Wenn man als BioinformatikerIn mit fachfremden Personen spricht, sind die ersten Fragen üblicherweise “Was ist das?” und “Was mancht man da?”. Im Folgenden finden Sie einen groben Überblick über das Fachgebiet und seine Relevanz.

Das Fachgebiet

Betrachten wir zunächst die Definition aus Wikipedia:

Die Bioinformatik (englisch bioinformatics) ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die Probleme aus den Lebenswissenschaften mit theoretischen computergestützten Methoden löst. Sie hat zu grundlegenden Erkenntnissen der modernen Biologie und Medizin beigetragen. Bekanntheit in den Medien erreichte die Bioinformatik in erster Linie 2001 mit ihrem wesentlichen Beitrag zur Sequenzierung des menschlichen Genoms. Bioinformatik ist ein weitgefächertes Forschungsgebiet, sowohl bei Problemstellungen als auch den angewandten Methoden. Wesentliche Gebiete der Bioinformatik sind die Verwaltung und Integration biologischer Daten, die Sequenzanalyse, die Strukturbioinformatik und die Analyse von Daten aus Hochdurchsatzmethoden (~omics). Da Bioinformatik unentbehrlich ist, um Daten in großem Maßstab zu analysieren, bildet sie einen wesentlichen Pfeiler der Systembiologie. Der Bioinformatik wird im englischen Sprachraum oft die computational biology gegenübergestellt, die einen weiteren Bereich als die klassische Bioinformatik abdeckt, meist benutzt man beide Begriffe jedoch synonym.

Im Großen und Ganzen stellt die Bioinformatik somit eine Brückenwissenschaft zwischen Biologie, Medizin und Informatik dar. In der modernen Biologie und Medizin entstehen große Mengen von Daten:

  • Sequenzdaten (DNA-Sequenzierung, RNA-Sequenzierung, …)
  • Bilder aus bildgebenden Verfahren (MRT, CT, Mikroskopie)
  • Spektren aus Massenspektrometrie
  • Proteinstrukturdaten aus Röntgenkristallographie und ähnlichen Verfahren

Die Menge von Daten ist dabei in der Regel viel zu groß, um sie “mit der bloßen Hand” auszuwerten. Deshalb sind informatische Methoden notwendig, um Erkenntnisse aus ihnen ziehen zu können. Personen mit reinem Informatik-Hintegrund fehlt dabei meist das biologische Grundverständnis, um die Biologie richtig abzubilden. Als BioinformatikerIn ist man in der Lage, den biologischen Hintergrund der Daten zu verstehen, und die optimalen informatischen Algorithmen zur Lösung einer biologischen Fragestellung zu finden und anzuwenden.

Mögliche Fragestellungen

Die Bioinformatik unterscheidet zwischen verschiedenen Ebenen der Biologie. Viele bioinformatische Probleme lassen sich einer dieser Ebenen zuordnen. Im Folgenden finden Sie einen überblick über die wichtigsten Ebenen und mögliche Fragestellungen:

Genomik

Die Genomik beschäftigt sich mit der Analyse von Genomen. Ein Genom ist die Gesamtheit der Erbinformation eines Organismus. Die Genomik befasst sich mit der Analyse von Genomsequenzen, der Identifikation von Genen und regulatorischen Elementen, der Analyse von Genomvariationen und der Analyse von Genomstrukturen.

Mögliche Fragestellungen:

  • Wo befinden sich Gene im Genom?
  • Welche Funktion haben regulatorische Elemente?
  • Welche Mutationen sind für eine Krankheit verantwortlich?

Transkriptomik

Die Transkriptomik beschäftigt sich mit der Analyse von Transkriptomen. Ein Transkriptom ist die Gesamtheit der RNA-Moleküle, die in einer Zelle oder einem Gewebe zu einem bestimmten Zeitpunkt exprimiert werden.

Mögliche Fragestellungen:

  • Welche Gene werden in einer Zelle oder einem Gewebe exprimiert?
  • Wie verändert sich die Genexpression unter verschiedenen Bedingungen?
  • Welche Gene sind an einem bestimmten biologischen Prozess beteiligt?
  • Wie interagieren verschiedene RNA-Moleküle miteinander?

Proteomik

Die Proteomik beschäftigt sich mit der Analyse von Proteinen. Proteine können als die “Arbeitermoleküle” einer Zelle betrachtet werden, die die meisten Funktionen in einer Zelle ausführen. Mithile von Methoden wie Massenspektrometrie und Proteinstrukturanalyse können Proteine identifiziert und charakterisiert werden.

Mögliche Fragestellungen:

  • Welche Proteine sind in einer Zelle oder einem Gewebe vorhanden?
  • Wie interagieren Proteine miteinander?
  • Welche Struktur haben Proteine?

Metabolomik

Die Metabolomik beschäftigt sich mit der Analyse von Metaboliten. Metaboliten sind kleine Moleküle, die als Zwischenprodukte und Endprodukte des Stoffwechsels in einer Zelle oder einem Organismus vorkommen. Ähnlich wie Proteine können sie mithilfe von Methoden wie Massenspektrometrie identifiziert und charakterisiert werden.

Mögliche Fragestellungen:

  • Welche Metaboliten sind in einer Zelle oder einem Gewebe vorhanden?
  • Wie verändert sich der Metabolismus unter verschiedenen Bedingungen?
  • Welche Stoffwechselwege sind in einer Zelle aktiv?

Mikrobiomik

Die Mikrobiomik beschäftigt sich mit der Analyse von Mikrobiomen. Ein Mikrobiom ist die Gesamtheit der Mikroorganismen, die in einem bestimmten Lebensraum vorkommen. Das Mikrobiom eines Menschen besteht beispielsweise aus Bakterien, Viren und Pilzen, die auf der Haut, im Darm und in anderen Körperregionen leben.

Mögliche Fragestellungen:

  • Welche Mikroorganismen sind in einem bestimmten Lebensraum vorhanden?
  • Wie verändert sich das Mikrobiom unter verschiedenen Bedingungen?
  • Welche Rolle spielen Mikroorganismen für die Gesundheit und Krankheit?