Catalog

10 Mayıs 2017 Çarşamba Akademi 9 Şekil 2 Şekil 3 Şekil 4 >>ardışık DNA diziliminin birkaç bin bazı geçmeyen bir üst sınırı var. İnsan genomunun milyarlarca bazdan oluştuğunu hatırlayınca bu kapasitenin gereksinimleri karşılamaktan çok uzak olduğu ortaya çıkıyor. Sorunun çözümünü sağlayan gözlem tüm kromozomu baştan başa soluksuz dizilemenin mutlak olarak gerekmediği. Bunu tarih yazımına benzetebiliriz: Hiç kimsenin ömrü Roma İmparatorluğu boyunca yaşamaya yetmemiş olsa da tarihi hakkında bilgi sahibiyiz. Çünkü tarihçiler değişik kesitleri anlatan tanıklıkları bağdaştırarak bütüne yönelik bir anlatı ortaya koyabiliyorlar. Aslına uygun bir anlatı için ise çok ve kaliteli kaynağa ihtiyacımız var. Büyük genom projelerinde uygulanan temel prensip de işte burada saklı. Uzun molekülleri bütün olarak okuyabilmek teknik olarak henüz mümkün olmayabilir. Fakat DNA örneğini rastgele baş edilebilir parçalara bölebilir ve her parçayı da ayrı ayrı okuyabiliriz. Daha sonra da milyonlarca küçük parçadan oluşmuş bu veri tabanında kesişen bölümleri bularak tüm kromozomun dizisini oluşturmayı deneyebiliriz. Fakat bu birleştirme işlemi hiç de kolay değil. Çünkü genomunuzun her bir kısmının eksiksiz olarak temsil edildiği upuzun bir listeyle karşı karşıyayız. Üstelik, her bir kromozom bölümü için ne kadar çok okuma yapılabilirse hata oranı da o kadar düşüyor. Bu ek kopyalar yüzünden de bu liste aslında insan genomunun boyutundan neredeyse 100 kat daha uzun. Parçalar kullanılarak elde edilebilecek olası konfigürasyonların sayısı da birleştirilecek parça sayısından çok hızlı artıyor. Yani veri analizini kâğıtkalem ile değil, güçlü bilgisayarlar ve gelişmiş algoritmalar kullanarak yapmak elzem. Aksi halde sıradan ikili eşleme yöntemiyle bakteri genomunun analizi bir saat sürüyorsa, 1000 kat uzunluğundaki insan genomu 1000 saat değil bir milyon saat sürerdi. Kamu destekli uluslararası insan genomu projesi Şekil 3a’da gösterilen hiyerarşik saçma yöntemiyle yapıldı. Buna göre önce tüm genom, insan kromozomundaki yerleri bilinen büyük parçalara bölünerek yapay bakteri kromozomlarına aktarıldı. Her bir yapay kromozom da ayrı ayrı okunabilir küçük parçalara bölündü. Her bir yapay kromozomun bağımsız olarak dizilenmesi hem veri analizi hem de projeye katılan kurumlar arasında işbirliğini kolaylaştıran bir unsur olmakla birlikte deneysel olarak biraz daha zahmetli. Craig Venter öncülüğündeki Celera şirketince aynı yıllarda paralel olarak yürütülen sekanslama çalışması ise Şekil 3b’deki doğrudan saçma yöntemini kullandı. Yani tüm genoma karşılık gelen küçük parçalar, önceden herhangi bir konumlama çalışması olmaksızın bir arada okundu ve analiz edildi. Biraz daha derin analiz gerektiren bu yaklaşımı ilk kez kullanan şirket, proje için 20 bin saatlik işlem gücüne ihtiyaç duydu, ama 27 milyon parçacığı birleştirerek ilk insan genomunu dokuz aylık çalışmanın ardından 2001’de yayımlamayı başardı. l Yeni nesil dizileme Şimdiye kadar bahsettiğimiz DNA okuma tekniği her ne kadar çığır açıcı ve prensipte yeterli de olsa, genomunuzu öğrenmeniz için ideal değil. Her seferinde birkaç bin bazlık bir bölümü okuyabilmeniz Sanger sekanslama prosedürünü milyonlarca kere tekrarlamanız gerektiği anlamına