T.C. ZİRAAT FAKÜLTESİ TARIMSAL BİYOTEKNOLOJİ BÖLÜMÜ OMİK TEKNOLOJİSİ HAZIRLAYANLAR Fatih TAŞÇI Seval BOLAT

Omik Nedir ? Omik terimi Latince -ome ekinden türemiş olup, 'pek çok', anlamına gelmekte ve eklendiği adın temsil ettiği varlık veya oluşumların 'bütününü, 'tümünü temsil etmektedir. Bu nedenle omik çalışmalarında bir veya birkaç ölçüm değil, incelenen matriksin tümünde pek çok ölçüm gerçekleşmektedir.

Tarihçesi Omik terimi, 1920' li yıllarda Hans Winkler tarafından 'genome' kelimesinden türetilmiştir. 1980'li yıllarda 'genomik' olarak tanınmış, 1990'lı yıllarda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır, 2000'li yıllarda ise omik teknolojileri genomik, proteomik, metabolik gibi pek çok çalışma alanına yayılmıştır.

Genomik Transkriptomik Proteomik Metabolomik Nutri-omik

GENOMİK Genomik ; herhangi bir canlının bütün yapısal ve işlevsel fonksiyonlarını kodlayan tüm genlerini teker teker tanımlayarak bu genlerin birbirleri ve çevre ile etkileşimlerini, zaman, yer ve miktar olarak üretim ve aktivasyonlarının kontrolünü bütünsel olarak inceleyen ve ortaya çıkan bilgiyi bilgisayar ve veri tabanlarında işleyen, anlamlandıran ve saklayan bilim dalıdır. 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.

Genomik çalışmalar; Hastalık ve fizyolojik süreçlerle ilgili genleri tanımlamaya, Genler arasındaki yapısal-fonksiyonel etkileşimlerin ortaya çıkartılmasına, Genlerin gelişimdeki rollerinin, ekspresyon profillerinin ortaya çıkartılmasına, Farklı organizmaların genetik zeminde karşılaştırılmasına izin verir.

Günümüzde genom verileri , PCR yöntemiyle geliştirilen yüksek kapasiteli mikroarray tabanlı testler ile kombine biçimde kullanılması olası bütün etkenlerin saptanasına yardımcı olmaktadır. Bu sayede 2012 yılında solunum yolu enfeksiyonundan sorumlu olan yeni bir korona virüsü tanımlanmıştır. 2011 yılında ortaya çıkan H1N1 salgın kökeni gen segmentleri kaynağı hızlı bir şekilde tanımlanmıştır.

TRANSKRİPTOMİK Transkriptom; belli bir zamanda bir hücre veya dokudaki gen transkriptlerinin ( RNA ) tümünü ifade etmek amacıyla kullanılan bir ifadedir. Transkriptomik; hücre genomunda 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 ; Ters Transkriptaz Polimeraz Zincir Reaksiyonu (RT-PCR), Northern Blot, Mikroarray yöntemleridir.

mRNA Analiz Yöntemleri NORTHERN BLOT Bu yöntemde DNA yerine mRNA veya viral RNA kullanılarak işlem yürütülür. Northern blotlama dört temel adımda ve sonuçların boyama yapılarak gösterilmesiyle gerçekleştirilir. Bunlar ; RNA izolasyonu, RNA’nın jel elektroforezinde yürütülmesi, Uygun bir membrana aktarılması, Membrandaki RNA’ların, radyoaktif işaretli ve tek zincirli bir DNA prob ile melezlenmesi ve sonucun otoradyografi veya boyamayla saptanması. Bu yöntemin avantajı, genin RNA kopyasının boyutunun belirlenmesi ve farklı dokularda farklı RNA ürünü olasılığının araştırılmasında kullanılmasıdır. Ancak işlem hacmi düşük olan bu teknikte miktar tayini hassas değildir.

TERS TRANSKRİPSİYON POLİMERAZ ZİNCİR REAKSİYONU (RT-PCR) Genler etkilerini mRNA üretimi ile ortaya çıkarırlar. Normal koşullarda RNaz enzimlerinin aktivitesi ile çok çabuk parçalandıklarından, mRNA’lar ile laboratuvar şartlarında çalışılması oldukça güçtür. Bu nedenle mRNA preparatları mRNA’nın DNA karşılığı olan cDNA’ya çevrilirler ve bu halde kullanılırlar. Primer bağlanma yerlerinin genelde transkriptin tam ucunda olmaması nedeniyle tüm RNA molekülünün tam kopyasının çoğu kez elde edilememesi yöntemin zayıf yönüdür. İşlem hacmi Northern blotdan yüksek , mikroçiplerden düşüktür.

MİKROÇİP ( MİCROARRAY) İleri derecede genotip ve gen ekspresyon analizleri için geliştirilmiş bir tekniktir. Küçük örnek hacimleri kullanılarak tek deneyde mikroçipler, Tek Nükleotid Polimorfizmi(SNP) veya değişik ( örneğin; hastalıklı) ve normal fizyolojik koşullardaki modifiye gen ekspresyonunun (mRNA’daki artış ve azalışlar) hızlı bir şekilde çalışılmasını sağlar.

