03.05.2012

1

M t K  Murat Koyupınar 

2007638020

S bi t  Bi   k  ili ki i i i d  bi liktSymbionts: Bir çıkar ilişkisi içinde birlikteyaşayan 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 olaraktaşınırlartaşınırlar.

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 küçükgenomlara sahip (Genlerin sayısı olarak ve toplam boyutolarak)

Chlamydia trachomatis hücre içi zorunlu symbionts 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 di )  f k i l   i l Klamidya (Chlamydia) enfeksiyonları cinsel yolla bulaşan, hem kadın hem de erkeklerde genital enfeksiyonlara sebep olan mikroorganizmalardır.

03.05.2012

2

Kl idi   f k i l d   tk  “Chl di  Klamidia enfeksiyonlarında etken  Chlamydia 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.

Trahom: Göz kapaklarının altında birtakım kabarcıkların Trahom: Göz kapaklarının altında birtakım kabarcıkların 

belirmesiyle başlayan, tedavi edilmediğinde kirpiklerin içeriye 

kıvrılması, saydam tabakada yaralar çıkması nedeniyle körlükle 

sonuçlanabilen bulaşıcı hastalık.

Chl di   ö i i   l   l  il ili Chlamydia pnömoni insan solunum yolu ilgili bir bakteriyel parazittir : pnömoni(zatürre) ve bronşite neden olur.

C. trachomatis gibi, bir çok küçük

genoma sahiptir.

Human respiratory tractChlamydia pneunomia

11

Biz tüm genomların karşılaştırmaları ile ilgili 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.

03.05.2012

3

Bizler Chlamydia için yaşayan otelleriz . Chlamdia e C a yd a ç yaşaya ote e . C a d ahücre  içerisine  gelen misafirler  hücre dışına çıkabilir  , hücrelerini  değiştirebilir

Genom karşılaştırılması iki organizma arasındakiGenom 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 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 Tüm genomlara karşılaştırılması bireysel genlerin karşılaştırılmasından daha fazladır.

Evirtim, yerdeğiştirme, çoğaltma silme kromozomların yeniden düzenlemeleri …

Bu nedenle tüm genomların hizalanması bunda çalışmaz.

İki   k l t lİki genomun karşılaştırılması

Gen Evriminin Temel Mekanızması

03.05.2012

4

ACTTTTTGG TATATA CATGTAGTAC AAATAAT CG AACCCCCGGAC GGG

tüm genomların hizalanması bunda çalışmayacaktır

ACTTTTTGGGAC

inversion transposition

GGG

duplication

GGG TATATA CATGTAGTAC AAATAAT CG AACCCCCG

deletion

TATATA

Bu nedenle problemimizi daha küçük parçalar halinde getirip çözdükten sonra tekrar bu parçaları inşa ederiz .Bunu yaparken çoklu ve tekli gen analizini kullanırız.

Kromozom Evrimi

AAATAAT CG AACCCCCGACTTTTTGG TATATA CATGTAGTACGAC GGG

CATGTAGTACAAATAATAACCCCCG ACTTTTTGGTATATA CGGACGGG

Kromozomların ayrılması ve genler üzerinden tekrar karıştırılması

İki genomun karşılaştırılması1 Adım : hangi genler ikisinde de mevcut1.Adım : hangi genler ikisinde de mevcut2.Adım : 100 kodon eşiği olan ORF‐bulucuyu kullan.ÖRNEK: C.trachomatis ve C.pnömoniOrganizma                     Boyut(nt)   ORFsChlamydia trachomatis   1042519       916Chlamydia pneunomia    1229853       1048E.Coli                                  ‐ 5000

BT   CP  ibi  hü  i i  bi t  bi k BT ve CP gibi  hücre içi symbionts birçok 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.

G l i   if l i  d ki b lik h kk d  Genlerin çiftleri arasındaki benzerlik hakkında bilgi:

Düzeni korunmuş gen blokları

Gen ailelerinin boyutundaki değişmeler

Ortolog genleri arasında nükleotid değiştirimi

Genomlar arasındaki benzerlik puanları  tanımlayın :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 

03.05.2012

5

P l     t l   t  t k i i    Paralog ve ortologu ayırt etmek için genom 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

Orthologsu tanıma:En iyi karşılıklı 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 .

