): Even at the first stage of the analysis we made use of an electronic computer, EDSAC I, which though small and slow by modern standards, was at the time one of the very few such instruments in operation in the world... At each sage of the myoglobin analysis the computers employed were among the most rapid available at the time.

6 1995: Mycoplasma genitalium; Genomgröße? cchar l43967.fasta # Total number of input characters: # Char Count Fraction a c g t

7 M. genitalium: Annotationen? grep \.\. l43967.gbk grep -v / awk {print $1} sort uniq -c sort -n 1 misc_feature 1 source 2 variation 3 rrna 4 misc_rna 36 trna 476 CDS 525 gene

8 M. genitalium: Protein-codierend? grep CDS l43967.gbk perl -pe s/\.\./\t/;s/complement//;s/\)//;s/\(// awk {s+=$3-$2+1}end{print s/580076} 0.91

9 2001: Humangenom 3.2 Gb Whole genome shotgun sequencing Exons 1.22% Protein-codierend

10 2012: Epigenom Genetische Information, die über (ǫπι) in der Basenabfolge steht Me-C Modifizierte Histone; z. B. H3K4me3 an TSS aktives Gen

11 Epigenetik The ENCODE Project Consortium (2011), PLoS Biology, 9:e

12 Historischer Trend Ursprünglich: alle Computer-Anwendungen in der Biologie; z. B. Myoglobin-Struktur Paradigmatische Anwendung seit 1995: Genomik Bioinformatik

13 Fachzeitschriften 1985; CABIOS: Computer Applications in the Biological Sciences 1997; CABIOS Bioinformatics

14 Gemeinsames Thema: Informationsfluss Zentrales Dogma der Molekularbiologie

15 Information: Speicherung & Übertragung in vivo DNA RNA Protein in silico Algorithmen & Datenstrukturen Datenbanken

16 DNA: Sequenzvergleich Evolutionsgeschichte Wo sind die Gene?

17 RNA: Quantifikation Transkripte/Gen Signifikante Unterschiede? Anreicherung von Genen

18 Protein: Funktion Hämoglobin: Kooperative O 2 -Bindung Lac-Repressor: Bindet Lac-Promoter ohne Lactose Phosphorylierung: Regulation d. Metabolismus Histon-Modifikation: Genexpression

19 Informationstheorie Zentraler Satz: Jede Nachricht kann fehlerfrei durch einen beliebig geräuschbelasteten Kanal übertragen werden. Trick: Redundanz. Redundanz ist das Gegenteil von Entropie Entropie Information

20 Datenbanken Zentrale Idee: alle Daten werden in Tabellen gespeichert Tabellen können miteinander verknüpft werden (join) Tabellen können abgefragt werden

21 Kursstruktur Einführung Bernhard Haubold Plön DNA & Epigenetik Bernhard Haubold Plön RNA Kurt Fellenberg Borstel Datenbanken Steffen Möller Lübeck

22 Kursstruktur Einführung (Haubold) Sequenzvergleich (Haubold) Sequenzvergleich (Haubold) Sequenzvergleich (Haubold) Sequenzvergleich (Haubold) Sequenzvergleich (Haubold) Sequenzvergleich (Haubold) Microarrays (Fellenberg) Microarrays (Fellenberg) Microarrays (Fellenberg) Datenbanken (Möller) Datenbanken (Möller) Datenbanken (Möller) Fragen zur Klausur (Haubold, Fellenberg, Möller) Klausur

23 Webseite des Kurses Vorlesungsskripten Beispielaufgaben zur Klausur

24 Übungen Jeweils 16:30-18:00 PC Pool 1-3 in Haus Haubold Haubold Haubold Fellenberg Fellenberg Moeller Aufgaben am Freitag zuvor im Netz Aufgaben am Computer Abgabe eines Plot des Tages spätestens Vorlesung in folgender Woche

25 Kontakt Bernhard Haubold: Michael Schellenberger:

26 Resourcen: Bücher Waterman (1995). Introduction to Computational Biology: Maps, Sequences, and Genomes. Gusfield (1997). Algorithms on Strings, Trees, and Sequences: Computer Science and Computational Biology. Durbin, Eddy, Krogh, & Mitchison (1998). Biological Sequence Analysis: Probabilistic Models of Proteins and Nucleic Acids. Haubold & Wiehe (2006) Introduction to Computational Biology: An Evolutionary Approach.

27 Resourcen: Software bioinformer guanine.evolbio.mpg.de/bioinformer/

28 Fragen an das Publikum

29 Ausblick: Sequenzvergleich : Sequenzvergleich mit Alignment (Haubold) : Exakte Textsuche (Haubold) + Übung 16: : Sequenzvergleich ohne Alignment (Haubold) + Übung 16: : Evolution von DNA-Sequenzen: Coaleszent + Übung 16: : Anwendungen 2. Dezember: Epigenetik + Übung 16:30

30 Zusammenfassung Historische Übersicht; CABIOS Bioinformatics Gemeinsames Thema: Information in vivo DNA RNA (Protein) in silico Modellierung Datenbanken