Dokument: Entwicklung und Implementierung von Verfahren für Ontologieentwicklung und Ontologie-basierte Suche nach bioinformatischen Werkzeugen und Methoden

Titel:	Entwicklung und Implementierung von Verfahren für Ontologieentwicklung und Ontologie-basierte Suche nach bioinformatischen Werkzeugen und Methoden
Weiterer Titel:	Development and Implementation of Techniques for Ontology Engineering and an Ontology-based Search for Bioinformatics Tools and Methods
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=10239
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20090129-112342-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Mainz, Indra [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 6,62 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 27.01.2009 / geändert 27.01.2009
Beitragende:	Prof. Dr. Steger, Gerhard [Gutachter] Prof. Dr. Lercher, Martin [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Das Wissen wächst heutzutage auf vielen Gebieten exponentiell. Vor allem im Bereich der Lebenswissenschaften spricht man von einer Datenexplosion, die mit modernen Methoden wie High-Troughput-Screenings zu erklären ist. Eine Unmenge an Daten kann mit diesen Methoden gewonnen werden, die in geeigneter Weise analysiert und zugänglich gemacht werden müssen. Die Anzahl von Einträgen in Sequenzdatenbanken steigt zum Beispiel rapide, da High-Throughput-Sequenzierungen sogar die schnelle Sequenzbestimmung ganzer Genome ermöglichen. Um diese Daten intelligent zugänglich zu machen, werden immer häufiger Ontologien eingesetzt. Ontologien, wie sie in dieser Arbeit verstanden werden, sind spezielle Datenstrukturen, in denen Wissen eines abgesteckten Fachgebietes in strukturierter Form gespeichert wird, sodass es von Computern interpretiert werden kann. Eine Ontologie namens BIO2ME (BioInformatics Ontology for Tools and Methods) wurde aufgebaut und in dieser Arbeit erweitert, die bioinformatische Werkzeuge und Methoden strukturiert abbildet. Das Ziel ihrer Erstellung ist ihr Einsatz alsWissensbasis in einem Informationssystem, das eine intelligente Suche über die Vielzahl bioinformatischer Werkzeuge ermöglicht. Diese Werkzeuge werden zum einen für die Anzeige, Verarbeitung, Archivierung und Suche der beschriebenen Menge biomedizinischer Daten entwickelt, aber auch für die Unterstützung experimenteller Methoden und Simulation biologischer Vorgänge. Mittlerweile ist es daher eine zunehmende Herausforderung, ein geeignetesWerkzeug für eine bestimmte Aufgabe zu finden. Selbst Bioinformatikern fällt es schwer, den Überblick über Methoden und Werkzeuge ihres Fachgebietes zu behalten. In dieser Arbeit konnte ein solches Informationssystem erfolgreich implementiert werden, das die Semantik der Ontologie für die Suche ausnutzt und somit einzigartig für seine Anwendung ist. Fachexperten spielen eine entscheidende Rolle vor allem in der informellen Phase des Ontologieaufbaus, in welcher das zu erfassende Wissen gesammelt und zueinander in Beziehung gesetzt wird. Obwohl die Forschung an Ontologien etabliert ist, konnte in dieser Arbeit festgestellt werden, dass für diese kritische Phase nur wenig Software-Unterstützung existiert. Um diesen Mangel zu kompensieren, wurde in dieser Arbeit der Wiki-Ansatz angepasst, der sich bereits für die kooperative Erstellung von Dokumenten etabliert hat und sich dadurch im Besonderen für die gemeinschaftliche Arbeit der ersten Phasen der Ontologieerstellung qualifiziert. DasWiki, welches im Rahmen dieser Arbeit in die Ontologie-Plattform ONTOVERSE integriert wurde, umfasst alle hilfreichen Wiki-Funktionen wie Versionierung und Änderungsaufzeichnung. Die Implementierung zeichnet sich jedoch besonders durch zwei zusätzliche Funktionalitäten aus: Zum einen können einzelne Abschnitte einesWiki-Artikels gesperrt werden. Das ist zum Beispiel hilfreich, um die nachträgliche Änderung an festgelegten Ontologie-Kriterien nur für bestimmte Nutzergruppen zu erlauben. Zum anderen verfügt dasWiki über eine Verbindung zu der formalen Ontologie, welche die inhaltliche Evaluierung der Ontologie enorm erleichtert. Weiterhin ist die Auffüllung von Ontologien mit Information eine umfassende Aufgabe und die Gewinnung von Fachexperten, die diese unterstützen, eine Herausforderung. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit zusätzlich eine Methode zur semi-automatischen Unterstützung der Ontologieerweiterung mit Hilfe von Tagging implementiert. Die vorliegende Arbeit beinhaltet zudem eine umfassende Studie dieser Vorgehensweise, aufgrund derer die BIO2ME-Ontologie erheblich erweitert werden konnte. Anhand einer Ontologie über bioinformatische Werkzeuge und ihrer Anwendung zeigt diese Arbeit den Nutzen des Einsatzes von Ontologien in derWissenschaft auf und entwickelt Methoden, die dem gemeinschaftlichen Aufbau einer solchen Wissensbasis dienen und deren Erweiterung Computer-gestützt erleichern. The amount of information increases exponentially these days. The life sciences in particular produce masses of data by