(Bu yazı GENÇ İVEK SAĞLIK BİLİM VE TEKNOLOJİLERİ DERGİSİ’nin 9. sayısında yayımlanmıştır.)
Prof. Dr. MUSTAFA ALTINDİŞ
SAU Tıp Fakültesi Temel Tıp Bilimleri Bölümü ABD Bşk.
Virüsler, insan ve hayvan sağlığı için önemli bir hastalık sebebidir. Viral hastalıkların daha çok görülme riski, çeşitli sosyal, çevresel ve ekolojik faktörlerden kaynaklanmaktadır. İklim değişikliği, ormansızlaşma, kentleşme, insanların, hayvanların ve hastalık vektörlerinin benzeri görülmemiş hareketliliği, viral hastalıkların yayılmasını kolaylaştıran ve pandemiler için ideal koşulları oluşturan unsurlardır. Viral hastalıkların ülkelerin ekonomilerine zararları oldukça büyüktür. Şu anda tüm küresel afetlerin maliyetinin yıllık 150 milyar dolar olduğu tahmin edilmektedir ve bunun 30 milyar dolarının yalnızca bulaşıcı hastalık salgınlarına ait olduğu düşünülmektedir.
Virologlar; insanlarda, hayvanlarda veya bitkilerde hastalığa neden olan virüsleri incelemeye odaklanmışlardır. Biyosferde şaşırtıcı derecede çok sayıda virüs vardır (yaklaşık 1031 çeşit virüs olduğu tahmin edilmektedir ve bu sayı bakterilerden yaklaşık 10 kat daha fazladır) ve yalnızca küçük bir kısmı tanımlanmıştır. Mikroorganizmaların biyolojisi için kritik olan çeşitli durumların, özellikle hızlı çevresel değişime tepki olarak, virüsler tarafından yönlendirildiği açıklanmıştır. Bu nedenle virüslerin sadece paraziter oldukları görüşü artık geçerli değildir. Virüsler; konakçı popülasyonunun genetik bilgilerini aktarabilir, depolayabilir ve bu nedenle tüm biyojeokimyasal döngüleri etkileyebilir.
Viroloji; virüslerin genetik organizasyonları, replikasyon stratejileri, konakçı etkileşimleri dahil olmak üzere temelde farklı biyolojik özelliklere sahip çeşitli farklı virüslerle uğraşır. Virüsler, çok hızlı bir şekilde gelişirler ve konakçı bağışıklık sistemi ve/veya terapötik müdahaleler tarafından uygulanan en karmaşık kontrol önlemleri dahil olmak üzere çeşitli baskılara yanıt olarak genomlarını hızla değiştirebilirler. Biz buna mutasyon diyoruz ve bugünlerde SARS CoV-2 virus (COVID19) aşısı rallisinde kazananın kim olacağını gelecek belirleyecek ama ümit ederiz ki bilim ve insanlık kazansın.
Biyoinformatik, biyolojik bilginin bilgisayar yardımı ile incelenmesi ve işlenmesidir. İnterdisipliner bir bilim olan biyoinformatik, biyolojik veriyi depolama teknikleri ve depodan bulma teknikleri geliştirir, düzenler ve analiz eder. ‘Büyük verileri’ işlemek için yeni araçlarla ilişkili yeni genom sıralama teknolojilerinin gücü, virolojideki temel soruları ele almak için önemli fırsatlar sunar. Virolojide gündeme getirilen, örneğin; farklı ana bilgisayarlarda virüs ailelerinin tüm çeşitliliğini nasıl yakalayabiliriz? Viral evrimde rekombinasyon ne kadar önemli? Tek bir ortak viral köken mi var, yoksa bağımsız kökenler mi buluyoruz? Bu gibi yaygın sorular biyoinformatik desteğini gerektirir. Teknik olarak viral genomların küçük boyutu, genellikle klinik bağlamlarda çok sayıda izolatın sekanslanmasını mümkün kılar; bu diğer canlı sistemler için genellikle mevcut olmayan bir avantajdır.