Benzerlik matrisi → BRH → orthologsBenzerlik matrisi → BRH → orthologs100 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.

Bir gen ailesi tanımlanması zor bir şeydir; bazı yüksek  düzeydeki tüm genleri 'aile' olarak tanımlanabiliryüksek  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)

P tik  ö ü  S d  %   b   l   hi  Pratik çözüm: Sadece % 50 benzer genlere sahip 

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)

Gi i    b lik  t i i dGiriş: genom benzerlik matrisi d

Yöntemi: Nj veya UPGMA‐algoritmasıyla küme d  ailelerin genleri gruplamak için kullanırlar.

Buna Hiyerarşik Kümeleme (HK) denir

03.05.2012

6

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 taşıyıcıları6 15 G aile dış membran proteini9 10 FonksiyonBilinmemektedir9 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.

Ail l d ki  l i  kü l i  i t ğ   b ğl d O t l  Ailelerdeki genlerin kümelemesi  isteğe  bağlıdır.Ortolog 

genler bir türleşme olayı ile ayrılır.Ortolog iki gen, ortak atadan gelen iki organizmanın aynı işlevi gören genleri için kullanılır.

Ö ki bölü d   l i   li i d  Önceki bölümde genlerin analizinde yoğunlaşmıştık burada  kromozom üzerinde  yoğunlaşacağız. 

Syn‐= birlikte, teny = kurdele, bant

Synteny(Sintenia): Aynı kromozom üzerinde

yakın genlerinin sıralaması

İnsan Kediİnsan Kedi

Korunmuş Sintenia haritası

03.05.2012

7

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

Chl idi  k  dü ü i i   ük k  i d  Chlamidia koruma düşüncesinin yüksek seviyede olması dikkat çekici ama symbionts için tipiktir.

Örneğin Bir hücre içi symbiont  olan Buchnera aphidicola (bezelye yaprak bitleri) 50 

milyon yıldır synteny korudu.

Bir hücre içi symbiont  olan Buchnera aphidicola (bezelye yaprak bitleri) 50 milyon yıldır  korudu.

Bitki ö ü    t i  i i     k bitl i   t l  i  Bitki özü az protein içerir ve yaprak bitleri on temel amino asitleri üretemez.Gerekli olan amino asitleri kendi simbiyotik arkadaşı bakteri Buchnera aphidicoladan geliyor.

S bi t    b  bi t tik  kti it i i   tSymbionts genom bu biyosentetik aktivitesinin yansıtır.

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.

03.05.2012

8

Ö k  l k bi i  i i    d    i i   ö  ö ü d  Örnek olarak bizim için  sadece  evirmeyi  göz önünde 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_duplikasyonup p g p yhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Iraksak_evrimhttp://www.jinekolognet.com/klamidya.aspSlayt 1http://www.google.se/url?sa=t&rct=j&q=ortolog%20gen%20%C3%B6rne%C4%9Fi%20paralog%20genler&source=web&cd=4&ved=0CEAQFjAD&url=http%3A%2F%2Fbiyoloji.balikesir.edu.tr%2Fdokuman%2Fsonuc%2Feski%2F0910bahar%2Ffinal%2FFCOSKUN%2FFEN%2520BIL.ENST.DERSLER%2FFILOGENETIK%2520SISTEMATIK%2FF%25DDLOGENET%25DDK%2520TERM%25DDNOLOJ%25DD2%2520SAB%25DDHA%2520T%25DCMAY.pptx&ei=6FWDT6‐YMKnS0QXz77yABw&usg=AFQjCNHX6paEvdkwKsr00x6KiIniv1wnSA&cad=rja

Slayt 2http://www.google.com.tr/url?sa=t&rct=j&q=whole+genome+comparison+ppt&source=web&cd=2&ved=0CDIQFjAB&url=http%3A%2F%2Fwww.mgnet.org%2F~douglas%2FClasses%2Fcs521‐s03%2Fbioinf%2Fbioinformatics.ppt&ei=N3KET6inLdTc4QTYv6zLBw&usg=AFQjCNGxAp4X8JaQfp3hhFI8WeZob4l81w