Sistem Biyolojisi ARŞİV 2010; 19: 25



Benzer belgeler
SİSTEM BİYOLOJİSİ NEDİR?

ECZACILIK FAKÜLTESİ BİYOKİMYA

Biyomühendislik nedir?

Biyoloji = Canlı Bilimi. Biyoloji iki ana bölümden oluşur:

DERS BİLGİLERİ BTEC

12. SINIF KONU ANLATIMI 7 GENETİK MÜHENDİSLİĞİ VE BİYOTEKNOLOJİ ÇALIŞMA ALANLARI

Teori (saat/hafta) Laboratuar (saat/hafta) BES BAHAR

AVRASYA ÜNİVERSİTESİ

BİYOİNFORMATİK CİHAN SUVARİ

Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü Haziran 2013

ADIM ADIM YGS- LYS 92. ADIM KALITIM 18 GENETİK MÜHENDİSLİĞİ VE BİYOTEKNOLOJİ ÇALIŞMA ALANLARI

ÖĞRENİM HEDEFLERİ Öğrenciler 1.sınıfın sonunda;

ÇANAKKALE ONSEKİZ MART ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ Eğitim Yılı

AVRASYA ÜNİVERSİTESİ

En Etkili Kemoterapi İlacı Seçimine Yardımcı Olan Moleküler Genetik Test

GÖĞÜS HASTALIKLARINDA GENETİK ARAŞTIRMA. Prof. Dr. Nejat Akar Ankara Üniversitesi

Prof. Dr. Nermin Gözükırmızı

V. Ders Kurulu HÜCRE METABOLİZMASI II HÜCRE METABOLİZMASI I BÜYÜME GELİŞME VE HÜCRESEL PATOLOJİ

DERS BİLGİLERİ. Ders Kodu Dönem T+U Saat Kredi AKTS. V. Ders Kurulu TIP Kurul Dersleri Teorik Pratik Toplam.

I. DÖNEM - 2. DERS KURULU ( )

AVRASYA ÜNİVERSİTESİ

KARABÜK ÜNİVERSİTESİ BİYOMEDİKAL MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Biyoloji bilimi kısaca; canlıları, bu canlıların birbirleriyle ve çevreleri ile olan ilişkisini inceleyen temel yaşam bilimidir.

FEN ve TEKNOLOJİ / GENETİK MÜHENDİSLİĞİ ve BİYOTEKNOLOJİ. GENETİK MÜHENDİSLİĞİ ve BİYOTEKNOLOJİ

MOLEKÜLER BİYOLOJİ VE GENETİKÇİ (MOLEKÜLER BİYOLOG)

MOLEKÜLER BİYOLOJİ LABORATUVARI

1. Sınıf Güz Dönemi I. Hafta Pazartesi Salı Çarşamba Perşembe Cuma Ders Saati

MOLEKÜLER BİYOLOJİ VE GENETİKÇİ (MOLEKÜLER BİYOLOG)

AVRASYA ÜNİVERSİTESİ

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MOLEKÜLER BİYOLOJİ VE GENETİK ANABİLİM DALI BAŞKANLIĞI YÜKSEK LİSANS PROGRAMI

AVRASYA ÜNİVERSİTESİ

AVRASYA ÜNİVERSİTESİ

BİYOİNFORMATİK GİZEM BAKKAL ZEYNEP TURAN ŞEYDA KARŞIYAKA ÜMMÜHAN YOZGAN GİZEM BOLAT

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MOLEKÜLER BİYOLOJİ VE GENETİK ANABİLİM DALI BAŞKANLIĞI DOKTORA PROGRAMI

Tıbbın Geleceğine dair.. Genetik Testler ve Kişiselleşmiş Tıp Anlayışı. B. Aysin Sermen

MUĞLA SITKI KOÇMAN ÜNİVERSİTESİ FEN FAKÜLTESİ MOLEKÜLER BİYOLOJİ ve GENETİK BÖLÜMÜ LİSANS PROGRAMI DERS PLANI

YÜKSEK İHTİSAS ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ DÖNEM I MOLEKÜLDEN HÜCREYE DERS KURULU-II. (26 Kasım Aralık 2018) ZORUNLU DERSLER

İyonize Radyasyonun Hücresel Düzeydeki Etkileri ve Moleküler Yaklaşımlar

Verilen tanımlar incelendiğinde seçeneklerde belirtilen bilim dallarından hangisine değinilmemiştir?

