By Prof. Dr. Marc-Thorsten Hütt, Manuel Dehnert (auth.)

Endlich Schluss mit den Blackboxes

Die Bioinformatik ist in kurzer Zeit zu einer unverzichtbaren Grundlage für die biologische Forschung - insbesondere auf dem Gebiet der Molekularbiologie und Genetik - geworden. Dennoch werden die fertigen Softwarepakete meist nur benutzt, ohne die Verfahren hinter den Methoden zu verstehen.

Marc Thorsten Hütt und Manuel Dehnert schließen diese Kluft. Sie führen den Leser von den mathematischen Grundlagen zu den konkreten Methoden der Bioinformatik und den fertigen Softwarewerkzeugen. Oder sie gehen den umgekehrten Weg und erläutern – ausgehend von den etablierten Verfahren – Schritt für Schritt die dahinter liegenden mathematischen Verfahren und Strategien.

Ein besonderes spotlight sind die Mathematica-Exkurse. Schritt für Schritt wird die Implementierung wichtiger Algorithmen der Bioinformatik im Computeralgebra-Programm Mathematica vorgeführt.

Mit diesem Buch verstehen Sie die Verfahren hinter den Methoden der Bioinformatik.

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Ein mathematisches Modell hat in der Regel den Zweck, ein reales (beobachtetes) Phänomen numerisch zu simulieren, es also in Form mathematischer Regeln nachzustellen und es dadurch in seiner Funktion besser zu verstehen. Dabei lassen sich Einzelheiten des realen Systems so weit ausblenden, dass man versteht, welche Systemkomponenten oder -eigenschaften essentiell für bestimmte Aspekte des beobachteten Verhaltens sind (minimale Modelle). Ebenso lassen sich aus dem Modell oft Eigen- 36 2 Statistische Analyse von DNA-Sequenzen Zucker Phosphat G Nukleotid C A T C G A biochemische Struktur Base ...

In all diesen Zusammenhängen geht man typischerweise davon aus, dass die Stichproben (zum Beispiel die hintereinander ausgeführten Würfelwürfe) unabhängig voneinander sind (also insbesondere nicht von ihrer Reihenfolge abhängen). Die lückenlose Aufteilung des Einheitsintervalls 0, 1 durch die in dem Modell auftretenden Wahrscheinlichkeiten, die Zerlegung der Einheit, ist die zweite mögliche Sichtweise auf diese Nebenbedingung. Die Größe eines Unterintervalls ist dabei gerade durch den Wert der Wahrscheinlichkeit gegeben.

Im praktischen Umgang 7 Chargaff (1975), zitiert nach: Liebovitch und Scheurle (2000). 4 Kernfragen der Bioinformatik 23 mit dieser Frage untersucht man typischerweise die Ähnlichkeit der Sequenz zu annotierten Genen anderer Spezies. • Welche Gene sind unter bestimmten Bedingungen gleichzeitig aktiv? In gewissem Rahmen lässt sich diese Frage heute experimentell mit Hilfe von DNA-Microarrays untersuchen. In solchen Arrays sind DNA-Moleküle auf einer Struktur immobilisiert, die dann einer Reihe von Target-Substanzen ausgesetzt wird.

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