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Erschienen in:

2021 | 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 (z. B. Verhulst-Gleichung für bakterielles Wachstum) und resultierende sinnvolle, angepasste Systemstrategien auf.

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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.)

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. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(08)61113-7CrossRef

Bäck T, Fousette C, Krause P (2013) Contemporary evolution strategies. Natural Computing Series. Springer, Berlin.https://doi.org/10.1007/978-3-642-40137-4_1 (* Eine aktuelle Einführung, wie man mit evolutionären Algorithmen sehr komplexe Probleme modellieren und untersuchen kann. [Link zu Google Books zur Online-Version:https://books.google.de/books?id=GPy8BAAAQBAJ&printsec=frontcover&hl=de&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false].)

Barberá P, Wang N, Bonneau R et al (2015) The critical periphery in the growth of social protests. PLoS One 10(11):e0143611. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0143611 (eCollection 2015. PubMed PMID: 26618352; PubMed Central PMCID: PMC4664236)

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. https://doi.org/10.1073/pnas.0907176107 (Epub 2010 Apr 21. PubMed PMID: 20410460; PubMed Central PMCID: PMC2889323)

Barnosky AD, Matzke N, Tomiya S et al (2011) Has the Earth’s sixth mass extinction already arrived? Nature 471(7336):51–57. https://doi.org/10.1038/nature09678

Baur F, Nietzer S, Kunz M et al (2020) Connecting cancer pathways to tumor engines: A stratification tool for colorectal cancer combining human in vitro tissue models with Boolean in silico models. Cancers (Basel) 12(1), 28. pii: E1761. https://doi.org/10.3390/cancers12010028

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, https://www.earth-policy.org/images/uploads/book_files/pb4book.pdf)

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. https://doi.org/10.1038/leu.2017.41CrossRefPubMedPubMedCentral

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. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00625 (Review. PubMed PMID: 26175718; PubMed Central PMCID: PMC4485224)CrossRefPubMedPubMedCentral

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. https://doi.org/10.3791/53885CrossRef

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. https://doi.org/10.1038/nature16065CrossRefPubMed

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. https://doi.org/10.1073/pnas.0809117106 (PubMed PMID: 19289827; PubMed Central PMCID: PMC2657590)

Lee Y, Lafontaine RJG, Liao JC (2014) Ensemble modeling for Robustness analysis in engineering non-native metabolic pathways. Metab Eng 25:63–71. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2014.06.006 (Epub 2014 Jun 24. PubMed PMID: 24972370)

Lengauer T, Pfeifer N, Kaiser R (2014) Personalized HIV therapy to control drug resistance. Drug Discov Today Technol 11:57–64. https://doi.org/10.1016/j.ddtec.2014.02.004 (Review. PubMed PMID: 24847654)

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. https://doi.org/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.https://doi.org/10.1073/pnas.0809117106.)

Liang C, Liebeke M, Schwarz R et al (2011) Staphylococcus aureus physiological growth limitations: insights from flux calculations built on proteomics and external metabolite data. Proteomics 11(10):1915–1935. https://doi.org/10.1002/pmic.201000151CrossRefPubMed

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. https://doi.org/10.1073/pnas.0710058105CrossRefPubMedPubMedCentral

Orwell G (1949) Nineteen eighty-four A novel. Secker & Warburg, London

Orwell G (2003) Nineteen eighty-four. Thomas Pynchon (Foreword); Erich Fromm (Afterword). Plume. ISBN 0-452-28423-6

Schiller F (1789) Was heißt und zu welchem Ende studiert man Universalgeschichte? (Antrittsvorlesung in Jena, 26. Mai 1789). Akademische Buchhandlung, Jena 1789:https://www.deutschestextarchiv.de/book/show/schiller_universalgeschichte_1789

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):900–904CrossRefPubMedPubMedCentral

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.https://doi.org/10.1016/j.molonc.2013.11.009 (Epub 2013 Dec 18)

Zimmerman MI, Porter JR, Ward MD et al (2020) Citizen scientists create an exascale computer to combat COVID-19. bioRxiv [Preprint]. 28:2020.06.27.175430. https://doi.org/10.1101/2020.06.27.175430

Pinto D, Park YJ, Beltramello M et al (2020) Cross-neutralization of SARS-CoV-2 by a human monoclonal SARS-CoV antibody. Nature 583(7815):290–295. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2349-yCrossRefPubMed

Bojkova D, Klann K, Koch B et al (2020) Proteomics of SARS-CoV-2-infected host cells reveals therapy targets. Nature 583(7816):469–472. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2332-7CrossRefPubMed

Shang J, Ye G, Shi K et al (2020) Structural basis of receptor recognition by SARS-CoV-2. Nature 581(7807):221–224. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2179-yCrossRefPubMedPubMedCentral

Rosling H, Rönnlund AR, Rosling O (2019) Factfulness: Wie wir lernen, die Welt so zu sehen, wie sie wirklich ist. ISBN 978-3-548-06041-5 Ullstein Taschenbuch

Naseem M, Osmanoglu Ö, Dandekar T (2020) Synthetic rewiring of plant CO₂ sequestration galvanizes plant biomass production. Trends Biotechnol 38(4):354–359. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2019.12.019CrossRefPubMed

Titel: Bioinformatik verbindet das Leben mit dem Universum und dem ganzen Rest
verfasst von: Thomas Dandekar
Meik Kunz
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Buch: Bioinformatik
Print ISBN: 978-3-662-62398-5

Electronic ISBN: 978-3-662-62399-2

Copyright-Jahr: 2021
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-62399-2_16

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