Was ist Bioinformatik?
Bioinformatik ist ein Bereich, in dem Computer molekularbiologische Informationen speichern und analysieren. Mit diesen Informationen in digitaler Form kann die Bioinformatik dann molekularbiologische Probleme lösen, Strukturen vorhersagen und sogar Makromoleküle simulieren. Im weiteren Sinne kann mit Bioinformatik jede Verwendung von Computern zum Zwecke der Biologie beschrieben werden, wobei die molekularbiologische Definition bei weitem die am häufigsten verwendete ist.
Zu Beginn des 21. Jahrhunderts begannen die Wissenschaftler, die Genome ganzer Arten zu sequenzieren und auf Computern zu speichern, um mithilfe der Bioinformatik eine Reihe faszinierender Dinge zu modellieren und zu verfolgen. Eine dieser Anwendungen besteht darin, evolutionäre Veränderungen in einer Spezies abzuleiten. Durch die Untersuchung eines Genoms und die Beobachtung, wie es sich im Laufe der Zeit verändert, können Evolutionsbiologen die Evolution tatsächlich verfolgen, wenn sie auftritt.
Die bekannteste Anwendung der Bioinformatik ist die Sequenzanalyse. Bei der Sequenzanalyse werden DNA-Sequenzen verschiedener Organismen zum einfachen Abrufen und Vergleichen in Datenbanken gespeichert. Das bekannte Humangenomprojekt ist ein Beispiel für die Bioinformatik der Sequenzanalyse. Unter Verwendung massiver Computer und verschiedener Methoden zum Sammeln von Sequenzen wurde das gesamte menschliche Genom sequenziert und in einer strukturierten Datenbank gespeichert.
DNA-Sequenzen, die für die Bioinformatik verwendet werden, können auf verschiedene Arten gesammelt werden. Eine Methode besteht darin, ein Genom zu durchsuchen und einzelne Sequenzen zur Aufzeichnung und Speicherung herauszusuchen. Eine andere Methode besteht darin, einfach große Mengen von Fragmenten zu erfassen und sie alle zu vergleichen und ganze Sequenzen durch Überlappen der redundanten Segmente zu finden. Die letztere Methode, die als Schrotflintensequenzierung bekannt ist, ist derzeit aufgrund ihrer Leichtigkeit und Geschwindigkeit die beliebteste.
Durch den Vergleich bekannter Sequenzen eines Genoms mit spezifischen Mutationen können viele Informationen über unerwünschte Mutationen wie Krebs gewonnen werden. Mit der vollständigen Kartierung des menschlichen Genoms ist die Bioinformatik bei der Erforschung von Krebserkrankungen in der Hoffnung auf eine mögliche Heilung von großer Bedeutung.
Computer werden auch verwendet, um breitere Daten über Arten zu sammeln und zu speichern. Das Projekt Species 2000 zielt zum Beispiel darauf ab, eine große Menge an Informationen über alle Arten von Pflanzen, Pilzen und Tieren auf der Erde zu sammeln. Diese Informationen können dann für eine Reihe von Anwendungen verwendet werden, einschließlich der Nachverfolgung von Veränderungen in Populationen und Biomen.
Es gibt viele andere Anwendungen der Bioinformatik, einschließlich der Vorhersage ganzer Proteinstränge, des Lernens, wie Gene sich in verschiedenen Arten ausdrücken, und des Aufbaus komplexer Modelle ganzer Zellen. Wenn die Rechenleistung zunimmt und unsere Datenbanken mit genetischen und molekularen Informationen erweitert werden, wird der Bereich der Bioinformatik mit Sicherheit drastisch wachsen und sich ändern, sodass wir Modelle mit unglaublicher Komplexität und Nützlichkeit erstellen können.