Ders 10 - Diğer küçük kodlamayan RNA lar

DÖNEM I TIBBA GİRİŞ DERS KURULU (01 EKİM Kasım 2018)

Sosyal Bilimler Enstitüsü. Beden Eğitimi ve Spor (Ph.D) 1. Yarı Yıl

TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI LİSANSÜSTÜ DERS PROGRAMI

İLAÇ, KOZMETİK ÜRÜNLER İLE TIBBİ CİHAZLARDA RUHSATLANDIRMA İŞLEMLERİ ECZ HAFTA

KOLOREKTAL KANSERLERİN MOLEKÜLER SINIFLAMASI. Doç.Dr.Aytekin AKYOL Hacettepe Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Patoloji Anabilim Dalı 23 Mart 2014

GENEL BİYOLOJİ LABORATUVAR KILAVUZU. Yrd. Doç. Dr. Sahra KIRMUSAOĞLU

Biyomühendiliğin temel alanları

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ KİMYA ANABİLİM DALI

MUĞLA SITKI KOÇMAN ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü. Biyomedikal Anabilim Dalı

SAĞ VE SOL KOLON YERLEŞİMLİ TÜMÖRLER: AYNI ORGANDA FARKLI PATOLOJİK BULGULAR VE MİKROSATELLİT İNSTABİLİTE DURUMU

AVRASYA ÜNİVERSİTESİ

BİYOTEKNOLOJİ BÖLÜMÜ

SANKO ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI DERS KURULU 102: HÜCRE VE DOKU SİSTEMLERİ

VERI TABANLARıNDA BILGI KEŞFI

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ BİYOLOJİ ANABİLİM DALI BAŞKANLIĞI DOKTORA PROGRAMI

T. C. İSTANBUL BİLİM ÜNİVERSİTESİ SAĞLIK BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI YÜKSEK LİSANS PROGRAMI EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI MÜFREDATI

İstanbul Yeni Yüzyıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyomedikal Mühendisliği Tezli Yüksek Lisans Programı Genel Bilgi

GIDA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ DOKTORA DERS KATALOĞU

KTÜ FEN FAKÜLTESİ MOLEKÜLER BİYOLOJİ VE GENETİK BÖLÜMÜ LİSANS DERSLERİ I.YIL

SANKO ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI DERS KURULU 103: HÜCRE VE DOKU SİSTEMLERİ GELİŞİMİ

Bilişim Zirvesi Dijital Sağlık Ekonomisi Platformu. Big Data ve 6K Tıbbı. Dr. Serdar Savaş 8 Kasım 2017

AVRASYA ÜNİVERSİTESİ

b. Amaç: Hücre zarının yapı ve fonksiyonları ile ilgili genel bilgi öğretilmesi amaçlanmıştır.

(ZORUNLU) MOLEKÜLER İMMÜNOLOJİ I (TBG 607 TEORİK 3, 3 KREDİ)

SNP TEK NÜKLEOTİD POLİMORFİZMLERİ (SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISMS)

CANLILIK NEDİR? Fizyolojide Temel Kavramlar

Parkinson Hastalığı ile α-sinüklein Geni Polimorfizmlerinin İlişkisinin Araştırılması

I. YARIYIL TEMEL BİYOKİMYA I (B 601 TEORİK 3, 3 KREDİ)

POYRAZ TIBBİ CİHAZLAR EDVOTEK

Ders Kodu Ders Adı Ders Türü AKTS Hafta Teorik

Populasyon Genetiği. Populasyonlardaki alel ve gen frekanslarının değişmesine neden olan süreçleri araştıran evrimsel bilim dalı.

FİZYOLOJİ Yrd.Doç.Dr. Önder AYTEKİN

BİYOTEKNOLOJİ BÖLÜMÜ

hendisliği BYM613 Genetik MühendisliM Tanımlar: Gen, genom DNA ve yapısı, Nükleik asitler Genetik şifre DNA replikasyonu

1. ÜNİTE : HÜCRE BÖLÜNMESİ VE KALITIM

BİYOLOG TANIM. Canlı türlerinin tanımlanması, sınıflandırılması, yaşamı ve evrimini etkileyen koşullar üzerinde araştırma yapan kişidir.

Biyokimya (CEAC 212) Ders Detayları

YÜKSEK İHTİSAS ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ DÖNEM I (24 Eylül - 19 Ekim 2018) ZORUNLU DERSLER

Hafta VIII Rekombinant DNA Teknolojileri

DERS BİLGİLERİ. Ders Kodu Dönem T+U Saat Kredi AKTS. Hareket Sistemi TIP Kurul Dersleri Teorik Pratik Toplam.

