Dieses Notebook ist die deutschsprachige Übersetzung des Wolfram-Essays “From Data to Discovery: Studying Computational Biology with Wolfram” vom 29. April 2024, die mithilfe eines LLM-Tools erstellt und von einer professionellen Übersetzerin überprüft wurde.
Von Daten zu Durchbrüchen: So betreiben Sie Bioinformatik mit Wolfram
Von Daten zu Durchbrüchen: So betreiben Sie Bioinformatik mit Wolfram
29. April 2024
Bailey Long, Blog Implementation Specialist, Communication & Outreach
Mit den Innovationen in der Computerwissenschaft erleben wir Sprünge in dem, was zur Unterstützung der Welt realisiert werden kann. Die technologischen Fortschritte in der Biologie haben den Weg geebnet, um Medizin und die Muster der Umwelt besser zu studieren, um Kranken zu helfen und Ressourcen zu optimieren. Egal, ob Sie zum ersten Mal ein Tier klassifizieren oder simulierte Tiergenome visualisieren, Wolfram Language hält die Werkzeuge und Fähigkeiten bereit, um Ihre Projekte im Bereich der computergestützten Lebenswissenschaften zu unterstützen. Das Folgende ist eine Sammlung von Biologie-Ressourcen, Projekten und Funktionen der Wolfram Language für jedes Erfahrungsniveau.
Level 1: Erfahren Sie mehr über Bioinformatik
Level 1: Erfahren Sie mehr über Bioinformatik
Die Lebenswissenschaften decken ein enormes Spektrum ab – kein Wunder bei der Vielfalt des Lebens selbst. Starten Sie Ihre Reise in die Bioinformatik mit grundlegenden Bildungstools und virtuellen Experimenten.
Wissenschaft und Technologie: Fragen & Antworten für Kinder & andere Interessierte
Wissenschaft und Technologie: Fragen & Antworten für Kinder & andere Interessierte
Stephen Wolframs Science & Technology Q&A for Kids & Others ist ein wöchentlicher Stream, in welchem er Fragen beantwortet, um die Komplexität von Wissenschaft und Technologie auf eine zugängliche Weise für Unkundige zu durchbrechen.
Jeder Stream ist eine spontane Diskussion, die nicht an ein bestimmtes Thema gebunden ist, aber oft gemeinsame Themen findet, während sich die Diskussionen entfalten. Episode 134 diskutiert die Grenzen von Menschen und Tieren. In Episode 132 untersucht Wolfram Bio-Computer, Fangschreckenkrebse und mehr. Haben Sie eine Frage? Sie können Ihre eigenen Fragen einreichen, die in einem zukünftigen Stream beantwortet werden.
Wolfram|Alpha Abfragebeispiele
Wolfram|Alpha Abfragebeispiele
Wolfram|Alphas durchsuchbare Datenbank gibt angehenden Computerwissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern die Werkzeuge, um zuverlässige Informationen und Berechnungen zu finden, die nahezu jeden Arbeitsbereich unterstützen – einschließlich Biologie und Lebenswissenschaften. Beispielabfragen im Bereich Biologie sind verfügbar, um sofort etwas über Anatomie, Taxonomie und Genomik zu lernen.
Wolfram U—Computergestützte Zoologie
Wolfram U—Computergestützte Zoologie
Wolfram U bietet Kurse an, die von Einführungen in die Berechnung bis hin zu fortgeschrittenen technischen Anwendungen der Wolfram Language reichen. Computergestützte Zoologie zeigt, wie Sie die Wolfram Knowledgebase und externe Daten verwenden können, um etwas über Tierarten zu lernen und einfache maschinelle Lernmodelle zur Verarbeitung zoologischer Daten zu erstellen.
