24. September 2007 – Dr. Thomas Linke

INFOS 2007 – Workshop »Unterrichtsthema Bioinformatik« (Linke)

A. Gösling

In dem Workshop wurde eine Unterrichtsreihe zur Bioinformatik vorgestellt.

Übersicht – Zieldimension – Material

Die Unterrichtsreihe eignet sich besonders für fächerübergreifenden Unterricht in Zusammenarbeit mit einem Biologie Leistungskurs. Den Teilnehmern wurde auf CD-ROM die komplette Unterrichsreihe einschließlich Skript, Übungsaufgaben mit Lösungen und Hintergrundhinweisen zur Verfügung gestellt.

Struktur der Unterrichtsreihe – Aufgabenbeispiele

Zu Beginn der Unterrichtsreihe werden die Grundlagen der Molekularbiologie vermittelt und mit entsprechenden Programmieraufgaben eingeübt. Dazu gehören unter anderem Themen- bzw Aufgabenbereiche wie Doppelstrang DNA, DNA in RNA Transkription, RNA in Protein Translation (und umgekehrt) und DNA in Protein Translation. Mögliche Aufgaben sind beispielsweise:

• zur Doppelstrang DNA:
  Aufgabe: Implementiere ein Programm mit dem, ausgehend von einem DNA-Strang der DNA-Komplementärstrang erzeugt werden kann.
  Bei dieser Aufgabe sollen die bekannten Transkriptionsregeln für Nukleotide (Adenin(A) zu Thymidin(T) und Guanin(G) zu Cytosin(C)) implemeintiert werden. Gegeben sind dazu Zeichenreihen der Art: "ATGCAAAG..." die in "TACGTTTC..." übersetzt werden sollen.
• zu RNA in Protein Translation:
  Auch hier handelt es sich um Übersetzungsaufgaben von Zeichenketten in Zeichenketten, bei der allerdings die umfangreichere Mehrfachzuordnung von 64 möglichen Codons (Dreiergruppen von Nukleotiden) in die 20, in der Natur vorkommenden Aminosäuren verwendet werden muss.
• Es gibt noch komplexere Übersetzungsaufgaben wie z.B. die DNA in Protein Translation, bei der sowohl verschiedene Eingaben von DNA-Zeichenketten zu einer Ausgabe führen können, als auch eine Eingabe zu mehreren Ausgaben führen kann.

Weiter werden in der Unterrichtsreihe die folgenden Elemente thematisiert:

• Sequenzenvergleiche mit einem Dotplot
• Sequenzenvergleiche mit Metriken (als Beispiel Hamming-Distanz)
• Berechnung abstandsbasierter phylogenetischer Bäume

Fazit

In dem Workshop wurde eine sehr gut ausgearbeitete Unterrichtsreihe zur Bioinformatik für die Oberstufe vorgestellt, in der besonderen Wert auf die programmiertechnische Umsetzung von grundlegenden Aufgabestellungen der Bioinformatik gelegt wurde. Basierend auf der von Frau Gösling vorgestellten Unterrichtsreihe und dem bereitgestellten sehr guten Unterrichtsmaterial werden sicher einige Informatiklehrkräfte motiviert sein, eine Unterrichtsreihe zur Anwendung algorithmischer Methoden in der Biologie zu gestallten. Als Einstieg zum Informieren sei DNA interactive empfohlen.

Zur fachlichen Einordnung

Aus meiner Sicht empfiehlt sich die Zusammenarbeit mit einer Biologielehrkraft, weil die verwendeten Begriffe aus der Biologie zwar einfach sind, wenn man sie verstanden hat, aber sie müssen zunächst einmal verstanden werden. Und schließlich liegt der besondere Reiz bei dieser Unterrichtsreihe zur Bioinformatik in der Tatsache, dass die Aufgaben sich mit echten Problemen der Bioinformatik befassen, zu denen Biologen sicher mehr und besseres Hintergundwissen vermitteln können.