İnsan genomu dizileme yöntemleri ve işleyişi hakkında detaylı bilgi alın! DNA dizilimlerine ilişkin kapsamlı bilgilendirme içeren yazımızı okuyun ve genetik yapılarımızın nasıl incelendiği hakkında daha fazla bilgi edinin

İnsan genomu, yaşayan organizmaların kalıtsal materyallerine dahil olan nükleotidlerin sıralandığı özel bir DNA dizisidir. Bu dizinin okunabilir hale gelmesi için genom dizileme yöntemleri kullanılmaktadır. İnsan genomunu dizilemek için geliştirilen ilk yöntem, Sanger dizileme olarak bilinir. Sanger dizileme yöntemi, son derece doğru ancak maliyetli bir yöntemdir. İkinci nesil dizileme teknolojileri daha hızlı ve daha ucuz olmaları nedeniyle tercih edilmektedir.

İkinci nesil dizileme teknolojileri arasında en yaygın kullanılanı, Illumina teknolojisidir. Illumina teknolojisi, rekabetçi maliyeti ve yüksek okuma kapasitesi nedeniyle popülerdir. Bu teknoloji, exome dizileme ve RNA-Seq gibi uygulamalar için de kullanılabilir. Oxford Nanopore teknolojisi de ikinci nesil dizileme teknolojisine bir alternatif olarak geliştirilmiştir. Bu teknoloji, uzun DNA dizilerinin okunabilmesini sağlar, ancak baz okuma oranı düşüktür.

• Üçüncü nesil dizileme, daha uzun okuma uzunluklarına sahip, daha hızlı ve daha doğru yöntemlerdir.
• PacBio tekniği, yüksek doğruluk, uzun okuma uzunluğu ve işlem hızı nedeniyle popülerdir.
• Single Molecule Real Time (SMRT) dizileme ise tek moleküllü okuma yapabilen bir teknolojidir.

İnsan genomunu dizileme teknolojileri arasında tercih edilecek yöntem, uygulama alanına ve projenin özelliklerine göre değişebilir. Farklı yöntemlerin bir arada kullanılması da mümkündür. Genom dizileme teknolojileri, ilerleyen zamanlarda evrim geçireceklerdir ve daha gelişmiş yöntemler ortaya çıkacaktır.

Sanger Dizileme

Sanger dizileme, ilk kez 1977 yılında Frederick Sanger tarafından geliştirilmiş bir DNA dizileme yöntemidir. Bu yöntem, DNA zincirinin yavaş yavaş sentezlenerek, her bir nükleotid türü sırasıyla eklenerek yapılır.

Bu yöntem, açık ara en yaygın ve kullanışlı olanıdır. En temel prensip olarak, bir DNA dizisi belirlemek için bir matris veya kalıp segmentine birkaç ya da onlarca kez küçük adımlar halinde spesifik bir nükleotid türü ekleyerek yapılır. Bu yöntem, özellikle tek geni analiz etmek için çok faydalıdır.

Bununla birlikte, Sanger dizilemenin bazı dezavantajları da vardır. Maliyeti oldukça yüksektir, özellikle büyük ölçekli genomik projelerde uygulanması zordur ve yavaş bir prosesi vardır. Bu nedenlerden dolayı, Sanger dizileme yerini ikinci nesil ve üçüncü nesil dizileme teknolojilerine bırakmaya başlamıştır.

• Kompleks genetik hastalıkların tanısında kullanılır.
• Çok genli analizlerde özgün görünüm verir.
• Her bir nükleotid belirlenebilir.
• Detaylı genetik yöntem gerektirir.

Sanger Dizilemenin Dezavantajları
Pahalıdır	Uygulaması zordur
Yavaş bir prosesi vardır	Büyük ölçekli genomik projelerde uygulaması zordur

İkinci Nesil Dizileme

İkinci nesil dizileme, Sanger dizilemesine göre daha hızlı ve ucuz olan yeni nesil bir genomik dizileme teknolojisidir. Bu teknoloji, hücre ve doku örneklerinden elde edilen genomik DNA'nın büyük bir parçasını tamamen dizileme kapasitesine sahiptir.