Wolfram Demonstrations Project
Wolfram Demonstrations Project
Das Wolfram Demonstrations Project bietet mehr als 13.000 interaktive Vorführungen der Wolfram Language-Funktionen in verschiedenen Bereichen, darunter fast zweihundert Biologie-Demonstrationen. Stellen Sie einzigartige Bedingungen ein und beobachten Sie, wie sich Experimente aus Demonstrationen wie den folgenden entfalten.
Diese Demonstration zeigt ein visuelles Modell der Phasen der Mitose.
centriole={{Orange,EdgeForm[{Thick,Yellow}],Rotate[Rectangle[{0,0.8},{0.2,0.73}],-Pi/4]},{Orange,EdgeForm[{Thick,Yellow}],Rotate[Rectangle[{0,0.8},{0.2,0.73}],Pi/3]}};
spindle=Table[{0.135Cos[t],0.135Sin[t]},{t,0,2Pi,Pi/6}];
part={{Red,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.2,0},{0.2,0}}],Pi/3],{-0.3,0}],0.6]},{Red,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.2,0},{0.2,0}}],-Pi/3],{-0.3,0}],0.6]},{Blue,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.3,0},{0.3,0}}],Pi/3],{-0.24,-0.35}],0.6]},{Blue,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.3,0},{0.3,0}}],-Pi/3],{-0.24,-0.35}],0.6]},{Red,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.3,0},{0.3,0}}],Pi/3],{0.14,0}],0.6]},{Red,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.3,0},{0.3,0}}],-Pi/3],{0.14,0}],0.6]},{Blue,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.2,0},{0.2,0}}],Pi/3],{0.2,-0.4}],0.6]},{Blue,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.2,0},{0.2,0}}],-Pi/3],{0.2,-0.4}],0.6]},{Dashed,Lighter[Blue,0.7],Circle[{0,-0.2},0.57]}};
interphase={{Circle[{0,0},1]},{Translate[centriole,{0.05,0}]},{Translate[centriole,{-0.3,0}]},{EdgeForm[{LightBlue,Thickness[0.02]}],LightBlue,Opacity[0.000002],Disk[{0,-0.2},0.35]},{Red,Translate[BezierCurve[RandomReal[0.8,{30,2}]],{-0.4,-0.6}]},{Blue,Translate[BezierCurve[RandomReal[0.8,{30,2}]],{-0.4,-0.6}]},{Brown,PointSize[0.0008],Translate[Point[spindle],{-0.2,0.75}]},{Brown,PointSize[0.0008],Translate[Point[spindle],{0.15,0.76}]},{Blue,Opacity[0.2],Scale[Disk[{-0.2,-0.1},0.15],{1,0.6}]}};
prophase={{Circle[{0,0},1]},{Translate[centriole,{0.3,-0.05}]},{Translate[centriole,{-0.5,-0.05}]},{Red,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.2,0},{0.2,0}}],Pi/3],{-0.3,0}],0.6]},{Red,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.2,0},{0.2,0}}],-Pi/3],{-0.3,0}],0.6]},{Blue,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.3,0},{0.3,0}}],Pi/3],{-0.24,-0.35}],0.6]},{Blue,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.3,0},{0.3,0}}],-Pi/3],{-0