(Bu yazı GENÇ İVEK SAĞLIK BİLİM VE TEKNOLOJİLERİ DERGİSİ’nin 9. sayısında yayımlanmıştır.)
M.Sc. KEVSER HIŞIROĞLU AYAR
Yıldız Teknik Üniversitesi, Fizik Bölümü
Doktora Öğrencesi
Dünyanın oluşumundan bu yana hem karasal nüklidler hem kozmik ışınlar sebebiyle devamlı olarak maruziyeti altında olduğumuz radyasyon insanlar tarafından ilk olarak 1895 yılında Wilhelm Conrad Röntgen’in X-ışınlarıyla beraber keşfedilmiştir. Ardından 1896’da Henri Becquerel’in uranyum üzerinde yaptığı çalışmalar neticesinde radyoaktivite kavramı ortaya çıkmıştır. Marie ve Pierre Curie’nin polanyum ve radyum keşfi de bu alanda atılan önemli adımlar olmuştur. Radyasyonun medikal alanda teşhis ve tedavi amaçlı uygulamalarda kullanılmaya başlanmasının ardından, zaman içinde radyasyondan korunma gerekliliği anlaşılmıştır.
Radyasyonun sebep olduğu negatif etkiler yoğun olarak tartışma ve araştırma konusu olmuştur. Bu negatif etkiler deterministik (erken) ve stokastik (gecikmiş) olmak üzere iki şekilde meydana gelir. Deterministik etkiler; radyasyona maruz kalınır kalınmaz oluşan etkilerdir. Tek seferde vücuda belirli bir eşik değerin üzerindeki dozlarda radyasyon verilmesi ile ortaya çıkmaktadır. Bu tip vakalarda cilt yanıkları, kemik iliği, mide ve bağırsak problemleri görülmektedir. Vücutta her bir dokunun doz toleransları birbirinden farklı olduğu için aynı miktardaki radyasyon maruziyetlerinin sebep olacağı tahribat da farklı olmaktadır. Canlı vücudundaki en hassas dokular göz ve üreme hücreleridir. Bu tip dokuların tek seferde yüksek dozlara maruz kalması sonucu bazı anormallikler görülmektedir.
Uzun süre zarfında bir canlı radyasyon almış ise, direkt bir etki görülmeyip ileriki zamanlarda veya gelecek nesillerde ortaya çıkabilir. Bu tip etkiler stokastik etki olarak adlandırılır. En çok bilinen stokastik etki kanser vakalarıdır. Yapılan birçok çalışma, radyasyonla kanserleşme ilişkisini ortaya koymuştur.
Canlı hücre iyonlaştırıcı radyasyona maruz kaldığında üç farklı durum gerçekleşebilir. Hücre ya başarılı bir şekilde kendini onarır ya kendini onaramaz ve ölür ya da kendini onaramaz ve ölmez. Uzun dönem etkilerin olasılığı üçüncü durum ile ifade edilebilir, hasar hücrenin kanserleşmesine neden olabilir. Ayrıca hasar gören hücreler yumurta ve sperm hücresi gibi üreme hücreleri ise DNA hasarı genetik bozukluklarla sonuçlanabilir.
Moleküler biyoloji verilerinin matematik ve mühendislikle bütünleştiği multidisipliner bir alan olan biyoinformatik uygulamalar kanser çalışmalarında da önemli bir yere sahiptir. Kanser, çeşitli genetik ve epigenetik değişikliklerle belirlenen bir hastalıktır. Kanserli hücrelerin teşhisi, metastaz oluşumu, kanser genom haritalandırılması, tümör gelişiminin modellendirilmesi ve mutasyonların tümör gelişimine etkileri gibi bir çok araştırma konusunda etkin rol oynamaktadır. Kanser biyoenformatiği, verilerin organizasyonu ve analizi ile ilgilenir, böylece önemli eğilimler ve kalıplar tanımlanabilir. Bu çalışmalarla kanser teşhis ve tedavisinde yeni keşifler ortaya çıkmaktadır.
Diğer taraftan yüksek dozlarda iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalma yoluyla kanser hücrelerinin yok edilmesi yaygın olarak kullanılan bir tedavi yöntemidir. Radyoterapiyle, ilgili bağışıklık sisteminin aktivasyonunu (tümör immünojenisitesi) içeren hücre öldürme işlemi amaçlanırken aynı zamanda sağlıklı dokuda da kronik enflamasyon ve radyasyon yan etkileri en aza indirilmeye çalışılır. Fakat birçok durumda kanser hücreleri radyasyona karşı dikkate değer bir direnç geliştirebilir. Radyorezistans, kanserin etkili tedavisinde önemli bir engel teşkil eder. Bu nedenle kanser hücrelerinde radyorezistans ile ilgili moleküler mekanizmaların aydınlatılması büyük önem taşımaktadır. İyonlaştırıcı radyasyonla tedavi edilen farklı doku kaynaklı kanser hücrelerinin RNA dizilimi ve mikro dizi transkriptom veri setine bütünleştirici biyoinformatik yaklaşım uygulanan çalışmalar mevcuttur. Bu veriler, radyo-dirençli ve radyo-duyarlı kanser hücreleri arasında önemli ölçüde değiştirilmiş genleri tanımlamada kullanılır.
İyonize radyasyonun hücre ve organizma düzeyinde farklı etkileri yani DNA Hasar Tepkisi (DDR), DNA onarımı, apoptoz (hücrenin kendi kendini yok etmesi), enflamatuar yani bir nevi ‘tehlike’ sinyallerinin başlatılması ve doğuştan gelen bağışıklık tepkisi aktivasyonu yoluyla sistemik etkiler ortaya çıkardığı bilinmektedir. Çeşitli biyoinformatik araçlar kullanarak iyonlaştırıcı radyasyon maruziyetinin immün ve inflamatuar yanıtlarda yer alan gen ürünleri de belirlenebilmektedir.
Özetle biyoinformatik yaklaşımlar hem radyasyonun zararlı etkilerinin tespitinde hem de radyasyon tedavilerinde kullanılarak çalışmalara çift cepheli bir katkı sağlamaktadır. Sürekli olarak gelişmekte olan biyoinformatik teknolojiler, veri entegrasyonu ve disiplinlerarası yaklaşımlarla bu alanda daha birçok yenilik sunmaya devam edecektir.
Referanslar
1. Emerging molecular networks common in ionizing radiation, immune and inflammatory responses by employing bioinformatics approaches, 2015.
2. Investigating Molecular Determinants of Cancer Cell Resistance to Ionizing Radiation Through an Integrative Bioinformatics Approach, 2021.
3. Applying Bioinformatics for the better understanding of DNA damage response due to ionizing radiation,
4. Stransky, Application of Bioinformatics in Cancer Research.
5. https://www.bioinforange.com/