Biotechnologie Freitag, den 5. 8. 2010 Biologische Datenbanken im Internet Karl-Friedrich Fischbach

Biotechnologie

Freitag, den 5. 8. 2010

Biologische Datenbanken im Internet

Karl-Friedrich Fischbach

Das Programm des heutigen Vormittags

1. Das Internet als evolutionäres Ereignis

(die Konvergenz von Informations- und Neurowissenschaften)

2. Grundlegende Recherchetechniken im Internet

3. Biologische Datenbanken im Internet

4. Konkrete Aufgaben zum bisherigen Kurs und darüberhinaus

Das Internet als evolutionäres Ereignis

• Evolutionäre Zeiträume

• Im Vergleich zum Alter des Internet

Zeitleiste der Erdgeschichte(in Milliarden Jahren)

1 Milliarde Jahre <-> 1m 1 Million Jahre <-> 1mm

1000 Jahre <-> 1µm

Die menschliche Kulturgeschichte

PrimatenSäugerErste FischeTiere mit harten Schalen

Einzeller

Entstehung der Erde

?

Extrapolationen vorhander Entwicklungen sind unzureichend aber notwendig

Die Konvergenz der Neurobiologie mit den Informationswissenschaften

• Das Gehirn als “Informationsprozessor”

• Beispiele für Gehirn - Technik Interfaces:– das Cochlear Implantat– das Hirnstamm Implantat– Gedankenumwandlung bei Querschnittsgelähmten

Das Gehirn als “Informationsprozessor”

Gehirn - Maschinen - Interfaces

1. Sensorischer Input

2. Motorischer Output

Cochlear Implantat: Beispiel für ein Gehirn - Technik Interface:

Beispiel für ein Gehirn - Technik Interface:Funktionsweise des Cochlear Implantats

1. Der Sprachprozessor analysiert, digitalisiert und codiert die durch ein Mikrophon aufgenommenen Töne.

2. Diese werden über die Spule auf der Kopfhaut als Radiosignale an das Cochlear Implantat gesendet.

3. Das Cochlear Implantat beliefert den Elektrodenarray in der Schnecke mit elektrischer Energie entsprechend dem empfangenen Signal.

4. Die Elektroden stimulieren den Hörnerv.5. Dessen elektrische Impulse werden vom Gehirn als Hörinformation

ausgewertet.

Das Hirnstamm-Implantat

Ein Hirnstamm-Implantat ist ein modifiziertes Cochlear Implant; im Gegensatz zum Cochlear Implant wird nicht das Innenohr (Cochlea) elektrisch stimuliert, sondern der erste Hörkern im Hirnstamm. Hierzu wird die Stimulationselektrode auf den ersten Hörkern, den Nucleus cochlearis, positioniert.

Auch hier wird die Hörinformation per Radiosignal an das Implantat übertragen.

Gehirn - Maschinen - Interfaces

1. Sensorischer Input

2. Motorischer Output

Vom Gedanken (dem elektrischen Potential) zur Tat

1. Stephen H. Scott (2006). Converting thoughts into action. Nature 442, 141-142

2. Leight R. Hochberg et al. (2006) Neuronal ensemble control prothetic devices by a human with tetraplegia. Nature 442, 164-171

3. Gopal Santhanam et al. (2006). A high-performance brain-computer interface. Nature 442, 195-198

Vom Gedanken (dem elektrischen Potential) zur Tat

1. Stephen H. Scott (2006). Converting thoughts into action. Nature 442, 141-142

2. Leight R. Hochberg et al. (2006) Neuronal ensemble control prothetic devices by a human with tetraplegia. Nature 442, 164-171

3. Gopal Santhanam et al. (2006). A high-performance brain-computer interface. Nature 442, 195-198

Vom Gedanken (dem elektrischen Potential) zur Tat

1. Stephen H. Scott (2006). Converting thoughts into action. Nature 442, 141-142

2. Leight R. Hochberg et al. (2006) Neuronal ensemble control prothetic devices by a human with tetraplegia. Nature 442, 164-171

3. Gopal Santhanam et al. (2006). A high-performance brain-computer interface. Nature 442, 195-198

Schlussfolgerungen

• Direkte Computer - Gehirnverbindungen sind möglich.

• Prognose: Direkte Computer - Gehirnverbindungen werden (keine zeitliche Festlegung) für die Allgemeinheit entwickelt werden.

– Erweiterung der Sensorik

– Motorikchips für Prothesenträger

– Direktanschluss an Datennetze (Internet, Intranet etc.)

– remote control weit entfernter Objekte über direkte sensorische und motorische Anbindung des Gehirns nur eine Frage der Zeit

Das Internet als Hilfsmittel für den Biowissenschaftler

• Finden von Information im Internet

• biologische Suchmaschinen und Portale

• Portalseiten von Modellorganismen

• Literatursuche

• Arbeiten mit Gen- und Proteindatenbanken im Internet

Beispiele für biologische Portalseiten

The Tree of Lifewww.tolweb.org/tree/phylogeny.html

Zentrale für Unterrichtsmedien im Internetbiologie.zum.de (Biologie-Portal)wiki.zum.de (Lehrerwiki)

unity.zum.de (Lehrercommunity)

The Biology Place www.biology.com

National Center for Biotechnology Information www.ncbi.nlm.nih.gov/

Beispiele für Portalseiten von Modellorganismen

Caenorhabditishttp://elegans.swmed.edu/

Drosophilahttp://flybase.org/

Zebrafischhttp://zfin.org

Arabidopsis http://www.arabidopsis.org/

Beispiele für Portalseiten für Literatursuche im Netz

• Literatursuchmaschine von Googlehttp://scholar.google.com

• Publikationen in den Biowissenschaftenhttp://pubmed.com

• ISI Web of Knowledgehttp://apps.isiknowledge.com/

Arbeiten mit Sequenzdatenbanken im Netz

• Humangenetische Resourcenhttp://www.genome.gov/10001772

• National Center for Biotechnology Informationhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/

• Viele spezialisierte Tools von unterschiedlichen Anbietern (über Google auffindbar)

Diese Datenbanken werden im Kurs anhand konkreterRecherchebeispiele im Detail besprochen