TÜBİTAK BİDEB LİSE ÖĞRETMENLERİ-FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ, MATEMATİK- PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞTAYI (LİSE-3 [ÇALIŞTAY 2013])

HPV Moleküler Tanısında Güncel Durum. DNA bazlı Testler KORAY ERGÜNAY 1.ULUSAL KLİNİK MİKROBİYOLOJİ KONGRESİ

KODU DERSİN ADI T U Kredi AKTS STATÜSÜ

KALITSAL MADDE PROF. DR. SERKAN YILMAZ

Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü

Ders 11 - Protein kodlamayan RNA ların insan hastalıklarındaki rolu

Doç. Dr. Fatih ÇALIŞKAN Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fak. Metalurji ve Malzeme Mühendisliği EABD

Hazırlayan. Ramazan ANĞAY. Bilimsel Araştırmanın Sınıflandırılması

Metabolomik; belirli hücreselbiyokimyasal

FTR 331 Ergonomi. yrd. doç. dr. emin ulaş erdem

Genetik Kavramlar Sekizinci baskıdan çeviri Klug, Cummings, Spencer

SİMÜLASYON Hazırlayan: Özlem AYDIN

(Computer Integrated Manufacturing)

EĞİTİM - ÖĞRETİM YILI DÖNEM I. III. KURUL DERS PROGRAMI GENETİK BİLGİNİN AKIŞI- DOKUYA GİRİŞ (15 Ocak Mart 2018 )

Algoritma Geliştirme ve Veri Yapıları 2 Veri Modelleri. Mustafa Kemal Üniversitesi

ERZURUM TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MOLEKÜLER BİYOLOJİ VE GENETİK BÖLÜMÜ LİSANS DERS İÇERİKLERİ

AVRASYA ÜNİVERSİTESİ

FEN-EDEBİYAT FAKÜLTESİ

YAŞLANMA /YAŞLANMA ÇEŞİTLERİ VE TEORİLERİ BEYZA KESKINKARDEŞLER

Transkript:

ARŞİV 2010; 19: 25 Sistem Biyolojisi Prof. Dr. Halil KASAP* Arş. Gör. Perçin PAZARCI* Yük. Lis. Öğr. Mehmet Ali ERKOÇ* 1. GİRİŞ Sistem biyolojisinin genel olarak kabul gören iki farklı tanımlaması yapılmıştır. Kitano 1 tarafından yapılmış birinci tanımlamaya göre bu alan biyolojik sistemleri moleküler seviye değil sistem seviyesinde anlamayı amaçlayan yeni bir bilim dalıdır. Institute for Systems Biology 2 tarafından yapılmış ikinci tanımlamaya göre sistem biyolojisi, bir organizmaya canlılığını kazandıran genlerin, proteinlerin ve biyokimyasal reaksiyonların tümleşik ve etkileşimli şekilde incelenmesini amaçlayan çok yeni ve çok disiplinli bir bilim dalıdır. Canlıların yapı taşlarının ve canlılarda meydana gelen olayların, parça parça incelenirken bütünleşik haldekinden farklı davrandıkları hakkındaki fikirler, 1930 larda ortaya çıkmış olmakla birlikte, sistem biyolojisinin gerekliliği 2000 li yıllarda, moleküler biyolojinin ve bunlara bağlı teknolojilerin hız kazanmasıyla birlikte anlaşılmıştır. İnsan ve diğer genom projeleriyle elde edilen büyük miktarda verinin umulduğu gibi kullanışlı hale getirilememesi ve mekanizma çalışmalarından elde edilen verilerin tüm sistem içindeki rollerinin büyük oranda anlamsız kalması gibi sebepler bilim insanlarını farklı arayışlara itmiştir. Bu noktadan sonra yapılan kimyasal, biyolojik ve moleküler incelemeler, sistem biyolojisine yönelen bilim insanları tarafından bütünleşik şekilde ele alınmaya çalışılmış, sistemlerin yapısı hakkında fikir edinmek amacıyla matematiksel modellere dökülmüştür. Günümüzde de devam eden bu süreç sonunda bilgisayarların da yardımıyla bu matematiksel modellerin sistem modellerine dönüştürülmesi ve sonrasında bu modeller yardımıyla * Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyoloji ve Genetik Anabilim Dalı, ADANA 25

