Uzayın derinliklerindeki birbirinden farklı gezegenler, binbir boyut yıldızlar, vazgeçilmez vakum makinesi kara delik, büyüleyici galaksiler içinde Samanyolu galaksinin yıldızı güneş olan mavi gezegeninde bir insan olarak bu yazıyı okuyoruz. Her birimiz farklı özelliklere, farklı yeteneklere, farklı tercihlere, farklı zevklere sahibiz. Yaşadığımız çevrenin, yediğimiz yiyeceklerin, iyi ya da kötü alışkanlıklarımızın, ilgi alanlarımızın, inançlarımızın kontrolündeyiz.
Size uzayın derinlikleri kadar karmaşık, göremediğimiz yıldızlar kadar küçük, ulaşılamayan galaksiler kadar göz alıcı bir materyalle kodlandığımızı söylesem?
A, T, G ve C harflerinin mucizelerle dolu kombinasyonları bizleri hem farklı hem de benzer kılıyor. Nasıl mı?
Adenin, Timin, Guanin, Citozin azotlu bazları, nükleotit denilen DNA’nın yapı taşlarını oluşturur. Nükleotitlerin birleşmesi ile gen dediğimiz DNA parçaları meydana gelir. Genlerin birleşmesiyle genomumuz yani tüm DNA dizimiz oluşur.
Nükleotitlerin farklı sıralarda ve miktarlarda dizilimleri sonucu canlılar arasındaki farklılıklar; nükleotitlerin dizilimlerindeki benzerlikler ile canlılar arasında benzerlikler oluşur. Türler arasındaki benzerlikler nükleotit dizilimlerinin benzerliğinden kaynaklanmaktadır.
Genetik materyalimiz 3 milyar baz çiftinden oluşur. Genetik olarak her birimiz arasında %99.5 oranında benzerlik vardır. %0.5’lik farklılık DNA’mızda meydana gelen varyasyonlarla oluşmaktadır. Varyasyon GWAS, genom boyu ilişkilendirme çalışmaları, farklılık oluşturan bu genetik varyasyonların belirli hastalıklar, fiziksel ve biyolojik özelliklerle ilişkisini inceleyen araştırma yöntemidir.
GWAS, kısaltılmış hali SNP olan tek nükleotit polimorfizminlerini inceleyerek veri elde eder. SNP, nükleotit dizimizdeki tek bir nükleotitin, karşılaştırma yapılan sağlıklı bireyin nükleotit dizisinden farklı olması sonucu oluşan bir varyasyon çeşididir. GWAS, tüm genomumuzu inceleyerek tek nükleotit farklılıklarını tespit eder.
Yukarıdaki resimde genel popülasyonda gözlemlenen nükleotit dizi ve tek nükleotit varyasyonuna sahip bireylerdeki nükleotit dizisi gösterilmektedir. Genel popülasyonda “G” guanin nükleotiti “T” timin nükleotiti ile yer değiştirmiştir.
Peki genom boyu ilişkilendirme çalışmaları nasıl yürütülür?
1. Veri toplama
Genetik araştırma için binlerce veya milyonlarca kişiden DNA örneği alınmalıdır. DNA örneği, genellikle kan, tükürük veya dokulardan alınır.
2. Vaka ve kontrol gruplarının belirlenmesi
Belirli bir hastalığı veya özelliği incelemek için vaka ve kontrol grupları belirlenir. Vaka grubu, incelenen hastalığa sahip olan bireylerden oluşurken, kontrol grubu hastalığı taşımayan sağlıklı bireylerden oluşur. Gruplar arasındaki yaş, cinsiyet, etnik köken gibi faktörler benzer olmalıdır.
