İnsan genom projesi ve yeni bilim alanları (genomik,
proteomik)
Genom, bir organizmanın DNA’sının tamamı olup o organizmanın yaşamı boyunca tüm yapı ve aktivitelerini belirlemektedir
Bir bakıma, genom canlının yapısını ve etkinliklerini gösteren bir plandır.
Bilimde bir devrim olarak nitelendirilen ve "Hayat Kitabı", yahut "Şifreli Kitap" olarak da adlandırılan İnsan Genom Projesinin temelleri, 80'li yıllarda
atılmıştır.
•
Bu konudaki araştırmalar, 1990'da resmen başlamıştır.•
Bu projede, yaklaşık 1000 bilim adamı çalışmıştır.•
Ortalama, yılda 300 milyon dolarlık bir bütçesi ile desteklendi.•
Amerikan Ulusal Sağlık Enstitüsü gibi Amerikan kurumları tarafından başlatılan projeye daha sonra çeşitli ülkelerAvustralya, Brezilya, Kanada, Çin, Danimarka, Fransa, Almanya, İngiltere, İsrail, İtalya,
Japonya, Hollanda, Kore, Meksika, Rusya, İsveç de katılmıştır.
İnsan genomunun diziliminin önemli kısmı, 26 Haziran 2000 yılında tamamlandı.
İsminden anlaşılmasa da İGP, deneysel genetikte kullanılan model organizmaların genomlarının
dizisini belirlemeyi amaçlayan projeleri de içine almıştır.
İNSAN GENOM PROJESİ
Genetik bilginin toplum üzerinde
oluşturabileceği etkilerle ilgilenmek için
İGP, ELSI programını (Etik, Yasal ve Sosyal Etkiler; Ethical, Legal and Social Impacts ) yapılandırmıştır.
Bu şekilde, genetik bilginin korunacağı ve ayrımcı biçimde kullanılmayacağı garanti altına alınmıştır.
ELSI
İNSAN GENOM PROJESİ’ NİN HEDEFLENEN AMAÇLARI
1) Günümüzde tedavisi olmayan 3000’den fazla genetik hastalığa yatkınlığı belirlemek.
2) Genetik hastalıkların tanısı için test sistemlerinin oluşturulması.
3) Haritalanan genlerin, fonksiyonlarının anlaşılabilmesi.
4) İnsanda gen ve gen karşılığı olmayan DNA
dizilerinin anlaşılması için, farklı canlı gruplarının genom haritalarının karşılaştırılması.
5) Genom bilgisinden yararlanarak, kişiye özel ilaç ve aşı geliştirilmesi, hastalık yatkınlığının ve ilaçlara olan duyarlılığının belirlenmesi.
6) Genetik bilgiler’in, "Adli Tıp"ta kimlik teşhisi ve babalık testlerinde kullanılması.
7) İnsan sağlığı dışında, elde edilecek bilgiler, biyoarkeoloji, antropoloji, insan göçleri ve evrim süreci ile ilgili verilere ulaşmada, bunları değerlendirmede kullanılacaktır.
8) Ayrıca tarım, hayvancılıkta verimin arttırılması, çeşitli hastalıklara, olumsuz çevre koşullarına dirençli türlerin geliştirilmesi mümkün olabilecektir.
9) İnsan Genom Projesi’nin sağladığı olanaklarla
mikroorganizmaları daha iyi tanıyacağımız için hem insanda hastalık yapan özelliklerinin saptanması kolaylaşacak, hem de bu bilgiler endüstride enerji üretiminde, zehirli atıkların
azaltılmasında, yenilenebilir kaynakların geliştirilmesinde kullanılacaktır.
Her ırktan 24 insanın DNA’ları projede kullanılmıştır.
Örnekleri veren kişilerin ismi saklıdır; dolayısı ile hem örneklerin sahipleri, hem de bilim adamları bu projede
kullanılan DNA’ların kimlere ait olduğunu bilmemektedirler.
İnsan genomu 3 milyardan fazla nükleotit (3,2 x 10
9) içerir, ama protein kodlayan diziler genomun sadece % 5’ini oluşturur.
İnsan genomu tahmin edilen 50.000 –
100.000 gen sayısından çok daha az olarak 24.000 civarı gen içermektedir.