sağlık, genetik, biyoteknoloji, tarım ve daha birçok alanda büyük ilerlemeler kaydedilmesi amaçlanmaktadır. 2. SİSTEM BİYOLOJİSİNİN FAYDALANDIĞI DİSİPLİNLER 2.1. Genomik Genomik, temel olarak organizmaya ait bütün genomdaki genlerin işlevlerini, yapılarını ve evrimlerini inceleyen ve DNA da biyolojik bir anlamı olabilecek birimleri (genler, çevrilmeyen transkripsiyon birimleri, mikrorna lar, genin düzenleme birimleri olan promotörler ve enhansırlar, transkripsiyon faktörleri vs.) tanımlamaya çalışan bir alt disiplindir 3. Buna ek olarak genomik, heterosis (iki farklı türün melezi olan bireyin ebeveyn türlere göre üstün özellik gösterme derecesi) ve epistasis (bir genin başka bir geni kontrol etmesi) gibi genomla ilgili fenomenlere cevap arar. Yapısal ve işlevsel genomik olmak üzere iki alt disipline ayrılır. Genlerin işlevlerinin ve etkileşimlerinin tanımlanması sistem biyolojisinin gereksinim duyduğu temel alanlardan biridir. 2.2. Transkriptomik Transkriptomik, hücre genomundan transkripsiyonla oluşan mrna transkriptlerini eş zamanlı inceleyen, ekspresyon profillerini çıkaran alt disiplindir. Bu profilleri çıkarırken yaygın olarak mikrodizin ve DNA çipleri kullanılır. Çıkarılan ekspresyon profillerine transkriptom adı verilir. Bir hücre hattı için kabaca sabit olan genomun aksine transkriptom çevredeki besin çeşidi, ısı değişiklikleri, ph değişiklikleri, diğer hücrelerden gelen sinyaller gibi çevresel faktörlerle değişebilir. Hücre içinde farklı işlevler yerine getirilirken bu işlevlerle ilişkili genlerin transkripsiyonu artacağından ve transkriptom hücre içindeki tüm mrna ları kapsadığından, belirli bir zamanda aktif halde bulunan genleri yansıtır. Çevresel faktörlere göre genlerin ifadelerinin değişiminin ortaya çıkarılması çevre-sistem etkileşimi açısından sistem biyolojisinin olmazsa olmazlarındandır 4. 2.3. Proteomik Proteomik sözcüğü, genomiğe analoji olarak, ilk kez Marc Wilkins 5 tarafından konu üzerinde doktora çalışması yaparken ortaya atılmış ve tanımı 26

şu şekilde yapılmıştır; Proteomik, belirli bir zamanda, organizmanın belirli bir yerinde bulunan tüm proteinlerin miktarlarını, yapılarını, yerleşimlerini, modifikasyonlarını, işlevlerini, diğer proteinlerle ve makromoleküllerle olan etkileşimini araştıran alt disiplindir. Proteomun genomdan farklı olarak sürekli değişen bir yapıya sahip olması, bunu etkileyen faktörlerin sadece çevresel olmaması, proteinlerin organizmada bulunan elemanlarla diğer moleküllere göre daha çok ilişki içinde olmaları, hücre faaliyetlerinin yöneticisi nükleik asitler olmakla birlikte hücresel faaliyetlerin temelde proteinlerle yürütülmesi proteomik disiplini sistem biyolojisi içinde apayrı bir yere koymaktadır. 2.4. Metabolomik Bir hücre veya canlıdaki metabolizma elemanlarının ve artıklarının (ara ürünler, son ürünler, hormonlar, sinyal molekülleri vb.) tümü metabolom olarak adlandırılır. Metabolomik ise metabolomdaki küçük moleküllü metabolitlerin yüksek verimli teknolojiler kullanılarak saptanması, miktarının belirlenmesi ve tanımlanmasıdır. Sistem biyolojisinin ana hatlarını genomik, transkriptomik ve proteomik alt disiplinleri oluştururken metabolomik, diğerlerinin arasını doldurarak biyolojik sistemlerin yapı ve işleyişi ile ilgili hikayenin bütünü anlamamıza yardımcı olan bir alt disiplindir. 2.5. Glikomik Bir hücre veya dokudaki karbonhidratlarının tümüne birden glikom; bu karbonhidratların miktarını, yerlerini ve ilişkilerini tanımlamaya çalışan alt disipline glikomik adı veriler. Glikozilasyonun birçok proteinin fonksiyonunu etkilemesi, hücre reseptörlerinin bir kısmının karbonhidrat zincirleri olması gibi sebeplerden dolayı glikomik sistem biyolojisinin faydalanması gereken alanlardandır. 2.6. İnteraktomik İnteraktomik, özellikle proteinler olmak üzere hücresel moleküller arasındaki etkileşimleri, bunların sonuçlarını ve etkilerini inceleyen bir alt disiplindir. 27

