Biyoinformatik

BİYOİNFORMATİK

Biyoinformatik

Biyoinformatik, kabaca söyleyecek olursak, biyolojik bilginin bilgisayar yardımı ile incelenmesi ve işlenmesidir. İnterdisipliner bir bilim olan biyoinformatik, biyolojik veriyi depolama teknikleri ve depodan bulma teknikleri geliştirir, düzenler ve analiz eder. Biyoinformatik bilimi biyoloji biliminin yanı sıra, bilgisayar mühendisliği ve istatistiği de kullanır. Bu sebepten biyoinformatikçilerin en az bir programlama dili bilmeleri beklenir.

Blast

Biyoinformatik çalışmalarda kullanılan Gen Bank veri tabanına ait, nükleik asit ve protein sekanslarının analizini yapmaya yarayan bir hizalama arama motorudur. Nükleik asit ve protein veri tabanında yüklü olan tüm sekanslarla, dizisi bilinen ama tanımlı olmayan gen dizilerini karşılaştırır ve benzerlik oranlarına göre gen bölgelerini yüksekten başlayarak listeler. Bu genler listelenirken GenBank erişim numaraları ile gösterilir. Bunlara ait protein ve nükleik asit sekansları ise FASTA formatında gösterilir ve analizler bu format kullanılarak yapılır. Değişik BLAST uygulamalarıyla değişik organizmalarda gen hizalama çalışmaları yapılabilir. Bunun sonucunda önce analizi yapılan proteine ait sekansın protein ailesi, daha sonra ise hizalama skorlarına göre değişiklik gösteren bir renk skalası görülür. Benzeme oranı kırmızı renkte maksimum olacak şekilde, kırmızıdan siyaha doğru gösterilir ve bu sayede benzerlik oranları aranılan gende incelenebilir. Sayfanın altında ise benzerlik oranlarına göre erişim numaraları ile listelenmiş olan sekanslar en yüksek benzerlik oranından düşüğe doğru listelenir ve listelenmiş olan her bir sekansın aynı zamanda açıklaması, E değeri ve benzeme yüzdesi de gösterilir.

Çoklu Dizi Hizalaması

Çoklu dizi hizalaması ikiden daha fazla dizi içermesiyle ikili hizalamanın bir uzantısı sayılır. Çoklu dizileme yöntemleri sorgu kümesindeki tüm dizileri hizalamaya çalışır. Çoklu hizalamalar çoğu zaman birbirleriyle evrimsel ilişkisi olduğu hipotez edilen bir grup dizideki korunmuş bölgeleri tespit etmek için kullanılır. Bu tür hizalamalar ayrıca filogenetik ağaç inşa ederek evrimsel bir ilişkiyi ortaya koymak için kullanılır. Böylesi korunmuş diziler, yapısal ve mekanistik bilgilerle beraber kullanılarak enzimlerin katalitik aktif bölgesinin yerini bulmaya yarar. Çoklu dizi hizalamaların üretimi berimsel bakımından zordur ve bu problemin çoğu formülasyonu NP-tam kombinatoryal optimizasyon problemlerine dönüşür. Buna rağmen, bu hizalamaların biyoinformatikteki faydaları nedeniyle 3 veya daha fazla dizinin hizalamasını sağlayan çeşitli yöntemler geliştirilmiştir.

Moleküler Evrim

Moleküler evrim nesiller boyu aktarılacak şekilde, DNA, RNA ve protein gibi hücresel moleküllerin diziliminin değiştirilmesi işlemidir ya da bununla ilgilenen bilim dalıdır. Moleküler evrimin alanı, bu değişimlerdeki kalıpları açıklamak için evrimsel biyoloji ve popülasyon genetiği ilkelerini kullanır. Moleküler evrim başlıca, nükleotid değişimlerinin oranları ve etkilerini, nötr evrimi, doğal seleksiyonu, yeni genlerin kökenlerini, karmaşık özelliklerin genetik yapısını, türleşmenin genetik temelini, gelişim evrimini ve evrimin genomik ve fenotipik değişikliklere neden olan etkilerini inceler. Moleküler evrim nesiller boyu aktarılacak şekilde, DNA, RNA ve protein gibi hücresel moleküllerin diziliminin değiştirilmesi işlemidir ya da bununla ilgilenen bilim dalıdır. Moleküler evrimin alanı, bu değişimlerdeki kalıpları açıklamak için evrimsel biyoloji ve popülasyon genetiği ilkelerini kullanır. Moleküler evrim başlıca, nükleotid değişimlerinin oranları ve etkilerini, nötr evrimi, doğal seleksiyonu, yeni genlerin kökenlerini, karmaşık özelliklerin genetik yapısını, türleşmenin genetik temelini, gelişim evrimini ve evrimin genomik ve fenotipik değişikliklere neden olan etkilerini inceler.

