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Development of a programming library for general bioinformatics

Kunzmann, Patrick (2023)
Development of a programming library for general bioinformatics.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00024784
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Bioinformatics progresses at an unprecedented pace. At the same time the software implementing the essential algorithms is often incompatible with each other in terms of data input and output. In consequence it can require substantial effort to establish a workflow that combines different programs. Furthermore, the flexibility of such software is usually limited to a relatively small number of options. These circumstances hamper the adaption of these programs to new problems. An alternative approach to command line programs are programming libraries, that enable the user to apply already implemented algorithms and at the same time to harness the full feature spectrum of a programming language.

In this thesis the Python bioinformatics package Biotite is presented. It unifies popular algorithms from sequence and structure analysis into a flexible library, which is applicable to a wide range of biological questions. Furthermore, new algorithms are presented, enhancing the bioinformatician’s toolkit with a novel sequence alignment visualization approach and universally applicable hydrogen prediction method. Finally, via the application of Biotite this thesis provides new insights into the molecular mechanism of cation channels and novel evaluation methods for sequencing data from SELEX experiments.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2023
Autor(en): Kunzmann, Patrick
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Development of a programming library for general bioinformatics
Sprache: Englisch
Referenten: Hamacher, Prof. Dr. Kay ; Süß, Prof. Dr. Beatrix
Publikationsjahr: 5 Dezember 2023
Ort: Darmstadt
Kollation: 175 Seiten in verschiedenen Zählungen
Datum der mündlichen Prüfung: 9 März 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00024784
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/24784
Kurzbeschreibung (Abstract):

Bioinformatics progresses at an unprecedented pace. At the same time the software implementing the essential algorithms is often incompatible with each other in terms of data input and output. In consequence it can require substantial effort to establish a workflow that combines different programs. Furthermore, the flexibility of such software is usually limited to a relatively small number of options. These circumstances hamper the adaption of these programs to new problems. An alternative approach to command line programs are programming libraries, that enable the user to apply already implemented algorithms and at the same time to harness the full feature spectrum of a programming language.

In this thesis the Python bioinformatics package Biotite is presented. It unifies popular algorithms from sequence and structure analysis into a flexible library, which is applicable to a wide range of biological questions. Furthermore, new algorithms are presented, enhancing the bioinformatician’s toolkit with a novel sequence alignment visualization approach and universally applicable hydrogen prediction method. Finally, via the application of Biotite this thesis provides new insights into the molecular mechanism of cation channels and novel evaluation methods for sequencing data from SELEX experiments.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
Alternatives AbstractSprache

Die Bioinformatik verzeichnet Fortschritte in einem noch nie dagewesenen Tempo. Gleichzeitig sind die Programme, die die zentralen Algorithmen implementieren, häufig in der Dateneingabe und -ausgabe miteinander inkompatibel. Infolgedessen kann es einen erheblichen Mehraufwand erfordern, einen Workflow zu etablieren, der verschiedene Programme kombiniert. Zudem ist die Flexibilität von Kommandozeilenprogrammen in der Regel auf eine übersichtliche Anzahl von Optionen beschränkt. Diese Umstände erschweren die Anpassung dieser Programme an neue Probleme. Eine Alternative zu Kommandozeilenprogrammen sind Programmbibliotheken, die es dem Benutzer ermöglichen, bereits implementierte Algorithmen anzuwenden und dabei gleichzeitig den vollen Funktionsumfang einer Programmiersprache bieten.

In dieser Dissertation wird das Python-Bioinformatik-Paket Biotite vorgestellt. Es vereint populäre Algorithmen aus der Sequenz- und Strukturanalyse in einer flexiblen Programmbibliothek, die sich auf eine Vielzahl von biologischen Fragestellungen anwenden lässt. Darüber hinaus werden neue Algorithmen vorgestellt, die das Instrumentarium des Bioinformatikers um einen neuartigen Ansatz zur Sequenzalignment-Visualisierung und um eine universelle Methode zur Wasserstoffvorhersage erweitert. Abschließend bietet diese Arbeit durch die Anwendung von Biotite neue Einblicke in den molekularen Mechanismus von Kationenkanälen und neue Ansätze zur Auswertung von Sequenzdaten aus SELEX-Experimenten.

Deutsch
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-247849
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 10 Fachbereich Biologie
10 Fachbereich Biologie > Computational Biology and Simulation
Hinterlegungsdatum: 05 Dez 2023 13:04
Letzte Änderung: 06 Dez 2023 08:06
PPN:
Referenten: Hamacher, Prof. Dr. Kay ; Süß, Prof. Dr. Beatrix
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 9 März 2023
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