Yeni Nesil Dizileme
Eda Altuntaş - Biyoloji, Fen-Edebiyat Fakültesi, İstanbul Üniversitesi
Genetik, canlıların genom bilgisini öğrenip, tüm yapı ve aktivitelerini incelemeyi amaçlayan bilimdir. Bu nedenle genetik bilimiyle uğraşan bilim insanları 20.yy başından beri canlıların genom dizilerine ulaşmaya çalışılmaktadır. DNA dizilimi; mikrobiyoloji, tıbbı tanı koyma, adli tıp, genetik hastalıkların tespiti ve biyokimyasal alandaki problemlere çare bulmak için kullanılmaktadır.[1-3]
Yeni nesil dizileme İngilizce ismiyle, Next-Generation Sequencing, genetik teknolojisi, DNA’nın enzimatik tepkimeler ile parçalara bölünen bir genomik DNA molekülünün her parçasının uyum içerisinde ve rastlantısal olarak işlenmesini temel alır, DNA-protein etkileşimlerinin DNA havuzundaki genlerle karşılaştırılması alışılmış, ucuz ve biyolojik araştırmalarda geniş olarak kullanılarak analiz sonuçlarını son derece önemli hızlandırma gücüne sahiptir.[3-5]
DNA dizileme çalışmalarına ilk olarak, az hatalı dizilim elde etse de uzun sürede ve yüksek maliyette kısa parçaları dizilemeye daha uygun olan genlerin analizi real-time PCR ve mikroarray gibi yöntemler ile kısıtlı kalan geleneksel dizileme yöntemleriyle başlanmış daha sonra geleneksel yöntemlerin dezavantajlarını göz önüne alarak, DNA, RNA, mikro-RNA, Piwi RNA gibi hücre içerisindeki moleküller hakkında az maliyetle, hızlı ve paralel olarak çok büyük miktarda veri elde edilmesini sağlanan yeni nesil dizileme yöntemleri geliştirilmiştir.[3,5,6]
Yeni Nesil Dizileme Teknolojisinin Kullanım Alanları
1. Metagenomik
Herhangi bir çevresel örnekte olan tüm mikrobiyolojik genomların gelişigüzel dizilenmesi sonucunda ortamın mikrobiyolojik çeşitliliğinin meydana çıkarılması mümkündür. Bu çalışmalar çevresel ortamda hangi çeşit mikropların hangi ölçüde ortamda bulunduğu hakkında bilgi vermesinin yanısıra çok bilinmeyen, kültür ortamında yetişmeyen fakat kendi doğal yaşam ortamlarında gelişen bakteriler hakkında da bilgi verir.[5,6]
Metagenomik yaklaşımı, maden yatakları, atık sular, deniz suyu gibi sonuçlarının ekonomik değer yarattığı alanlarda daha sık kullanılmakla birlikte canlılarda kaynağı bilinmeyen enfeksiyonları tanımlamakta da kullanılır.[5,6]
2. Bitkiler ve Tarımsal Biyoteknoloji
Bitki genomunun büyüklüğü ve kompleks yapısı nedeniyle bitki genomu için kullanılan dizileme metodlarının maliyetin yüksek olmasının dışında kullanılan teknolojik tekniklerinde kısıtlı olması, bitki genom tasarılarının daha büyük ölçülü dizileme planlarıyla sınırlandırılmasına neden olmuştur. Yeni nesil dizileme, uzun ve yüksek doğruluk oranlı okumalarla, uygun hız, yüksek veri kalitesi sunar ve maliyet nedeniyle bitki çalışmalarında oldukça kullanışlıdır.[6,7]
3. Atasal DNA
Yeni nesil dizileme sistemleri ile fosilden, saç, kemik gibi korunmuş örneklerden elde edilen DNA'ların geniş kapsamlı analizini yapmak mümkündür. Dizileme sonucunda, atasal hedef diziler çevresel kontaminasyondan (yabancı maddelerin etkisiyle saflığı kaybetme) ayırt edilebilir. Yapılan bir çalışmada yeni nesil dizileme ile 38000 yaşındaki Neanderthal (yaklaşık 200 bin-28 bin yıl önce yaşamış insan türü) fosilinden ulaşılan atasal DNA dizilenmesiyle günümüz insan ve şempanze DNA'ları karşılaştırılmış ve Neanderthal DNA dizisinin modern insan DNA dizilerinden 500.000 yıl önce birbirinden ayrıldığı saptanmıştır.[6,7]
4. Transkiptom
