Bioinformatik ist ein Gebiet, das Computer verwendet, um molekularbiologische Informationen zu speichern und zu analysieren. Mit diesen Informationen in digitaler Form kann die Bioinformatik dann molekularbiologische Probleme lösen, Strukturen vorhersagen und sogar Makromoleküle simulieren. In einem allgemeineren Sinne kann Bioinformatik verwendet werden, um jede Nutzung von Computern zu biologischen Zwecken zu beschreiben, aber die molekularbiologische spezifische Definition ist bei weitem die gebräuchlichste.
Zu Beginn des 21. Jahrhunderts begannen Wissenschaftler, das Genom ganzer Arten zu sequenzieren und auf Computern zu speichern. Eine dieser Anwendungen ist die Ableitung evolutionärer Veränderungen in einer Art. Indem sie ein Genom untersuchen und beobachten, wie es sich im Laufe der Zeit verändert, können Evolutionsbiologen die Evolution tatsächlich verfolgen, während sie stattfindet.
Die bekannteste Anwendung der Bioinformatik ist die Sequenzanalyse. Bei der Sequenzanalyse werden DNA-Sequenzen verschiedener Organismen in Datenbanken gespeichert, um sie leicht abzurufen und zu vergleichen. Das gut berichtete Human Genome Project ist ein Beispiel für Sequenzanalyse-Bioinformatik. Mit riesigen Computern und verschiedenen Methoden zum Sammeln von Sequenzen wurde das gesamte menschliche Genom sequenziert und in einer strukturierten Datenbank gespeichert.
DNA-Sequenzen, die für die Bioinformatik verwendet werden, können auf verschiedene Weise gesammelt werden. Eine Methode besteht darin, ein Genom zu durchsuchen und einzelne Sequenzen zu suchen, um sie aufzuzeichnen und zu speichern. Eine andere Methode besteht darin, einfach riesige Mengen von Fragmenten zu greifen und sie alle zu vergleichen, indem man ganze Sequenzen findet, indem man die redundanten Segmente überlappt. Die letztere Methode, bekannt als Shotgun Sequencing, ist derzeit aufgrund ihrer Einfachheit und Geschwindigkeit die beliebteste.
Durch den Vergleich bekannter Sequenzen eines Genoms mit spezifischen Mutationen können viele Informationen über unerwünschte Mutationen wie Krebs gewonnen werden. Mit der abgeschlossenen Kartierung des menschlichen Genoms hat die Bioinformatik in der Erforschung von Krebserkrankungen in der Hoffnung auf eine mögliche Heilung eine große Bedeutung erlangt.
Computer werden auch verwendet, um umfassendere Daten über Arten zu sammeln und zu speichern. Das Projekt Species 2000 zum Beispiel zielt darauf ab, eine große Menge an Informationen über jede Pflanzen-, Pilz- und Tierart auf der Erde zu sammeln. Diese Informationen können dann für eine Reihe von Anwendungen verwendet werden, einschließlich der Verfolgung von Veränderungen in Populationen und Biomen.
Es gibt viele andere Anwendungen der Bioinformatik, darunter die Vorhersage ganzer Proteinstränge, das Erlernen der Expression von Genen in verschiedenen Arten und das Erstellen komplexer Modelle ganzer Zellen. Mit zunehmender Rechenleistung und Erweiterung unserer Datenbanken mit genetischen und molekularen Informationen wird der Bereich der Bioinformatik mit Sicherheit wachsen und sich drastisch verändern, was es uns ermöglicht, Modelle von unglaublicher Komplexität und Nützlichkeit zu erstellen.