2.7. Fluksomik Fluksomik, hücre içindeki moleküllerin zaman içerisindeki dinamik ve lokal değişikliklerini inceleyen bir alt disiplindir. 2.8. Biyoinformatik Basitçe tanımlamak gerekirse biyoinformatik çeşitli biyoloji veri bankalarından gelen bilginin anlaşılır ve organize hale getirilmesi için informatik tekniklerin kullanımıdır. Bu amaca ulaşmak için veritabanlarını, algoritmaları, istatistiksel teknikleri kullanılır. Yukarıda daha önce bahsedilen disiplinler yüksek veri çıktılı olduklarından bu bilgilerin, kullanılabilir ve herkes tarafından erişilebilir hale gelmesi bir zorunluluktur. Bu sebeple biyoinformatiğin sistem biyolojisi ve yukarıdaki disiplinler arasındaki köprü olarak kullanılabileceğini ifade etmek yanlış olmaz. Son yirmi yılda temel biyolojik araştırmaların klinik tıp uygulamaları ve klinik tıp bilgi sistemleri üzerindeki etkisi daha da belirleyici olmuş ve bugün yeni kuşak epidemiyolojik, tanı, teşhis ve tedavi amaçlı modüllerin ortaya çıkmasına yol açmıştır. Biyoinformatik çalışmalar, temel bilimsel araştırmalara yönelik görünmekle beraber önümüzdeki on yıl içinde klinik bilişim için vazgeçilmez olacaktır. Örneğin hastaların medikal dosyalarında giderek artan bir sıklıkla DNA dizilim bilgileri yer almaya başlayacaktır. Bugün A.B.D.'de bazı sigorta şirketleri, risk primleri belirlenirken mevcut genetik tarama test sonuçlarını talep edebilmektedir. Biyoinformatik araştırmalar için geliştirilen algoritmaların çok yakında klinik bilişim sistemlerine entegre olması beklenmektedir. 3. SİSTEM BİYOLOJİSİNİN DÜNÜ Biyolojik olayların ayrı ayrı değil de sistem olarak ele alınması gerekliliği ilk olarak 1940 yılında Bertalanffy 6 tarafından çalışmalarında dile getirilmiştir. Bu öneri ilgi görmüş ve daha sonraki yıllarda birçok makalede bu konu işlenmiştir ancak 1990 lı yıllara kadar gerek o günkü bilgi birikimi, gerekse teknolojik imkanların yetersizliğinden dolayı herhangi bir girişim olmamıştır. Genomik çalışmalarının bu yıllardan sonra ilerlemesiyle ve genetik katalogların 28

çıkarılmasıyla birlikte 2000 yılından sonra sistem biyolojisine ilgi giderek artmıştır. Moleküler biyoloji ve genetiğin, genlerin nasıl anlatım yaparak protein ürünlerinin biyolojik forma yükselişi hakkında bilgi vermesinin ve bu bilginin günümüz internet ve bilgisayar teknolojileriyle bir araya toplanmasının ardından sistemleri anlamaya olanak doğmuştur. Biyoloji ve insan sağlığını çalışmada geleneksel yaklaşım, insan vücudunun nasıl çalıştığıyla ilgili sınırlı bir anlayış ortaya çıkarmıştır ve birçok çözümsüzlüğü beraberinde getirmiştir. Geleneksel biyolojinin aynı anda bir organizmanın sadece birkaç durumuna bakıyor olması, bu yaklaşımın kanser, HIV, şeker hastalığı gibi karmaşık hastalıkları tedavi etmekte sınırlı başarısı olması ve eldeki sorunlara net bir açılım sunamaması biyologlar, genetikçiler ve doktorları farklı alanların oluşturulması gerektiğine inandırmıştır. Sistemin başka bir noktasındaki aksamanın da ana mekanizma üzerinde bozukluğa yol açabileceği fikri zamanla sistem biyolojisinin doğmasına neden olmuştur. Bu fikre ve bütünleştirici yaklaşıma bir örnek verecek olursak; eğer bir uçağın motor, kanat, kuyruk ve diğer parçalarını tek tek tanısaydık ve onların özel görevlerini anlamaya odaklansaydık uçağın nasıl uçtuğu hakkında hiçbir zaman gerçek bir fikrimiz olamazdı. Daha da kötüsü uçak bozulduğu zaman onu tamir etmek için nasıl bir şeyin gerekli olduğunu veya arızanın kaynağını bulamazdık. Sistem biyolojisi fikri de karmaşık yapılı hastalıklara ve sistemlere çözüm için işte tamda bu anlayışla ortaya çıkmıştır. Yapıldığı tarihlerde adı konulmamış olsa dahi, Hodgkin ve Huxley 7 (1952), bir nöron hücresinin aksonunda ilerleyen aksiyon potansiyelinin matematiksel modelinin bulunması sistem biyolojisi alanında ilk çalışma olarak kabul edilmektedir. İki farklı hücre bileşeni (sodyum ve potasyum kanalları) arasındaki ilişkiyi açıklayan bu model öncü niteliği taşımış daha sonra bu tip çalışmalar yoğunlaşmıştır. Daha sonra, Noble 8 (1960) tarafından, kalp pacemaker ının ilk bilgisayar modeli yapılmış, büyük ilgi toplamış ve Science, Nature gibi önemli dergiler yayınlarında bu tip çalışmalara öncelik vermeye başlamışlardır. 29

