Lesenswert: Bioinformatik

  • Bioinformatik, 3. AuflageBioinformatik, 3. Auflage
  • Bioinformatik, 3. Auflage
  • Dr. Rainer Merkl

Bioinformatik ist die Basis für Sequenzanalysen, Molekulares Modeling sowie Auswertung von Experimenten, die große Mangen an Rohdaten liefern. Anwendungen reichen von großen medizinischen Studien, bei denen in großen Patientenpopulationen nach spezifischen molekularen Markern gesucht wird über die Auswertung von Next Generation Sequencing Daten oder Microarray Experimenten.

Die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Systeme in der Bioinformatik ist in den letzten Jahren enorm gewachsen und erlaubt den Forschern deutlich mehr relevante Rechnerbasierte Schlussfogerungen aus experimentellen Ergebnissen zu erhalten als in der Vergangenheit.

Das Buch bietet eine umfassende Einführung in Algorithmen der Bioinformatik. Schwerpunkte sind die Methoden des Sequenzvergleichs, Verfahren zur Charakterisierung von Proteinfamilien, Algorithmen zur Vorhersage der Protein- und RNA-Strukturen, Methoden des maschinellen Lernens, bayessche Netzwerke und Proteindesign.

Über den Autor:

Dr. Rainer Merkl leitet als außerplanmäßiger Professor für Bioinformatik eine Arbeitsgruppe an der Universität Regensburg. Sein Team nutzt Sequenz- und Strukturvergleich, Moleküldynamik, phylogenetische Verfahren und Methoden des Proteindesigns für interdisziplinäre Fragestellungen. Neu entwickelt werden in der Gruppe Verfahren zur Sequenzrekonstruktion und zum Enzymdesign.

Interview:

GIT: Was sind Ihre Forschungsschwerpunkte bzw. wissenschaftlichen Interessen?

Merkl: Die Forschungsschwerpunkte meiner Arbeitsgruppe liegen in den Bereichen Proteinevolution und Enzymdesign. Wir benutzen Algorithmen der Bioinformatik, um Proteine genauer zu verstehen, um für Enzyme mit unbekannter Funktion die Wirkung vorherzusagen oder um für homologe Proteine die Sequenzen sehr alter Vorläufer zu rekonstruieren. In der Regel kooperieren wir mit molekularbiologisch orientierten Arbeitsgruppen, um Fragestellungen zu bearbeiten, die nur interdisziplinär zugänglich sind.

 

GIT: Was war der konkrete Anlass das Buch zu schreiben?

Merkl: Die erste Auflage dieses Buches entstand 2002, als die Bioinformatik in den Naßlaboratorien noch sehr eingeschränkt verwendet wurde.

Damals gab es kein Werk, das umfassend einen Lehrtext mit interaktiven Übungen verknüpfte. Unsere Idee war, mit diesem Buch und der beiliegenden CD die Leser mit der Theorie und gleichzeitig auch der Praxis bioinformatischer Methoden vertraut zu machen. Dieses Konzept wurde auch in der dritten Auflage beibehalten. Die Übungen werden nun allerdings auf einem Web-Server angeboten und die Palette der beschriebenen Werkzeuge ist – auch aufgrund der rasanten Weiterentwicklung der Bioinformatik – wesentlich breiter geworden.

 

GIT: Welche Zielgruppen bedient das Buch?

Merkl: Das Buch wendet sich an Studierende der Informatik und der Lebenswissenschaften, aber auch an alle Anwender, die mehr über die Prinzipien bioinformatischer Algorithmen und die Modelle erfahren möchten, mit denen biologische Objekte im Rahmen von Rechnungen repräsentiert werden.

 

GIT: Welche Vorkenntnisse sollte der Leser haben?

Merkl: Zum Verständnis der Algorithmen genügen mathematische Kenntnisse, wie sie in der gymnasialen Oberstufe vermittelt werden; dem Leser sollten die Prinzipien der beschreibenden Statistik vertraut sein. Speziellere Konzepte der Statistik, der Testtheorie oder der Optimierung werden im Text eingeführt.

 

GIT: Welche Struktur hat das Buch?

Merkl: Der Inhalt ist auf 26 Kapitel aufgeteilt, die zu drei Teilen zusammengefasst sind. Teil I beschreibt die wichtigsten Eigenschaften der bevorzugt untersuchten biologischen Objekte (DNA und Proteine) und es werden die wichtigsten Datenbanken vorgestellt. In Teil II werden Grundbegriffe der Stochastik, der Entscheidungstheorie und der Klassifikation erläutert. Zudem werden Clusterverfahren, neuronale Netze und genetische Algorithmen eingeführt; auf diese Konzepte wird im folgenden Text häufiger zurückgegriffen. Am umfangreichsten ist Teil III, er widmet sich Algorithmen und Modellen der Bioinformatik. Ausgehend von sehr einfachen Verfahren des paarweisen Sequenzvergleichs werden komplexer werdende Methoden zur Analyse von Sequenzen und 3D-Strukturen vorgestellt. Das letzte Kapitel zu „Big Data“ beschreibt Verfahren zur Analyse großer Datensätze.

 

GIT: Wie weit ist die Bioinformatik schon in die Studiengänge vorgedrungen?

Merkl: Mittlerweile wird in allen Studiengängen der Lebenswissenschaften die Bioinformatik vorgestellt. Allerdings unterscheidet sich der Umfang der Lehrangebote je nach Profilierung und Ausrichtung der Fakultäten und Hochschulen ganz deutlich. Zudem wird die Bioinformatik von mehreren Hochschulen als eigenständiger Studiengang angeboten.

 

GIT: Ist es schwer, Biologen von der Nützlichkeit der Informatik zu überzeugen oder wird der Mehrwert der Methoden gesehen?

Merkl: Bioinformatische Verfahren sind dann sehr präzise, wenn sich die zu untersuchende Fragestellung mithilfe von Sequenzen oder einfacheren 3D-Stukturen modellieren lässt. Daher haben insbesondere molekularbiologisch arbeitende Wissenschaftler die Bioinformatik mittlerweile als Methode akzeptiert, die ihre Laborverfahren komplementär ergänzt. So wäre beispielsweise die Systembiologie ohne Bioinformatik nicht denkbar. Andere Forschungsgebiete sind eher auf statistische Analysen und den Zugriff auf Datenbanken angewiesen. In den geschilderten Fällen ist jedoch ganz allgemein der Mehrwert der Verfahren erkannt und akzeptiert worden.

Merkl, R.
Bioinformatik
Grundlagen, Algorithmen, Anwendungen
3., vollst. überarb. u. erw. Auflage

2015

Hardcover

ISBN: 978-3-527-33820-7

Auch in elektronischen Formaten verfügbar.

Jetzt registrieren!

Die neusten Informationen direkt per Newsletter.

To prevent automated spam submissions leave this field empty.