Bioinformatik

Bioinformatik Definition

Bioinformatik ist ein interdisziplinäres Wissenschaftsfeld, das Konzepte aus Biologie und Informatik kombiniert, um große, rechnerische Fragen anzugehen. Die Rolle von Computern hat in den letzten Jahren zunehmend zugenommen, und fast jede Wissenschaft nutzt Technologie, um Informationen zu verarbeiten und zu analysieren. Auf der grundlegendsten Ebene kann Bioinformatik als die einfache Verwendung von Computertabellen und biologischen Beobachtungen zur Quantifizierung und Analyse der vorhandenen Informationen angesehen werden. Während diese Art von Aufgaben früher ausschließlich Wissenschaftlern mit Computerzugang vorbehalten war, konnte sich jeder mit einem Verständnis der Biologie und einem Tabellenkalkulationsprozessor mit Bioinformatik beschäftigen. Das Feld hat sich jedoch seit seiner Gründung rasant weiterentwickelt. Jetzt werden fortschrittliche Programme und Software entwickelt, um eine Vielzahl von Problemen anzugehen und Fragen zu beantworten, die zuvor nicht testbar waren. Bioinformatik und Computational Biology gelten heute als austauschbare Begriffe.

Bioinformatik Major

Die Zunahme des Einsatzes von Bioinformatik in allen Wissenschaftszweigen hat die Nachfrage nach Bioinformatik-Majors stark erhöht. Einige Schulen haben interdisziplinäre Programme zwischen ihren Abteilungen für Biologie und Informatik geschaffen, die dazu beitragen, die Lücke zwischen den beiden Wissenschaften zu schließen. Andere Programme nehmen einen bestimmten Teil der Bioinformatik in den Kontext der Wissenschaft gelehrt wird. In vielen Epidemiologieprogrammen zum Beispiel bildet Bioinformatik ein Segment der Kursarbeit.

Es gibt mehrere Studienbereiche, die die Bioinformatik stark einbeziehen. Proteomik ist zum Beispiel die Wissenschaft, Proteine und ihre Herkunft zu klassifizieren und zu verstehen. Computer werden benötigt, um den genetischen Code, die Sequenzierung von Aminosäuren und die 3D-Struktur von Proteinen zu modellieren. Mit diesen Modellen können wir sogar vorhersagen, wie bestimmte Proteine mit anderen Molekülen interagieren. Schließlich können wir möglicherweise einen ganzen Organismus modellieren und untersuchen, wie alle Reaktionen im gesamten Organismus ablaufen. Gleiches gilt für die Genetik und andere Wissenschaften, die auf der DNA-Verarbeitung beruhen. Vor Computern war die Verarbeitung selbst eines kleinen Teils der DNA unrealistisch und würde Jahre dauern, einfach aufgrund der großen Anzahl der beteiligten Elemente. Die Analyse von DNA, Proteinen und anderen Geweben durch Computer schwappt auch in andere Hauptfächer. Sogar Abschlüsse in Strafjustiz erfordern einige Kenntnisse der Bioinformatik. Fingerabdrücke und DNA-Beweise machen in vielen Strafsachen einen Großteil der Beweise aus, und die Bioinformatik ist von zentraler Bedeutung für die Beschaffung und Validierung dieser Beweise.

Viele Bioinformatik-Abschlüsse sind Hochschulabschlüsse, da viel Wissen über Computer und Biologie erforderlich ist, um komplexe Computersoftware und komplizierte biologische Systeme zu verstehen. Einige Schulen entwickeln jedoch interdisziplinäre Bachelor-Abschlüsse in Bioinformatik. Das Gebiet der Bioinformatik wächst rasant, von der Messung von Neuronen im Gehirn bis zur Verwendung von Computern zur Verfolgung von Pflanzen. So wie, Die Zahl der Karrieren, an denen die Wissenschaft beteiligt ist, nimmt ebenfalls rapide zu.

Karriere in der Bioinformatik

Wie in vielen Bereichen der Wissenschaft kann die Bioinformatik rein akademisch sein oder mit anderen Wissenschaften kombiniert und in der Industrie angewendet werden. Professoren, die sich auf Bioinformatik spezialisieren, sind relativ neu, da ein weit verbreiteter Computerzugang nur in den letzten 20 Jahren für durchschnittliche Forscher verfügbar war. Die meisten Schulen mit renommierten Biologieprogrammen fügen jedoch Bioinformatikkurse hinzu. Professoren und Forscher untersuchen eine Vielzahl von Anwendungen für die Bioinformatik an Universitäten. Die Studien reichen von Computersimulationen organischer Reaktionen über Computermodellierung von Proteinen und Toxinen bis hin zu Simulationen von Populationen und Evolution. Die Anwendung von Technologie auf die Biologie ist so vielfältig, dass die meisten von ihnen hier nicht behandelt werden können.