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. Proteomik, dinamik bir terim olup farklı koşullarda hücre, doku veya vücut sıvılarındaki proteinlerin kantitatif analiz teknolojisi olarak tanımlanır. Kıyaslamalı proteomik ise iki farklı durum arasındaki (normal ve hastalık, yaşlı ve genç) ekspresyonun karşılaştırılmasına dayanır.

Uygulama Alanları İyi bir kurgu ve doğru bir karşılaştırma ile tıbbın hemen her alanında (Onkoloji, Farmakoloji, İmmünoloji, Biyokimya, Mikrobiyoloji vb.) araştırmalar yapılabildiği gibi, tıp dışı alanlarda da (Biyoloji, Ziraat, Çevre vb.) araştırmalar yapılabilmektedir. Bu uygulamalarla, et ürünlerinde hile tespiti, spesifik proteinlerin kolay ve hızlı saptanması gerçekleşebilmektedir.

Proteomik teknolojisinin uygulanması ile tavuklarda kas gelişiminin kontrol edilebildiği bildirilmiştir. Başka bir çalışmada, proteomik teknolojisi vasıtasıyla buğday özelliklerinden yola çıkılarak ekmek kalitesi saptanabilmiştir. İnfekte hücrelerde fosfoprotein sinyal yolağındaki değişimlerin incelenmesi ile Rift Vadisi ateşi virüsüne karşı yeni antiviral ajanlar geliştirdi.

METABOLOMİK Belirli bir zaman diliminde dokularda, hücrelerde ve fizyolojik sıvılarda lipid, karbonhidratlar, 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.

UYGULAMA ALANLARI Metabolomik çalışmalar; metabolitlerin ayrımını sağlayan metabolit ayrım teknikleri (Gaz kromatografisi, sıvı kromatografisi ve kapiler elektroforez), metabolitlerin analizini sağlayan dedeksiyon teknikleri (Kütle spektroskopisi ve Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi), metabolitlerin teşhisini ve tanımlanmasını sağlayan yazılım veri bankası kullanımı ve istatistiksel değerlendirmeden oluşmaktadır.

METABOLİTLERİN TANIMLANMASI AYIRMA METODLARI TARAMA YÖNTEMLERİ Gaz Kromatografisi ( GC ) : Metabolomik çalışmalarda en sık kullanılan tekniklerden biridir. GC' nin kromatografik ayrım kapasitesi yüksektir ancak sadece uçucu metabolitlerin ayrımını sağlar ve dolayısıyla uçucu olmayan çoğu biyomolekül için türevlendirme gerekebilmektedir. Kütle Spektrometrisi (MS) : Kütle spektrometrisi GC, LC veya CE ile ayrılan metabolitlerin analizinde kullanılır. Ayrılan ve kütle spektrometrisine giden metabolitler kütle spektrumlarını içeren veri bankaları sayesinde tanımlanarak metabolit profilleme gerçekleştirilmiş olur. Sıvı Kromatografisi (LC) : Son yıllarda ön plana çıkan UPLC (Ultra performanslı sıvı kromatografisi) cihazları ile kromatografik ayrım geliştirilmiş olsa da GC ile kıyaslandığında daha düşük bir kromatografik ayrım kapasitesi vardır. Buna rağmen GC ile kıyaslandığında en büyük avantajı daha fazla sayıda metabolitin ayrımına izin vermesidir. Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) Spektroskopisi: NMR, günümüzde metabolitlerin ayrımını gerçekleştirmeye ihtiyaç duymadan metabolomik çalışmaların yapılabildiği ve kendisine yaygın kullanım alanı edinmiş yegane yöntemlerden birisidir. Çok sayıda metaboliti eş zamanlı olarak analiz edebilme özelliği ve metabolomik çalışmalar için geliştirilmiş onlarca veri bankası sayesinde evrensel bir metabololit dedektörü olma yolunda ilerlemektedir. Kapiler Elektroforez (CE) : LC ile kıyaslandığında tabiatı gereği CE tekniklerinde daha fazla teorik tabaka sayısı oluşmakta ve dolayısıyla daha iyi bir ayrım gerçekleşebilmektedir. CE tekniği, özellikle yüklü moleküllerin ayrımına olanak tanıyarak LC ve GC’ ye göre daha fazla sayıda metabolitin analizine imkan sağlamaktadır.

NUTRİ-OMİK TEKNOLOJİLERİ Bahsedilen omik teknolojilerinin dışında günümüzde nutri-omik teknolojileri (nutrigenomik, nutriproteomik, nutritranskriptomik, nutrimetabolomik) denilen bir bilim dalı da önem kazanmıştır. Nutri-omik teknolojileri ile beslenmenin, hastalıkların önlenmesi ve tedavisi için kullanılabilmesi, besin bileşenleri ve genom arasındaki fonksiyonel etkileşimin sistemik olarak hücre ve moleküler düzeyde aydınlatılmasına çalışılmaktadır.

Genlerimiz sadece kimin kalp hastalığı riski taşıdığını söylememekte, aynı zamanda düşük yağlı diyetten kimin zarar, kimin yarar göreceğini de bildirmektedir. Örneğin; genomik ve metabolomik kombinasyonu ile yapılan bir çalışmada, bu tarz hastalık riski taşıyan kişlilerin g›da tüketim alışkanlıklarının tamamen geliştirilmesine yönelik veriler sağlanmaktadır.

TEŞEKKÜRLER