Vorlesung Einführung in die Bioinformatik

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1 Vorlesung Einführung in die Bioinformatik Organisatorische Hinweise Dr. Uwe Scholz

2 Informationen Uwe Scholz: Lothar Altschmied: Christian Klukas: Astrid Junker: Folien & Übungsaufgaben: Dr. Uwe Scholz Folie # 2

de Christian Klukas: klukas@ipk-gatersleben.

3 Dr. Uwe Scholz Folie # 3 Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben

4 Dr. Uwe Scholz Folie # 4

5 Bioinformatik: Forschung Sequenzanalyse (Genomanalyse, Sequenzähnlichkeit, Mustererkennung in DNA) Strukturbioinformatik (Struktur- und Funktionsvorhersage von Proteinen) Systembiologie (integrative Analyse biologischer Prozesse) Integrative Bioinformatik (Datenbanken und Informationsfusion) Dr. Uwe Scholz Folie # 5

Funktionsvorhersage von Proteinen) Systembiologie (integrative Analyse

6 Bioinformatik: Dienstleistung Bioinformatik = Nutzung von Informatikmethoden in der Biologie Experimente billig exponentielles Datenwachstum Manuelle Auswertung unmöglich Maschinelle Verarbeitung gefragt Dr. Uwe Scholz Folie # 6

billig exponentielles Datenwachstum Manuelle Auswertung

7 Uwe Scholz Biological databases, Sequence analysis (NGS), Data Integration, Data Retrieval & Search Operation of the central IT services Dr. Uwe Scholz Folie # 7

8 Lothar Altschmied ausgebildet als Chemiker molekularbiologische Forschung von Mikrobiologie bis Pflanzengenetik und Genomanalyse, Physikalische Chemie und Bioinformatik verantwortlich im IPK Gatersleben für Etablierung und Durchführung von Next Generation Sequencing interessiert an Apomixis (Samenbidlung ohne Befruchtung) in Hypericum perforatum (Johanniskraut) Dr. Uwe Scholz Folie # 8

Gatersleben für Etablierung und Durchführung von Next Generation Sequencing interessiert an

9 Christian Klukas Various phenotyping systems IAP software Postprocessing Statistical models Dr. Uwe Scholz Folie # 9

10 Astrid Junker Transkriptionelle Kontrolle von Samenentwicklung und Speicherstoffsynthese, regulatorische Netzwerke Pflanzenphänotypisierung Systembiologie/Bioinformatik Samenentwicklung Heterosis Stoffwechselmodellierung bei Nutzpflanzen: Visualisierung und Analyse von -omics Datensätzen, Netzwerk-Kontext (Koexpressions-, regulatorische und metabolische Netzwerke), Standardentwicklung (SBGN), Datenbank-Kuration, Dr. Uwe Scholz Folie # 10 technologische Entwicklungen für die quantitative, bildgestützte Erfassung von Pflanzenparametern im Hochdurchsatz

und Analyse von -omics Datensätzen, Netzwerk-Kontext (Koexpressions-, regulatorische und metabolische Netzwerke), Standardentwicklung

11 Was ist Bioinformatik? Was erwarten Sie von dieser Veranstaltung? Dr. Uwe Scholz Folie # 11

12 Was ist Bioinformatik? Quelle: R. Hofestädt. Yearbook Bioinformatics deutsche, globale Definition: Einsatz von Informatikmethoden in der Biologie Beeinflussung der Informatik durch die Biologie (genetische Algorithmen, Neuronale Netze, ) The common definition of bioinformatics addresses the application of methods and concepts of computer science in the field of biology. Bioinformatics itself currently stresses three main topics. The first major topic is sequence analysis or genome informatics. Its basic tasks are: assembling, sequence fragments, automatic annotation, and implementation of database systems (EMBL, TRANSFAC, PIR, etc.). The sequence alignment problem still represents the core problem of sequence analysis. However, sequence analysis is not a new topic. It was, and still is, a topic of theoretical biology. Protein design is the second major topic of bioinformatics. There is a strong demand for powerful information systems. Today many different systems, like PIR, PDB or UNIPROT, are available. Major goal of protein design still is to implement a model that will enable the automatic calculation of the 3-D structure, including the prediction of the molecular behaviour, of this protein. Protein design also is not a new research topic. Its roots stem from biophysics and theoretical biology. The third major topic of bioinformatics is metabolic engineering. Its goal is to analyse and synthesise metabolic processes. The basic molecular information of metabolic processes is stored in database systems, like KEGG, Metabolic engineering might evolve as far as to construct a Virtual Cell. Dr. Uwe Scholz Folie # 12

bioinformatics addresses the application of methods and concepts of computer science in the field of biology. Bioinformatics itself currently stresses three main topics.

13 Gliederung der Vorlesung (Raum ) Datum Doz. Thema 07-APR-2014 Uwe Scholz Einführung / Grundlagen / Sequenzvergleiche 14-APR-2014 Uwe Scholz Genomanalyse und Funktionsannotation 28-APR-2014 Lothar Altschmied Next Generation Sequencing & Single Read Archive I 05-MAI-2014 Lothar Altschmied Next Generation Sequencing & Single Read Archive II 12-MAI-2014 Lothar Altschmied Datenanalyse mit R 19-MAI-2014 Uwe Scholz Datenqualität 26-MAI-2014 Christian Klukas ERM-Datenmodellierung 02-JUN-2014 Christian Klukas Information Retrieval I 16-JUN-2014 Christian Klukas Information Retrieval II 23-JUN-2014 Astrid Junker Expressionsdatenanalyse 30-JUN-2014 Astrid Junker Systembiologie 07-JUL-2014 Astrid Junker Datenvisualisierung Termine für die Übung (Raum ): Mo 3. UE Dr. Uwe Scholz Folie # 13

Read Archive I 05-MAI-2014 Lothar Altschmied Next Generation Sequencing & Single Read Archive II 12-MAI-2014 Lothar Altschmied Datenanalyse mit R 19-MAI-2014 Uwe Scholz Datenqualität 26-MAI-2014

14 Literaturhinweise [BB04] [GJ01] [Han04] [Les02] [SMR04] Web: H.-J. Böckenhauer, D. Bongartz: Algorithmische Grundlagen der Bioinformatik. Modelle, Methoden und Komplexität. Wiesbaden et al: Teubner Verlag, C. Gibas, P. Jambeck: Einführung in die Praktische Bioinformatik. Köln: O'Reilly, A. Hansen: Bioinformatik Ein Leitfaden für Naturwissenschaftler, 2. überarbeitete und erweiterte Auflage. Basel et al: Birkhäuser Verlag, A. M. Lesk: Bioinformatik. Heidelberg et al: Spektrum Akademischer Verlag, P.M. Selzer, R.J. Marhöfer, A. Rohwer: Angewandte Bioinformatik - Eine Einführung. Berlin et al: Springer Verlag, Dr. Uwe Scholz Folie # 14

Hansen: Bioinformatik Ein Leitfaden für Naturwissenschaftler, 2. überarbeitete und erweiterte Auflage. Basel et al: Birkhäuser Verlag, 2004. A. M. Lesk: Bioinformatik.

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