Genomik ist ein Zweig der Genetik, der groß angelegte Veränderungen im Genom von Organismen untersucht. Die Genomik und ihr Teilgebiet der Transkriptomik, die genomweite Veränderungen in der RNA untersucht, die aus der DNA transkribiert wird, untersucht viele Gene einmal. Genomik kann auch das Lesen und Alignment sehr langer DNA- oder RNA-Sequenzen beinhalten. Die Analyse und Interpretation solch umfangreicher und komplexer Daten erfordert die Hilfe von Computern. Der menschliche Verstand, so großartig er auch ist, ist unfähig, mit so vielen Informationen umzugehen. Die Bioinformatik ist ein hybrides Gebiet, das das Wissen der Biologie und das Wissen der Informatik, einem Teilgebiet der Informatik, vereint.
Genome enthalten viele Informationen
Genome von Organismen sind sehr groß. Das menschliche Genom wird auf drei Milliarden Basenpaare geschätzt, die etwa 25.000 Gene enthalten. Zum Vergleich: Die Fruchtfliege wird auf 165 Milliarden Basenpaare geschätzt, die 13.000 Gene enthalten. Darüber hinaus untersucht ein Teilgebiet der Genomik namens Transkriptomik, welche Gene unter den Zehntausenden in Organismus, werden zu einem bestimmten Zeitpunkt, über mehrere Zeitpunkte und mehrere Versuchsbedingungen zu jedem Zeitpunkt ein- oder ausgeschaltet Zeitpunkt. Mit anderen Worten: „Omics“-Daten enthalten Unmengen an Informationen, die der menschliche Geist ohne die Hilfe von Computermethoden der Bioinformatik nicht erfassen kann.
Biologische Daten
Bioinformatik ist wichtig für die Genforschung, weil genetische Daten einen Kontext haben. Der Kontext ist Biologie. Lebensformen haben bestimmte Verhaltensregeln. Gleiches gilt für Gewebe und Zellen, Gene und Proteine. Sie interagieren auf bestimmte Weise und regulieren sich gegenseitig auf bestimmte Weise. Die umfangreichen, komplexen Daten, die in der Genomik generiert werden, würden ohne das kontextbezogene Wissen über die Funktionsweise von Lebewesen keinen Sinn machen. Die durch Genomik generierten Daten könnten mit den gleichen Methoden analysiert werden, die von Ingenieuren und Physikern verwendet werden, die studieren Finanzmärkte und Glasfaser, aber eine sinnvolle Analyse der Daten erfordert Kenntnisse über Biologie. So wurde die Bioinformatik zu einem unschätzbaren hybriden Wissensgebiet.
Knirschen von Tausenden von Zahlen
Zahlenverarbeitung ist eine Art zu sagen, dass man Berechnungen durchführt. Die Bioinformatik kann in wenigen Minuten Zehntausende von Zahlen berechnen, je nachdem, wie schnell der Computer Informationen verarbeiten kann. Die Omics-Forschung verwendet Computer, um Algorithmen – mathematische Berechnungen – in großem Maßstab auszuführen, um Muster in großen Datensätzen zu finden. Gängige Algorithmen umfassen Funktionen wie hierarchisches Clustering (siehe Referenz 3) und Hauptkomponentenanalyse. Beides sind Techniken, um Beziehungen zwischen Stichproben zu finden, die viele Faktoren enthalten. Dies ist vergleichbar mit der Feststellung, ob bestimmte ethnische Zugehörigkeiten in zwei Abschnitten in einem Telefonbuch häufiger vorkommen: Nachnamen, die mit einem A beginnen, oder Nachnamen, die mit einem B beginnen.
Systembiologie
Die Bioinformatik hat es ermöglicht, zu untersuchen, wie sich ein System mit Tausenden von beweglichen Teilen auf der Ebene aller gleichzeitig bewegten Teile verhält. Es ist, als würde man einen Vogelschwarm gemeinsam fliegen oder einen Fischschwarm gemeinsam schwimmen sehen. Früher untersuchten Genetiker jeweils nur ein Gen. Obwohl dieser Ansatz immer noch unglaublich viele Vorteile hat und dies auch weiterhin tun wird, hat die Bioinformatik neue Entdeckungen ermöglicht. Systembiologie ist ein Ansatz zur Untersuchung eines biologischen Systems durch Quantifizierung mehrerer beweglicher Teile, wie das Studium der kollektiven Geschwindigkeit verschiedener Vogelnester, die als ein großer, geschwungener Flug fliegen Herde.
