GÜNCEL BİYOİNFORMATİK YAKLAŞIMLAR

En son güncellendiği tarih: Nis 3

BİYOİNFORMATİK NEDİR? Biyoinformatik, bir çok alanı kapsamasına rağmen özellikle moleküler biyoloji ile bilgisayar teknolojisini birleştiren ve bununla ilişkili veri işleme aygıtlarını bünyesinde barındıran bilimsel bir disiplindir. Bir diğer deyişle, karmaşık biyolojik verilerin derlenmesi ve analiz edilmesidir. Çağımızın teknolojik gelişimine paralel olarak hızla ilerlemekte olan ve böylelikle ortaya çıkan Biyoinformatik dalı bugün en popüler akademik ve endüstriyel sektörlerin başında gelmektedir.


Resim 1 [2]


Bilişim, biyoloji, matematik ve istatistik alanlarının tam kesişim noktası olan biyoinformatik, Paulien Hogeweg tarafından 1970 yılında, canlı sistemlerin bilgisinin incelenmesi olarak kullanıldı.

2001 yılında ise insan genom projesinin açıklanması ile önem kazandı.


BİYOİNFORMATİK ÇALIŞMALARI


Biyoinformatik modern biyolojinin iki temel bilgi akışını kapsar:


  1. Genetik bilgi akışı: Bir organizmanın DNA'sı incelendikten sonra özellikleri belirlenir. İncelenen bu organizma türünün oluşturduğu toplulukların karakteristik özelliklerine kadar olan tüm bilgi akışına genetik bilgi akışı diyotuz. Elde edilen DNA bilgisi tekrar genetik havuz için kullanılır.

  2. Deneysel bilgi akışı: Biyolojik olaylar gözlenerek elde edilen informasyon, açıklayıcı matematiksel modeller yardımıyla açıklanır. Doğruluğu ise yeni deneyler ile test edilir.


Biyoinformatik çalışmalar önümüzdeki yıllar içinde vazgeçilmez bir alan olacaktır. Örneğin hastaların tıbbi kayıtlarında DNA dizilim bilgileri yer almaya başlayacaktır. Bu sağlık alanı için çok önemli bir ilerlemedir. Biyoinformatik araştırmalar için geliştirilen algoritmaların klinik bilişim sistemlerine entegre olması günümüzde beklenen olaylardandır.


Genel araştırma konuları ise şunlardır:


Metodolojik çalışmalar


1. DNA sıra, dizilim araştırmaları

2. Protein sıra, dizilim araştırmaları

3. Makromoleküler yapıların üç boyutlu yapı araştırmaları (DNA, RNA, Protein)

4. Küçük moleküllerin ligandlarıyla etkileşiminin araştırılması

5. Heterojen biyolojik veritabanlarının birleşmesi

6. Biyolojik enformasyonun paylaşımının kolaylaştırılması

7. Bilgisayar ile optimize edilmiş veri analizi ve iletimi

8. Etkileşimde bulunan genler için bilgi ağları oluşturulması

9. Bir çok biyolojik faaliyet sürecinin matematiksel modellenmesi ve simülasyonu

10. Büyük çaplı biyolojik deneylerden çıkan sonuçların analizi[4]


Biyolojik çalışmalar


1. Proteinlerin yapılarının ve fonksiyonlarının belirlenmesi

2. Herhangi bir biyolojik fonksiyonu arttıran ya da engelleyen küçük moleküllerin tasarlanması

3. Karmaşık genetik fonksiyonların ya da regülasyon faaliyetlerinin tanımlanması

4. Tıbbi ya da endüstriyel amaçlı yeni nükleik asit, protein, karbonhidrat, sentetik polimerler (örn. plastik) ve polimer olmayan büyük kütleli moleküller gibi makromoleküllerin üretilmesi

