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2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

16. Bioinformatik verbindet das Leben mit dem Universum und dem ganzen Rest

verfasst von : Thomas Dandekar, Meik Kunz

Erschienen in: Bioinformatik

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Bioinformatik hilft das Leben besser zu verstehen. Ganz gleich, ob man mehr die Anpassung bewundert (Phylogenie, Sequenzanalyse), den Stoffwechsel (metabolische Modellierung, Enzymdatenbanken) oder die Regulation dieser Anpassungen (Systembiologie). Ein roter Faden bei allen großen Herausforderungen der Bioinformatik ist das Erklimmen einer neuen Sprachebene und sich damit dem eigentlichen Wesen biologischer Regulation tiefer zu nähern, Forward- und Feedback-Loops versteht, stabile Systemzustände erkennt, Ökosystem-Modellierung, Klima oder Evolution betrachtet. Aktives Hinterfragen gefährlicher Digitalisierung schützt die kreative Freiheit des Internets. Bioinformatik hilft, das Internet besser zu verstehen und das ‚Internet der Dinge‘ durch Software und Datenbanken zu unterstützen. Die Bioinformatik hilft neue, kreative und nachhaltige Technologien voranzutreiben (Synthetische Biologie, Nanotechnologie, 3-D-Drucker, künstliche Gewebe etc.). Digitalisierung mithilfe der Bioinformatik ist ein Schrittmacher der molekularen Medizin. Bioinformatik zeigt zudem in mathematischen Modellen von Ökosystemen Grenzen des Wachstums (Beispiel: Verhulst-Gleichung; bakterielles Wachstum) und resultierende sinnvolle, angepasste Systemstrategien auf.

