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Lexikon der Biologie: Bioinformatik

Bioinformatik w,neue, fachübergreifende Disziplin, die sich mit der Erfassung, Speicherung, Bearbeitung und Verbreitung biologischer Daten mittels elektronischer Hilfsmittel beschäftigt. Entscheidend für die Entwicklung der Bioinformatik ist die fortschreitende Erweiterung des Internets mit der Möglichkeit, Daten und Dienste weltweit und dezentral ständig öffentlich zugänglich zu halten und durch Querverweise (Links) zu vernetzen. In Computer-gestützten Datenbanken ( vgl. Tab. ) werden z. B. Daten von Nucleotidsequenzen, Aminosäuresequenzen sowie Kohlenhydratsequenzen gespeichert, verglichen, analysiert und zum dreidimensionalen Modellieren von Molekülen (molecular modeling) herangezogen. Außerdem werden Datenbanken zur Erfassung und Bearbeitung der Daten von Vektoren, Restriktionsenzymen, EC-Nummern (EC, Enzyme) und Sammlungen von Zellinien, Hybridomen, Bakterien- und Pilzstämmen eingesetzt. Solche Datenbanken arbeiten in der Regel nach dem Client-Server-Prinzip: Der Benutzer schickt über ein Programm seines Computers (Client) eine Anfrage an einen anderen Computer (Server), und dieser bearbeitet die Anfrage mit seinem Programm. Auf diese Weise können Fragestellungen zur Sequenzanalyse (Sequenzierung) am Computer bearbeitet werden (in-silico-Sequenzanalyse). Bislang wurden gezielt Gene und Proteine im Rahmen bestimmter Fragestellungen sequenziert. Inzwischen verlagern sich jedoch die Forschungsschwerpunkte auf die Erfassung vollständiger Genome (Genomik). Entsprechend wurden in den letzten Jahren die Genome vieler Organismen sequenziert, sind in Datenbanken gespeichert und öffentlich zugänglich (Genbibliothek, Genomprojekt). Die Sequenzdatenbanken wachsen daher exponentiell, was nicht nur immer ausgereiftere Techniken und steigende Rechnerleistung erfordert, sondern auch die Entwicklung neuer Verfahren zur Datenaufbereitung und -verwaltung. Die wohl größte Herausforderung für die Bioinformatik ist die Vorhersage räumlicher Strukturen (Tertiärstruktur, Quartärstruktur) anhand der Sequenzdaten, wobei vor allem das Nachvollziehen des Faltungsvorgangs von Proteinen (Polypeptidketten bindende Proteine) in Computersimulationen (ab-initio-Strukturvorhersage) schier unlösbare Probleme bereitet. Die Anzahl der dabei auftretenden Wechselwirkungen übersteigt nach wie vor heutige Rechnerkapazitäten – ganz abgesehen von den Möglichkeiten, solche Wechselwirkungen sowie eventuell auftretende Fehler korrekt zu bewerten. Biodiversität, Biomathematik, Mapping.

M.B.

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