Mikroarray

Bilgisayar teknolojisinin moleküler biyolojiye paralel olarak hızla gelişmesi iki disiplini birbirine yaklaştırmıştır. Böylece, biyoteknolojinin kavramsal olarak ulaşabileceği son noktalardan biri olan gen çip (microarray) ortaya çıkmıştır. Microarray tekniğinin ilk girişimleri Shalon ve Schena tarafından gerçekleştirilmiştir. Moleküler biyolojideki geleneksel metotlarda genellikle “bir deneyde bir gen” ilkesi geçerlidir. Bu demektir ki gen fonksiyonlarının “bütün resmini” görmek geleneksel yöntemlerle zordur. Gen çip teknolojisinin büyük bir ilgi ile karşılanmasının sebebi, bütün genomun basit bir çip üzerinde görüntülenmesini vaat etmesi ve bu sayede bilim adamlarının aynı anda binlerce genin birbirleriyle olan etkileşimlerini görmesine olanak tanımasıdır. DNA microarray’i cam, plastik veya silikon çip gibi katı bir yüzeye tutturularak sıralı bir şekilde (array) oluşturulmuş mikroskobik DNA spotlarıdır. Bir microarray ’de bu spotlardan onbinlerce bulunabilir. Yüzeye tutturulan bu DNA parçaları (genellikle 20-100 nükleotid uzunluğunda ) prob olarak tanımlanmıştır. Microarray teknolojisi DNA’nın bir substrata bağlanıp bilinen bir gen ya da fragment ile prob hazırlanması şeklinde tanımlanabilecek “Southern Blotting” tekniğinden türetilmiştir. Bu yeni teknikte membran yerine camın kullanılması, radyoaktivitenin yerini fluoresan işaretlerin alması ve bağlanmayı sağlayacak yöntemlerin hassaslaşmasıyla çalışmaların verimi ve elde edilen bilgilerin miktarı artmıştır.

Genomik

Genomik, farklı türlere ait genomların tüm yapısal ve işlevsel yönlerini inceleyen bilim dalıdır. Genomik, kromozomların dizilenmesi tekniklerini uygulayarak, organizmaların genomlarını, yani bir organizmadaki genler bütününü inceleyen bir biyoteknoloji alt dalı da sayılabilir.

Genomiğin başlıca amaçlarından biri, canlılardaki DNA dizisinin tamamının belirlenebilmesidir. İnsan genomunun (kromozomlarda yapılanmış üç milyar baz çiftinin) DNA bütününün) yapısını, bileşimini ve evrimini inceler ve DNA’da biyolojik bir anlamı olabilecek birimleri (genler, çevrilmeyen transkripsiyon birimleri, mikro RNA’lar, düzenleme üniteleri, transkripsiyon faktörleri olan promotörler, CNG alfa ve beta kanalları vs.) tanımlamaya çalışır.

Genomik ’in Bazı Altdalları Şu Şekildedir:

·         Transkriptom (transkripsiyonda, translasyonda ve düzenlemelerinde rol alan tüm molekülleri inceler)

·         Proteom (bir hücre ya da canlının üretebileceği tüm molekülleri araştırır)

·         İşlevsel genomik (tüm genlerin işlevlerini inceler)

·         Kıyaslamalı genomik (genomların evrimsel kıyaslamasını yapar)

·         Biyoinformatik (verilerin bir araya getirilmesi, depolanması ve yönetilmesini sağlar)

Bu bilim, 20. yüzyılın sonunda insan genomunun ilk haritasının yayımlanmasıyla medyatik bir konum kazanmıştır. Günümüzde genom araştırmalarının tıp ve tarımda önemli rolleri bulunmaktadır.

Formakogenetik

Kişilerdeki genetik farklılıklarından dolayı alınan ilacın formakogenetiği ve formakodinamiği değişmektedir. Formakokinetik değiştiğinde ilacın vücuttaki seyri yani yazgısı değişir. Özellikle ilacın eliminasyon ve/veya metabolizmasında rol oynayan enzimlerdeki bu gebetik farklılık önemlidir. Yani bu enzimler fazla olduğunda ilaç çok çabuk metabolize olacak ve eğer ilacımız ön-madde değilse etki süresi veya etkisi azalacaktır. Bu şekilde aynı ilacı alan kişiler arasında farlılıklar ortaya çıkacaktır. Veya tersini düşünelim; enzim miktarı az olursa bu sefer de ilaç toksik düzeyde kalacak ve vücutta geç elimine edileceğinden istenilemeyen etkiler çıkacaktır. Yani ilacı biri aldığında iyileştiği halde başkasında toksik etki yapacaktır. Eğer ön-ilaçsa yani vücutta etkin hale dönüşüyorsa. Bu defada yeterince vücutta etkin madde oluşmayacaktır. Farmakodinami açısında ise vücutta ilaç düzeyinde bir problem yoktur ancak etkide vardır. Çünkü ekiyi oluşturacağı reseptör veya enzim az ise (genetik olarak) etki istenildiği kadar olmayacaktır. Bu şekilde ilaca dirençten bahsedilecektir. Formakogenetik, her bireyin ayrı bir genetik yapısının olması nedeniyle kişiye özel ilaç tedavisini öngören bir bilim dalı.