.24,-0.35}],0.6]},{Red,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.3,0},{0.3,0}}],Pi/3],{0.14,0}],0.6]},{Red,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.3,0},{0.3,0}}],-Pi/3],{0.14,0}],0.6]},{Blue,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.2,0},{0.2,0}}],Pi/3],{0.2,-0.4}],0.6]},{Blue,Thickness[0.007],Scale[Translate[Rotate[Line[{{-0.2,0},{0.2,0}}],-Pi/3],{0.2,-0.4}],0.6]},{Dashed,Lighter[Blue,0.7],Circle[{0,-0.2},0.57]},{Brown,BezierCurve[{{-0.3,0.75},{0,0.9},{0.28,0.75}}]},{Brown,BezierCurve[{{-0.3,0.7},{0,0.75},{0.3,0.7}}]},{Brown,BezierCurve[{{-0.3,0.72},{0,0.83},{0.28,0.72}}]},{Brown,BezierCurve[{{-0.3,0.67},{0,0.62},{0.3,0.67}}]}};
metaphase={{Circle[{0,0},1]},{Translate[centriole,{-0.05,0}]},{Translate[centriole,{-0.12,-1.5}]},{Red,Thickness[0.007],Translate[Rotate[Line[{{-0.2,0},{0.2,0}}],Pi/3],{-0.7,0}]},{Red,Thickness[0.007],Translate[Rotate[Line[{{-0.2,0},{0.2,0}}],-Pi/3],{-0.7,0}]},{Blue,Thickness[0.007],Translate[Rotate[Line[{{-0.3,0},{0.3,0}}],Pi/3],{-0.24,0}]},{Blue,Thickness[0.007],Translate[Rotate[Line[{{-0.3,0},{0.3,0}}],-Pi/3],{-0.24,0}]},{Red,Thickness[0.007],Translate[Rotate[Line[{{-0.3,0},{0.3,0}}],Pi/3],{0.24,0}]},{Red,Thickness[0.007],Translate[Rotate[Line[{{-0.3,0},{0.3,0}}],-Pi/3],{0.24,0}]},{Blue,Thickness[0.007],Translate[Rotate[Line[{{-0.2,0},{0.2,0}}],Pi/3],{0.7,0}]},{Blue,Thickness[0.007],Translate[Rotate[Line[{{-0.2,0},{0.2,0}}],-Pi/3],{0.7,0}]},{Brown,BezierCurve[{{-0.7,0.25},{-0.6,0.7},{-0.1,0.8}}]},{Brown,BezierCurve[{{0.7,0.25},{0.6,0.7},{0.15,0.8}}]},{Brown,BezierCurve[{{-0.25,0.3},{-0.25,0.6},{-0.08,0.7}}]},{Brown,BezierCurve[{{0.3,0.3},{0.35,0.6},{0.17,0.7}}]},{Brown,BezierCurve[{{-0.7,-0.25},{-0.6,-0.7},{-0.15,-0.75}}]},{Brown,BezierCurve[{{0.7,-0.25},{0.6,-0.7},{0.1,-0.75}}]},{Brown,BezierCurve[{{-0.3,-0.3},{-0.3,-0.6},{-0.15,-0.65}}]},{Brown,BezierCurve[{{0.27,-0.27},{0.35,-0.6},{0.1,-0.65}}]}};
Multanis Demonstration zeigt, wie sich die DNA-Helix entwindet und den alten DNA-Strang als Vorlage verwendet, um zwei Tochterhelices zu erstellen.
Dicksons Demonstration bietet ein interaktives Skelettmodell des menschlichen Arms – komplett mit rotierenden Ansichten und Hervorhebung verschiedener Knochen zur einfachen Identifizierung.
Gabriels Demonstration verwendet vereinfachte Lotka–Volterra-Gleichungen, um einfache Räuber-Beute-Zyklen zu demonstrieren. Sie können das Modell anpassen, indem Sie jeden Teil der Gleichung verändern, von der Räuberkonkurrenz bis hin zu den Sterblichkeitsraten der Beute.