Transkiptom dizilime; tüm gen dizisinin oluşturulması, yeni genlerin keşfi, henüz genomu tamamlanmamış organizmalarda gen bölgelerinin tanımlanması, mRNA transkipsiyon-ekspresyon analizi, insersiyon – delesyonlar, allel spesifik ekspresyonları analizi tek gen nükleotid polimorfizmlerin (SNP) belirlenmesi ve kromozomal yeni düzenlenmelerin belirlenmesini kapsar.[7]
5. Küçük RNA’lar ( Small RNA’lar)
Küçük RNA'lar; MicroRNA'lar, Piwi-interacting RNA'ların ve endojen siRNA'lar dahil olduğu gruptur. Küçük RNA’lar alanın desteğiyle, bakteri genetiğinde klonlanma yapılmasına gerek duyulmadan, miktarı belirlenebilir, tanımlanmamış küçük RNA'lar tespit edilebilir ve farklı gen ifadesi kimliği çıkartılabilir.[6,7]
6. Metilasyon Analizi
Gen aktivasyonunun epigenetik düzenlenmesi, gelişimsel süreçte çok önemlidir. Yapılan araştırmalarda, DNA metilasyonunda meydana gelen mutasyonların şizofreni-alzheimer gibi nörolojik hastalıklarla, kanser hastalığıyla ve kardiyovasküler hastalıklarla bağlantısı olduğu anlaşılmıştır.[6,7]
İnsan genom projesinin tamamlanmasıyla postgenomik alan başlamış ve sistem biyolojisi düşüncesi büyük önem kazanmıştır. Günümüzde daha çok geliştirilen yeni nesil DNA dizileme teknolojisi, genetik düzenleyici örgüsünün, kromatin yapısı ve genom farklılıkları gibi DNA dizileme sonucu elde edilen bilgi ağının üretiminin elde edilmesinde önemli bir köprü olmuştur. Yeni nesil DNA dizileme teknoloji sistemi ile elde edilen bir genom dizisi araştırmacılara, zengin ve özgün bilgi sağlamak adına hiçbir deneysel yönteme başvurma gereksinimi duymadan aşırı hızlı olarak, yüksek doğrulukla dizleme yapılabilmektedir.[5-7]
Referanslar
1. Aras, E. (2018). Genetik dizilerdeki hataları düzeltmek için yeni bir yaklaşım (Doctoral dissertation, Karadeniz Teknik Üniversitesi).
2. BADEMCİ, G., & TEKİN, M. (2011). Hastalıkların Moleküler Temeli ve Yeni Moleküler Testler. Türkiye Klinikleri Pediatrik Bilimler-Özel Konular, 7(2), 7-12.
3. Kılıç, Z., & Akman, M. (2019, April 14). Yeni Nesil DNA Dizileme. Retrieved September 25, 2020, from https://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache%3AI2fu8HquqCUJ%3Ahttps%3A%2F%2Fpersonel.omu.edu.tr%2Fdocs%2Fders_dokumanlari%2F5043_36653_2394.pptx
4. DOĞAN, M., Recep, E. R. Ö. Z., Hüseyin, Y. Ü. C. E., & ÖZMERDİVENLİ, R. (2017). Yeni Nesil Dizileme (YND) Hakkında Bilinenler (Literatür Taraması). Düzce Tıp Fakültesi Dergisi, 19(1), 27-30.
5. Akkaya, Z. Y., & Dinçer, P. (2013). Tedavi yaklaşımlarında yeni bir dönem: Kodlamayan RNA’lar ve hastalıklar.
6. ÖZDOĞAN, P. (2018, April 28). Yeni nesil dizileme (Next-Generation Sequencing, NGS) nedir? Onkolojide kullanımı. Retrieved September 25, 2020, from https://www.drozdogan.com/yeni-nesil-dizileme-next-generation-sequencing-ngs-nedir-kanserde/
7. Üstek, D., Abacı, N., Sırma, S., & Çakiris, A. (2011). Yeni Nesil DNA Dizileme. Deneysel Tıp Araştırma Enstitüsü Dergisi, 1(1), 11-18.
8. Şekil1: ÖZDOĞAN, P. (2018, April 28). Yeni nesil dizileme (Next-Generation Sequencing, NGS) nedir? Onkolojide kullanımı. Retrieved September 25, 2020, from https://www.drozdogan.com/yeni-nesil-dizileme-next-generation-sequencing-ngs-nedir-kanserde/
9. Kapak resmi: ÖZDOĞAN, P. (2018, April 28). Yeni nesil dizileme (Next-Generation Sequencing, NGS) nedir? Onkolojide kullanımı. Retrieved September 25, 2020, from https://www.drozdogan.com/yeni-nesil-dizileme-next-generation-sequencing-ngs-nedir-kanserde/