BFAM-Teilprojekt BF-S15T07„Effiziente Clustering-Verfahren
zur genomweiten Expressionsanalyse“
BFAM-Teilprojekt BF-S15T08„Modellierung und VisualisierungBiochemischer Reaktionswege“
Sonstige Projekte imBereich Bioinformatik
Dr. Jens Ernst ([email protected]) Sebastian Wernicke ([email protected])Arno Buchner ([email protected])Jan Griebsch ([email protected])
Hanjo Täubig ([email protected])Moritz Maass ([email protected])
BFAM im Forschungskontext des LehrstuhlsLehrstuhl für Effiziente Algorithmen
Graphentheorie
Kombinatorische Optimierung
Randomisierte Algorithmen
Computeralgebra
Petri-Netze
Scheduling
Komplexitätstheorie
Algorithmische Bioinformatik
Algorithmenvisualisierung
Teilprojekt„Clustering“
Teilprojekt„Biologische Netzwerke“
SonstigeBioinformatik-
Projekte
Teilprojekt „Effiziente Clustering-Verfahren zur genomweiten Expressionsanalyse“
Genexpressionsdaten
Genexpressionsprofile
Ähnlichkeits-untersuchung
Normalisierung
Clustering
Meilensteine des Teilprojekts:
1. Ähnlichkeitsmaße für Expressionsprofile:
2. Qualitätsmaße für Clusterings:
3. Neuentwicklung von Clustering-Algorithmen:
• RCPT-Algorithmus (graphentheoretisch, randomisiert)
• SR-Algorithmus (spektral)
4. Implementierung als Softwarepaket:
5. Entwicklung erweiterter Clustering-Modelle:
• Rekonstruktion überlappender Cluster
• Clustering in höheren Momenten
6. Einbringung von Vorwissen in den Clustering-Prozess:
Kooperationen im BFAM-Verbund, Publikationen:
1. Kooperation mit der Genomatix Software GmbH:• Erweiterung der Cluster-Analyse um Vorwissen aus
biologischen Datenbanken und Nebenbedingungen
2. Kooperation mit Genomatix Software GmbH, der BiomaxInformatics GmbH, der Gruppe Prof. Lasser und der Gruppe Prof. Kriegel:• Vergleichende Bewertung von Clusterverfahren
3. Publikationen:[1] „Similarity-Based Clustering Algorithms for Gene Expression Profiles“,
J. Ernst, Dissertation, Technische Universität München, 2002
[2] „Generalized Clustering of Gene Expression Profiles – A Spectral Approach“,
J. Ernst, Proc. of the Int. Conference on Bioinformatics, Bangkok, 2002
[3] „The Complexity of Detecting Fixed-Density Clusters“, H. Täubig et. al.,
Proc. of the 5th Italian Conference on Algorithms and Complexity, 2003
Teilprojekt „Modellierung und Visualisierung
Biochemischer Reaktionswege“ Fokus: Hierarchisierte Netzwerke
flexible Detailtiefe (Organisation: Z.B. Zelle, Organelle, Kompartiment, Teilreaktion,…),
Layouterhaltung („Preserving of the mental Map”)
Modellierung und Datenstrukturentwicklung Enwtwicklung verschiedener „Hierarchiekonzepte“, Analyse sich daraus ergebender Konsequenzen für die effiziente Darstellung und Analyse von biochemischen Netzwerken
Implementierung Programmierung einer generischen (modularen, erweiterbaren) Software. Beispielhafte Implementierung der entwickelten Ansätze für Anwendungen und als Proof-of-Concept.
Anwendung Vergleich von Reaktionsnetzwerken auf verschiedenen hierarchischen Ebenen, Ausnützen entwickelter Konzepte
kollabierenexpandieren
Meilensteine des Teilprojekts:
Planung Implementierung Anwendung
Modellierung Enwicklung Daten- struktur
Hierarchie-konzepte
Graph Drawing
Verwendung der Software
Vorg
eh
en
Sta
tus
Bem
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gen
Darstellung von biochem. Netzwerken
Parametrisie-rung der Belegung
Hierarchisie-rung und Attributierung
Effiziente Realisierung von Operationen
Konsistenzüberwachung
Lokale Selbstähnlich-keit
Flexibler Wechsel zwischen Hierarchiestufen
Verschiedene Hierarchisie-rungen (modular) und Detailgrade
Untersuchung auf Einsetzbarkeit
Ergänzung um spezielle Verfahren
Implementie-rung
Ähnlichkeit zwischen Netzwerken
Consensus Netzwerke
Maximale / minimal ähnliche Substrukturen
Kooperationen und Mitarbeit
1. Kooperationen mit anderen Forschungseinrichtungen und Firmen
- Computer-Chemie-Centrum der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (Prof. Dr. J. Gasteiger): Austausch von Daten (BioPath), Softwarebibliotheken (MOSES) gegen Netzwerkanalysedaten und –software.
- Munich Information Center for Protein Sequences (Dr. V. Stümpflen) Austausch von Daten über Protein-Proteininteraktionsnetzwerke gegen Analyse- und Visualisierungstool. Entwicklung von Schnittstellenstandards
- Lehrstuhl für Organische Chemie und Biochemie (Prof. Dr. Dr. A. Bacher) Netzwerkmodellierung für die Auswertung quantitativer Daten aus Markierungsexperimenten mit Glucose.
2. Diplomarbeiten - Tobias Binder: „Automatisierte Analyse und Zerlegung metabolischer
Netzwerke durch Knotenzentralitätsmasse – Analyse und Implementierung“. - Uwe Römers: „Motivsuche in Proteinstrukturdatenbanken unter
Berücksichtigung von Insertionen und Deletionen“. - Johannes Nowak: „A New Indexing Method for Approximate Pattern
Matching with One Mismatch, Johannes Nowak”