M t K Murat Koyupınar 2007638020 S bi t Bi k ili

03.05.2012
Murat Koyupınar M
t K
2007638020
S bi t Bi k ili ki i i i d bi likt
Symbionts: Bir çıkar ilişkisi içinde birlikte
yaşayan organizmalar
E. Coli ve insan :Bakteri insandan besin alıp,K vitamini verir.
Doğa bu tür ilişkilere çok sayıda örenek verilebilir.
Arılar ve çiçekler ,kene kuşu ve gergedan ..
Bazı symbiontlar konak hücre içine kalıcı olarak
taşınırlar
taşınırlar.
Onlar besin, oksijen, spesifik proteinleri sağlamak için ana hücreye tamamen bağımlı hale gelmiştir
Bu süreç içinde bu ürünleri kendileri üretmek için gerekli olan birçok geni kaybetti.
Sonuç olarak, hücre içi zorunlu symbiontlar en küçük
genomlara sahip (Genlerin sayısı olarak ve toplam boyut
olarak)
Chlamydia trachomatis hücre içi zorunlu symbionts dir konak hücre için hiçbir faydası olmayan symbiont: bir parazittir.
C. trachomatis ABD'de yılda + /‐3M yeni enfeksiyonları ile cinsel yolla bulaşımı en sık görülen hastalıktır.
Birçok biyokimyasal ürün üretme yeteneğini kaybetti ve(dolayısıyla karakterizasyonu: zorunlu endo‐
symbiont) insanın belirli hücrelerinde yaşaması gerekir.
Kl id (Chl
Klamidya (Chlamydia) enfeksiyonları cinsel di ) f k i
l i l yolla bulaşan, hem kadın hem de erkeklerde genital enfeksiyonlara sebep olan mikroorganizmalardır.
1
03.05.2012
Trahom: Göz kapaklarının altında birtakım kabarcıkların belirmesiyle başlayan, tedavi edilmediğinde kirpiklerin içeriye kıvrılması, saydam tabakada yaralar çıkması nedeniyle körlükle sonuçlanabilen bulaşıcı hastalık.
Kl idi f k i
Klamidia enfeksiyonlarında etken l
d tk “Chl
Chlamydia di Trachomatis” adı verilen bir bakteridir. Bu bakteri çeşitleri;“ Atipik pnemoni” adı verilen “atipik zatürre” hastalığına neden olabilir.
Klamidya aynı zamanda "lenfogranuloma venereum" adlı lenf bezlerinde tıkanıklık ile giden iltihabi rahatsızlıklara da neden olabilir.
Chlamydia pnömoni insan solunum yolu ilgili Chl
di ö
i i
l
l il ili bir bakteriyel parazittir : pnömoni(zatürre) ve bronşite neden olur.
C. trachomatis gibi, bir çok küçük
genoma sahiptir.
Human respiratory tract
Chlamydia pneunomia
Biz tüm genomların karşılaştırmaları ile ilgili sorunları
inceleyeceğiz.
Chlamydia’nın çok küçük genomu sayesinde incelememiz için harika bir örnektir.
Ayrıca, Chlamydia genlerin sırası yüksek bir
koruma gösterir ve hemen hemen hiç yatay gen transferi yoktur.
11
2
03.05.2012
e C a yd a ç yaşaya ote e . C a d a
Bizler Chlamydia için yaşayan otelleriz . Chlamdia hücre içerisine gelen misafirler hücre dışına çıkabilir , hücrelerini değiştirebilir
Genom karşılaştırılması iki organizma arasındaki
gen kümesinin tamamını arasındaki farklara bakar.
Bu yaklaşım genlerinin evrimi ve genlerin fonksiyonunu kavramamızı sağlar.
Tek nükleotid polimorfizmleri genetik çeşitliliğin toplu formudur.
Ayrıca genlerin yeniden düzenlenmesi ve karıştırılması: evirtim ,çoğaltılması, yer değiştirmesi
İki organizma arasındaki yer değiştirme yatay gen transferidir.
E. Coli lerin %20 si yatay gen transferini sağlayabilir.
Kromozomlar parçalanabilir ve biraraya gelebilir.
Tüm genomu çoğaltılabilir :poliploid bireyler çoğaltılamaz.
Tüm genomlara karşılaştırılması bireysel genlerin karşılaştırılmasından daha fazladır.
Evirtim, yerdeğiştirme, çoğaltma silme kromozomların yeniden düzenlemeleri …
Bu nedenle tüm genomların hizalanması bunda çalışmaz.