4. SİSTEM BİYOLOJİSİNİN BUGÜNÜ Şu ana kadarki bilim tarihi, sistem biyolojisinin kullanabileceği ciddi anlamda kaynak yaratmıştır. Binlerce kimyasal ve biyolojik reaksiyon tanımlanmış, genom projeleriyle birlikte insan dahil yüzlerce canlının genom haritası çıkarılmıştır. İlerleyen biyokimyasal teknikler ve cihazlarla beraber çok sayıda protein, enzim ve bunların işleyiş mekanizması keşfedilmiştir. Günümüzde bunlara ek olarak görüntüleme tekniklerinin ilerlemesiyle çok sayıda molekülün üç boyutlu yapıları keşfedilebilmekte, hatta oluşturulan programlarla proteinlerin üç boyutlu yapıları tahmin edilebilmektedir. Her ne kadar bu çalışmalar henüz başlangıç seviyesinde olsa da büyük bir atılım olarak kabul edilebilir. Bunlara ek olarak sistem biyolojisinde kullanılmak üzere, bilgisayarlar arası iletişimi sağlayabilecek ve verilerin standartlaştırılmasını sağlayacak iki adet dil geliştirilmiş (SBML-Systems Biology Markup Language ve CellML-Cell Markup Language), deney modeli ve dizi tahmini yapabilen yazılımlar bulunmuştur. Sistem biyolojisinin gelişiminde ileri bir noktada olmasak da, günümüzdeki bu çalışmaları mihenk taşı olarak kabul edilebilir. Çok yakın zamanda bu çalışmaların meyvesini vermesi ve tasarlanan sistemlerin çok çeşitli alanlarda doktor ve moleküler biyologların kullanımına sunulması amaçlanmaktadır. Günümüzde sistem biyolojisi üzerine çalışmalarını yoğunlaştıran önemli kurumların bazıları ve projeleri aşağıda listelenmiştir; Keio University, Japonya : E-Hücre Projesi Cornell University, A.B.D. : Gen Ağları Bilimleri Harvard University, A.B.D. : Metabolik Mühendislik Hollanda : Silikon Hücre Projesi Edmonton/Calgary : Siber Hücre Projesi Berkeley, A.B.D. : BioSpice Projesi 30

Bu yerlerde yapılan çalışmaların temel amaçlarını; in-siliko ortamda biyolojik organizmaların modellenmesi ve yeniden yapılandırılması, hücresel simülasyonların eksiksiz olarak yapılabilmesi için gerekli teorik desteklerin, teknolojilerin, yazılım platformlarının geliştirilmesi, sayısal simülasyon algoritmalarının geliştirilmesi, hücredeki reaksiyon oranları veya molekül konsantrasyonları gibi parametreleri tahmin etmek, elde etmek veya hesaplamak için çalışmalar olarak sıralayabiliriz. 5. SİSTEM BİYOLOJİSİNİN YARINI Sistem biyolojisinin gelecek için öncelikli hedefi bir hücrenin ve tüm bir organizmanın sanal temsilinin geliştirilmesidir. Biyoloji alanında sistem düzeyinde bir anlayışın ortaya konulabilmesi için, biyolojik sistem çalışmalarını bilgisayar bilimleriyle birleştiren disiplinler arası bir yaklaşıma ihtiyaç vardır. Bu hedefe ulaşmak için öncelikle sistemin yapısı anlaşılmalı, daha sonra sistemin davranışları incelenmeli ve nasıl kontrol edilebileceği bulunmalı, son olarak da sanal bir sistemin nasıl tasarlanacağı bilim çevrelerince tartışılmalıdır. Bu aşamaların tamamlanmasıyla birlikte sistem biyolojisinin birçok alanda çığır açacak yenilikler getireceği muhakkaktır. Gelecekte sistem biyolojisi sayesinde hücrelerin fizyolojisi, işleyişi ve canlılığı daha açık şekilde anlaşılabilecek, fenotip-genotip ilişkisine açılımlar getirilebilecek, fenotipin ve genotipin çevreden ne düzeyde ve nasıl etkilendiği açıklanabilecektir. Ayrıca önceden belirlenebilir, koruyucu ve kişiye özel tedaviler bulunabilecek, çok faktörlü kompleks hastalıklar için tedavi yöntemleri geliştirilebilecektir. Bunların yanında, bulunan ilaçların sanal ortamda hazırlanan modeller üzerinde denenerek öngörü elde edilmesi sağlanabilecek ve sinyal iletişim yolaklarının çözülmesiyle şu an herhangi bir açılım getirilemeyen nörolojik hastalıklar gibi birçok hastalığın tedavisinde ilerlemeler kaydedilebilecektir. Ayrıca halen gelişmekte olan bazı disiplinlerle birleşen sistem biyolojisinin, biyoteknolojik üretim aşamalarının iyileştirilebilmeleri, sanal organizma modelleri kullanılarak biyoteknolojik üretimlerin verimlerinin artırılabilmesi, toprağa uygun bitki tarımı yöntemlerine yeni açılımlar getirilmesi, sentetik biyolojiyle istenen şekilde organizmalar 31