5. Genetik faktörlerin hastalık yatkınlığına etkilerinin ortaya çıkarılması ve yöntemleri[4]


Biyoinformatikte kullanılan iki önemli etkinliği bulunmaktadır. Bunlardan biri genomik diğeri ise proteomiktir. Nesilden nesile aktarılan genetik materyali kodlayan eksiksiz DNA dizilerine genom adını veriyoruz. Bu DNA sekansları, genomun içerdiği tüm genleri ve transkriptleri içermekte. Proteomik ise tüm protein analizini ifade eder. Genomiklere ve proteomiklere ek olarak, biyoinformatiklerin uyguladığı birçok biyoloji alanı vardır. Biyoinformaitkteki bu önemli alanların her biri biyolojik sistemleri anlamayı hedeflemektedirler[1].


GEN AKTİVASYONU


Genlerin aktivasyonu DNA’ya bağlanan protein kompleksleriyle ilişkilidir. Bu bağlanmalardaki en ufak hata bile, büyük bir hastalığa neden olabilir. Birçok hastalığın sebebi bu bozulmalardır.Tedavisi de bu bozuklukların giderilmesiyle çözüme kavuşacaktır. Bu kontrol mekanizmasını daha iyi açıklayabilmek için genlerin transkripsiyonunu incelemek ve bilmek en mantıklı yoldur.

DNA'yı oluşturan nükleotit dizisinin RNA polimeraz enzimi tarafından bir RNA dizisi olarak kopyalanması sürecidir. Başka bir deyişle, DNA'dan RNA'ya genetik bilginin aktarımına transkripsiyon diyoruz.


Bir protein sentezleneceğinde onu belirleyen genin mutlaka transkripsiyona uğraması ya da DNA’dan m-RNA ipliklerine kopyalanması gereklidir. Bu durumda ilk olarak insan hücrelerindeki genetik şifrenin okunmasındaki kontrol mekanizmaları hakkında bilgi sahibi olmalıyız.

Araştırmacılar şu ana kadar 50’den fazla farklı protein saptadı. Elbette bu proteinlerin saptanması da yeterli olmadı; çünkü RNA polimeraz enziminin DNA dizilerini m-RNA’ya kopyalayabilmesi için bu bahsedilen proteinlerin DNA üzerinde bir araya gelerek sıkı bir kompleks oluşturmaları gereklidir ve bu kompleks hakkında da bilgi sahibi olmak gerekir. Bu aşamada bakteriler üzerinde yapılan çeşitli çalışmalar vardır. Yapılan çalışmalar genlerin fonksiyon açısından iki farklı bölgeye ayrıldığını göstermektedir:

1.) Kodlama bölgesi: Belirli bir proteini oluşturmak için bir araya gelmek zorunda olan aminoasit dizilerini belirleyen bölgeye kodlama bölgesi diyoruz.

2.) Regülatör bölge: Genin transkripsiyonundan sorumlu, m-RNA transkripsiyon hızını kontrol eden bölgedir. Transkripsiyonun doğru bir biçimde gerçekleşmesi için RNA polimeraz bu bölgeye tutunmak zorundadır.


RNA-polimeraz bu bölgeye yerleşir. Daha sonra kodlama bölgesinin başlangıç noktasından itibaren DNA üzerinde kaymaya başlar. Bunun sonucunda dizinin RNA kopyasını çıkarmış olur. RNA-polimeraz DNA dizilerinin arasına yerleşemeyen özel bir moleküldür. İşte bu enzimin doğru yeri spesifik genlerin regülatör bölgelerine bağlanmasını sağlamak için bakteriler çok çeşitli proteinler üretirler. Bu faktörlere Sigma faktörleri denir. Bu faktörlerde RNApolimeraza bağlanır. Bunun sonucunda oluşan bu kompleks regülatör bölgede, seçilmiş olan bu nükleotid dizilerini tanıyıp onlara bağlanma yeteneğindedir.

Ökaryotlarda transkripsiyonun başlaması sırasında RNA-polimerazın aktivitesini kontrol eden 3 çeşit genetik element bulunmakta:

  1. Bunlardan biri kodlama bölgesinin yakınında yerleşmiş olan bir bölgedir. Bu bölge bakterilerdeki promotor bölge gibi iş gören core-promotor’dur. Hücredeki bir çok genin buna benzer corepromotor bölgeleri vardır.