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Literatur
Zurück zum Zitat Amann E, Helbach C (2012) Spieltheorie für Dummies. Wiley, Weinheim, S 314 (* Hier wird eine schöne Einführung in die aktuelle Spieltheorie gegeben. Dühring et al (2015) verdeutlichen dann die biologische Modellierung mit diesem Werkzeug.) Amann E, Helbach C (2012) Spieltheorie für Dummies. Wiley, Weinheim, S 314 (* Hier wird eine schöne Einführung in die aktuelle Spieltheorie gegeben. Dühring et al (2015) verdeutlichen dann die biologische Modellierung mit diesem Werkzeug.)
Zurück zum Zitat Antiretroviral Therapy Cohort Collaboration (2008) Life expectancy of individuals on combination antiretroviral therapy in high-income countries: a collaborative analysis of 14 cohort studies. Lancet, 372(9635):293–299. doi:10.1016/S0140-6736(08)61113-7 Antiretroviral Therapy Cohort Collaboration (2008) Life expectancy of individuals on combination antiretroviral therapy in high-income countries: a collaborative analysis of 14 cohort studies. Lancet, 372(9635):293–299. doi:10.​1016/​S0140-6736(08)61113-7
Zurück zum Zitat Barberá P, Wang N, Bonneau R et al (2015) The critical periphery in the growth of social protests. PLoS One 10(11):e0143611. doi:10.1371/journal.pone.0143611 (eCollection 2015. PubMed PMID: 26618352; PubMed Central PMCID: PMC4664236) Barberá P, Wang N, Bonneau R et al (2015) The critical periphery in the growth of social protests. PLoS One 10(11):e0143611. doi:10.​1371/​journal.​pone.​0143611 (eCollection 2015. PubMed PMID: 26618352; PubMed Central PMCID: PMC4664236)
Zurück zum Zitat Bar-Even A, Noor E, Lewis NE et al (2010) Design and analysis of synthetic carbon fixation pathways. Proc Natl Acad Sci U S A 107(19):8889–8894. doi: 10.1073/pnas.0907176107 (Epub 2010 Apr 21. PubMed PMID: 20410460; PubMed Central PMCID: PMC2889323) Bar-Even A, Noor E, Lewis NE et al (2010) Design and analysis of synthetic carbon fixation pathways. Proc Natl Acad Sci U S A 107(19):8889–8894. doi: 10.​1073/​pnas.​0907176107 (Epub 2010 Apr 21. PubMed PMID: 20410460; PubMed Central PMCID: PMC2889323)
Zurück zum Zitat Barnosky AD, Matzke N, Tomiya S et al (2011) Has the Earth’s sixth mass extinction already arrived? Nature 471(7336):51–57. doi:10.1038/nature09678 (Review. PubMed PMID: 21368823 * Diese Arbeit sichtet umfassend, wie schnell die Anpassung des Menschen an die Tragekapazität der Erde erfolgen muss, damit es kein großes Massenaussterben durch und mit dem Menschen gibt.) Barnosky AD, Matzke N, Tomiya S et al (2011) Has the Earth’s sixth mass extinction already arrived? Nature 471(7336):51–57. doi:10.​1038/​nature09678 (Review. PubMed PMID: 21368823 * Diese Arbeit sichtet umfassend, wie schnell die Anpassung des Menschen an die Tragekapazität der Erde erfolgen muss, damit es kein großes Massenaussterben durch und mit dem Menschen gibt.)
Zurück zum Zitat Brown L (2009) Plan B 4.0 Mobilizing to Save Civilization. Norton, New York (* Deutsche Version: Plan B 4.0 So retten wir unsere Welt. Berlin 2010. Kai Homilius Verlag. Eine sehr schöne Einführung in die Modellierung dieses komplexen Problems und wie der Mensch die Tragekapazität seiner Umwelt wiederherstellen kann. Als Konsequenz ist dies auch ein packender Aufruf. Wir müssten nur einen kleinen Teil der Ausgaben, die für militärische Rüstung aufgewendet werden, in Nachhaltigkeit stecken, diese Mittel aber klug und sozial einsetzen: https://books.google.de/books?id=yds3cVo8qvQC&vq=Plan+B+4.0&dq=Plan+B+4.0&hl=de&source=gbs_navlinks_s, http://www.earth-policy.org/images/uploads/book_files/pb4book.pdf) Brown L (2009) Plan B 4.0 Mobilizing to Save Civilization. Norton, New York (* Deutsche Version: Plan B 4.0 So retten wir unsere Welt. Berlin 2010. Kai Homilius Verlag. Eine sehr schöne Einführung in die Modellierung dieses komplexen Problems und wie der Mensch die Tragekapazität seiner Umwelt wiederherstellen kann. Als Konsequenz ist dies auch ein packender Aufruf. Wir müssten nur einen kleinen Teil der Ausgaben, die für militärische Rüstung aufgewendet werden, in Nachhaltigkeit stecken, diese Mittel aber klug und sozial einsetzen: https://​books.​google.​de/​books?​id=​yds3cVo8qvQC&​vq=​Plan+B+4.​0&​dq=​Plan+B+4.​0&​hl=​de&​source=​gbs_​navlinks_​s, http://​www.​earth-policy.​org/​images/​uploads/​book_​files/​pb4book.​pdf)
Zurück zum Zitat Duell J, Dittrich M, Bedke T et al (2017) Frequency of regulatory T cells determines the outcome of the T cell engaging antibody blinatumomab in patients with B precursor ALL. Leukemia. doi: 10.1038/leu.2017.41 Duell J, Dittrich M, Bedke T et al (2017) Frequency of regulatory T cells determines the outcome of the T cell engaging antibody blinatumomab in patients with B precursor ALL. Leukemia. doi: 10.​1038/​leu.​2017.​41
Zurück zum Zitat Dühring S, Germerodt S, Skerka C et al (2015) Host-pathogen interactions between the human innate immune system and Candida albicans-understanding and modeling defense and evasion strategies. Front Microbiol 6:625. doi: 10.3389/fmicb.2015.00625 (Review. PubMed PMID: 26175718; PubMed Central PMCID: PMC4485224) Dühring S, Germerodt S, Skerka C et al (2015) Host-pathogen interactions between the human innate immune system and Candida albicans-understanding and modeling defense and evasion strategies. Front Microbiol 6:625. doi: 10.​3389/​fmicb.​2015.​00625 (Review. PubMed PMID: 26175718; PubMed Central PMCID: PMC4485224)