tasarlanabilmesi, sentetik ekosistem dizaynlarının yapılabilmesi gibi birçok yeni alanda yeni ufuklar açması beklenmektedir. Bu hedeflere ulaşılması için bundan sonraki zaman diliminde yapılması gerekenlerin başında matematik ve bilgisayar yazılımı konusunda daha fazla bilgi sahibi olan biyologlar ve moleküler biyologlar yetiştirilmesi gerekmektedir. Ayrıca öncelikle tek bir hücrenin kapsamlı modeli çıkarılmalı ve sistem biyolojisi yaklaşımları ile hücresel sistemlerin tasarlanması denenmelidir. Bunun yanında sistemler hakkındaki bilgi birikiminin artması için fizyoloji, patoloji ve hücre mekanizması gibi alanlarda çalışmalar artırılmalı, İnsan hücreleri ile ilişkili fizyolojik sistemlerin kapsamlı modelleri çıkarılmalıdır. 6. SİSTEM BİYOLOJİSİNDE KULLANILAN YAKLAŞIMLAR Bir biyolojik sistemi anlamak için öncelikle sistemin yapısının tanımlanması gerekir. Örnek olarak, bir genin çalışmasını düzenleyen ağın yapısının anlaşılması için öncelikle bu ağın içindeki tüm bileşenler tanımlanmalı, her bileşenin görevi ve etkileşimleri ve bunların bağlı olduğu diğer parametreler çözülmelidir. Aynı zamanda elde bulunan verilerden bilmecenin bilinmeyen parçaları tahmin edilmeli ve deneysel olarak doğrulukları denenmelidir. Ayrıca araştırılan ağ yapısına benzerlik gösteren ve ortak elemanlar içeren ağlar içinden en doğru olanı seçilmelidir. Bu görevi başarmak için iki aşamadan geçmek gerekir. Öncelikle ağın yapısı tanımlanmalı, ardından parametreler tanımlanmalıdır. Bu zor görevi yerine getirmek için sistem biyolojide kullanılan iki yaklaşımdan birincisi aşağıdan-yukarıya denilen yaklaşımdır. Bu yaklaşım ağın yapısının tanımlanması için idealdir. Tüm bileşenler bulunduktan ve aradaki parçaların doldurulması gerekliliği doğduktan sonra başka deneylerden elde edilmiş veriler bu boşlukların doldurulması için hangisinin seçilmesi gerektiğini söyleyebilir. Parametrelerin büyük çoğunluğu bulunduktan sonra araştırmanın asıl amacı parametrelerle oynanarak sistemin dinamik özelliklerinin anlaşılması için bir simülasyon modeli geliştirilmesi olmaktadır. Bu aşamada eldeki verilerden faydalanılabildiğinden ve eldeki veriyle simülasyon verilerinin uygunluğunun denetlenmesi gerektiğinden 32

