Biyoenformatik Biliminin Önemi

Biyolojik bilimlerin son dönemlerde hızlı gelişimi, yapılan araştırmaların fazlalığı, araştırma ve uygulamalardan sonra büyük bir veri birikimi oluşmaktadır. Bilginin hızlı, güvenilir ve kolay erişilebilir olma ihtiyacı artmış ve Biyoenformatik bilimi de bu ihtiyaçlara cevap vermiştir. Biyoenformatik, biyolojik bilgilerin oluşturulması ve saklanması için veri tabanları oluşturmuştur. Biyoenformatiğin amacı ise elde edilen bilgileri biyolojik açıdan anlamlı bir şekilde analiz etmek, yorumlamak ve bu bilgilerin sağlıklı ve güvenilir bir şekilde saklanmasını sağlamaktır. Genom projesinde elde edilen verilerin düzenlenmesi, hastalıklara ait genlerin keşfedilmesi, hastalıkların altında yatan genetik temellerin araştırılması, yeni nesil sekanslama veri analizleri, mikrodizi analizleri gibi birçok alanda Biyoenformatik kullanılmaktadır.

Biyoenformatik Bilimi Nedir?

Biyolojik bilimlerin son dönemlerde hızlı gelişimi, yapılan araştırmaların fazlalığı ve araştırma ve uygulamalardan sonra büyük bir veri birikimi oluşmaktadır. Dünyanın farklı yerlerinde ve birçok laboratuvarda yapılan çalışmalar sonucunda çok sayıda genomik bilgi elde edilmiştir. Bu birikimin fazla olması bilim insanları için yeni sorunlar oluşturmuştur. Bilim insanları elde edilen bu genomik bilginin bir araya getirilip kullanılabilir hale gelmesi için çalışmalar yapmıştır. Bilginin hızlı, güvenilir ve kolay erişilebilir olma ihtiyacı artmış ve Biyoenformatik bilimi de bu ihtiyaçlara cevap vermiştir. Biyoenformatik, biyolojik bilgilerin oluşturulması ve saklanması için veri tabanları oluşturmuştur. Biyolojik sistemler ve çalışmalar sonucu toplanan bilgilerin sağlıklı bir  şekilde değerlendirilmesi; biyoloji, biyokimya, kimya, tıp ile bilişim bilimleri, matematik ve istatistiğin birleşmesi sonucu doğan yeni ve interdisipliner bir bilim dalı olan Biyoenformatik sayesinde mümkündür.

Biyoenformatiğin oluşumunda iki temel sebep vardır. 1. Biyolojik sistemlerde oluşan bilginin büyük bir artış göstermesi ve bu artan bilginin organize edilebilmesi için yeni ve güçlü araçlara ihtiyaç duyulması. 2. Bugün biyolojik sistemler hakkında sorulan sorular oldukça karmaşıklaşmış durumda ve bu sorulara verilen cevaplar insan beyninin kapasitesi ile sınırlandırıldığı zaman cevaplar bulunamamakta daha kapsamlı sistemler içerisinde cevaplar aranmalı. Bu iki sebepten dolayı Biyoenformatik alanı gelişmiştir yani Biyoenformatik bir zorunluluk haline gelmiştir. Biyoenformatik uygulamalı bir bilimdir. Biyoenformatiğin ortaya çıkışı ile protein dizilim çalışmalarından elde edilen veriler için bir veri bankası oluşturulmuştur. Bu veri bankasının oluşturulmasından sonra verilerde hızlı bir artış görülmüştür. Veriler 1986 da 3939 iken, 1999 da 80.000 olmuş 2004 yılında ise 160.000 veriye ulaşmıştır.

Biyoenformatiğin amacı mevcut olan verilerin araştırmacıların ulaşabileceği ve yenilerini oluşturdukça da yükleyebileceği şekilde düzenlenmesidir. Bununla birlikte veri analizinde kullanılan araçları ve kaynakları geliştirmekte biyoenformatiğin amaçlarından biridir. Örneğin; BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) veri tabanı bu veri tabanı aynı ya da farklı organizmalar arasında, nükleotid dizisi ya da protein dizisi karşılaştırmasını yapan bir algoritmadır. Biyoenformatiğin bir diğer amacı ise elde edilen bilgileri biyolojik açıdan anlamlı bir şekilde analiz etmek ve yorumlamaktır.

