Vorwort ix


I: Einleitung 1

1: Biologie im Computerzeitalter 3
Wie wird die Informatik die Biologie verändern? 4
Beschäftigt sich die Bioinformatik wirklich nur mit Datenbanken? 9
Welche Bedeutung hat die Informatik für Biologen? 13
Welche Herausforderungen bietet die Biologie den Informatikern? 13
Welche Fähigkeiten sollte ein Bioinformatiker besitzen? 14
Warum Biologen einen Computer benutzen sollten 15
Wie man einen PC für die Bioinformatik einrichtet 17
Welche Informationen und welche Software sind verfügbar? 18
Muß man eine objektorientierte Sprache lernen? 19
Wie bekomme ich Informationen aus dem Web? 20
Wie liest man Sequenzalignments? 21
Wie schreibt man ein Programm für das Alignment von
biologischen Sequenzen? 21
Wie kann man die Struktur eines Proteins aus seiner Sequenz vorhersagen? 22
Welche Fragen kann die Bioinformatik beantworten? 22

2: Computergestützte Lösungsansätze für
biologische Probleme 23
Das zentrale Dogma der Molekularbiologie 23
Wie Biologen Modelle entwerfen 28
Warum Modellierung für Biologen wichtig ist 33
Computergestützte Methoden, die in diesem Buch behandelt werden 34
Computergestützte biologische Experimente 40


II: Die Bioinformatik-Workstation 47

3: Das Einrichten Ihrer Workstation 49
Die Arbeit auf einem Unix-System 49
Das Einrichten einer Linux-Workstation 52
Die Software zum Laufen bringen 58
Welche Software wird benötigt? 64

4: Dateien und Verzeichnisse unter Unix 67
Grundlagen von Dateisystemen 67
Befehle für den Umgang mit Verzeichnissen und Dateien 74
Arbeiten in einer Multi-User-Umgebung 82

5: Die Arbeit auf einem Unix-System 91
Die Unix-Shell 91
Befehle auf einem Unix-System 93
Anzeigen und Editieren von Dateien 98
Umwandlungen und Filter 105
Dateistatistiken und Vergleiche 112
Die Sprache der regulären Ausdrücke 114
Unix-Shell-Skripten 117
Kommunikation mit anderen Computern 118
Mit anderen in einer gemeinsamen Umgebung arbeiten 123


III: Bioinformatik-Tools 137

6: Biologische Recherche im World Wide Web 139
Arbeiten mit WWW-Suchmaschinen 140
Auf der Suche nach wissenschaftlichen Artikeln 142
Die öffentlichen biologischen Datenbanken 147
Suche in biologischen Datenbanken 154
Einreichen von Daten in die öffentlichen Datenbanken 161
Biologie-Software im Internet 162
Kriterien der Informationsqualität 163

7: Sequenzanalyse, paarweises Alignment
und Datenbankabfragen 167
Die Chemie biologischer Moleküle 169
Der Aufbau von DNA und RNA 169
Watson und Crick, die Entdecker der DNA-Struktur 171
Die Entwicklung der DNA-Sequenziermethoden 173
Genvorhersage und die Entdeckung charakteristischer
Abschnitte in der DNA 177
DNA-Translation 180
Paarweiser Sequenzvergleich 182
Auf der Suche nach Sequenzen in biologischen Datenbanken 192
Multifunktionale Tools für die Sequenzanalyse 199

8: Multiple Alignments, Bäume und Profile 201
Von der Morphologie zum Molekül 201
Multiple Sequenzalignments 203
Phylogenetische Analyse 209
Profile und Motive 216

9: Visualisierung von Proteinstrukturen und
die Berechnung von Struktureigenschaften 227
Ein Wort zu Proteinstrukturdaten 228
Proteinchemie 229
Proteinstruktur-Tools im Web 242
Visualisierung von Strukturen 244
Strukturklassifikation 255
Strukturalignment 261
Strukturanalyse 265
Lösungsmittelzugänglichkeit und Wechselwirkungen 268
Die Berechnung physikalisch-chemischer Eigenschaften 273
Strukturoptimierung 275
Ergänzende Protein-Datenbanken 279
Eine kurze Zusammenfassung 280

10: Vorhersage der Proteinstruktur und funktion
anhand der Sequenz 285
Proteinstrukturbestimmung 286
Proteinstrukturvorhersage 291
Von 3D zu 1D 293
Die Detektion von charakteristischen Merkmalen in Proteinsequenzen 294
Sekundärstrukturvorhersage 295
3D-Strukturvorhersage 301
Wie man alles zusammenfügt: Ein Projekt zur Proteinmodellierung 306
Zusammenfassung 311

11: Techniken für Genom- und Proteomanalyse 313
Vom Sequenzieren der Gene zum Sequenzieren der Genome 315
Sequenz-Assemblierung 320
Genomdaten im WWW 322
Annotation und Analyse ganzer Genome 326
Funktionelle Genomik: Neue Herausforderungen für die Datenanalyse 329
Proteomik 335
Datenbanken biochemischer Reaktionswege 340
Modellierung der Kinetik und der Physiologie 344
Zusammenfassung 346


IV: Datenbanken und Visualisierung 347

12: Automatisieren der Datenauswertung mit Perl 349
Warum gerade Perl? 349
Perl-Grundlagen 351
Reguläre Ausdrücke und Mustererkennung 357
Parsen der BLAST-Ausgabe mit Perl 358
Anwendungen von Perl in der Bioinformatik 363

13: Das Erstellen biologischer Datenbanken 369
Datenbank-Typen 370
Datenbank-Software 378
Einführung in SQL 380
Installation von MySQL 386
Datenbankdesign 390
Webbasierte Tools zum Zugriff auf Datenbanken 395

14: Visualisierung und Data Mining 403
Vorbereitung der Daten 404
Graphiken betrachten 405
Visualisierung von Sequenzdaten 406
Visualisierung von Netzwerken und Stoffwechselwegen 409
Mit numerischen Daten arbeiten 411
Visualisierung: Zusammenfassung 417
Data Mining und biologische Informationen 418

15: Bibliographie 425


Index 431