DNA dizilemesi

DNA baz adı verilen 4 çeşit kimyasal yapıdan oluşur (A,T,G,C). Bu bazların DNA’yı oluşturan sırasını belirleme işlemine ise dizileme ya da sekanslama (sequencing) ismi verilmektedir. DNA dizisi bize oluşturduğu genetik bilgiyi verir. Bu bilgi üzerinde meydana gelebilecek değişikliklerin hastalık sebebi olması dolayısıyla aslında çok önemlidir. İnsan genomunun ( bütün genler) 3 milyon bazdan oluştuğu düşünülürse taşıdığı bilginin değeri ve sekanslama işleminin zorluğu anlaşılabilir.

İnsan Genom Projesi ile birlikte sekanslama teknolojisi de başladığı günden bu yana büyük oranda ilerleme kaydetmeyi başardı. Günümüzde rutin olarak çalışan laboratuvarlar bir yıl içerisinde 100 trilyonun üzerinde bazı belirleyebilmektedirler. Tüm bir genomu sekanslamak ise sadece bin dolara mal olmakta. Gelişen teknolojilerin büyük bir kısmı National Human Genome Research Enstitüsü (NHGRI) Genom Programı sayesinde gelişmekte. Enstitünün asıl amacı ise yüksek kalitede ve mümkün olacak en düşük maliyetle yapacak sekanslama araçlarını en yeni teknolojik gelişmeleri kullanarak geliştirmek.

Şu anda sekanslama teknolojisinde, yeni nesil sekanslama olarak biliniyor, kullanılan yöntemler farklı olmakla birlikte hepsinin kısıtlamaları bulunmakta. Bunlar içerisinde, genomdaki yüksek tekrar bölgeleri, PZR hataları, kontaminasyon riski ve diziyi çoğaltma zorunluluğu en çok karşılaşılan problemler arasındadır. Yeni gelişen bir sekanslama teknolojisi, üçüncü jenerasyon olarak adlandırılıyorlar, ise bu problemleri DNA polimeraza bağlanan çok hızlı bir kamera üzerinden DNA kopyalama işlemi sırasında izleyerek diziyi çıkartmayı amaçlıyor. Farklı bir teknolojik gelişme ise son günlerin popüler alanlarından birisi olan nanoporları DNA üzerinden geçirerek sekanslama yapmayı hedefliyor.

Bu tür yöntemlerin gelişmesiyle birlikte dizileme işleminin sadece birkaç dolara düşmesini ve bütün insanların genomunun sekanslanması hedefleniyor. Dizileme teknolojisindeki bu ilerleme tıp ve moleküler biyoloji alanlarında elbette devrim niteliğinde olacaktır ve bu sayede sonunda birçok hastalık etkenini sır olmaktan çıkartıp yeni tedavi yöntemleri geliştirebileceğiz. 

https://www.genome.gov/10001177

http://www.rightrelevance.com/search/articles/hero?article=7cbbc38980d761410b308ca83282e66b2a40b93e&query=genomics&taccount=genomicsrr

Epigenetik araştırmalarının klinik çalışmalarına katkısı

Gen ve Fenotip bilgilerin nasıl birleştiğini anlamak için genetik ve gelişimsel biyoloji çalışmaları birlikte yapılmaya başlandı. Bugün, genetik çalışmaları gelişen teknoloji ile birlikte hızla ilerlerken bu bilgiyi gelişimsel, ayrımlaşma, ya da hastalık durumlarıyla birleştirmek nispeten zor olmuştur.

Fakat epigenetik çalışmaları klinik çalışmalar için zaruridir. Johns Hopkings Üniversitesi Tıp Anadalı başkanı Prof. Andrew P. Feinberg bu konu hakkında “İnsan hastalıklarını sadece sekanslamaya dayalı modern uğraşın başarılı olma imkânı yoktur, insan hastalıklarının neredeyse yarısı çevre kaynaklı meydana gelmiştir.”