Biyoenformatiğin Temel Hedefleri

• Biyolojik problemlerin çözümünde bilişim teknolojilerinin kullanılması
• Moleküler dizilimlerin incelenmesi, herhangi bir biyolojik fonksiyonu artıran veya azaltan moleküllerin tasarlanması
• Üç boyutlu yapısal moleküler veri tabanları oluşturulması
• Veri madenciliği ve metin madenciliği çalışmalarının yapılması
• Protein dizi çalışmaları, protein yapı ve fonksiyonunun belirlenmesi protein-protein ilişkilerinin analiz edilmesi
• Biyolojik olarak aktif moleküllerin araştırılması
• Bakteri, maya, insan, hayvan, bitki genom projelerinden elde edilen bilgilerin depolanması ve analizi
• DNA sıra ve dizileme çalışmaları
• Makromoleküllerin yapılarının üç boyutlu dizilimlerinin araştırılması
• Tıbbi ya da endüstriyel amaçlı yeni makromoleküller üretilmesi
• Biyolojik bilginin paylaşılmasının kolaylaştırılması
• Bilgisayar ile otomatize edilmiş veri analizi
• Biyolojik faaliyet süreçlerinin simülasyonu
• Karmaşık genetik fonksiyon veya regülasyonun tanımlanması
• Genetik faktörlerin hastalık yatkınlığına etkilerinin ortaya çıkarılması

Biyoenformatiğin Çalışmaları

• Genom projelerinden elde edilen verinin düzenlenmesi
• Hastalıklara ait genlerin keşfedilmesi ve toplumdaki sıklığının belirlenmesi
• Hastalıkların altında yatan genetik temellerin araştırılması
• Bir DNA dizisinin hangi gene ve canlıya ait olduğunun bulunması
• Bir protein dizisinin hangi gene ve canlıya ait olduğunun bulunması
• Büyük ölçekli gen ifade analizleri
• Protein dizisinden 3 boyutlu yapı tahmini
• İlaç etkileşimlerinin araştırılması (Moleküler etkileşimler)
• Yeni ilaçların keşfi (Bilgisayar destekli ilaç tasarımı)
• Karşılaştırmalı genomiks/proteomiks çalışmaları (Moleküler evrim, moleküler filogenetik)
• Kütle spektrometresi ile protein tanımlama
• Biyolojik anlamlandırma: Anotasyon ve yolak analizleri
• Metastaz yapan kanser hücrelerinin modellenmesi
• Canlıların yaşam döngülerinin ve yayılışlarının modellenmesi (ekolojik modelleme)
• Meta-analizler
• Yeni Nesil Sekanslama veri analizleri
• Mikrodizi analizleri

Biyoenformatik Biliminin Önemi

Biyoenformatik, biyolojik sistemlerde yapılan araştırmalara yeni bir boyut kazandırmıştır. Biyoeinformatik, biyolojik sistemleri ayrıntılı olarak incelemeyi, sistemler arasında ortak noktaları ortaya çıkarmak, her sistemin kendisine özgü özelliklerini ortaya çıkarmak ve bu özellikleri diğer sistemlerle karşılaştırmayı sağlamıştır. Yenidünya düzeninde biyolojik sistemlerdeki araştırmaların artması bu araştırmalar sonucu oluşan hızlı veri artışı Biyoenformatik biliminin önemini ve biyolojik araştırmalar için vazgeçilmez hale geldiğini bizlere göstermektedir. İlk başlarda biyolojik dizilerin analizi için geliştirilmiş olan Biyoenformatik günümüzde yapısal biyoloji, genomik çalışmalar ve gen ekspresyon çalışmaları, rasyonel ilaç geliştirme, tanı ve tedavi de dahil olmak üzere birden fazla konuda etkinliğini göstermektedir.