İki genomun karşılaştırılması
İki k
l t l
Gen Evriminin Temel Mekanızması
3
03.05.2012
Kromozom Evrimi
tüm genomların hizalanması bunda çalışmayacaktır
GAC ACTTTTTGG GGG TATATA CATGTAGTAC AAATAAT CG AACCCCCG
GAC ACTTTTTGG GGG TATATA CATGTAGTAC AAATAAT CG AACCCCCG
GAC ACTTTTTGG GGG TATATA CATGTAGTAC AAATAAT CG AACCCCCG
AACCCCCG AAATAAT CATGTAGTAC GGG TATATA GAC ACTTTTTGG CG
inversion
duplication
transposition
deletion
Bu nedenle problemimizi daha küçük parçalar halinde getirip çözdükten sonra tekrar bu parçaları inşa ederiz .Bunu yaparken çoklu ve tekli gen analizini kullanırız.
İki genomun karşılaştırılması
1 Adım : hangi genler ikisinde de mevcut
1.Adım : hangi genler ikisinde de mevcut
2.Adım : 100 kodon eşiği olan ORF‐
bulucuyu kullan.
ÖRNEK: C.trachomatis ve C.pnömoni
Organizma Boyut(nt) ORFs
Chlamydia trachomatis 1042519 916
Chlamydia pneunomia 1229853 1048
E.Coli ‐
5000
G l i if l i Genlerin çiftleri arasındaki benzerlik hakkında d ki b
lik h kk d bilgi:
Düzeni korunmuş gen blokları
Gen ailelerinin boyutundaki değişmeler
Ortolog genleri arasında nükleotid değiştirimi
Kromozomların ayrılması ve genler üzerinden tekrar karıştırılması
BT ve CP gibi hücre içi symbionts birçok BT CP ibi hü i i bi t bi k genlerini kaybetmiş: onlar konak üzerinde parazittir ve konağın gen ürünleri kullanırlar.
CT ve CP vücudun farklı yerlerinde yaşarlar.
Genomlarındaki farklılıklar biz genlerin işlevi hakkında bilgi veir.
Genomlar arasındaki benzerlik puanları tanımlayın :
Her iki genomda bulunan tüm genlerin nükleotid dizileri
Dizilerinin her olası çifti arasında uyum puanları ile bir matris doldurun
CT ve CP için bu bir 1048x916 matrisi
Benzerlik puanları hesaplamak için Needleman‐Wunsch veya BLAST kullanın 4
03.05.2012
P l t l
Paralog ve ortologu ayırt etmek için genom t t k i i benzerlik matrisi kullanın
Hatırlarsak: Homoglar genler ortak ataya sahip, ortolog ortak atadan gelen iki organizmanın aynı işlevi gören genleri paralogs ise aynı kökenden gelmiş ancak farklı işlevleri olan genleri tanımlar
Benzerlik matrisi → BRH → orthologs
100 kodon eşiği ile biz 1964 Orfs bulabiliriz (CT : 916 ve CP: 1048 BT)
Bu 1964 Orfs arasında 728 ortolog'un çifti var .
Ayrıca 126 çift paralog (CT: 56, CP: 70)
Bölünmüş bu paralogların herbiri birbirine ortologlardan daha çok benzer bunun sebebi ise türlerin bölünmesinden sonra çoğaltılması.
Kalan% 13 (= 253 Orfs) belki özelleşme nedeniyle diğer türler içinde kaybolmuş eski paraloglardır.
P tik ö ü S d % b
Pratik çözüm: Sadece % 50 benzer genlere sahip l hi genler i göz önünde bulundurusak bu genler büyük ihtimal akrabadır ve benzer işlevlere sahiptirler.
'Benzer' genleri bulma yöntemi : Kümelenme her iki genomlar aynı anda sayım yapılıp sonra her küme içerisinde genler saymarız.(= gen ailesi)
Orthologsu tanıma:En iyi karşılıklı benzerlik(BRHs)
Bir çift Orfs iki genleri arasında en iyi
eşleşme varsa bir BRH olur. (hizalama puanları kullanarak) BRH olmayan Orfs mümkündür. Ortolog'un diğer türlerinde orfli olması ve paralog’un aynı özelliklerinde .
Bir gen ailesi tanımlanması zor bir şeydir; bazı yüksek düzeydeki tüm genleri aile olarak tanımlanabilir.
yüksek düzeydeki tüm genleri 'aile' olarak tanımlanabilir
Mevcut tüm canlıların atası olan ilk DNA tabanlı bir organizmanın,, bir dizi genleri vardı.
Tüm genler bu ata genin çoğaltma ve özelleşme yoluyla bu ata geni bünyesinde barındırıyor .
İşbirliği içinde birbirine yakın hareket etme eğiliminde olan genler (Dawkins: bir gemide kürek çeken insanlar gibi)
Giriş: genom benzerlik matrisi d
Gi
i b
lik t i i d
Yöntemi: Nj veya UPGMA‐algoritmasıyla küme d ailelerin genleri gruplamak için kullanırlar.