Mendeliyan hastalıklar bir veya birçok geninin komplex etkileşimlerinden kaynaklı olsa bile bunlara genetik faktörlerin katkısı ise daha kolay ve tahmin edilebilirdir, fakat bu hastalıklara çevresel faktörlerin etkisini çalışmak çok daha zordur. Bir hastalığın bütün gelişimsel sürecini anlamak uygun terapiyi sağlamak açısından vazgeçilmezdir.

Yakın zamanda yapılan bir çalışmayla Dr. Feinberg ve çalışma arkadaşları epigenetik bir faktör olan güneş yanmalarının cilt kanseri oluşumuna katkısını kanıtladılar. Bu çalışmaya göre üst deri bölgesi, insan genomunda büyük bloklar güneş yanmalarıyla birlikte kimyasal faktörler ile kapatılıyorlar (hypomethylation). Bu bölge ile pullu deri kanserine neden olan genomik bölge ise çakışmakta. Bu bulgulara göre epigenetik faktörler deri kanserine büyük bir katkı sağlıyor. 

http://www.genengnews.com/gen-articles/epigenetics-research-reveals-a-range-of-clinical-possibilities/5650/

Neden vücudumuzda yaşayan diğer canlıları bilmeliyiz?

Vücudumuzda yalnız olmadığımızı, çeşitli bölgelerimizde tek tek ve hatta koloni halinde bile gözle görülmeyecek kadar küçük canlılar olduğunu biliyor muyuz?

Bizimle birlikte yaşayan bu bakteri topluluğuna mikrobiyota adı veriliyor. Vücudumuzun yaklaşık %1 ile 3’ü bu canlılardan oluşuyor. Bu canlıların neredeyse hepsi bizimle uyum içerisinde yaşıyor ve bize zarar vermiyor. Tahmin edildiği üzere, bu mikroorganizmalar ile hayatı paylaşmamız hastalıkta ve sağlıkta çok önemli!

Aslına bakılırsa, bu canlıların bize birçok hastalığa karşı bağışıklık sağladığı araştırmalar tarafından kanıtlandı. Vücudumuzun değişken durumlarına göre mikrobiyotamız da değişiyor. Yakın zamanda ise bilim insanları bu değişkenlikten vücut gelişimize, hastalık direncimize, beslenme durumumuza dair bilgi edinip, geliştirdiğimiz hastalıklara karşı da daha doğru tedavi yöntemi geliştirilebileceğini buldular. Bunun için yapılması gereken, çeşitli bölgelerden alınan vücut sıvılarını sekans analizi için uygun ( [1] gibi) şirketlere göndermek.

Obezite ve diyabet bu alanda çalışması yapılan hastalıklar arasında birincil konumda. Amerika’da yapılan çalışmaya [2] göre Tip1 diyabetli çocukların bağırsak flora çeşitliliği azalıyor ve Firmicutes adı verilen bakteri çeşidi ciddi miktarda artıyor. Aynı zamanda, obez insanların aşırı karbonhidrat tüketiminden kaynaklı mide floralarının değiştiği bu çalışma [3] sayesinde gözlendi.

Bağışıklık sistemine klasik bakış sadece organların ve kan hücrelerinin vücuda giren patojenleri engelleme şeklinde iken, mikrobiyota sekanslama çalışmaları sayesinde düşüncenin değişip, vücut sistemlerin florayı kontrol etmesi şeklinde olması bekleniyor.

Bu tür çalışmalar kişisel medikal tedavi yöntemleri geliştirmek adına çok önemli, çünkü bildiğimiz gibi her insanın vücut mekanizması, DNA dizisi gibi farklı ve tek. İlerleyen çalışmalar ile muhtemelen daha fazla insan ve etkileşimde bulunduğu her şey odaklı tedavi yöntemlerini hayatımıza sokacağız.