Virüslere odaklanan çok az biyoinformatik topluluğu vardır. Viroloji ve biyoinformatikte yakalanan ayrı ayrı mükemmel ilerlemelere rağmen, bu iki topluluk HIV-1 ve İnfluenza üzerindeki bazı öncü çalışmalar dışında çok da etkileşimde değildi. Günümüzde biyoinformatistlerin ve virologların uzmanlığını bir araya getirmek çok önemli ve gerekli olmaya başladı. Günümüz büyük veri çağında çok spesifik ancak temel hesaplama yaklaşımları bu iki alanı yeniden ve zorunlu olarak bir araya getirdi. Mevcut analiz araçları, bulut tabanlı sistemleri, hesaplama kaynaklarını, veri paylaşım yaklaşımlarını, yeni teşhis araçlarını ve biyoinformatik eğitimini geliştirmek için virologlar ve biyoinformatistler arasındaki iş birliği gerekli ve kaçınılmazdır. Virüs biyoinformatiklerinin geleceği, hızlı spesifik biyoinformatik yazılım geliştirme, faydalı virüslere özgü veri tabanları ve araçlarının oluşturulmasına ve ortak disiplinler arası araştırma projelerinin kurulmasına bağlıdır. Bununla birlikte, biyoinformatik yöntemleri entegre ederek, gelecekte bir bireyin sınırlı genetik varyasyona sahip düşük yaygınlıklı bir virüs popülasyonu içerip içermediği gibi yalnızca bireysel virüs popülasyonu özelliklerine dayalı olarak hastalarda viral evrimi tahmin etmek mümkün olabilir. Burada amaç, bir virüs enfeksiyonunun seyrini tahmin etmek ve buna göre terapötik tedavileri yapabilmek olacaktır.
Virologlar için şu ana kadar birkaç virüse özgü veri tabanı mevcuttur. Örneğin; VİPR veritabanı, Arenaviridae, Bunyaviridae, Caliciviridae, Flaviviridae, Filoviridae, Hepeviridae, Herpesviridae, Paramyxoviridae, Picornaviridae, Poxviridae, Reoviridae, Rhabaviridae, Poxviridae, Reoviridae ve Rhabaviridae’ye ait birden fazla virüs ailesi için genomları entegre eder. Epiflu şu anda influenza virüslerinin genetik sekans verilerinin ve ilgili klinik epidemiyolojik verilerin en eksiksiz koleksiyonudur. HIV veritabanı, genetik dizileri ve immünoloikepitop verilerini içerir ve HCV, Hepatit C virüsünün eksiksiz bir veritabanıdır. ViralZone, virion ve genom figürleri ile birlikte genel moleküler ve epidemiyoloji veriler sağlar.
Şimdi Nereye?
Virüs biyoinformatiğinin geleceği, hızlı spesifik biyoinformatik yazılım geliştirmeye, yararlı virüse özgü veri tabanlarının ve araçlarının kurulmasına ve ortak disiplinler arası araştırma projelerinin oluşturulmasına bağlıdır. Avrupa’nın her yerinden virologlar ve biyoinformatikçilerden oluşan Avrupa Virüs Biyoinformatik Merkezi (EVBC), yeni bir virüs biyoinformatiği çağındaki çabaları koordine etmek için kısa süre önce kurulmuştur. EVBC, virüs araştırmalarının karşı karşıya olduğu önemli bilgi boşluklarından bazılarını doldurmayı umuyor.
Kaynaklar
- Kirk, M.D., Pires, S.M., et al. World HealthOrganizationestimates of the global andregionaldiseaseburden of 22 foodbornebacterial, B. Ibrahim et al. VirusResearch 251 (2018) 86–90 89 protozoal, andviraldiseases, 2010: a data synthesis. PLoSMed. 2015. :12, e1001921. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pmed.1001921.
- BasharI. , Dino P.M. , Franziska H., et al. 2018. A newera of virusbioinformatics. VirusResearch 251 (2018) 86-90.
- Breitbart, M., Rohwer, F., 2005. Here a virus, there a virus, everywherethesamevirus? TrendsMicrobiol. 13, 278–284. http://dx.doi.org/10.1016/j.tim.2005.04.003.
- 4.) Suttle, C.A., 2005. Viruses in thesea. Nature 437, 356–361. http://dx.doi.org/10.1038/ nature04160.
- 5.) Chang, J., 2015. Coreservices: rewardbioinformaticians. Nature 520, 151–152. http:// dx.doi.org/10.1038/520151a.
- 6.) Shu, Y., McCauley, J., 2017. GISAID: global initiative on sharingallinfluenza data – fromvisiontoreality. Euro Surveill. 22. http://dx.doi.org/10.2807/1560-7917.ES.2017. 22.13.30494.
- 7.) Druce, M., Hulo, C., Masson, P., et al. 2016. Improving HIV proteomeannotation: newfeatures of BioAfrica HIV proteomicsresource. Database: J. Biol. Databases Curation. http://dx.doi.org/10.1093/ database/baw045.
- 8.) Kuiken, C., Yusim, K., Boykin, L., et al. 2005. The Los Alamoshepatitis C sequencedatabase. Bioinformatics (Oxf., Engl.) 21, 379–384. http://dx.doi.org/10. 1093/bioinformatics/bth485.
- https://bioinformatics.cvr.ac.uk/event/uganda-course-2019/
- https://www.google.com/search?q=viruses+bioinformatics&safe=strict&sxsrf=ALeKk00LhFApOHuDYt_nc5cSR4VHh65kIw:1623402354337&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwjN_qCFnY_xAhVik4sKHVgyD7gQ_AUoAXoECAEQAw&biw=1366&bih=568#imgrc=lislW3-fmGpVhM