Buna Hiyerarşik Kümeleme (HK) denir
5
03.05.2012
Application of HC on Chlamydia reveals a large number of small gene families and a small number of large families
C trachomatis ve C pnömoni en büyük gen aileleri:
C. trachomatis ve C. pnömoni en büyük gen aileleri:
‐‐‐‐‐‐‐‐ CT ‐‐‐‐ CP ‐‐‐‐‐‐ Fonksiyon ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
12
12 ABC taşıyıcıları
6
15
G aile dış membran proteini
9
10
FonksiyonBilinmemektedir
9
10 FonksiyonBilinmemektedir
ABC taşıyıcıları her iki tarafı bağlayıcı yerlerle olan transmembran proteinlerdir: en önemli rolü hücre giriş/ çıkış transferidir.
E. coli B12 vitamini ithalatçı sistemi şematik.
Ailelerdeki genlerin kümelemesi isteğe bağlıdır.Ortolog Ail l d ki l i kü l
i i t ğ b ğl d O t l genler bir türleşme olayı ile ayrılır.Ortolog iki gen, ortak atadan gelen iki organizmanın aynı işlevi gören genleri için kullanılır.
Ö
Önceki bölümde genlerin analizinde ki bölü d l i li i d yoğunlaşmıştık burada kromozom üzerinde yoğunlaşacağız. Syn‐= birlikte, teny = kurdele, bant
Synteny(Sintenia): Aynı kromozom üzerinde
yakın genlerinin sıralaması
İnsan Kedi
Korunmuş Sintenia haritası
6
03.05.2012
Nokta‐alan:
Nokta
alan:
X‐ekseni: pozisyonu genome_1 üzerinde
Y‐ekseni : pozisyonu genome_2 üzerinde
Homolog genler için genome_1‐konumunu x ve genome_2‐pozisyonu y (x, y) noktası üzerine bir nokta '*‘
konulur
Bir hücre içi symbiont olan Buchnera aphidicola (bezelye yaprak bitleri) 50 milyon yıldır korudu.
Chlamidia koruma düşüncesinin yüksek seviyede Chl idi k
dü ü
i i ük k i d olması dikkat çekici ama symbionts için tipiktir.
Örneğin Bir hücre içi symbiont olan Buchnera aphidicola (bezelye yaprak bitleri) 50 milyon yıldır synteny korudu.
Bitki özü az protein içerir ve yaprak bitleri on temel amino Bitki ö ü t i i i k bitl i t
l i asitleri üretemez.Gerekli olan amino asitleri kendi simbiyotik arkadaşı bakteri Buchnera aphidicoladan geliyor.
Symbionts genom bu biyosentetik aktivitesinin yansıtır.
S bi t b bi
t tik kti it i i t
Buchnera aphidicola triptofan sentezi için trpEG ,iki genini taşır. Her bir bakteridir trpEG ile 12‐16 kopyalama yapar bu genlerin dördü ard arda üç ya da dört sayıda plasmidler içerir.
7
03.05.2012
Örnek olarak bizim için sadece evirmeyi göz önünde Ö
k l k bi i i i d i
i ö ö ü d bulundursun "Ters sıralama" =bir genomu diğer genoma dönüştürmek için minimum evirme sayısı
Algoritma: N sayının bir permütasyonu
verilen orijinal düzene geri sıralayabilirsiniz
http://tr.wikipedia.org/wiki/Gen_duplikasyonu
p
p
g
p
y
http://tr.wikipedia.org/wiki/Iraksak_evrim
http://www.jinekolognet.com/klamidya.asp
Slayt 1
http://www.google.se/url?sa=t&rct=j&q=ortolog%20gen%20%C3%B6rne%C4%9Fi%20paralog%20ge
nler&source=web&cd=4&ved=0CEAQFjAD&url=http%3A%2F%2Fbiyoloji.balikesir.edu.tr%2Fdokuma
n%2Fsonuc%2Feski%2F0910bahar%2Ffinal%2FFCOSKUN%2FFEN%2520BIL.ENST.DERSLER%2FFIL
OGENETIK%2520SISTEMATIK%2FF%25DDLOGENET%25DDK%2520TERM%25DDNOLOJ%25DD2
%2520SAB%25DDHA%2520T%25DCMAY.pptx&ei=6FWDT6‐
YMKnS0QXz77yABw&usg=AFQjCNHX6paEvdkwKsr00x6KiIniv1wnSA&cad=rja
Slayt 2
http://www.google.com.tr/url?sa=t&rct=j&q=whole+genome+comparison+ppt&source=web&cd=2&v
ed=0CDIQFjAB&url=http%3A%2F%2Fwww.mgnet.org%2F~douglas%2FClasses%2Fcs521‐
s03%2Fbioinf%2Fbioinformatics.ppt&ei=N3KET6inLdTc4QTYv6zLBw&usg=AFQjCNGxAp4X8JaQfp3
hhFI8WeZob4l81w
8