Bioinformatik Teil 1

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1 Bioinformatik Teil 1 Geschichte und Gegenwart Ralf Hofestädt Universität Bielefeld, AG Bioinformatik und Medizinische Informatik 60. Jahrestag GMDS, Köln, Bioinformatik Methoden und Konzepte der Informatik in der Biologie anwenden. Biologie liefert(e) direkt/indirekt Innovationen für die Weiterentwicklung der Informatik. 1

2 Startpunkt: 40er Jahre Symbiose Biologie / Informatik Biologie DNA / Erbgut Informatik J. von Neumann Adenin, Guanin, A T Instruktionsgesteuerte Maschine / G - C elektronische Datenverarbeitung Thymin Cytosin Gen = Wort über {A,T,G,C} GGCGUGATCTTGCTGGG 2

3 Symbiose Biologie / Informatik 50er Jahre Biologie Modell der DNA Doppelhelix Watson & Crick Informatik Großrechner (IBM, etc.) Höhere Programmiersprachen Zellulärer Automat / v. Neumann 3

4 Symbiose Biologie / Informatik 60er Jahre Biologie Informatik Modell der Genregulation Jacob & Monod Theorembeweiser Künstliche Intelligenz (PROLOG) Moderner Genbegriff Operon := {Promoter, Strukturgen} Lineare Automaten Kauffman Ein-Gen-Ein-Enzym Vom Gen zum Phän 4

5 Symbiose Biologie / Informatik 60er Jahre / Innovationen - Effiziente Algorithmen Biologie Evolutionstheorie Informatik Effiziente Algorithmen Evolutionäre Algorithmen Rechenberg & Schwefel Genetische Algorithmen Holland Zelldifferenzierung Graph Grammatiken A. Lindenmayer L-Systeme 5

6 Angewandte Mathematik / Informatik Gründung der Gesellschaft für Informatik 1969 Curricula Informatik Startpunkt: Ende der 60er Jahre Universität Bonn Fast alle Fächer als Nebenfach. Bioinformatik als mögliche Vertiefung in der Theoretischen Informatik. 6

7 70er Jahre Biologie Strukturanalyse PDB Datenbank (70er) Sequenzierung EMBL Datenbank (80) Proteine SWISSPROT (86) Symbiose Biologie / Informatik Informatik Etablierung der Informatik Relationale Datenbank Codd Supercomputing CRAY 7

8 Symbiose Biologie / Informatik 80er Jahre Biologie Sequenzierung Human Genom Projekt Watson 1990 Bioinformatik/Theoretische Biologie Sequenzanalyse Alignments, Promotorerkennung, Annotation von Sequenzen, RNA Faltung, Proteindesign / Docking 7ae85c ce27.png 8

9 Symbiose Biologie / Informatik 90er Jahre - Phase der massiven Förderung der Bioinformatik BMBF 1. Initiative Bioinformatik (1991/92) GMD (Krückeberg) / GBF(Schomburg) Gründung der GI Fachgruppe (Kooperation DECHEMA) Informatik in den Biowissenschaften 1. Fachgruppensitzung 1993, Bonn 4. Fachgruppensitzung GCB, 1996, Leipzig BMBF BIOREGIO (Initiative Rütgers ) DFG Bioinformatik Zentren ( : Bielefeld, Leipzig, München, Saarbrücken, Tübingen) BMBF Bioinformatik Zentren ( ) 9

10 90er Jahre Symbiose Biologie / Informatik Zentren für Bioinformatik Gründungsphase verschiedener Firmen: Biobase, Genomatix, Lion Bioscience, INTERNET: Weltweiter Zugriff auf alle molekularen Daten und Analyse-Werkzeuge. Medizinische Bioinformatik Universität Leipzig Prof. Löffler, 1994 Aufbau Medizinische Informatik/Bioinformatik in Lübeck Prof. Pöppl und Prof. Krückeberg 10

11 Symbiose Biologie/Informatik/Medizin ab 2000er BMBF System Biologie (Virtuelle Leberzelle) Medizinische Bioinformatik Molekulare Erforschung von Krankheiten Informationssysteme: OMIM, etc. Individuelle Medizin (omics Daten, ) Biobanken Reaktion GI/GMDS (Gründung 2007) Gemeinsame FB Informatik in den Lebenswissenschaften 11

12 Genotyp Genom = 2.7 terra-byte Phänotyp EMBL Ramedis TRANSFAC... Metabolic Pathways KEGG Influence OMIM METAGENE... Drugs ASDB WIT... RListe... 12

13 Symbiose Biologie / Informatik Stand Bioinformatik Datenbanken > 2000 Analysetools Anzahl? Integrative Biologie / Bioinformatik Netzwerkanalyse Integration von Datenbanken (Föderierung, Datawarehouse) Informationsfusion Workflowsysteme EU ELIXIR Alle relevanten Datenbanken und Werkzeuge in der EU erfassen und verfügbar machen. BMBF Bioinformatik Infrastruktur de.nbi 13

14 de.nbi Research Topics Alexander Goesmann, Gießen 14

15 Synthetische Biologie Brite und Japaner geehrt Medizin-Nobelpreis für Zellprogrammierer "Ihre Erkenntnisse haben unser Verständnis davon revolutioniert, wie sich Zellen und Organismen entwickeln": Das Karolinska-Institut vergibt den Nobelpreis für Medizin an die Zellforscher John Gurdon und Shinya Yamanaka. Ihnen ist es gelungen, ausgereifte Körperzellen in ihren Ursprungszustand zurückzuversetzen. Süddeutsche Zeitung, Vision: Synthetische Biologie - Zellprogrammierung DNA Programmiersprache? 15