Zurück zum Zitat Göttlich C, Müller LC, Kunz M et al (2016) A combined 3D tissue engineered In Vitro/In Silico lung tumor model for predicting drug effectiveness in specific mutational backgrounds. J Vis Exp (110):e53885. doi: 10.3791/53885 Göttlich C, Müller LC, Kunz M et al (2016) A combined 3D tissue engineered In Vitro/In Silico lung tumor model for predicting drug effectiveness in specific mutational backgrounds. J Vis Exp (110):e53885. doi: 10.​3791/​53885
Zurück zum Zitat Hatfield-Dodds S, Schandl H, Adams PD et al (2015) Australia is ‘free to choose’ economic growth and falling environmental pressures. Nature 527(7576):49–53 Hatfield-Dodds S, Schandl H, Adams PD et al (2015) Australia is ‘free to choose’ economic growth and falling environmental pressures. Nature 527(7576):49–53
Zurück zum Zitat Kriegler E, Hall JW, Held H et al (2009) Imprecise probability assessment of tipping points in the climate system. Proc Natl Acad Sci U S A 106(13):5041–5046. doi: 10.1073/pnas.0809117106 (PubMed PMID: 19289827; PubMed Central PMCID: PMC2657590) Kriegler E, Hall JW, Held H et al (2009) Imprecise probability assessment of tipping points in the climate system. Proc Natl Acad Sci U S A 106(13):5041–5046. doi: 10.​1073/​pnas.​0809117106 (PubMed PMID: 19289827; PubMed Central PMCID: PMC2657590)
Zurück zum Zitat Lee Y, Lafontaine RJG, Liao JC (2014) Ensemble modeling for Robustness analysis in engineering non-native metabolic pathways. Metab Eng 25:63–71. doi: 10.1016/j.ymben.2014.06.006 (Epub 2014 Jun 24. PubMed PMID: 24972370) Lee Y, Lafontaine RJG, Liao JC (2014) Ensemble modeling for Robustness analysis in engineering non-native metabolic pathways. Metab Eng 25:63–71. doi: 10.​1016/​j.​ymben.​2014.​06.​006 (Epub 2014 Jun 24. PubMed PMID: 24972370)
Zurück zum Zitat Lenton TM, Held H, Kriegler E et al (2008) Tipping elements in the Earth’s climate system. Proc Natl Acad Sci U S A 105(6):1786–1793. doi: 10.1073/pnas.0705414105 (PubMed PMID: 18258748; PubMed Central PMCID: PMC2538841 * Besonders die Abbildungen sind sehr schön anschaulich. Weitere hilfreiche und interessante Details solcher Modellierungen entnimmt man den beiden Folgearbeiten Schellnhuber HJ. Tipping elements in the Earth System. Proc Natl Acad Sci U S A 106(49):20561–20563 und Kriegler E, Hall JW, Held H et al (2009) Imprecise probability assessment of tipping points in the climate system. Proc Natl Acad Sci U S A 106(13):5041–5046. doi: 10.1073/pnas.0809117106.) Lenton TM, Held H, Kriegler E et al (2008) Tipping elements in the Earth’s climate system. Proc Natl Acad Sci U S A 105(6):1786–1793. doi: 10.​1073/​pnas.​0705414105 (PubMed PMID: 18258748; PubMed Central PMCID: PMC2538841 * Besonders die Abbildungen sind sehr schön anschaulich. Weitere hilfreiche und interessante Details solcher Modellierungen entnimmt man den beiden Folgearbeiten Schellnhuber HJ. Tipping elements in the Earth System. Proc Natl Acad Sci U S A 106(49):20561–20563 und Kriegler E, Hall JW, Held H et al (2009) Imprecise probability assessment of tipping points in the climate system. Proc Natl Acad Sci U S A 106(13):5041–5046. doi: 10.​1073/​pnas.​0809117106.)
Zurück zum Zitat Liang C, Liebeke M, Schwarz R, Zühlke D, Fuchs S, Menschner L, Engelmann S, Wolz C, Jaglitz S, Bernhardt J, Hecker M, Lalk M, Dandekar T (2011) Staphylococcus aureus physiological growth limitations: insights from flux calculations built on proteomics and external metabolite data. Proteomics 11(10):1915–1935. doi:10.1002/pmic.201000151 (Epub 2011 Apr 7) Liang C, Liebeke M, Schwarz R, Zühlke D, Fuchs S, Menschner L, Engelmann S, Wolz C, Jaglitz S, Bernhardt J, Hecker M, Lalk M, Dandekar T (2011) Staphylococcus aureus physiological growth limitations: insights from flux calculations built on proteomics and external metabolite data. Proteomics 11(10):1915–1935. doi:10.​1002/​pmic.​201000151 (Epub 2011 Apr 7)
Zurück zum Zitat Mills MJ, Toon OB, Turco RP et al (2008) Massive global ozone loss predicted following regional nuclear conflict. Proc Natl Acad Sci U S A 105(14):5307–5312. doi:10.1073/pnas.0710058105 Mills MJ, Toon OB, Turco RP et al (2008) Massive global ozone loss predicted following regional nuclear conflict. Proc Natl Acad Sci U S A 105(14):5307–5312. doi:10.​1073/​pnas.​0710058105
Zurück zum Zitat Orwell G (1949) Nineteen eighty-four. A novel. Secker & Warburg, London Orwell G (1949) Nineteen eighty-four. A novel. Secker & Warburg, London
Zurück zum Zitat Orwell G (2003) Nineteen eighty-four. Thomas Pynchon (Foreword); Erich Fromm (Afterword). Plume. ISBN 0-452-28423-6 Orwell G (2003) Nineteen eighty-four. Thomas Pynchon (Foreword); Erich Fromm (Afterword). Plume. ISBN 0-452-28423-6
Zurück zum Zitat Schwander T, Schada von Borzyskowski L, Burgener S et al (2016) A synthetic pathway for the fixation of carbon dioxide in vitro. Science 354(6314):900–904 Schwander T, Schada von Borzyskowski L, Burgener S et al (2016) A synthetic pathway for the fixation of carbon dioxide in vitro. Science 354(6314):900–904
Zurück zum Zitat Stratmann AT, Fecher D, Wangorsch G et al (2014) Establishment of a human 3D lung cancer model based on a biological tissue matrix combined with a Boolean in silico model. Mol Oncol 8(2):351–365. doi: 10.1016/j.molonc.2013.11.009 (Epub 2013 Dec 18) Stratmann AT, Fecher D, Wangorsch G et al (2014) Establishment of a human 3D lung cancer model based on a biological tissue matrix combined with a Boolean in silico model. Mol Oncol 8(2):351–365. doi: 10.​1016/​j.​molonc.​2013.​11.​009 (Epub 2013 Dec 18)
Metadaten
Titel
Bioinformatik verbindet das Leben mit dem Universum und dem ganzen Rest
verfasst von
Thomas Dandekar
Meik Kunz
Copyright-Jahr
2017
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-54698-7_16