thesis

Encoding, Storing and Searching of Analytical Properties and Assigned Metabolite Structures

Abstract

Informationen über Metabolite und andere kleine organische Moleküle sind von entscheidender Bedeutung in vielen verschiedenen Bereichen der Naturwissenschaften. Sie spielen z.B. eine entscheidende Rolle in metabolischen Netzwerken und das Wissen über ihre Eigenschaften, hilft komplexe biologische Prozesse und komplette biologische Systeme zu verstehen. Da in biologischen und chemischen Laboren täglich Daten anfallen, welche diese Moleküle beschreiben, existiert eine umfassende Datengrundlage, die sich kontinuierlich erweitert. Um Wissenschaftlern die Verarbeitung, den Austausch, die Archivierung und die Suche innerhalb dieser Informationen unter Erhaltung der semantischen Zusammenhänge zu ermöglichen, sind komplexe Softwaresysteme und Datenformate nötig. Das Ziel dieses Projektes bestand darin, Anwendungen und Algorithmen zu entwickeln, welche für die effiziente Kodierung, Sammlung, Normalisierung und Analyse molekularer Daten genutzt werden können. Diese sollen Wissenschaftler bei der Strukturaufklärung, der Dereplikation, der Analyse von molekularen Wechselwirkungen und bei der Veröffentlichung des so gewonnenen Wissens unterstützen. Da die direkte Beschreibung der Struktur und der Funktionsweise einer unbekannten Verbindung sehr schwierig und aufwändig ist, wird dies hauptsächlich indirekt, mit Hilfe beschreibender Eigenschaften erreicht. Diese werden dann zur Vorhersage struktureller und funktioneller Charakteristika genutzt. In diesem Zusammenhang wurden Programmmodule entwickelt, welche sowohl die Visualisierung von Struktur- und Spektroskopiedaten, die gegliederte Darstellung und Veränderung von Metadaten und Eigenschaften, als auch den Import und Export von verschiedenen Datenformaten erlauben. Diese wurden durch Methoden erweitert, welche es ermöglichen, die gewonnenen Informationen weitergehend zu analysieren und Struktur- und Spektroskopiedaten einander zuzuweisen. Außerdem wurde ein System zur strukturierten Archivierung und Verwaltung großer Mengen molekularer Daten und spektroskopischer Informationen, unter Beibehaltung der semantischen Zusammenhänge, sowohl im Dateisystem, als auch in Datenbanken, entwickelt. Um die verlustfreie Speicherung zu gewährleisten, wurde ein offenes und standardisiertes Datenformat definiert (CMLSpect). Dieses erweitert das existierende CML (Chemical Markup Language) Vokabular und erlaubt damit die einfache Handhabung von verknüpften Struktur- und Spektroskopiedaten. Die entwickelten Anwendungen wurden in das Bioclipse System für Bio- und Chemoinformatik eingebunden und bieten dem Nutzer damit eine hochqualitative Benutzeroberfläche und dem Entwickler eine leicht zu erweiternde modulare Programmarchitektur

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