Neueste Funktionalitäten von Wolfram Language
Neueste Funktionalitäten von Wolfram Language
Wenn Sie Ihre eigenen computergestützten Lebenswissenschafts-Experimente zu erstellen möchten, bieten Ihnen die Biologie-Funktionen der Wolfram Language die nötigen Funktionalitäten, eine interaktive Bühne für Untersuchungen und Experimente zu schaffen. Die neuesten veröffentlichten Entitäten umfassen:
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"TaxonomicSpecies” — Diese Funktion bietet detaillierte Informationen zu den Taxa von Pflanzen, Tieren, Mikroben und mehr. Sie können sich auch Keiko Hirayamas Vortrag „Exploring Species in Wolfram Language” ansehen, um diese Funktion in Aktion zu sehen:
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AnatomicalStructure — Diese Funktion bietet detaillierte Informationen für mehr als 90 Tausend menschliche anatomische Teile:
Wolfram Function Repository
Wolfram Function Repository
Das Wolfram Function Repository bietet eine stetig wachsende Sammlung von Wolfram Language-Funktionen, die sowohl von Wolfram-Teams als auch von Nutzerinnen und Nutzern entwickelt wurden. Mit über 2.500 verfügbaren Funktionen gibt es reichlich Biologie-Tools für Bioinformatikerinnen und -informatiker.
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BioSequenceMoleculePlot modelliert Strukturdiagramme von biomolekularen Sequenzen.
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DNAAlignmentPlot erstellt eine farbenfrohe Visualisierung für DNA-Sequenz-Alignments.
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FoodWeb erzeugt Graphen, die Räuber-Beute-Beziehungen für ein gegebenes Tier darstellen.
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TaxonomyGraph zeigt einen Taxonomiegraphen für eine gegebene Art an.
Empfohlene Beiträge aus der Community
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Aus Bildern von Tieren versuchen Sie, den Baum des Lebens zu rekonstruieren (Wolfram High School Summer Research Program 2022)
Von: Maya Viswanathan
Von: Maya Viswanathan
Das Wolfram High School Summer Research Program ist eine Gelegenheit für Schülerinnen und Schüler der Oberstufe, an ihren eigenen Forschungsprojekten mit Mentorinnen und Mentoren aus dem Wolfram-Team und Stephen Wolfram teilzunehmen.
Viswanathans Forschungsprojekt nutzte die Bildverarbeitungsfähigkeiten von Wolfram Language, um einen taxonomischen Lebensbaum zu erstellen. Die Diagramme werden verwendet, um verschiedene Organismen in unterschiedliche Klassifizierungen zu organisieren, einschließlich Taxonomie und Evolution. Viswanathans Diagramme erstellen Bäume ausschließlich basierend darauf, wie Wolfram Language Bilder verschiedener Organismen interpretiert, was zu einer beeindruckenden und farbenfrohen Darstellung führt.
Hauts Projekt verwendet ein mathematisches Modell, das bewertet, wie verschiedene Säugetierlungen Wasser und Wärme nutzen, um die Temperatur selbst zu regulieren. Haut scheut keine Mühen beim Erstellen visuell beeindruckender Modelle für eine einfache Lesbarkeit.
Mastrofinis Projekt erstellt 3D-Modelle, die für die Lehre und Forschung von Körperteilen (Organe, Arterien, Muskelgewebe und mehr) geeignet sind. Seine Modelle werden in verschiedenen Stadien präsentiert, um unterschiedliche Elemente hervorzuheben, wie zum Beispiel Ganzkörper-Platzierungen, rotierende 3D-Modelle mit regionalen Hervorhebungen und vollfarbige Modelle.
Wolfram System Modeler—Bio Chem Library
Wolfram System Modeler—Bio Chem Library
Wolfram System Modeler ist ein interaktives Modellierungslabor, das Ihnen die Möglichkeit gibt, dynamische Simulationen für verschiedene Umgebungen durchzuführen. Die Bio Chem-Bibliothek bietet Modellierung, Simulation und Visualisierung von biologischen und biochemischen Systemen. Sie können lernen, wie die Bio Chem-Bibliothek für die sichere Medikamentenforschung und -entwicklung mit FDA-genehmigten Modellen verwendet wird.
Level 2: Experimentieren mit Bioinformatik
Level 2: Experimentieren mit Bioinformatik
Bioinformatik mit Wolfram Language umfasst mehr als informative Entitäten und Projekte. Die folgenden Ressourcen zeigen Anwendungen für die Nutzung von Wolfram-Technologien zur Durchführung von Experimenten und Forschung in den Lebenswissenschaften.