[1] http://ubiome.com/

[2] http://www.nature.com/ismej/journal/v5/n1/full/ismej201092a.html

[3] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2677729/

Kişisel İlaç Tasarımları

İnsan genomundaki farklılıkların fark edilmeye başlanması ile birlikte günümüz biyoteknolojisi çok farklı bir çağa girdi. Çünkü temelde basit değişiklikler olarak görünse de bu değişimler, insan görünümünü ayrı kıldığı gibi hücre içerisindeki mekanik düzenlemelerinde farklılığını sağlıyor. Öyle ki farklı hastalara uygulanan aynı tıbbi tedaviler birazında işe yararken diğerlerinde etki göstermediği gibi yan etkilerin baş gösterip kalıcı başka rahatsızlıklara neden olabiliyor. Vücuda alınan bu görünürde “işe yaramayan” ilaç tedavileri ise bazen diğer ilaçların dahi etki alanlarını kısıtlıyor. Küçücük bir baş ağrısında dahi ilk önlem olarak ilaç almayı planladığımızı düşünürsek vücudumuza verilecek zarar yanlış ilaçlarla kaçınılmazdır.

Yeni tedavi trendlerinden biri olan farmakogenomik, genetik ile farmokolojik bilimlerinin kombinasyonu ile kişiye özel yan etkiden uzak ilaç tasarımını mümkün kılmayı hedefliyor. Bu amaçla, her insanın kendine özel genetik bilgisi kullanılarak, hayat boyu sağlıklı bir yaşam sürmesini sağlayacak en iyi ilaç dizayn edilip tedavi sağlanmış olacak.  Bu şekilde üretilen ilaçların ise daha kısa sürede az maliyetle üretileceği tahmin ediliyor. Ünlü ilaç markalarının birkaçı şimdiden bu işe başlamış durumda, sık görülen bazı hastalıkların tahlili amacıyla hastalardan kan toplayıp DNA analizleri ile ilaç araştırmalarını yapıyorlar.

Fakat bilindiği üzere yeni bir ilaç çıkartmak bilimsel araştırmaların çok fazla deney yükünün olması nedeniyle çok kolay ve hızlı değildir. Tasarımların bilgisayar ortamında yapılması ise bu yükü hafifletecek teknoloji. Bu amaçla geliştirilen algoritmalar ile deney ortamında keşif edilmesi beklenenden çok daha fazla ilaca sahip olabileceğiz. Üstelik ileride beklenen teknolojik gelişmeler ile etik anlamında da ilerleme kaydedip hayvansal deneyleri önleyebileceğiz. 

DNA diyeti

Günümüzde birçoğumuzun baş etmesi gereken sıkıntıların başında maalesef kilo kontrolümüz geliyor. Kimimiz ideal kilomuzun altında kimimiz ise üstünde olmaktan şikâyetçi. Genel problem ise ne kadar düzenli yemek yense egzersiz yapılsa da bazen o ideale ulaşamamak.

İnternette dolaşan spekülatif diyet listelerin aksine bir diyetin herkese uymadığı aşikar.  Her zaman üç beyazı kesip, düzenli olarak yeşil bitkilerle beslenmek size kilo verdirtmeyebilir ve bunun nedeni sadece sizin tarzınız olmamasıdır! Hatta metabolizma farklılıkları yüzünden yaptığınız diyet nedeniyle istemsiz kilo dahi alabilirsiniz. Herkesin etrafında sürekli tatlı tüketen, düzenli olarak çift porsiyon tüketen o zayıf insan mutlaka vardır ve yiyip yiyip kilo alamıyorum şikâyetlerine kulak da tıkayamazsınız. Şimdi vereceğiniz cevap belli, belki de daha farklı beslenmelisin?

İnsan genetiği üzerindeki çalışmalar insan metabolizmasındaki farklılıkları açığa çıkarttı. Bu farklılıkların DNA adı verilen dizilerden kaynaklandığını biliyoruz. Beslenmenin ve egzersiz düzenin de DNA farklılıklarına göre düzenlenmesi ise yeni nesil diyet uygulamaları arasında yer alıyor. DNA diyetini uygulamaya başlamadan önce metabolizma işleyişini öğrenmek amacıyla bazı genler hazır DNA kitleri kullanılarak test ediliyor. Analiz sonuçlarını ise alanında uzman kişiler ile inceleyerek bedeninize en uygun beslenme şekline karar verilip sağlıklı bir hayat sürmeniz sağlanıyor. Bu sayede hem kilo verme ya da sırasında yaşanılan bunalımlar önleniyor, hem de vücuda etkisi bulunmayacak ve hatta kötü etkileyebilecek diyet listelerinden kaçınılmış olunuyor.