birinci yaklaşım ideal olmaktadır. İkinci yaklaşım yukarıdan-aşağıya denilen yaklaşımdır. Bu yaklaşımda ağın yapısından ziyade parametrelerin tanımlanması için kullanılmaktadır. Bu amaçla yüksek veri çıktılı yöntemler kullanılır ve ağın içindeki elemanlar ve parametreler belirlenir. Mikrodizi analizleri, protein çipleri, hücre fonksiyonu görüntüleyebilen sistemler, multiprob analizleri, NMR (nuclear magnetic resonance), HPLC (High Performance Liquid chromatography) gibi teknikler bu aşama için sıklıkla tercih edilir. Deneysel veriler toplandıktan sonra bu verilerin sayısallaştırılmaları gerekir. Bu amaçlar çeşitli alanlardan toplanan verileri sayısallaştıran alt disiplinler kurulmuştur. Bunlara örnek olarak genomik verilerini sayısallaştıran genometrik, proteomik verilerini sayısallaştıran proteometrik ve metabolomik verilerini sayısallaştıran metabometrik gösterilebilir. Bu aşamanın ardından sayısal tahminleri elde etmek için matematiksel denklemlerin kesin bilgisayar çözümlerinin oluşturulması gelir. Bu verilere ve denklem çözümlerine göre matematiksel modellerin önerilmesinin ardından deneysel verilerle sayısal simülasyonların karşılaştırılmasıyla modelin niteliği değerlendirilir ve temsili bir sistem kurulmuş olur. Bu çalışma protokolü Şekil 1 de gösterilmiştir. Günümüzde bu yaklaşımlarla mayalarda ve bakterilerde elde edilen ve büyük oranda başarıyla çalışan sistemler bulunmaktadır. 33

Şekil 1. Sistem Biyolojisinin çalışma metodu. - Biyolojik bir sistemi tanımla - Şu an bilinenlerle sistemin bir parçasını karakterize et - Sistem hakkında şu an bilinenleri kullanarak özel bir soru sor -Biyolojik sorular hakkında tüm sistemi kapsayacak şekilde düşün -Yüksek miktarda veri elde edilebilecek deneyler tasarla (mikro dizi analizleri, genom analizleri vb) -İstatistiksel ve matematiksel bir çerçeve geliştir (-omik verileri metrik verilere dönüştür) -Bir çok deneyden alınan sonuçların entegre edilebileceği deney prosedürleri geliştir Biyolojik sistemi yeni teknolojik metotları kullanarak araştırmaya başla Hipotez temelli araştırma Sistem hakkında var olan bilgiye göre niteliksel hipotezleri düşün Verileri analiz et ve niteliksel bilgileri elde ettiğin niceliksel bilgilerle karşılaştır, sistemi farklı şekilde anlamaya çalış Hipotezi sistem düzeyinde veriler toplayarak test et Şekil 1: Sistem biyolojisinin çalışma metodu KAYNAKLAR Kitano H. Systems biology: a brief overview. Science, 2002; 295 :1662-4. Model oluşturma Http://www.systemsbiology.org/Intro_to_ISB_and_Systems_Biology/Syste ms_biology_--_the_21st_century_science. Erişim Tarihi:29.03.2009 Http://epa.gov/osa/spc/pdfs/genomics.pdf. Erişim Tarihi:29.03.2009 Subramanian A, Tamayo P, Mootha VK et al. Gene set enrichment Tüm sistem için niceliksel bir model oluştur Veriyi sayısal çerçeveye oturt Niceliksel modeli sistem hakkında bilgi toplamaya devam ederek test et 34 Sistemi kontrol etmek için elemanları ve ajanları araştır SİSTEM MÜHENDİSLİĞİ

Kaynaklar 1. Kitano H. Systems biology: a brief overview. Science, 2002; 295 (5560):1662-4. 2. Http://www.systemsbiology.org/Intro_to_ISB_and_Systems_Biology/Systems_Biology_-- _the_21st_century_science. Erişim Tarihi:29.03.2009 3. Http://epa.gov/osa/spc/pdfs/genomics.pdf. Erişim Tarihi:29.03.2009 4. Subramanian A, Tamayo P, Mootha VK et al. Gene set enrichment analysis: a knowledgebased approach for interpreting genome-wide expression profiles. Proc Natl Acad Sci USA, 2005; 102(43): 15545-50. 5. Wilkins MR, Pasquali C, Appel RD et al. From Proteins to Proteomes: Large Scale Protein Identification by Two-Dimensional Electrophoresis and Amino Acid Analysis. Nature Biotechnology, 1996; 14(1): 61 65. 6. Bertalanffy VL. Der Organismus als physikalisches System betrachtet. Die Naturwissenschaften, 1940; 28: 521 531. 7. Hodgkin AL, Huxley AF. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. J Physiol, 1952; 117: 500 544. 8. Noble D. Cardiac action and pacemaker potentials based on the Hodgkin-Huxley equations. Nature, 1960; 188: 495 497. 9. Cairney CJ, Sanguinetti G, Ranghini E et al. A systems biology approach to Down syndrome: Identification of Notch/Wnt dysregulation in a model of stem cells aging, Biochim. Biophys. Acta, 2009, doi:10.1016/j.bbadis.2009.01.015 Yazışma Adresi : Prof. Dr. Halil KASAP Çukurova Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyoloji ve Genetik Anabilim Dalı, Tel: 0322 3386060 / 3498, E mail: hkasap@cu.edu.tr 35