Wolfram|Alpha Biologie-Team
Wolfram|Alpha Biologie-Team
Das Wolfram|Alpha Biologie-Team präsentiert seine anspruchsvollen Inhalte und Funktionen in Livestreams, Wolfram Technology Conference-Vorträgen und Blog-Posts.
Video-Anleitungen
Wolfram Blog
Wolfram Function Repository
Wolfram Function Repository
Das Wolfram Function Repository bietet auch erweiterte Funktionen, um Sie bei Ihrer computergestützten Biologiearbeit voranzubringen, einschließlich der Nutzung der Daten der Global Biodiversity Information Facility:
Wolfram Language Example Repository
Wolfram Language Example Repository
Das Wolfram Language Example Repository bietet eine Reihe von gebrauchsfertigen Beispielen für verschiedene Anwendungen, einschließlich Biologie und Lebenswissenschaften. Die Beispiele umfassen Visualisierungen und Analysen für synthetische Biologie, biomolekulare Berechnung und Anatomie:
Empfohlene Community-Beiträge
Empfohlene Community-Beiträge
Visualisierungen der Computergestützten Anatomie, Animationen, Web-Bereitstellung
Von: Martijn Froeling
Von: Martijn Froeling
Froeling ist Assistenzprofessor und spezialisiert sich auf quantitative neuromuskuläre MRT-Techniken, um Muskelfunktionen und -erkrankungen besser zu verstehen. Er befand sich in einem Projekt, das viele Bilder anatomischer Modelle von Muskeln der unteren Extremitäten erforderte. Er entschied sich dafür, Wolfram Language zu verwenden, um interaktive Modelle für sein Projekt zu generieren, anstatt sich die Zeit zu nehmen, das Web nach den exakt benötigten Winkeln zu durchsuchen.
QMRITools Paclet
QMRITools Paclet
Im Jahr 2023 wurde Froeling ein Wolfram Innovation Award für sein Paclet QMRITools verliehen. Dieses Paclet wurde als Werkzeugkasten für experimentelles Design, Datenanalyse und Lehre entwickelt. Das Paclet wurde als Werkzeug in über 50 wissenschaftlichen Arbeiten gewürdigt und bietet derzeit mehr als 450 Funktionen. QMRITools hat dazu beigetragen, die quantitative MRT-Analyse zu vereinfachen. Sie können Froeling dabei zusehen, wie er das Paclet in seinem Livestream ausführlicher diskutiert: „QMRITools: Processing Quantitative MRI Data: Live with the R&D Team”.
Level 3: Bioinformatik-Forschung
Level 3: Bioinformatik-Forschung
Wolfram-Technologie wird derzeit in einer Vielzahl fortgeschrittener Forschungsprojekte eingesetzt, die das aktuelle Verständnis der Lebenswissenschaften immer weiter vorantreiben. Wolfram auf höherer Ebene mit den Lebenswissenschaften zu verbinden, ermöglicht schnelles und kostengünstiges Testen von Hypothesen und Durchführen von Analysen.
Wolfram YouTube-Kanal
Wolfram YouTube-Kanal
Sabine Fischer präsentiert die Arbeit der physikalischen Biologie-Gruppe an der Goethe-Universität Frankfurt in der Zellbiologie, insbesondere ihre Arbeit in der Bildsegmentierung und der Bewertung von Tumorsphäroiden.
John Cassel bespricht die Arbeit der Wolfram|Alpha Scientific Group an computergestützter Bioinformatik in Wolfram Language und verschiedene Anwendungen in den Lebenswissenschaften.
Empfohlene Publikation
Empfohlene Publikation
Frames Mathematical Models in the Biosciences 1 bietet einen Einblick in die Verwendung der Wolfram Language zur Unterstützung der mathematischen Grundlagen der Biowissenschaften, einschließlich Chemotherapie, Räuber-Beute-Beziehungen, Nervenimpulse und mehr.