gelir. Bu da son derece zah metli ve masraflı. Yukarıda bahsedilen yöntemi kullanan insan genomu projesi, 2003 yılında büyük ölçüde başarıyla tamamlandı ve insan genomu şimdi elimizin altında. Fakat bu yöntem kullanılarak sadece bir kişinin dizilenmesi 13 yıl sürdü ve yaklaşık üç milyar avroya mal oldu. Dolayısıyla bu yaklaşımla kişisel genomlar pek erişilebilir değil. Dizileme tekniğindeki darboğaz her bir DNA parçacığının ayrı ayrı okunması gerekliliğinden kaynaklanıyor. Ama günümüz teknolojileri tek defada çok büyük veri setleri toplayarak bu sorunu çözmüş bulunuyor ve hâlâ çok sayıda startup şirketi de yeni yöntemler üzerinde çalışıyor. Dizilemeye büyük yatırım yapmış Kaliforniyalı Illumina şirketi, günümüz sekanslama marketinin açık ara lideri ve piyasa değeri 25 milyar avro. Şirketin haklarını elinde bulundurduğu Şekil 4’te özetlenen yöntem, PCR için gerekli DNA parçacıklarının karışımda serbest dolaşması yerine bir akış küvetinin cam yüzeylerine kimyasal olarak sabitlenmesi temeline dayanıyor (1). Gerekli diğer unsurların küvete pompalanması ve sıcaklığın değiştirilmesiyle ortamdaki taslak moleküllerin cam yüzeyine bağlı kopyaları oluşturuluyor (23). Döngünün yeterince tekrarlanması sonucu başlangıçtaki her taslak molekül için yüzeyde birbirinden ayrık DNA öbekleri elde ediliyor (4). Her iplik yüzeye kalıcı olarak bağlı olduğundan ve her öbek de bire bir kopya moleküllerden oluştuğundan, son PCR döngüsünde floresans işaretlerle boyanmış nükleotitlerin kullanılması ve hangi renk boyanın hangi öbekte gözlemlendiğinin iplik boyunca kaydedilmesi mümkün ve yeterli (5). Bu sistemin önemli bir yetersizliği, maksimum okunabilir iplik uzunluğunun birkaç yüz baz kadar kısa olması. Fakat milimetrekare başına bir milyon kadar öbekten veri toplanarak tek bir seansta onlarca milyon farklı DNA parçası okunabiliyor. Şirket, 2014 yılında piyasaya sürdüğü günde 50 genom dizileyebilen HiSeq X Ten sistemi ile genom başına maliyeti, işgücü ve amortisman dahil, 1000 avro civarına düşürdüğünü iddia ediyor. Gel gelelim her bir ünitenin birkaç milyon dolar gibi yüksek bir altyapı yatırımı gerektirmesi, dizüstü bilgisayarınızda genomunuzda gezinmenizle aranızda hâlâ bir engel. l Kendi DNA dizilimim? İnternette insan genomuna ulaşmaya çalışırsanız elde edeceğiniz veri sizinkine çok benzer olmakla birlikte sizinki değil. Bununla birlikte büyük bir bölümüyle ne yapacağımızı henüz bilmediğimiz 6 GB’lık “özveriniz”e ulaşmanın bedeli günden güne ucuzluyor. Amerikalı Veritas şirketi, 1000 avroya karşılık genomunuzun ortalama 30 kez dizilenmiş bir kopyasını sunuyor. Yine ABD’li “Gene By Gene” şirketi, tüm genomunuzu yaklaşık 10 bin avroya, işlevsel öneme sahip 60 milyon bazını ise 1000 avroya diziliyor. Sydney’den Genomix şirketi de 2017 sonuna kadar 140 avroya tüm genomunuzu sunabilmek için talep topluyor. Öte yandan tüm genom dizinizi bilmek yerine işlevsel özelliklere de yoğunlaşabilirsiniz. Britanyalı 23AndMe şirketi, 140 avroya taşıyıcısı olduğunuz genetik özellikler, soyağacınız ve etnik kökeninize dair ipuçları vermeyi vaat ediyor. GenePlanet 500 avroya karşılık önlenebilir hastalıklara olan muhtelif kalıtsal yatkınlıklarınız ile genetik yetenek ve fiziksel özelliklerinizi analiz ediyor. n