Genlerin % 40’ından fazlasının tanımlanmış bir işlevi yoktur.
İNSAN GENOM PROJESİ SONUÇLARI
24 insan kromozomu içinde; kromozom 19 en yüksek gen yoğunluğuna, kromozom 13 ve Y kromozomu ise en düşük gen yoğunluğuna sahiptir.
Bilinen en büyük insan geni, bir kas proteini olan distrofini kodlamaktadır
Elde edilen veriler, DNA bilgisinin %99'undan fazlasının, tüm insanlar için ortak olduğunu ortaya koymuştur. İnsan genomundaki bireysel farklılıklar, % 1'den azdır.2001 yılında, taslak genom dizisi ortaya çıktıktan sonra, bilim adamları şaşırtıcı bir sonuçla karşılaştılar. Beklenen 100.000 gen yerine, sadece 20.000 - 25.000 gen
belirlediler. Böylece insanoğlunun, bir sineğin sadece iki katı kadar biraz fazla gene sahip olduğunu biliyoruz.
Araştırmalar sürdükçe ve gen bulma
teknikleri ilerledikçe, bu sayının hep düştüğü gözlenmektedir. Alt sınırın, tahminen 10.000 küsurlerde duracağı düşünülmektedir.
İNSAN GENOMUNDA Kİ GEN SAYISI
Öyleyse insan, neden, meyve sineğinden çok daha karmaşık bir yapıya sahiptir? Bu sorunun yanıtı,
gizemini korumaktadır. Bilim insanları, yalnızca gen sayısının, kompleks bir yapı için bir çıkış noktası olamayacağını ifade ediyorlar.
1990’da başlayan ve 2003’te sonlanan İnsan Genom Projesi kapsamında, ilk defa bir insanın tüm bir genomu dizilenmiş, insanın genetik kitabı okunmuştu.
Geçen yıllarda da DNA okuma teknolojilerinde büyük
gelişmeler yaşandı ve DNA dizileme çalışmalarına yenileri
eklendi.
Bu projelerden biri bizi oldukça ilgilendiriyor. Çünkü bu proje, Türkiye genomunu diziliyor. Boğaziçi
Üniversitesi bünyesinde gerçekleştirilen
çalışma kapsamında, 17 Türkiye vatandaşının genom dizilemesi çoktan bitirilmiş durumda.
Türkiye Genom Projesi olarak bilinen bu projenin
sonuçları, Boğaziçi Üniversitesi’nde bir çalıştayda
açıklandı. Türkiye’de ilk defa bu çapta bir dizileme
çalışması gerçekleştirildiği için ilgi çeken çalıştaya ait
notlara beraber göz atalım.
Projeyi başlatan kıvılcım, Boğaziçi Üniversitesi bünyesinde gerçekleşen Behçet hastalığı üzerine gerçekleştirilen çalışmalar sırasında ortaya çıktı.
Araştırma kapsamında 104 kişinin temel düzeyde
genomları incelendi. Bu
incelemeler sırasında Behçet hastalığı ile ilişkilendirilecek bazı mutasyonlar (DNA
üzerinde değişiklikler) tespit
edilse de, yeterli görülmediği
için tüm genom taranmasının
yararlı olacağı düşünüldü.
Örnekler, farklı illerde yaşayan 11’i erkek ve 6’sı kadın,
17 sağlıklı bireyden elde edilen kan hücrelerinden elde
edildi. Türkiye coğrafyasına yayılan bu 17 kişi seçilirken,
kişilerin 4 nesildir bulunduğu topraklarda yaşamasına
ve bu 4 neslin kalıtsal bir hastalığa sahip olmamasına
dikkat edildi.
Projenin ilk basamağında 4 şehirden (İstanbul, Ankara, Nevşehir ve Diyarbakır) bireyler seçildi ve yüksek kalitede DNA dizilemeleri gerçekleştirildi.
Sonraki basamakta kalan 13 kişinin DNA örnekleri dizilendi.
Bireylerin isim ve kimlik bilgileri açıklanmayacak ve diğer dizileme projelerinde olduğu gibi anonim olarak tutulacak.
Türkiye’deki bu bireylerden kan örneklerinin alınmasından sonra, hücrelerden genomik DNA toplandı. Elde edilen bu DNA örneklerinin dizileme çalışmaları Türkiye’de değil, Çin’de gerçekleştirildi.