İkinci nesil dizileme teknolojileri sayesinde, genomik veri toplama ve analiz etme süreci hızlanmıştır. Bu teknolojilerin başlıca kullanım alanları şunlardır:

• Genom Araştırmaları: İkinci nesil dizileme, genom araştırmaları için vazgeçilmez bir araçtır. Özellikle, insan sağlığı ve hastalıklarının araştırılmasında, genetik çeşitlilik ve evrim çalışmalarında, tıp ve tarım alanlarında kullanılır.
• Tıbbi Tanı: İkinci nesil dizileme teknolojileri, genetik hastalıkların tanısı için kullanılır. Genomun belirli bir bölgesinin dizilimi, hastalık teşhisi koymanın yanı sıra tedavi seçenekleri için de önemli bilgiler sağlar.
• Koruyucu Tıp: İkinci nesil dizileme teknolojileri, bireylerin sağlığı ve hastalıklara yatkınlığını belirlemede kullanılır. Bu bilgiler, hastalıkları önlemek veya tedavileri önceden planlamak için kullanılabilir.
• Geliştirilmiş Bitki ve Hayvan Islahı: İkinci nesil dizileme teknolojileri, daha sağlıklı ve verimli bitki ve hayvan ıslahı için kullanılır. Bu teknolojiler, genetik çeşitliliği arttırarak hastalıklara dayanıklı, daha yüksek verimli ve daha kaliteli ürünler elde edilmesine olanak sağlar.

İkinci nesil dizileme teknolojilerinin uygulama örnekleri arasında GenBank, HapMap Projesi, 1000 Genom Projesi, Alzheimer Hastalığı Dizilimi Projesi, ve Mantar Onkogenom Projesi sayılabilir.

lllumina Teknolojisi

lllumina Teknolojisi, ikinci nesil dizilemenin en popüler yöntemlerinden biridir. Bu teknoloji, DNA örneklerini büyük ölçekte parçalara ayırır ve bu parçaları tek tek diziler. Bu sayede, çok sayıda DNA örneğinin hızlı bir şekilde tüm genom dizilimleri elde edilebilir.

Bu teknolojinin kullanım özellikleri arasında, daha kısa okuma uzunlukları, düşük hata oranları ve yüksek kapasiteler yer alır. lllumina, düşük maliyetli olması nedeniyle, nörolojik hastalıklar, kanser tedavisi ve insan popülasyonlarının genetik varyasyonlarının analizi de dahil olmak üzere birçok bilimsel çalışmada yaygın şekilde kullanılmaktadır.

• Bir Illumina cihazı tarafından üretilen veriler, yüksek doğruluk oranlarına sahiptir ve bu nedenle en güvenilir verilerinden biridir.
• Ayrıca, verimlidir ve birçok veri setinden büyük miktarda veri üretebilir.
• lllumina teknolojisi, yüksek kapasitesi, hızlı işlemesi, ölçeklenebilirliği ve uygun maliyeti nedeniyle pek çok araştırmacı tarafından tercih edilen bir yöntemdir.

lllumina'ya ek olarak, Exome dizilemenin de avantajları bulunmaktadır. Exome dizileme, belli bir bölgenin yani bir organizmanın protein kodlama bölgelerinin sıra dışı olarak dizilmesidir. Bu teknik sayesinde, DNA'nın sadece en önemli kısımlarına odaklanılırken, daha az hata oranları elde edilebilir. RNA-Seq teknolojisi, huedavendigenomi mRNA transkripsiyon ürünlerinin dizilenmesiyle çalışır. Sonuç olarak, lllumina teknolojisi, birçok araştırmacının genetik araştırmalarında kullanılabilecek popüler bir teknolojidir.

Exome Dizileme

Exome dizileme, genomun sadece kodlayıcı (protein sentezi için gerekli olan) bölgelerinin dizilimini belirlemek için kullanılan bir tekniktir. Bu, tüm genomu dizilemekten daha hızlı ve daha ekonomiktir, ancak yine de önemli bilimsel bilgi sağlar.

Exome dizilemenin avantajlarından biri, tam genom dizilemesine kıyasla daha az sayıda veri üretmesidir. Bu, verilerin daha hızlı analiz edilmesini ve sonuçların daha doğru ve anlamlı olmasını sağlar. Ayrıca, exome dizileme yöntemi, genetik hastalıkların tanısını koymak veya taşıyıcılığı belirlemek için kullanılan klinik uygulamalarda da sıklıkla kullanılır.

Exome dizileme ayrıca, farmakogenomik çalışmalarda da önemli bir araçtır. Bu tür çalışmalar, belirli ilaçların etkisini ve yan etkilerini nasıl etkilediğini genetik varyasyonlarına bağlı olarak anlamak için yapılır. Exome dizileme, ilaçların genetik varyasyonlar tarafından etkilenen prosesleri tanımlamak için kullanılır ve bu, kişiye özgü bir tedavi planı geliştirmek için gereklidir.

Bütün bunların yanı sıra, exome dizileme yöntemi, tarih öncesi dönemlerdeki kalıntıların DNA'sını analiz etmek için de kullanılır. Bu sayede, insanların ata yollarını, göç paternlerini ve popülasyonların tarihini anlamak için yeni bilgiler elde edilebilir.

