Einleitung

Die Biologie mit all ihren vielfältigen Teilgebieten wie Botanik, Zell- und Molekularbiologie, Genetik oder Humanbiologie ist als ein reges Forschungsfeld in stetem Wandel. Sie ist gleichzeitig, mehr als andere Domänen, ständigen Wechselwirkungen mit angrenzenden Bereichen wie Chemie, Physik oder Medizin und seit einigen Jahrzehnten auch technischeren Bereichen wie der Informatik unterworfen. Gerade durch die Interaktion mit der Informatik hat sich ein eigenes Fachgebiet entwickelt, die Bioinformatik. In der Praxis führt das dazu, dass bei vielen Naturwissenschaftlern inzwischen weitreichende Programmiererfahrungen vorhanden sind, die deutlich über Tabellenkalkulationsprogramme hinausgehen und nicht nur die Thematik der Handhabung wissenschaftlicher Daten umfasst.

Zugleich hat sich in den letzten Jahren die Biologie gemeinsam mit der Medizin, der Chemie sowie den Pflege- und den Agrarwissenschaften zu einem spannenden, interdisziplinären Feld entwickelt: den Lebenswissenschaften (engl.Life Sciences). In diesem Gebiet fließen die Grenzen der »klassischen« Disziplinen zusehends ineinander. Ein Buch, das sich lediglich mit der Schnittmenge zwischen Biologie und Informatik beschäftigt, erscheint uns daher nicht weitreichend genug. Wir haben uns das Ziel gesteckt, den Bogen hier wesentlich weiter zu spannen.

Dementsprechend geht es in diesem Buch primär darum, angewandte Probleme der Lebenswissenschaften mithilfe der Informatik zu lösen. Es wird dabei nur so weit auf biologische oder medizinische Hintergründe eingegangen, wie es für das Verständnis des Buchs nötig ist. Das Vorgehen wird mit viel Beispielcode, teilweise im Stil eines Kochbuchs, dargestellt. Wann immer möglich, sollen Übungsaufgaben und Praxisprojekte tiefer in die Materie führen.

In diesem Buch werden vor allem folgende allgemeine Themenbereiche behandelt:

• Big Data: die Verarbeitung einer großen Menge sich ständig ändernder Daten.
• Das Heranziehen und Adaptieren effizienter, robuster und zuverlässiger Lösungen (insbesondereHeuristiken undAlgorithmen) für bestehende Probleme.
• Informationen überState-of-the-Art-Lösungen, -Bibliotheken und-Algorithmen.

Somit werden alle wichtigen Grundlagen für Studierende und Praktiker in den Lebenswissenschaften, der Biologie, der Bioinformatik und anderen Fächern behandelt: Wie werden Daten und Informationen verwaltet (sogenanntesData Management), wie werden sie über Algorithmen und externe Bibliotheken verarbeitet, und wie werden damit schlussendlich Probleme im Sinne der zugrunde liegenden wissenschaftlichen Fragestellung gelöst? Unser Ziel ist es, Ihnen eine Vorstellung von den verfügbaren und etablierten Softwarelösungen und Konzepten sowie von generellen Herangehensweisen bei datenbasierten Problemstellungen zu vermitteln. Nicht zuletzt legen wir Wert auf Verweise darauf, wo Sie auch über dieses Buch hinaus weitere Hilfe finden können.

Entwickelt hat sich das vorliegende Buch aus zahlreichen Lehrveranstaltungen, die die Autoren an den Universitäten Bonn, Köln und München über die vergangenen Jahre hinweg angeboten haben; hinzu kommen die eigenen Erfahrungen aus der fachlichen und beruflichen Praxis. Wir haben während der Ausarbeitung und schriftlichen Niederlegung der Kursmanuskripte von der interdisziplinären Arbeit zwischen Mathematik, Informatik, Biologie und den weiteren Lebenswissenschaften stark profitiert und hoffen, dies an Sie weitergeben zu können. Unser Dank gilt auch den Generationen von Studenten, die durch ihre Rückfragen und Rückmeldungen die Darstellung geschärft haben und dadurch helfen konnten, den Fokus dieses Buchs entsprechend auszurichten.

Bei der Themenauswahl haben wir uns von drei Faktoren leiten lassen: Welche Themen sind derzeit wichtig und emergent? Welche Themen sind