Burada elde edilen DNA dizi bilgileri ise Türkiye’ye gönderildi ve tüm analizler yine Türkiye’de
gerçekleştirildi.
Proje sonucunda elde edilen DNA dizileri, şimdilik sadece Boğaziçi Üniversitesi’ndeki analiz çalışmaları için kullanılıyor.
Yani genel kullanıma kapalı.
Ancak yakın zaman içinde halka açılacak.
Bu noktada ilk dikkat çekilen nokta ise, DNA bilgilerinin sahiplerinin bu bilgilerin açıklanmasına izin verip
vermeyeceği.
Ancak, genel görüş bu bilgilerin kamu malı olması yönünde.
Olası hukuksal sorunları halletmek amacıyla, araştırma grubunun Bilim Bakanlığı’nın da desteğini aldığı belirtiliyor.
Elde edilen bilgilerin yorumlanması oldukça önemli ve kritik bir nokta.
Çünkü “Türklerde x geni bulundu” ya da “Türkler x hastalığına daha yatkın” gibi kesin bir ifade, ciddi yanlış anlaşılmalara neden olabiliyor. “Sadece
Türkiye’de görülen bir gen” diye bir şey olmadığı gibi Türkleri diğer ülkelerden ayıran bir gen de yoktur.
Sonuçların açıklandığı çalıştayda bu konunun altı
dikkatle çizildi.
Toplumları ayıran farklar, oldukça küçük genetik
farklardan oluşuyor. Bu farkların büyük bir oranı tek harflik (A,T,C,G) değişikliklerden ibaret. Bu değişiklikler, silinme, eklenme ya da harf değişimi olarak kendini gösterebiliyor.
Önceki dizileme çalışmalarından ve Türkiye Genom
Projesi’nden elde edilen bilgiler, genetik çeşitliliği sağlayan
faktörün, ırk, din ten rengi veya dil olmadığını gösteriyor.
Buna göre çeşitliliği sağlayan tek faktör coğrafi konum.Bu projenin oldukça geç kalınmış bir proje olduğu konusunda birçok araştırmacı hemfikir.
İnsan Genom Projesi’nde yer alan ABD, İngiltere, Çin,
Japonya, Almanya ve Fransa’nın yanı sıra, birçok ülke kendi genom haritasını çıkarmak için çoktandır araştırmalar
gerçekleştirmekte.
2009 yılında sadece 6 kişinin genomu bilinirken,
2011’de 2500’den fazla kişinin tüm genomu dizilenmişti.
Bu konuda büyük bir yarışın olduğu aşikar durumda.
Bu sebeple, Türkiye’nin genetik yarışta geri kalmaması ve bir adım atması açısından önemli bir basamakolmuştur.
Anadolu’da sıkça görülen bazı hastalıklar bulunuyor.
Örneğin Ailevi Akdeniz Ateşi gibi. Türkiye’de
gerçekleştirilecek geniş kapsamlı bir genom projeleri, bu hastalıkların genetik sebeplerini ortaya çıkarılması açısından da önem içeriyor.
Tüm bu gelişmeler, geleceğin kişiselleştirilmiş tıbbını bize daha yaklaştırıyor. Genel tedavi
yöntemlerinden kişiye özel tedavi yöntemlerine
geçişin kapılarını açıyor.
GENOMİK
Herhangi bir canlının bütün yapısal ve işlevsel
fonksiyonlarını kodlayan tüm genlerini teker teker
tanımlayarak bu genlerin birbirleri ve çevre ile etkileşim ve iletişimlerini, zaman, yer ve miktar olarak üretim ve
aktivasyonlarının kontrolünü bütünsel olarak inceleyen ve ortaya çıkan bilgiyi bilgisayar veri tabanlarında işleyen, anlamlandıran ve saklayan bilim dalı olarak tanımlanır.
Genomik sayesinde;
Farklı organizmalara ait genetik bilgiler karşılaştırılabilmekte,
Organizmalar arasındaki benzerlikler evrimsel düzeyde araştırılabilmekte ve
Organizmaların ürettikleri proteinlerin çeşitleri, sayıları ve bunların fonksiyonları hakkında bilgi sahibi olunabilmektedir.