RNA-Seq

RNA-Seq, gen ekspresyon analizinde kullanımı giderek artan bir teknolojidir. Bu teknoloji, hücrelerdeki genetik bilgiyi yürütmek için kullanılan RNA moleküllerinin dizilimini belirlememizi sağlar. RNA-Seq teknolojisi, çok sayıda RNA örneğinin karşılaştırmalı analizinde kullanılabilmektedir.

Bu teknolojinin en büyük avantajı, kesinlikle ve hassas olarak ölçebilmesidir. Ayrıca, mevcut diğer teknolojilere göre daha yüksek çözünürlüğe sahiptir. Veri toplama aşamasında üstün bir sinyal-gürültü oranına sahiptir. Böylelikle, birbirine benzeyen genlerin düzgün şekilde ayırt edilmesi ve farklı ekspresyon seviyelerinin ölçülmesi mümkün olmaktadır.

RNA-Seq, bir dizi özelleştirme seçeneği sunar. Bu nedenle, kullanıcılar, örneğin hücre tipi, fizyolojik koşullar ve hastalık durumu gibi faktörlere göre çıkarsamalar yapabilirler. RNA-Seq, özellikle transkriptom analizi gibi uygulamalar için kullanışlıdır.

Bununla birlikte, RNA-Seq aynı zamanda bazı zorluklar da sunmaktadır. Veri hacmi oldukça büyük olabilir ve bu büyük veri yığınları, analiz için özel yazılımlara ihtiyaç duyabilir. Benzer şekilde, üretim maliyetleri de oldukça yüksek olabilir. Ancak, bu tür şeyler, teknolojinin yararları düşünüldüğünde göz ardı edilebilir.

Tablo 1'de RNA-Seq teknolojisi ile ilgili bazı avantajları ve dezavantajları görebilirsiniz.

Avantajlar	Dezavantajlar
- Yüksek çözünürlük	- Büyük veri miktarı
- Kesin ve hassas ölçüm	- Üretim maliyetleri
- Özelleştirme seçenekleri	- Analiz için özel yazılımlar gerektirebilir

Oxford Nanopore Teknolojisi

Oxford Nanopore Teknolojisi, son yıllarda geliştirilen yeni nesil DNA dizileme yöntemlerinden biridir ve diğer teknolojilere göre farklı özelliklere sahiptir.

Birçok avantajının olduğu bu teknolojide, nanoporlar kullanarak DNA'nın dizilimi gerçekleştirilir. Bu teknolojinin en büyük avantajı, uzun okumalar yapabilmesidir. Diğer ikinci nesil dizileme teknolojilerinde olduğu gibi kısa okumalar yerine, Oxford Nanopore ürettiği okuyucularla ortalama bir DNA parçasının tamamını okuyabilir.

Bunun yanı sıra, portatif cihazlar sayesinde bu teknoloji saha çalışmalarında kullanılabilir. Yani, dizileme işlemi laboratuvar ortamını gerektirmeden istenilen her yerde yapılabilir. Ayrıca, dizileme sürecinin hızı da oldukça yüksektir.

Öte yandan, Oxford Nanopore Teknolojisi’nin en büyük dezavantajlarından biri okuma doğruluğunun diğer teknolojilere göre daha az olmasıdır. Bu nedenle, daha fazla veri üretilmeli ve önemli verilerin sıkı bir şekilde sınıflandırılması gerekmektedir. Ayrıca, bu teknoloji diğer teknolojilere göre daha pahalı olabilir.

Genel olarak, Oxford Nanopore Teknolojisi, uzun okumalar yapabilmesi, portatif cihazlar sayesinde saha çalışmalarında kullanılabilmesi ve yüksek hızı gibi avantajlara sahip olmasıyla dikkat çeken bir teknolojidir. Ancak, diğer teknolojilere göre okuma doğruluğunun daha az olması ve daha pahalı olması gibi dezavantajları vardır.

Üçüncü Nesil Dizileme

Üçüncü Nesil Dizileme, yüksek hızda, yüksek kapasiteli, ve daha da önemlisi, daha ekonomik bir genom dizileme yöntemidir. İlk nesil teknolojiler envai çeşit uzun, zahmetli ve maliyetli prosedürler gerektirirken, ikinci nesil teknolojilerinde maliyet azaltılsa da uzun ve hala ağırlıklı bir veri performansına dayandığı görülmüştür. Üçüncü nesil dizileme teknolojileri, ultrahızlı parçacık akışı, nanopore boyutlu yönlendirilmiş hareket, sentetik sünger tabanlı görüntüleme gibi birçok teknoloji kullanır.