In der Industrie revolutioniert die Bioinformatik viele Branchen. Nehmen wir zum Beispiel die Agrarindustrie. Botaniker und Landwirte brauchten Jahrhunderte, um die Pflanzen zu entwickeln, die wir heute haben. Sie haben dies zuvor getan, indem sie die Ernte sorgfältig analysiert, Sorten ausgewählt haben, die am besten aussehen, und nur das Beste reproduzieren. Mit der Bioinformatik-Technologie können Computer trainiert werden, um das Genom bestimmter Pflanzen zu analysieren, Millionen von Pflanzen gleichzeitig zu verfolgen und vorherzusagen, welche Pflanzen die besten sein werden. Revolutionen in der künstlichen Intelligenz werden diesen Prozess unterstützen und beschleunigen. Die gleichen Vorteile werden von vielen Branchen gesehen.

Die Pharmaindustrie ist stark auf Bioinformatik angewiesen. Sie brauchen nicht nur Menschen, die aktuelle Medikamente analysieren und entwickeln, sondern auch Denker der nächsten Stufe, die Methoden und Software entwickeln können, um die Reaktionen vorherzusagen, die bestimmte Medikamente kosten würden. Mit zunehmender Rechenleistung steigt die Anzahl und Art der modellierbaren Reaktionen dramatisch an. Dies könnte das Ende von Tierversuchen und ein neues Zeitalter der informierten Arzneimittelherstellung bedeuten. Auch andere medizinische Berufe, von Ärzten bis hin zu Herstellern biomedizinischer Geräte, setzen auf Technologie. Die Patientenversorgung in Krankenhäusern wird jetzt durch in der Bioinformatik entwickelte Methoden verfolgt und kann die Überwachung durch Ärzte und Krankenhäuser erheblich verbessern. Viele fortschrittliche Bildgebungsverfahren und Tests der elektrischen Aktivität des Herzens und des Gehirns erfordern aufgrund ihrer komplexen Natur eine Analyse durch Computer.

Einer der ersten Berufe, der Bioinformatik einsetzte, die Epidemiologie, nutzt die Technologie auch heute noch so weit wie möglich. Die Erkennung und Identifizierung vieler Muster häufiger Krankheiten wäre ohne Computermodellierung immer noch ein Rätsel. Mithilfe von Computern und Daten, die vor Ort gesammelt wurden, arbeiten Epidemiologen daran, Krankheitsausbrüche zu verstehen und wie wir unsere Exposition gegenüber übertragbaren Krankheiten reduzieren können. Verschiedene Software wurde entwickelt, um alles zu tun, von der Verfolgung der geografischen Lage von Ausbrüchen über die Bewertung möglicher Risikofaktoren für Krankheiten bis hin zur Verfolgung der Organismen, die Krankheiten verursachen, und der Überwachung ihrer Entwicklung. Dies geschieht durch die Hersteller des Grippeimpfstoffs, die jedes Jahr ihre Formel basierend auf den erwarteten Mutationen des Influenzavirus anpassen. Die Bioinformatik liefert die Grundlage für diese Schätzungen.

In die gleiche Richtung verfolgen viele Populationsbiologen Veränderungen in einer Population im Laufe der Zeit mit Computern und spezieller Software. Während dies früher bedeutete, dass ein Wissenschaftler seine Beobachtungen in eine Tabelle eingab und ein Diagramm erstellte, ist es jetzt viel weiter fortgeschritten. Mithilfe der fortschrittlichen Rechenleistung von Computern können Wissenschaftler individuelle Veränderungen eines Genoms im Laufe der Zeit in einer Population messen und beobachten. Während die Makroevolution Millionen von Jahren dauern kann, findet die Mikroevolution jede Generation statt, und Wissenschaftler haben dies jetzt mit Hilfe der Bioinformatik dokumentiert. In größerem Maßstab verwenden Klimawissenschaftler Bioinformatik, um große Berechnungen über die Auswirkungen bestimmter Organismen auf die Umwelt durchzuführen. Dank der bioinformatischen Analyse wissen wir jetzt, dass ein großer Teil des Sauerstoffs, auf den wir angewiesen sind, aus Algen im Ozean stammt. Diese Wissenschaft wird mit dem technologischen Fortschritt weiter zunehmen und wir sind in der Lage, fortschrittlichere Modelle zu erstellen und mehr Daten zu verarbeiten und zu sammeln.