Çalışma alanlarına göre:
Yapısal genomik ve
Fonksiyonel genomik olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır.1. Yapısal Genomik
Genetik ve fiziksel haritalama ve DNA baz dizilerinin belirlenmesi yöntemleriyle
organizmaların genetik bilgilerinin ortaya
çıkarılmasını sağlar.
Genom haritalaması; genlerin kromozomlar üzerinde bulunduğu yerlerin (lokus) gösterilmesidir.
Genom haritalaması hem genetik hem de fiziksel haritalama yöntemleri ile yapılabilmektedir.
«Genetik haritalama»
Belli genlerin belli bir kromozom üzerindeki yerlerinin birbirlerine olan göreceli mesafelerini belirlemek ve genleri lineer bir düzene oturtmak amacıyla hazırlanan grafiksel bir haritadır.
Kısaca genomun matematiksel analizi olarak da bilinen bu yöntemde genlerin kromozomlar üzerindeki
lokalizasyonlarının bulunmasında moleküler biyolojik
yöntemler ve bir dizi karmaşık istatistiksel analizler kullanılır.
Özellikle genetik hastalıkların saptanması alanında son derece yararlı bir yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır.
«Fiziksel haritalama»
Genomik DNA’nın tümünü parçalara ayırarak kozmid, maya yapay kromozomları (YAC) veya bakteri yapay
kromozomları (BAC) gibi vektörlere aktarılarak her kromozomun bir kitaplığının oluşturulması ve tüm kromozomlar düzeyinde birbirini takip eden klonların belirlenmesi ile oluşturulan bir haritadır.
Fiziksel ya da moleküler haritalar, genomik DNA’nın
klonlanmış parçalarının düzenlenmesiyle oluşturulurlar ve baz çifti sayılarına göre ayarlanmışlardır.
Genetik haritadan farkı, direkt olarak DNA’yı oluşturan bazların sırasının belirlenmesidir. Böylelikle genlerin fiziksel yapıları kesin olarak ortaya konabilmektedir.
Çok sayıda fiziksel haritalama yöntemi geliştirilmiştir.
Bunlardan en önemli üçü:
•
Restriksiyon endonükleazlarınca tanınan dizilerinpozisyonlarının belirlendiği restriksiyon haritalaması,
•
Marker içeren bir probun hibridizasyonu ile markerbölgelerinin haritalandığı floresan in situ hibridizasyon ve
•
PCR ile genomik DNA fragmentlerinin incelenerek kısa sekansların haritalandığı etiketli sekans bölgesi (STS) haritalamasıdır.«DNA baz dizilimi»
Taksonomi ve tür belirleme çalışmaları,
Sosyal bilimlerdeantropoloji alanında insan topluluklarının dağılımları
Adli tıp alanında suçlunun belirlenmesine yönelikçalışmalar
Belli özelliklerle ilişkili genlerin ya da genparçalarının belirlenmesine yönelik çalışma alanlarında kullanılabilmektedir.
2. Fonksiyonel Genomik
Fonksiyonel genomiğin amacı; genlerin ekspresyonunu (ifadesini), biçim, miktar ve zaman açısından genom
düzeyinde inceleyerek genlerin fonksiyonlarının
öğrenilmesinin yanında organizma açısından öneminin anlaşılmasına da yardımcı olmaktadır.
Transkriptom; belli bir zamanda bir hücre veya dokudaki gen transkriptlerinin (RNA) tümünü ifade etmek amacıyla kullanılan bir ifadedir.
Transkriptomik; hücre genomundan transkripsiyonla
oluşan mRNA transkriptlerinin eş zamanlı incelenmesidir. Bir örnekte bulunan RNA miktarına bağlı olarak, genlerin
seçilmiş bir alt grubunun veya tamamının ekspresyon düzeyini ölçmeyi hedeflemektedir.
mRNA analiz yöntemleri:
Northern Blot (Tek gen analizi),
Ters Transkripsiyon Polimeraz Zincir Reaksiyonu (RT- PCR)(Tek gen analizi) ve
Mikroçip (Microarray) (Genom boyunca analiz)’dir.PROTEOMİK
Proteomik; belli bir zamanda belli bir yerde bulunan tüm proteinlerin yapılarını, yerleşimlerini, miktarlarını, translasyon sonrası modifikasyonlarını, doku ve hücrelerdeki işlevlerini, diğer proteinlerle ve makro moleküllerle olan etkileşimini aydınlatır.