3. Genetik analiz (Genotipleme)
Vaka ve kontrol gruplarından alınan DNA örneklerinden DNA izole edilerek laboratuvarda genotipleme işlemine tabi tutulur. Bu, bireylerin DNA’larındaki genetik varyasyonların tespit edilmesini sağlar. Tek nükleotid polimorfizmleri (SNP’ler) adı verilen, tek nükleotid seviyesindeki farklılıklar incelenir. Her tek nükleotit değişimi için bireylerin genomları incelenir. Elde edilen veriler, ”GWAS Catalog” veri tabanında tüm kitlenin erişim sağlayabileceği şekilde depolanır. Verilerin daha iyi anlaşılabilmesi için bu veri tabanında anlamlı SNP’leri görselleştirmek amacıyla Manhattan Plot grafikleri kullanılır.
Manhattan Plot grafiğindeki her nokta bir SNP i temsil eder. Anlamlı SNP ler yani belirlenen eşik değerini geçen SNP değerleri 1.resimde gösterilmiştir. rs123, rs370, rs789 SNP lerin kendilerine özgü adlarıdır.
3.resimde ise anlamlı SNP lerin meydana getirdiği varyasyonların hangi genlerle ilişkili olduklarını göstermektedir.
4. İstatiksel analiz
Hangi SNP’lerin vaka ve kontrol grupları arasında farklılık gösterdiği araştırılır. Bu analizler, hangi genetik varyantların hastalık riski ile ilişkilendirildiğini bulmaya yardımcı olur. Aynı anda binlerce geni analiz edebilen ve veriler arasında karşılaştırma yapmaya olanak sağlayan bir yöntem olan DNA mikrodizin yöntemi kullanılmaktadır.
5. Sonuçların doğrulanması
Bulunan ilişkilendirmeler bağımsız veri setleriyle doğrulanır. Araştırma farklı popülasyonlarda tekrarlanır. Örneğin Türkiye’den seçilen binlerce kişi üzerinde yapılan araştırmayı doğrulamak amacıyla yine binlerce kişinin Amerika’dan ya da Afrika’dan ya da herhangi bir başka popülasyondan seçilir ve her bir bireyden DNA izole edilir, vaka ve kontrol grupları belirlenir, genetik analiz yapılır, istatiksel analiz yapılır. Bu, bulguların rastgele olmadığını ve gerçekten hastalık veya özellikle ilişkili olduğunu gösterir.
6. Biyolojik anlam çıkarma
İlişkilendirilen varyasyonlar belirlendikten sonra, varyasyonlarla hastalıklar arasındaki ilişkiler için hipotezler üretilebilir. GWAS Catalog‘dan elde edilen veriler, hastalıklar üzerinde yapılan çalışmalar için kolay ulaşılabilir ve doğru bir kaynak olarak işlev görür.
Kanser ve türleri, şizofreni, kalp hastalıkları, diyabet, obezite, alzheimer, otizm gibi belirli hastalıklar üzerinde çalışmalar yapılmıştır ve GWAS Catalog veritabanında depolanmaktadır.
Genom boyu ilişkilendirme çalışmaları, birçok hastalığın genetik faktörlerini anlamamızı sağlamaktadır. Geniş örneklem içerisinde oluşturulan vaka-kontrol grupları, mikroarray teknolojisi ile SNP’leri (tek nükleotitler polimorfizm) incelenmektedir. Gözlemlenen varyasyonların hangi kromozomda hangi gen üzerinde olduğu Manhattan plotları ile görselleştirilip yorumlanmaktadır. Yapılan analizler sonucu karmaşık hastalıkların genetik profillerine bakılarak tedavi yöntemleri ve ilaçlar geliştirilmektedir.
Kaynak
1.Mayo Clinic. (2019). How genetic disorders are inherited. https://www.mayoclinic.org /testsprocedures/genetic-testing /multimedia/genetic-disorders/sls-20076216
2.Tam, V., Patel, N., Turcotte, M., Bossé, Y., Paré, G., & Meyre, D. (2019). Benefits and limitations of genome-wide association studies. Nature Reviews, 20(8), 467-484.
3.Genetics Home Reference. (2020). What is a gene?https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/gene