  2. Transkripsiyonun hızını artı yönde uyaran proeteinler (regülatör elementler) yani enhancer’lar.

  3. Transkripsiyonu durdurucu etki gösteren proteinler vardır(Silencer’lar). Bunlar da corepromotordan çok uzakta bulunabilirler.

Aktivatörler: Enhancer adı verilen gen bölgelerine bağlanan proteinlere denir. Hangi genlerin açılacağını belirler ve transkripsiyonun hızlanmasında etkili olurlar.

Repressörler: Silencer adı verilen gen bölgelerinin uçlarına bağlanan proteinlerdir. Aktivatörleri etkileyerek transkripsiyonu yavaşlatırlar.

Koaktivatörler: Transkripsiyon faktörleri ile beraber çalışırlar. Bunun sonucunda gen transkripsiyon hızını artıran proteinlere koaktivatörler diyoruz.

Bazal faktörler: Aktivatörlerden gelen iletilere cevap olarak bu faktörler RNApolimerazı protein kodlama bölgesinin başlangıcına yerleştirirler ve enzimin yol almasını sağlarlar.

DNA’yı tanıyan tek bazal faktör Faktör-D’dir. Bu faktör ökaryotlarda core-promotor bölgesinde yer alan TATA box adı verilen özel dizilere bağlanır. Bakterilerde ise Faktör-D yerine TBP (TATA binding protein) bulunur. (Eser, nd)


Tek başına bu SP1 molekülünün aktivasyon etkisi yoktur. Bağlanma gerçekleşir ancak aktivasyon gerçekleşmez. Aktivasyonu SP1 üzerindeki glutemin bakımından zengin bölge sağlar.

MİKROARRAY KULLANIMI

Günlük hayatta bildiğimiz isimle mikroçipler yada mikrodizilimlerdir. Tıp alanında karyotiplemenin yetersiz kaldığı 5Mb’dan aşağı del/dup testinde başvurulur. Mikroarray’ler, çok sayıda DNA molekülünün lamlar üzerine noktalanması ile oluşturulur. En büyük avantajlarından biri aynı anda birçok geni inceleme şansı vermesi ve bunu hızlı bir biçimde yapmasıdır. Mikroarray sisteminde ilk olarak yapılması gereken noktalanacak DNAnın hazırlanmasıdır. Daha sonra cam lamlar üzerine robotik olarak yerleştirilir. Hasta ve deney kontrol örneklerinden RNA izole edilir ve ardından çoğaltılır. Hasta bireyin örneklerinden işaretli cDNA sentezlenir. Melezleme sonrası çipler yıkanarak uygun tarayıcılarla taranır. Sonrasında da veri analizleri yapılır.


REFERANS

[1] Fox, J. (2005). The Science Creative Quarterly. Retrieved 01 April 2021, from https://www.scq.ubc.ca/quarterly011/0101fox.html

[2] (2019). [Resim]. Retrieved 01 April 2021, from https://www.e-kutuphane.com.tr/biyoinformatik-nedir/

[3] Eser, U. Retrieved 01 April 2021, from https://smyrnatipdergisi.com/dosyalar_upload/belgeler/Biyoinformatik1488781237.pdf

[4] Kaya, A. (2021). Biyoenformatik Nedir? Neyi İnceler? Çalışma Alanları Nelerdir? »TechWorm . TechWorm. 1 Nisan 2021 tarihinde https://www.tech-worm.com/biyoenformatik-nedir-neyi-inceler-calisma-alanlari-nelerdir/ adresinden erişildi.

141 görüntüleme10 yorum

Son Paylaşımlar

Hepsini Gör

spikegen.tr@gmail.com

Tüm hakları saklıdır.

  • Instagram
  • Twitter
  • LinkedIn Sosyal Simge
  • YouTube
  • Facebook