Bioinformatik: The Next Generation

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1 Bioinformatik: The Next Generation Prof. Dr. Caroline Friedel Lehr- und Forschungseinheit Bioinformatik

2 Was ist Bioinformatik? Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 2

3 Was ist Bioinformatik? Theoretische und Praktische Informatik Statistik, Mathematik Molekularbiologie, Biochemie, Genetik, Evolutionsbiologie, Die Bioinformatik ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die Probleme aus den Lebenswissenschaften mit theoretischen computergestützten Methoden löst Wikipedia Informatik Methoden: Algorithmen Theoretische Informatik Datenbanken Softwareentwicklung Biologie Anwendungen: Genomsequenzierung Genexpressionsanalyse Biologische Netzwerke Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 3

4 Der Klassiker: Sequenzsuche CATTATCTGTTTTTGCTATTAATGTCATACCTGCTATTCAGACAAATCAATTTGCTCTCTTAATAAAGGATG AGCTTCCTGTAGCTTTTTGTAGCTGGGCCAGTTTAGATCTGGAATGTGAGGTAAAATATATAAATGAT BLAST= Basic Local Alignment Search Tool Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 4

5 Der Anfang der Bioinformatik Erste Anwendungen: Gen- und Proteindatenbanken, Proteinstrukturen, etc. Sequenzanalyse und -vergleiche Der Durchbruch: Genomsequenzierung Shotgun sequencing Assemblierung notwendig Menschliches Genom (Celera) > 27 Mio Reads (~550 bp) > CPU Stunden 300 Mio $ Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 5

6 Gen-Vorhersage und Annotation Was noch? Analyse der Genom- Struktur und Evolution Proteinfunktion: Vorhersage und Analyse Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 6

7 15./16. Februar 2001: Die ersten Drafts Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 7

8 Nach dem Genom Ursprüngliche Hoffnung: Genomsequenz verbessert Verständnis von Menschlicher Evolution Ursachen von Krankheiten Wechselspiel zwischen Umwelt und Vererbung Stattdessen eher nur mehr Fragen Viel weniger Gene als erwartet: ~20,000 anstatt > 100, % Ähnlichkeit zwischen Mensch und Schimpanse. Woher kommt der Unterschied? Nur wenige Krankheiten durch einzelne Mutationen und Gene verursacht Komplexität durch Interaktion zwischen Genom und Umwelt Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 8

9 Nach dem Genom Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 9

10 Nach dem Genom Die Ära der Omics Omics = Genomweite Studien Genomics = Alles was es im Genom gibt Transcriptomics = Alle Transkripte / mrna Proteomics = Alle Proteine Interactomics = Alle Interaktionen Metabolomics = Alle Metabolite Kinomics = Alle Kinasen Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 10

11 Next-Generation-Sequencing: Das Comeback der Sequenzierung Schnell und einfach zu bedienen Hoher Durchsatz Sequenzieren wird immer billiger Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 11

12 Genome über Genome Eukaryoten: 1842 (2015) Prokaryoten: (2015) Viren: 4465 (2015) Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 12

13 Genome über Genome 2504 Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 13

14 Next-Generation-Sequencing: Das Comeback der Sequenzierung Nicht mehr nur Genom-Sequenzierung sondern auch RNA-Sequenzierung (RNA-seq) ChIP-seq DNase-seq Ribsome profiling Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 14

15 Beispiel-Fragestellung: RNA Sequenzierung (RNA-seq) Eingabe: Kurze Sequenzier- Reads Alignment gegen das Genom Welche mrnas gibt es? Wie häufig sind sie? Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 15

16 ENCODE The ENCODE Project: ENCyclopedia Of DNA Elements Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 16

17 ENCODE Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 17

18 Big Data 1,600 Arten von Experimenten 147 Gewebearten >15 Milliarden Bytes Rohdaten = 15 Terabyte >300 Computerjahre für die Analyse Datenmenge pro Run Dauer Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 18

19 Next-Generation-Sequencing: Das Comeback der Bioinformatik Ohne Bioinformatik geht in der (experimentellen) Biologie nichts mehr Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 19

20 Wofür braucht man Bioinformatik? Datenverwaltung Speichern Indizieren Integration Datenbanken Datenverarbeitung z.b. Assemblierung Read-Mapping Normalisierung Software / Webserver Analyse und Interpretation Biologische Erkenntnisse Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 20

21 Ziel: Von Daten zur Systembiologie Möglichst vollständige Beschreibung eines biologischen Systems Detailgrad Größe des Systems Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 21

22 Arbeitsfeld Biologie Informatik Datenbanken Softwareentwicklung Entwicklung neuer Methoden Anwendung: Verwendung existierender Methoden Experimentelle Arbeit mit bioinformatischer Unterstützung Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 22

23 Jobaussichten Wissenschaft Biotechnologie-Unternehmen: Illumina, Applied Biosystems, Affymetrix, Eurofins, etc. Pharmazeutische Forschung: Boehringer-Ingelheim, Bayer Schering, Roche, etc. Softwareentwicklung Genomatix, Biomax, etc. Unternehmensberatung Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 23

24 Studienplan Bioinformatik Bachelor Informatik Mathematik Bioinformatik Biologie, Chemie 1 Programmierung Analysis 2 Algorithmik Logik & Diskrete Strukturen 3 Lineare Algebra 4 Theoretische Informatik 5 Stochastik & Statistik Einführung in die Bioinformatik I, Tutorium Einführung in die Bioinformatik II, Proseminar Programmier-Praktikum Algorithm. Bioinfo. I, Bioinfo.-Resourcen Algorithm. Bioinfo. II, Biologie I Chemie I Biologie II Chemie II Biochemie I Biochemie II, Praktikum Hauptseminar, Praktikum 6 Wahlpflichtveranstaltungen Weiterf. Bioinfo, Prakt. Arbeit & Bachelorarbeit Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 24

25 Zulassung Eignungsfeststellungsverfahren (EFV) Bewerbung bis zum 15. Juli Ausgefüllter Bewerbungsbogen (online) kurzer tabellarischer Lebenslauf Kopie des Abiturzeugnisses Kurzaufsatz, warum man Bioinformatik studieren will Auswertung Abiturnote Besonders Fächer: Mathematik, Biologie, Informatik, Chemie, Physik, Deutsch, Englisch Annahme oder Auswahlgespräch Auswahlgespräch Bewertung: Abiturnote und Ergebnis des Auswahlgesprächs Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 25

26 Annahmequoten Beworben Angenommen Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 26

27 Professoren Lehrstühle Zimmer Mewes Rost Professoren für Bioinformatik Friedel Heun Frishman Gagneur N.N. Assoziierte Gruppen Antes Metzler Theis Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 27

28 Standorte Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 28

29 Standorte Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 29

30 Studierende Master Bachelor Diplom Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 30

31 Weitere Informationen Web-Seite zum gemeinsamen Studiengang: Web-Seite zum EFV mit Formularen: Fachschaft Bioinformatik: Facebook-Seite Informationsstand: HS A 120 Noch Fragen? Prof. Dr. Caroline Friedel, Tag der offenen Tür der LMU 31