Yatay Gen Transferinin Hesaplanması

Giriş Tamamlanmış 769 genom (GOLD veritabanı, Mayıs 2008) ile birlikte yatay gen transferi çeşitli organizmaların genomik verilerinin incelenmesi ve karşılaştırılması yoluyla ele alınabilir. Bu bölümde HGT’ye uğrayan genlerin belirlenmesi ve hesaplanmasında kullanılan yöntemler incelenecektir. Modern yaklaşımlar HGT hesaplamalarında, kullanılan örneklerin filogenetik yakınlıklarının ve örnek yaşlarının değişmesi nedeni ile elde edilen sonuçlar kesinlik taşımayabilir. Buna ek olarak, ne yazık ki HGT hesaplamalarında kullanılan bütün yöntemlerin yüksek hata oranına sahip olması bu hesaplamaların yapılmasında sorun teşkil etmektedir. False pozitif ve false negatif oranları simülasyonlarla veya in siliko transferlerle tahmin edilebilmektedir.

HGT hesaplamalarında kullanılan yöntemler 1. Bileşim Yöntemleri (Compositional) YGT tespitinde kullanılan yöntem gruplarından biri, bir genomdaki genlerden hangisinin YGT’nin örneğini oluşturabileceğini anlamak üzere atipik nükleotid veya oligonükleotid bileşimi (5, 10- 12), atipik kodon kullanım özellikleri (13), ya da bunların bileşimini (14) kullanmaktadır. Genlerin "geliştiğinden" (yani yeni genomlarının izlerini benimsediklerinden), bu yöntemler yalnızca yakın ilişkili son transferler için geçerlidir (Eschrichia coli' de her ne kadar tespit edilen transferlerin çoğunluğu son 10 milyon yıl içerisinde tanıtılsa dahi, 100milyon yıla kadar gelişme gösteren genler hala tespit edilebilmektedir (5)). Bileşimsel yöntemler aynı zamanda rutin olarak genom adalarının tespitine yardım etmek üzere kullanılmaktadır.

2. Filegenetik Kalıpların Kullanımı Bir genin HGT ile transfer edilip edilmediğini tespit etmenin bir diğer yolu da BLAST ile dizilerin karşılaştırılmasıdır. Şüpheli gen bakımından diziler karşılaştırılır ve çeşitli algoritmalar kullanılarak benzerlikler izlenir. Bu yöntem ile bir gen ailesi ve hatta aile üyelerinin taksonomik dağılımı belirlenebilir.

Ancak bu yöntem, veri tabanında karşılaştırılan organizma grubunun kaç üye ile temsil edilmesine bağlı olarak hassasiyet göstermektedir. Bu nedenle, BLAST yönteminin gen aktarımının tanımlanmasında çok da güvenilir bir yöntem olmadığını söylemek yanlış olmaz. E. coli üzerinden örnek verir isek; 3 farklı E. coli suşunun genom dizileri karşılaştırılmış (patojen olmayan E. coli K12' de 585 gen, urapatojenik E. coli CFT073' de 1623 gen ve enterohemorajik E. coli O157: H7' de 1346 gen olmak üzere): ve ortak gen havuzlarının yalnızca % 39.2 oranında olduğu belirlenmiştir. Üç türün yalnızca birinde mevcut olan genlerin HGT yoluyla E. coli' ye alındığı varsayılmaktadır.

3.Değişiklik Oranlarının Kullanımı Varsayıma göre bir genin dikey olarak bir soy ağacında evrilmesi halinde daha sonra sık bir oranda yer değiştirme biriktirecektir.

PROKARYOTLARDA YATAY GEN TRANSFERİ: HESAPLANMASI VE Bakteri, arke ve ökaryotik genomların karşılaştırmalı analizleri sonucunda; prokaryotik genomlarda oldukça çok sayıda genin yatay gen transferine katıldığı belirlenmiştir. Bazı durumlarda yatay gen transferinin miktarı ve sayısı, organizmanın yaşam şekli ile ilişkili olabilir. Örneğin hipertermofilik bakteriler, diğer bakterilerden daha çok arkelerle gen değiştirmektedir. Oysa çeşitli ökaryotik genlerin değişimi parazit ve simbiyotik bakteriler arasında yaygındır. Yatay gen transferi: Yeni genlerin kazanılması Mevcut genlerin paraloglarının kazanılması Xenolog genlerin değiştirilmesi: iki organizmanın yatay gen transferi sonucu homolog olmasıdır. Eğer hareket eden gen için yeni ortam büyük ölçüde farklı ise Xenologlar farklı fonksiyonlara sahip olabilir. Bununla birlikte genellikle her iki xenolog organizmalarda benzer bir işleve sahiptir.

PROKARYOTLARDA YATAY GEN TRANSFERİ: HESAPLANMASI VE Bu yatay gen transferi tiplerinin her biri prokaryotlar arasında yaygındır ancak farklı soylarda katılımları farklılık göstermektedir. Yatay olarak aktarılan genlerin organizmalarda uzun süre kalması ya da kalıcı olması aktarılan bu genlerin alıcı organizmaya seçici avantajlar kazandırdığını akla getirmektedir. Pek çok durumda bu avantajın doğası net değildir ancak bakterilerin ökaryotik genleri kazanmaları sonucu yürütülen çalışmalar, seçici güçlerin devreye girdiğini göstermiştir. Örneğin pek çok bakteri tarafından ökaryotlardan kazanılan izolösil-tRNA-sentetaz, antibiyotik direnci ile ilişkiliyken, Chlamiydia ve Rickettsia gibi hücre içi paraziti olan çeşitli parazitler tarafından bitkilerden kazanılan ATP/ADP translokazlar ve proteazlar chlamydial patojenezine dahil olmaktadır.

PROKARYOTLARDA YATAY GEN TRANSFERİ: HESAPLANMASI VE Yatay (horizontal=lateral) gen transferi farklı türler arasında genlerin aktarımı olarak tanımlanabilir. Yatay gen transferinin varlığı uzun yıllar tartışma konusu olmuş, ökaryotların da bu aktarıma katılması ile tartışmalar daha karmaşık hale gelmiştir. Bu tartışmaların ortaya çıkması şaşırtıcı değildir çünkü pek çok evrimsel fenomen gibi yatay gen transferini de tüm detayları ile aydınlatmak oldukça zordur. Genom dizi analizleri dönemi gelip çattığında, yatay gen trasferine dair önemli veriler elde edilmiş ve bu durumda bazı ileri görüşlü araştırıcılar yatay gen transferinin evrimleşme üzerinde etkin rolü olduğunu savunurken, bu konudaki yaygın kanı etkisinin önemsenmeyecek düzeyde olduğu idi. Yatay gen transferinin öneminin tam olarak anlaşıldığı yer ise, endosimbiyotik organellerden genleri, ökaryotik nüklear genomlara akışı idi.