Biyoenformatik bilimindeki hızlı ilerlemeler sayesinde hastalıkların engellenmesi ve tedavi için önemli gelişmeler sağlanması beklenmektedir. Günümüzde bu ilerlemeler sayesinde birçok hastalığın tedavisinde ilerlemeler mevcuttur. Biyoenformatik bilimi hızlı bir şekilde ilerlemeye devam etmekte ve devam edecektir. Şuan genetik, moleküler biyoloji araştırmalarında kullanılan Biyoenformatik bu alanlar dışında; tarih, sosyoloji, antropoloji gibi alanlarda da kullanılmaya başlayacağı ön görülmektedir.

Yukardaki bilgileri göz önüne aldığımızda Biyoenformatik bilimine ne kadar ihtiyacımız olduğunu fark ediyoruz. Çünkü birçok biyolojik sistemin aynı anda çalışmasını bu sistemler arasında karşılaştırma yapılmasını ve bu karşılaştırmalar ve araştırmalar sonucu oluşan bilgilerin depolanması kullanılması ve sağlıklı bir şekilde analiz edilmesi Biyoenformatik ile mümkündür ve Biyoenformatik olmaz ise bunların kullanılması çok zordur. Günümüzde araştırmaların ve verilerin çok fazla sayıda olması ve bu verilerin her yıl katlanarak artması Biyoenformatiğin her geçen yıl daha çok ihtiyacımız olduğu anlamına gelmektedir. Bilim dünyasında olan sorular ve bu sorulara ek yeni soruların oluşması insan beyni kapasitesini aşmakta ve daha geniş bir kapasite ve karşılaştırma alanı gereksinimi doğurmaktadır bu da ancak Biyoenfotmatik ile sağlanabilir. Biyolojik sistemlerin yanı sıra tarih, sosyoloji, antropoloji gibi alanlarda bile ihtiyaç duyulacak bir bilim olan Biyoenformatiğe her zamankinden daha fazla ihtiyacımız vardır.

Kaynaklar

1. A.Ceren Akın, Büşra Bürçe, Burak Çevirici, Bengisu Şahin, Eda Şahin, Yağmur Şahin, Danışman: Doç. Dr. A. Canan Yazıcı ‘’Disiplinler Arası Bir Bilim Dalı: Biyoinformatik’’, http://tip.baskent.edu.tr/kw/upload/464/dosyalar/cg/sempozyum/ogrsmpzsnm16/16.P12.pdf
2. Atalay R.Ç, Neden Biyoinformatik?,Avrasya Dosyası,Moleküler Biyoloji ve Gen Teknolojileri Özel,Sonbahar 2002,Cilt 8,Sayı:3,129-141
3. Bayat A. Science, medicine and the future: Bioinformatics. BMJ, 2002; 324 p: 1018-1022.
4. Buttle AJ. Challanges in bioinformatics, trende Biotechnol. 2001;19, p:159-160.
5. Çırakoğlu B. Genetik Çağı. Bilim ve Teknik Dergisi, Yeni Ufuklara Eki, 2002; s:1-5.
6. Gastgeiger E, Gattiker A, Hoogland C, Ivanyi I, Apel RD, Bairoch A. ExPASy: The proteomics server for in-depth protein knowledge and analysis. Nucleic Acids Res. 2003; 31:3784-3788.
7. Kumaresan V, Bhatt P, Palanisamy R, Gnanam AJ, Pasupuleti M, Arockiaraj J, A Murrel Cysteine Protease, Cathepsin L: Bioinformatics Characterization, Gene Expression and Proteolytic Activity, Biologia, 2014; 69(3): 395-406
8. Kumar S. Bioinformatics. http//www.geocities.com/bioinformaticsweb/, 2005. 13. Gatto ML, The changing face of Bioinformatics, Drug
9. Luscombe NM, Greenbaum D, Gerstein M. What is bioinformatics? An introduction and overview. Yearbook of Medical Informatics 2001; s:83-85.
10. Luscombe NM, Greenbaum D, Gerstein M, What is Bioinformatics: A Proposed Definition and Overview of the Field, Method inform Med, 2001; 4:346-358
11. Mümin Polat, Aynur Gül Karahan ‘’Multidisipliner yeni bir bilim dalı: biyoinformatik ve tıpta uygulamaları’’; (2009)
12. Dr. Naşit, İĞCİ https://sistem.nevsehir.edu.tr
13. Tolun A. Genetik Çağı. Bilim ve Teknik Dergisi, Yeni Ufuklara Eki, 2002; s:16-19.