Dünyanın birçok yerinde bu uygulama geniş çapta kabul görmüş durumda, hatta Türkiye de dahi kargo üzerinden DNA testi yaptırabileceğiniz tesisler mevcut. O zaman sağlıklı olmak için neden metabolizmamızı daha iyi tanımıyoruz?

https://dnafit.co/diyet/

Gen Terapisi

Modern genomik çalışmaları ile birlikte şu an insan sağlığı hakkında daha fazla bilgiye sahibiz. Yeni gelişen hızlı ve hassas dizileme teknolojisi ile birlikte bireysel genom ve farklılıkları hakkında da daha fazla bilgiye ulaşıyoruz. Bu tür çalışmalar, gün ve gün artan ve yığılan bir genomik bilgiyi açığa çıkartıyor ve asıl ihtiyaç bu büyük bilgiyi en etkili şekilde kullanmamızı sağlayacak araçlar ve buna yönelik araştırmalar oluyor. Bu araştırmalar sonucunda, kalıtsal olarak seyreden hastalıklar ve mekanizmaları hakkında bilgi edinebilir, bu uygulamaları bireye özgü bir seyre dönüştürebiliriz. Peki bireye özgü bir tanı sistemi oluşturmak neden önemlidir ve bunun bir adım ötesinde yeni oluşturabilecek etkili bir tedavi yöntemi var mıdır?

Günümüz teknolojisi doğum öncesi, prenatal genetik testleri uygulamayı mümkün kıldı. Bunun en büyük avantajı ise elbette daha bebek bir bireye dönüşmeden önce sahip olabileceği hastalıklardan haberdar olabilmektir. Bunun ikincil adımı ise bebeği daha doğmadan tedavi etmek olacaktır. Gen tedavisi bu amaçla kullanılabilir.

Gen terapisi, yeni yeni gelişen ve henüz aktif olarak kullanılamayan bir alan. Aslında, amaç bu yöntem ile birçok genetik hastalığın tedavisini, semptomları azaltmayı veya kompanze etmeyi amaçlamadan direk ilgili gendeki hasarı düzeltmek olacak. Bu şekilde direk gen hedef alındığı için diğer tedavi yöntemlerinde görülen yan etkilerin görülmemesi ise muhakkak ki gen terapisinin en dikkat çeken yönü. 

2010 yılında, bilim insanları bu alanda ki en büyük gelişmeyi aslında bakterinin mekanizmalarından biri olan CRISPR- Cas9 sistemini bularak sağladılar. Bu sistem ile birlikte normalde gen editleme başarısı hücre başına %30 iken %70 civarına çıkarıldı. Tekniğin insan üzerinde kullanılmaya başlanması ile sağlık alanında yeni bir çağa girmemiz kaçınılmaz. Birçok karmaşık hastalığın tedavisi bu yolla mümkün olacak. Günümüzde, kalıtsal olarak seyrettiği bilinen sinir hastalıklarından, Şizofreni, Alzheimer, MS ve Parkinson gibi rahatsızlıkların tedavisi için gen terapisi araştırmaları yapılıyor. Bunun yanında çevresel faktörlerle de ilişkilendirilen birçok kanser türünü dahi bu yolla tedavi etmemiz mümkün. Bazı bilim insanlarına göre insan sağlığında bize kademe atlattıracak bu devrin en büyük olayı gen terapisi…

http://link.springer.com/article/10.1007/s40778-014-0001-1

https://en.wikipedia.org/wiki/CRISPR#Predecessors

http://online.liebertpub.com/doi/abs/10.1089/hum.2015.074