Bioinformatik: mit leistungsstarken digitalen Lösungen zu besseren Ergebnissen

Bioinformatik

23.05.2024
Florian Deuring

Ob in akademischen Arbeitsgruppen, in Forschungsverbünden, in der Pharmabranche oder in klinischen Instituten: Die Bioinformatik gewinnt kontinuierlich an Bedeutung. Um die vorhandenen, sehr großen Mengen an biomedizinischen Daten integrieren, analysieren und explorieren zu können, sind jedoch Know-how und die richtigen digitalen Lösungen erforderlich. Wodurch sich leistungsfähige Software-Plattformen auszeichnen, zeigt das Beispiel in diesem Artikel.

Bioinformatik gewinnt in modernen Wissenschaften an Relevanz

Die Bioinformatik etabliert sich zunehmend als eine Schlüsseldisziplin an der Schnittstelle von Informatik und den Lebenswissenschaften. Ihre rasante Entwicklung in den vergangenen Jahrzehnten hat sie in vielen Bereichen unverzichtbar gemacht. Dies gilt vor allem für die Anwendung von Informatikmethoden auf komplexe wissenschaftliche Fragen der Biologie, Chemie und Medizin.

Die Anfänge der Bioinformatik sind eng mit dem Fortschritt in der molekularen Biologie und der genetischen Forschung verbunden. Die zunehmende Verfügbarkeit von Hochdurchsatztechnologien, wie die Sequenzierung von Genomen und die Analyse von Proteinen, hat eine Flut an Daten hervorgebracht. Diese Datenmengen sind so umfangreich und komplex, dass traditionelle Analysemethoden nicht ausreichen, um sie effektiv zu verarbeiten und auszuwerten. Hier kommt die Bioinformatik ins Spiel, die Werkzeuge und Methoden entwickelt, um diese Datenmengen nicht nur zu bewältigen, sondern auch wissenschaftlich nutzbar zu machen.

Mehrere Herausforderungen in der Bioinformatik

Bioinformatiker stehen vor der Herausforderung, sowohl tiefgreifendes biologisches als auch technisches Wissen zu vereinen. Die Entwicklung von komplexen Datenbanken, Algorithmen zur Mustererkennung und Vorhersagemodellen erfordert nicht nur Programmierkenntnisse, sondern auch ein fundiertes Verständnis biologischer Prozesse. Umgekehrt müssen Biologen, die bioinformatische Tools nutzen, die Funktionsweise der Software verstehen, um Daten korrekt analysieren und interpretieren zu können. Diese doppelte Expertise ist entscheidend, da sie die Grundlage für die Modellierung biologischer Systeme und die Vorhersage von wissenschaftlichen Phänomenen bildet.

Entscheidend für den Erfolg ist außerdem der Einsatz geeigneter, leistungsstarker Software-Plattformen. Obwohl die Bioinformatik eine wichtige Rolle in den modernen Wissenschaften spielt, ist die Landschaft der Lösungsanbieter, die sich auf dieses Feld spezialisiert haben, in Deutschland überschaubar. Einer der wenigen Experten ist die Genevention GmbH aus Göttingen, welche innovative digitale Lösungen für Anwendungsfälle in der Bioinformatik, Biotechnologie und Systemmedizin entwickelt. Kernprodukt des Anbieters ist die Plattformlösung Semares.

Flexible Plattform für biomedizinische Hochdurchsatzdaten

Semares ist eine flexible Lösung zur Integration, Analyse und Exploration von biomedizinischen Hochdurchsatzdaten wie zum Beispiel Omics-Daten. Die Plattform lässt sich zudem bedarfsabhängig erweitern, etwa mit KI- und Bioinformatiktools. Sie sorgt für gut annotierte Daten und ist in der Lage, interaktive Visualisierungen zu liefern. Eine Ausgestaltung als Biomarkerplattform oder digitale Plattform für die System- oder Präzisionsmedizin ist ebenfalls möglich.

Die wichtigsten Eigenschaften der Semares-Plattform sind:

• Datenintegration nach dem FAIR-Prinzip
• Workflow-Integration und Prozessautomatisierung
• erweiterbare interaktive Visualisierungen
• umfassende Such- und Filterfunktionen

Im Folgenden werden diese Punkte näher beschrieben.

Datenintegration nach dem FAIR-Prinzip

Ein zentrales Merkmal von Semares ist das Datenmanagement nach dem FAIR-Prinzip. FAIR steht für "findable, accessible, interoperable, reusable". Der Ansatz stellt also sicher, dass Daten in geeigneter Form indexiert und gespeichert werden, sodass sie leicht zugänglich und für Analysen nutzbar sind. Darüber hinaus stellt Semares ein umfassendes Metadaten-Management-System bereit, das es Anwendern ermöglicht, alle relevanten Daten zu ihren Projekten, Proben und Analysen zu speichern und zu verwalten.

Workflow-Integration und Prozessautomatisierung

Mit Semares erhalten Forscher zudem leistungsstarke Workflow-Analyse-Plug-ins und ein Jupyter Notebook Interface. Mit diesen Tools ist es möglich, komplexe Datenanalyseprozesse durchzuführen, zu automatisieren und zu personalisieren. Die Werkzeuge sind auch deshalb wertvoll für die Gestaltung und Durchführung von Datenanalysen, weil sie es ermöglichen, repetitive Aufgaben zu standardisieren und die Genauigkeit der Ergebnisse zu verbessern.

Erweiterbare interaktive Visualisierungen

Die Plattform bietet außerdem umfangreiche Möglichkeiten für interaktive Visualisierungen. Diese sind wichtig, um komplexe Datensätze zu interpretieren und wissenschaftliche Erkenntnisse visuell darzustellen. Durch die Anpassung von Grafiken und Diagrammen können Forscher spezifische Aspekte ihrer Daten hervorheben und tiefere Einblicke in ihre Forschung gewinnen.

Umfassende Such- und Filterfunktionen

Nicht zuletzt erleichtert Semares das Auffinden spezifischer Datenpunkte oder Experimente durch fortschrittliche Suchalgorithmen. Dieses Feature unterstützt Wissenschaftler dabei, ihre Daten effizient zu organisieren und schnell zugänglich zu machen, was die Effizienz der Forschungsarbeit erheblich steigert.