Funktionelle Genomik als Ergänzung der klassischen Genom-Forschung
Die funktionelle Genom-Analyse (Functional Genomics) untersucht die Funktion der Gene und Eiweisse sowie deren Interaktionen. Bei einem einzelnen Gen war dies mit den klassischen Methoden der Molekularbiologie und Biochemie schon bisher möglich. So konnte z. B. ein einzelnes Gen sequenziert (bestimmen der Abfolge der vier verschiedenen DNA-Bausteine) oder auch in einen anderen Organismus übertragen werden. Das von diesen Organismen neu produzierte Eiweiss konnte dann beispielsweise aufgereinigt und strukturell, biochemisch und biophysikalisch charakterisiert werden. Durch gezielt eingeführte Veränderungen in der Abfolge der Gensequenz, sogenannte Mutationen, war es zudem möglich, Aussagen über die Funktion zu erhalten. Ein ziemlich langwieriger Prozess! Auch im Zeitalter von Functional Genomics können diese Arbeitsschritte durch neue Techniken nur begrenzt ersetzt werden. Die funktionellen Genom-Analysen erleichtern und beschleunigen diese Prozesse jedoch. So kann man heute nicht nur ein einzelnes Gen, sondern gleich alle aktiven Gene einer Zelle gleichzeitig untersuchen.

Bakterien, Viren und Menschen vergleichen
Die heute bekannten Genom-Sequenzen können miteinander verglichen werden, um Hinweise auf gemeinsame Funktionen zu erhalten. Untersucht werden hauptsächlich Veränderungen des Stoffwechsels und des Verhaltens einer Zelle oder eines gesamten Organismus als Reaktion auf äussere Einflüsse durch biologische Moleküle oder chemische Reize.
All diesen Projekten gemeinsam, sind die riesigen Datenmengen, welche mit Hilfe von leistungsfähigen Computernetzwerken gespeichert und analysiert werden.

DNA-Chips
DNA-Chips sind modifizierte Glasoberflächen von ca. 2x2 cm Seitenlänge mit einer mikroskopisch kleinen Anordnung von kurzen DNA-Abschnitten. Sie erlauben die Untersuchung von Tausenden von Genen und deren Regulation in einem einzelnen Experiment. Bereits heute können nahezu alle Gene des Menschen auf einem solchen Chip untergebracht und analysiert werden. In einem einzelnen Experiment können heute so viele Resultate gesammelt werden wie noch vor wenigen Jahren in vielen Monaten. Da man tausende Gene in einem einzigen Experiment beobachten kann, wird auch die gegenseitige Regulation der Gene sichtbar. Solche komplexen Netzwerke können mit klassischen Techniken nur schlecht oder gar nicht entdeckt werden.

Proteomik
Die Aminosäuren, die Bausteine der Eiweisse, sind im Gegensatz zu den vier Basenpaaren der DNA, eine sehr heterogene Gruppe mit ganz unterschiedlichen Massen und chemischen Eigenschaften. Eiweisse, welche aus verschiedenen Kombinationen von Aminosäuren bestehen, sind für die Wissenschaftler deshalb eine besonders grosse Herausforderung. Schon ihre Isolation aus einer Zelle kann kompliziert sein! Eine sehr effiziente Analysemethode ist die Massenspektrometrie. Sie beruht auf der Möglichkeit, im Massenspektrometer die Masse von Molekülen mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Indem die Masse von verschiedenen Bruchteilen eines Eiweisses (unterschiedlich lange Aminosäurenketten) bestimmt wird, lässt sich nach und nach die Sequenz der Aminosäuren herleiten.

Zentraler Stellenwert der Bioinformatik
Nach oft vielen technischen Schwierigkeiten, ist die Verarbeitung der Flut von gewonnenen Analysedaten eine grosse Aufgabe. Es müssen Möglichkeiten gefunden werden, die gewonnenen Daten schnell zu analysieren. Dabei helfen einerseits grosse und schnelle Computernetzwerke und andererseits neue, speziell entwickelte Software. Dass im Bereich der Functional Genomics verschiedene Disziplinen von der Genetik über die Molekularbiologie bis hin zur Informatik und Statistik zusammenfinden, widerspiegelt die Anforderungen, die heute an die Forschung bei der Untersuchung komplexer biologischer Prozesse und Strukturen gestellt werden.