Bitte geben Sie einen kurzen Überblick über zwei Gebiete der Bioinformatik, ein eher altes und ein aktuelles im Trend liegendes (Gebiete nur Stichwortartig erklären, je drei Punkte).
Sequenzierung
Daten verwalten
Daten suchen
Daten analysieren
Darunter können DNA, RNA und Proteinstrukturen analysiert werden
Sequenzmotive
konservierte Domänen
Proteinfamilie
Computational biologie
Wie können wir lernen
Modelle entwickeln von Biologischen Systemen die aus experimentalen Messungen hervorgehen
ermöglichen Vorhersage über Aufgaben von z.b. bestimmten Peptidsequenzen
Krankheiten können damit vorhergesagt werden durch das Modell
Drug Design
dreidimensionale Proteinstruktur wird angeschaut um aussichtsreiche Veränderungen im Protein zu markieren
Hilfe beim Erstellen neuer Medikamente
molekularer Dynamik-Simulationen
verkürzung der Medikamentenentwicklung
optimieren von Strukturen
es muss weniger experimentell getestet
Welche Gebiete der Bioinformatik gibt es?
Was sind ältere, was sind neuere?
ältere
Stammgebiete
Sequenzanalyse (DNA)
RNA
Proteine
Netzwerke
Weitere Gebiete
Biologische Datenbanken
neuere
weitere Gebiete
Bildverarbeitung
Simulationen
Komplexität verstehen
computational Biologie
Systembiologie
Artificial life
Wie verschafft sich die Bioinformatik einen Überblick über ein Genom? (Dabei kurz auf wichtige Bestandteile des Genoms eingehen und welche Analysemöglichkeiten dann jeweils zur Verfügung stehen, es dürfen Datenbanken genutzt werden)
Was sind Herausforderungen bei der Sequenzierung?
Sequenzierung des Genoms -> Volle Sequenz wird erhalten
Genomannotation -> Sequenzen werden verglichen in BLAST
Funktionsanalyse -> Sequenz wird weiter untersucht um Funktionsanalysen durchzuführen
Genomvergleich -> sequenzierte Genom wird mit anderen Organismen verglichen -> Evolutionäre Beziehungen zu untersuchen
Bestandteile des Genoms
3.000.000.000 Buchstaben
30% Gene, 7% Exons
Retroviren
repetitive DNA
Promotor, Introns, ORF
Enhancer,
Repetitive DNA
Herausforderungen
Sequenzflut
Rechnerleistung
Probleme bei Repeat-Regionen
Analysemöglichkeiten
Kettenabbruchmethode -> Frederick Sanger,
Wie finde ich die Funktion eines Proteins durch Sequenzanalyse heraus? (Wichtig ist bei dieser Frage, wie ich denn die Funktionsvorhersage erst durchführe und dann später absichern kann).
Homologe Suche -> Vergleich Sequenz mit Datenbanken (UniProt, NCBI)
Funktionsvorhersage -> PSI-BLAST ->Funktion der ähnlichen Proteine können identifiziert werden
Strukturvorhersagen -> dreidimensionale Tools (verbessern Funktionsvorhersage)
Funktionsbeweis -> Durch experimente in vitro oder in vivo
Validierung der Funktion -> Vergleiche die Experimentellen Ergebnisse mit den Vorhersagen der Datenbank
Wie funktioniert BLAST
Sucht nach kurzen Übereinstimmungssequenzen + anschließend längere Übereinstimmungen sucht
vergleicht Sequenz auf lokale Ähnlichkeit mit einer Datenbank (Referenz)
Sequenz wird mit Referenz verglichen -> liefert Informationen
heuristische Suche (Two-hit-Methode) -> Kurzwortliste mit Kurzwortliste der Datenbank verglichen -> wenn treffer dann erfolgt Berechnung von Alignment
Nutzen
homologe Sequenzen können verglichen werden
unbekannte Sequenzen können identifiziert werden
Nenne und beschreiben Sie verschiedene Sequenzierungstechnicken.
Kettenabbruch-Synthese
NGS
Pyrosequenzierung
Illumina
Nanoporsequenzierung
Wie analysiere ich RNA‐Sequenzen? (Bitte insbesondere drei wichtige Merkmale nennen, die ich mit der bioinformatischen Analyse untersuche (3 Punkte) welche Software sowie welche Datenbank fällt Ihnen für so eine Aufgabe jeweils ein? (2 Punkte)
Sequenz und Strukturmotive
auf RNA-Faltung Sekundärstruktur
RNA Motive
Charakterisieren Sie drei Elemente (Stichworte) der Herangehensweise in der Computational Biologie
Datenanalyse -> große Mengen an biologischen Daten (Machine-Learning-Techniken)
Simulation und Modellierung -> Modelle werden erstellt um biologische Prozesse zu simulieren + untersuchen.
Bioinformatik-Werkzeuge und Methoden -> Proteinstrukturvorhersage , DNA-Sequenzen zu alignieren
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