Proteom; belli bir zaman ve mekânda bir
organizmanın sahip olduğu ve ifade ettiği tüm farklı
proteinlerin bir toplamıdır.
Genetiği değişmeyen bir organizmanın farklı zaman ve mekanda farklı bir görüntüye sahip olmasını proteomdaki zaman ve mekana bağlı değişime bağlamak mümkündür.
Proteomik çalışmaların geleneksel
biyokimyasal
yöntemlerden farklılığı, bir defada (belli
bir zaman ve mekanda) çok fazla sayıda
proteinin (proteom)
çalışılabilmesine olanak sağlamasıdır.
Proteomik çalışmalarının amaçları ise şunlardır;
1.mRNA ekspresyon düzeyleri, protein
ekspresyon düzeyleri ile iyi korele edilemez.
2.mRNAdüzeyleri,kodlanmış proteinin aktivitesini yansıtmaz.
3.mRNAdüzeyinde proteinlerin post-translasyonal modifikasyonları ile ilgili bilgi sağlanamaz.
4.Genom ve Proteom = komplementer veri sağlar.
Proteomik alanında ülkemiz adresli ilk
uluslararası yayın Nisan 2007’de
Proteomics dergisinde, dergi kapağında da yer alarak yayınlanmıştır.
Bu araştırmaya konu olan mikroorganizma, beyaz çürükçül
mantardır. Bu araştırmada mantarlar ağır metallere verdiği
yanıtta yer alan protein elemanlarının ve protein
modifikasyonlarının tanımlanarak global gen ifade
profilinin elde edilmesiyle organizmanın metal stresiyle
başa çıkabilmesini sağlayan yanıtın moleküler seviyede öğrenilmesi amaçlanmıştır.
Organizmanın ağır metallere maruz kaldığında değişen proteomları referans proteom haritasıyla karşılaştırılmış, ifadelerinde değişim görülen en az 200 adet protein
tanımlanmış ve mikroorganizmanın stres yanıtında kullandığı mekanizmalar aydınlatılmıştır.
METABOLOMİK
Metabolomik; belirli bir zaman diliminde
dokularda, hücrelerde ve fizyolojik sıvılarda lipid, karbohidratlar, vitaminler, hormonlar ve diğer
hücre bileşenlerinden ortaya çıkan küçük moleküllü metabolitlerin yüksek verimli teknolojiler
kullanılarak saptanması, miktarının belirlenmesi ve tanımlanmasıdır.
Genomik ve proteomik “ne olabileceğinin”
metabolomik ise “gerçekte ne olduğunun” bilgisini verir. Bu nedenle, tüm metabolitlerin ayrıntılı ve kantitatif ölçümü (metabolomik) hastalık teşhisi veya toksik ajanların fenotip üzerindeki etkilerini araştırmada en ideal yöntemdir.
Metabolit;
canlılarda çeşitli tepkimeler sırasında ortaya çıkan ve normal olarak vücutta birikmeyerek başka
bileşiklere dönüşen kimyasal bileşiklerdir.
İnsandaki metabolitlerin sayısı tam olarak
bilinmemekte; en az iki-üç bin en fazla yirmi bin olabileceği tahmin edilmektedir. Metabolomik analizleri serum, idrar, beyin omurilik sıvısı,
plazma, tükürük gibi vücut sıvılarında yapılabilir.
Bu analiz klinik biyokimya ile farmakoloji, pre- klinik ilaç denemeleri toksikoloji, transplant
izlemi, kanser metabolizması, yeni doğan taraması alanlarında kullanılmaktadır.
•
Proteomikte olduğu gibi metabolomik de hastalık belirleyicisi olan veya tedavi denetimini sağlayan metabolitleri belirlemeyi amaçlar.•Hastanın metabolik profili ve genetik yapısına göre diyet önerilerinde bulunulmasına imkân verir.
Tek tek metabolitler aslında yıllardır
hastalık teşhisinde kullanılmaktadır.
• Diyabette kan şekeri,
• Koroner kalp hastalığında kolesterol düzeyi