Empfohlene Beiträge aus der Community
Empfohlene Beiträge aus der Community
Alves' Projekt entwickelt eine mehrstufige Modellierung von Mais, um Genominterventionen zur Verbesserung der Resistenz gegen Schädlinge und extreme Bedingungen wie Dürre zu bewerten. Die Verwendung von Wolfram Language ermöglichte es ihm, 3D-Simulationen verschiedener Bedingungen für die Biosynthese bei Pflanzen zu modellieren.
Sahas ProteinVisualization wurde entwickelt, um komplexe, farbintensive 3D-Visualisierungen von Biomolekülen zu erstellen, darunter Proteine, Nukleinsäuren und deren Komplexe. Darüber hinaus ermöglicht das Paclet die Berechnung struktureller Eigenschaften wie Kontaktkarten, Graphen und Diederwinkel. Saha hat sein Paclet kontinuierlich weiterentwickelt und in einem zweiten Beitrag mit dem Titel „What Is New in the Wolfram ProteinVisualization Paclet!” die neuesten Funktionaliäten vorgestellt.
Sayamas Projekt befasst sich mit der Entwicklung eines Korrelationsnetzwerks von Ländern oder Regionen, ihren Gemeinschaftsstrukturen und einer Zeitreihe ihrer COVID-19-Aktivität.
Gastruloid-Reihe
Von: Ali Hashmi
Von: Ali Hashmi
Hashmis Reihe von Wolfram Community-Beiträgen über Gastruloide oder 3D-Modelle von embryonalen Stammzellen der Maus (mESCs) zeigt seine Arbeit bei der Untersuchung von mESCs in Anwendung auf die räumliche Organisation verschiedener Keimblätter in tierischen Bauplänen. Seine Beitragsreihe ist in drei Segmente unterteilt:
Wolfram Language Paclet Repository
Wolfram Language Paclet Repository
Das Wolfram Language Paclet Repository bietet zusätzliche Werkzeuge zur Verwendung innerhalb der Wolfram Language. Schauen Sie sich die aktuell verfügbaren Biologie-Paclets wie CompartmentalModeling und StickyDBSCAN an, um Ihre rechnergestützte Biologiearbeit gezielt voranzubringen. Sie können zum Wachsen des Repositorys beitragen, indem Sie Ihre eigenen Paclets einreichen.
Rechnergestützte Methoden in Ihrem Fachgebiet
Rechnergestützte Methoden in Ihrem Fachgebiet
Wolfram hat es schon immer darauf angelegt, Grenzen zu überschreiten, um die Idee der X-informatik zu verfolgen, also das Zusammenwirken von Technologie mit allen Bereichen der Welt. Die Wolfram Language, die wir heute kennen und schätzen, entstand aus Stephen Wolframs Leidenschaft für die Physik. Dieser Anspruch, Grenzen unterschiedlicher Disziplinen zu überwinden, wird bis heute fortgeführt: durch die Entwicklerinnen und Entwickler von Wolfram, die mit jeder neuen Version innovative Durchbrüche anstreben, ebenso wie durch die Nutzerinnen und Nutzer, die ihre eigenen Projekte und Entdeckungen teilen.
Suchen Sie nach weiteren großartigen Ressourcen, wie sie rechnergestützte Methoden in Ihr Fachgebiet einbringen können? Schauen Sie sich unsere Sammlung von Kursen bei Wolfram U und verschiedene Veranstaltungen und Workshops an, um mehr über Wolfram Language und ihre verschiedenen Anwendungsbereiche zu erfahren. Falls Sie derzeit an einem Projekt arbeiten, teilen Sie es unbedingt in der Wolfram Community, um sich mit anderen Computerwissenschaftlerinnen und Computerwissenschaftlern zu vernetzen.