utilizing modern methods like high-throughput screenings. This vast amount of data has to be analyzed and made accessible to enable the gain of new information and the reuse of data. For example, the size of sequence databases soars as high-throughput sequencing techniques facilitate the fast determination of biomolecular sequences. To access these data in an intelligent way ontologies were established in the life sciences. Ontologies— as considered in this thesis—represent knowledge of a domain in a structured and machineinterpretable way. In this thesis an ontology for bioinformatics tools and methods (BIO2ME) was extended, which models bioinformatics programs, databases and methods according to (e. g.) their application and data which can be processed. BIO2ME aims at providing a knowledge base for an information system that enables an intelligent search across the plethora of bioinformatics tools, which are developed to face the visualization, processing, archiving and search for the above described amount of biomedical data. Moreover, there exist additional tools that support experimental methods or simulate biological processes. Even for bioinformaticians it is hard to review methods and tools serving a specific purpose. In this thesis the BIO2ME information system was established, which enables the intelligent search based on the semantics of the BIO2ME ontology and is unique in its field of application. Domain experts are essential for the building of ontologies as they provide and cross-link the knowledge that is modeled in an ontology. Even though ontologies form a well founded field of research, during the development of BIO2ME a lack of the support of domain experts was noticed. Due to this discovery, in this thesis the wiki idea is adapted to the requirements of the informal ontology engineering phases, which comprehend the knowledge acquisition and the interrelation of pieces of information. Wikis are well suited for this task, because they are well established in the collaborative development of documents. Special characteristics of the here implemented Wiki are: the locking function of single sections in a Wiki document, which protects ontology definitions against vandalism, and a connection to a formal ontology model, which in particlular facilitates content-specific evaluation of the ontology. The amount of information increases exponentially these days. The life sciences in particular produce masses of data by utilizing modern methods like high-throughput screenings. This vast amount of data has to be analyzed and made accessible to enable the gain of new information and the reuse of data. For example, the size of sequence databases soars as high-throughput sequencing techniques facilitate the fast determination of biomolecular sequences. To access these data in an intelligent way ontologies were established in the life sciences. Ontologies— as considered in this thesis—represent knowledge of a domain in a structured and machineinterpretable way. In this thesis an ontology for bioinformatics tools and methods (BIO2ME) was extended, which models bioinformatics programs, databases and methods according to (e. g.) their application and data which can be processed. BIO2ME aims at providing a knowledge base for an information system that enables an intelligent search across the plethora of bioinformatics tools, which are developed to face the visualization, processing, archiving and search for the above described amount of biomedical data. Moreover, there exist additional tools that support experimental methods or simulate biological processes. Even for bioinformaticians it is hard to review methods and tools serving a specific purpose. In this thesis the BIO2ME information system was established, which enables the intelligent search based on the semantics of the BIO2ME ontology and is unique in its field of application. Domain experts are essential for the building of ontologies as they provide and cross-link the knowledge that is modeled in an ontology. Even though ontologies form a well founded field of research, during the development of BIO2ME a lack of the support of domain experts was noticed. Due to this discovery, in this thesis the wiki idea is adapted to the requirements of the informal ontology engineering phases, which comprehend the knowledge acquisition and the interrelation of pieces of information. Wikis are well suited for this task, because they are well established in the collaborative development of documents. Special characteristics of the here implemented Wiki are: the locking function of single sections in a Wiki document, which protects ontology definitions against vandalism, and a connection to a formal ontology model, which in particlular facilitates content-specific evaluation of the ontology.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Physikalische Biologie
Dokument erstellt am:	29.01.2009
Dateien geändert am:	27.01.2009
Promotionsantrag am:	12.12.2008
Datum der Promotion:	21.01.2009