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2022 | Buch

Einführung in die BIOinformatik

Eine Anleitung für Einsteiger

verfasst von: Dr. Horst D. Lohrer

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch bildet eine Brücke von der Biologie zur Bioinformatik. Die Methoden für die Erstellung klassischer Stammbäume werden zunächst resümiert, bevor DNA- und Protein-Sequenzen als digitalisierbare Merkmale den Übergang zu den Prinzipien der Bioinformatik ermöglichen. Der Vergleich von Sequenzen in Alignments bildet die Grundlage für molekulare Homologien, ermöglicht die Sequenzsuche in Datenbanken und erlaubt die Ableitung von molekularen Phylogenien. Die wesentlichen Prinzipien für moderne Anwendungen der Bioinformatik, wie Methoden von Transcriptomics und die Vorhersage von Protein-Strukturen, finden sich im letzten Kapitel. Aufgaben und ihre Lösungen ermuntern zur Anwendung der BIOinformatik und motivieren zu eigenen Fragestellungen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Klassische Taxonomie und Molekulare Biologie

Frontmatter
Kapitel 1. Fundament der Bioinformatik: Klassische Systematik und Phylogenie
Zusammenfassung
Die Vielfalt der Arten auf dem Planeten Erde wurde im Zeitalter der Aufklärung erkannt und katalogisiert. Die klassische Taxonomie legte die Grundlagen zur Unterscheidung von Arten, und die Systematik erlaubte ihre Positionierung entsprechend ihrer Ähnlichkeit in einem hierarchischen System. Mit der Entdeckung der natürlichen Selektion als Triebkraft bei der Evolution der Arten konnte das hierarchische System in ein biologisches System der Abstammung der Arten münden.
Horst D. Lohrer
Kapitel 2. Fundament der BIOinformatik: DNA und Proteine
Zusammenfassung
Die Makromoleküle DNA, RNA und Polypeptide bestehen aus linearen Ketten ihrer Bausteine. Die Sequenz der Bausteine bildet eine Information. Mithilfe der Methoden der Informatik lassen sich Sequenzen vergleichen und ordnen.
Horst D. Lohrer

Prinzipien der Bioinformatik

Frontmatter
Kapitel 3. Information für die BIOinformatik
Zusammenfassung
Mit dem Beweis der DNA als die Erbsubstanz aller Organismen auf diesem Planeten (Hershey und Chase, 1952) und durch die Entdeckung der Struktur der DNA (Watson und Crick, 1953) war offensichtlich, dass in dieser Struktur der Bauplan jedes Organismus niedergelegt war. DNA-Sequenzen sind Abfolgen der Basen C, G, T und A sind digitalisierbar und damit den Analysemethoden der Informatik zugänglich. Proteine sind die Werkzeuge des Lebens.
Horst D. Lohrer
Kapitel 4. Molekulare Homologie, die Basis der Bioinformatik
Zusammenfassung
Anatomische Homologie ist das klassische Werkzeug für den Nachweis einer Verwandtschaft zweier Arten. Ist die Fischform eines Wals Hinweis auf die nahe Verwandtschaft mit dem Haifisch oder eine Anpassung an das Leben im Wasser? Die Frage ist nicht nur eine wissenschaftliche. Im Jahr 1818 wurde in New York City der Fall Maurice v. Judd verhandelt.
Horst D. Lohrer
Kapitel 5. Alignment, das Werkzeug zur Untersuchung von molekularen Homologien
Zusammenfassung
Eine Sequenz ist eine Abfolge von Zeichen und damit eine Information. Werden einzelne Symbole in einem Text verändert, erkennen wir Menschen die Information weiterhin, weil der Text vom Empfänger einem Kontext zugeordnet wird. Die Bioinformatik muss ohne einen solchen Kontext, und damit ohne eine Bedeutung, auskommen. Dafür können die Methoden der Bioinformatik Zeichenfolgen vergleichen, Ähnlichkeiten aufzeigen, Verwandtschaft ableiten.
Horst D. Lohrer
Kapitel 6. Durchführung molekular-phylogenetischer Analysen
Zusammenfassung
Alignments sind die Grundlage für die Identifikation von Sequenzen in Datenbanken mithilfe einer Suchsequenz (query). Die Abweichungen von der Suchsequenz können als %-Identität (DNA) oder %-Ähnlichkeit (Proteine) angegeben werden. Die Abweichungen von der Suchsequenz sind das Ergebnis von evolutionsbiologischen Prozessen, die sich im Laufe von Generationen einstellen.
Horst D. Lohrer
Kapitel 7. Moderne Anwendungen der Bioinformatik
Zusammenfassung
Die Ableitungen von Phylogenien sind nicht das einzige langfristige Ziel der Bioinformatik. Methoden der Bioinformatik erlauben die Identifikation oder signifikante Veränderungen von Informationseinheiten/Makromolekülen, die einen nachweisbaren Einfluss auf den Phänotyp der Zelle haben. Damit kann Bioinformatik eine Hilfestellung der Medizin sein.
Horst D. Lohrer
Backmatter
Metadaten
Titel
Einführung in die BIOinformatik
verfasst von
Dr. Horst D. Lohrer
Copyright-Jahr
2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-65295-4
Print ISBN
978-3-662-65294-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-65295-4

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