Bu teknolojiler daha az miktarda girdi için daha kısa sürede daha fazla veri üretir. Örneğin, Oxford Nanopore Teknolojisi dakika içinde 100 gigabayt veri üretebilir; eski teknolojilerle yapılmıştaki bir veri miktarına göre kat be kat daha yüksek. İşlem hızının ve ölçeğinin artması, araştırmacılara daha kapsamlı veri toplama ve genlerin daha detaylı bir şekilde analiz edilmesine imkan tanır.

Bu teknolojilerin kullanım alanları ise oldukça geniştir. Örneğin, kanser hücrelerinin oluşum mekanizmasının araştırılması, pandemi dönemlerinde virüslerin diziliminin daha hızlı ve etkili bir şekilde tanımlanması, bitki genomları üzerinde yapılan çalışmalar, biyolojik ölçekli ekosistemlerin yönetimi, hayvan evrimine dair araştırmalar gibi alanlar, üçüncü nesil dizileme teknolojileri sayesinde daha detaylı araştırmalara olanak sağlamıştır.

PacBio Teknolojisi

PacBio Teknolojisi, üçüncü nesil dizileme teknolojileri arasında yer alan ve son yıllarda oldukça popüler hale gelen bir teknolojidir. Bu teknoloji sayesinde, uzun dizilerin hızlı ve doğru bir şekilde okunması mümkün hale gelmektedir.

PacBio Teknolojisi, uzun ampulik DNA molekülleri üzerinde çalışır ve sinyal okumaları gerçekleştirir. Bu sayede, birçok farklı türdeki genomlarda yapılan analizlerde kullanılabilir. Ayrıca, PacBio teknolojisiyle elde edilen veriler, ikinci nesil dizileme tekniklerinden daha doğru ve hassas sonuçlar verir.

PacBio teknolojisi, uzun ampulik DNA moleküllerinin tek seferde okunabilmesini sağlar. Böylece, uzun genom bölgeleri hızlı ve doğru bir şekilde okunarak birçok farklı alanda kullanılabilir. Bunların yanı sıra, PacBio teknolojisiyle gen etkileşimleri, genomi düzenleyici bölgeler, epigenetik modifikasyonlar ve mitokondriyal DNA gibi birçok farklı çalışma gerçekleştirilebilir.

PacBio teknolojisi, diğer üçüncü nesil dizileme teknolojilerine göre oldukça avantajlıdır. Bunun sebebi, uzun ampulik DNA molekülleri üzerinde çalışarak, çok daha doğru ve hassas sonuçlar vermesidir. Ayrıca, PacBio teknolojisiyle elde edilen veriler, son derece doğru bir şekilde analiz edilebilir ve çıktıları son derece yüksek kalitededir.

Sonuç olarak, PacBio Teknolojisi, son yıllarda üçüncü nesil dizileme teknolojileri arasında kullanımı artan bir teknolojidir. Bu teknoloji sayesinde, uzun dizilerin hızlı ve doğru bir şekilde okunması mümkün hale gelmektedir. Ayrıca, PacBio teknolojisiyle birçok farklı çalışma alanı elde edilebilir ve sonuçları oldukça doğru ve hassastır.

Single Molecule Real Time (SMRT) Dizileme

Single Molecule Real Time (SMRT) Dizileme, üçüncü nesil dizileme teknolojilerinden biridir. Geçmişteki dizileme yöntemlerinden farklı olarak SMRT, tek bir molekülü kullanarak uzun ve tek seferde dizileme yapabilen bir teknolojidir. Bu sayede genomda yer alan tüm zincirin dizilemesi daha kolay hale gelir.

SMRT dizileme tekniği, kısa okunabilirlik süreleri ve nispeten daha yüksek hata oranları gibi dezavantajlara sahiptir. Ancak bu dezavantajlar, SMRT'nin birçok avantajı ile dengelenir. Avantajlar arasında daha uzun dizileme okumaları, çok sayıda veri noktası elde etmek, hızlı sonuçlar elde etmek ve genomik varyasyonları tespit etmek yer alır. Ayrıca tek bir molekülle dizileme yapılması, genomik tekrarlar ve diğer zor alanları da daha iyi kapsar.

SMRT dizileme teknolojisi, özellikle kanser, nörolojik zihinsel bozukluklar ve kalıtımsal bozukluklar gibi birçok hastalığın teşhisinde kullanılır. Ayrıca genomik araştırmalar, evrim çalışmaları ve bitki genomlarının dizilimi gibi birçok alanda da yaygın olarak kullanılır.