Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme...

70
Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme Sistemleri Barış Otlu İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilimdalı

Transcript of Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme...

Page 1: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Mikrobiyotanın En Etkili Analizi:

Yeni Nesil Dizileme Sistemleri

Barış Otlu

İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi

Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilimdalı

Page 2: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First
Page 3: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First
Page 4: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Yeni Nesil Dizileme Sistemleri

• Dünya Sağlık Örgütü yeni nesil dizileme sistemlerinin mikrobiyolojide potansiyel

kullanım alanlarını;

• tanısal mikrobiyoloji,

• yeni patojenlerin keşfi,

• antimikrobiyal duyarlılık ve

• moleküler epidemiyoloji olmak üzere dört ana başlık altında

değerlendirmektedir.

• Mikrobiyota analizi

Page 5: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Mikrobiyomunu Keşfet

Page 6: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First 1,000 Cultured Species of the Human Gastrointestinal Microbiota.

Mikrobiyota- Tarihsel Gelişimi

1

Bakterilerin Ilk defa izolasyonu

2

Anaerop bakterilerin izolasyonu

3 Moleküler tekniklerin gelişimi

4

Yeni nesil dizileme sistemleri

• Gastrointestinal sistemin mikrobiyotası.

Page 7: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1975-“Plus and Minus” Yöntemi

A T G C T G C Kalıp DNA

A T G C T G C

T A C G IIIIII

T primer IIIIII

DNA

polimeraz

4 dNTP

Biri 32P ile işaretli

• Sanger ve Coulson tarafından bu metod, sonraki 30 yıl süresince geliştirilerek

modern dizileme yöntemleri için yol gösterici olmuştur.

+C +T +A +G -C -T -A -G

Page 8: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

• ΦX174 Bakteriyofajının “tümü genomu” dizilendi.

1975-“Plus and Minus” Yöntemi

Page 9: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1977-Maxam-Gilbert Yöntemi

5’--32P G C T A C G T A--3’

poliakrilamid jel

• DNA’nın kimyasal modifikasyonunu takiben DNA’nın özgül bölgelerden kırılması

prensibine dayanır.

Page 10: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1977- Sanger Zincir Sonlandırma Yöntemi

5’ 3’ C G G G C T A G G C G T G C G T T

A

G C C A A A C G C C C C G A

C G C A A

C T T A A C G T

A C G C C C C G A G T A

C G C A A

C G C A A A C G C C C C G A G T A G C C C A G A

A C G C C C C G A G T A G C C C A

C G C A A primer

dNTP’s

G C C A A A C G

C G C A A A C G C C C C G

C G C A A

A C G C C C C G A G T A G

C A G C C C C G A G

C G C A A primer

C G C A A

ddNTP’s A T G C

P32

Page 11: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1977- Filogentik analizler için rRNA dizileri

Page 12: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1986- İlk Otomatize Cihaz

• Leroy hood ve Aplied Biosystem tarafından tanıtıldı.

Page 13: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1990-16S rRNA Dizileme

Page 14: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1990-İnsan Genom Projesinin Başlaması

Page 15: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1994-NCBI GenBank Kuruldu

Page 16: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1995- İlk Bakteriyel Tüm Genomun Dizilenmesi

• Haemophilus influenzae ve Mycoplasma genitalium’un “tüm genom” dizilemesinin

yapıldığı duyurulmuştur.

Page 17: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1995- İlk Bakteriyel Tüm Genomun Dizilenmesi

• Bu çalışmada; yeni nesil dizileme sistemlerine de temel oluşturacak

“shotgun dizileme” yaklaşımı ortaya konmuştur.

tüm genom

ACTGCTGTCGAATCGGCCTTTAAGGCTGACTGGTAGCCCGTGAGAGATTTGA

ATGCTATGT GCTATGTATGC

GCGCTAGCT

GCTATGTAT

Page 18: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1995- İlk Bakteriyel Tüm Genomun Dizilenmesi

• Her bir DNA parçasının ayrı ayrı dizilenebilmesi için izole edilebilmesi gereklidir.

tüm genom

RE RE RE RE RE RE RE

RE ile kesim

klonal

çoğalma

parçaların

plazmite

aktarılması

Page 19: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1995- İlk Bakteriyel Tüm Genomun Dizilenmesi

• Yine bu çalışmada;

yeni nesil dizileme sistemlerine de temel oluşturacak basamaklar belirlenmiştir.

library construction DNA’nın parçalara ayrılarak kütüphanenin oluşturulması

high-throughput sequencing DNA parçalarının ayrı ayrı yüksek hacimli dizilenmesi

assembly dizilerin bir araya getirilmesi

Page 20: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

• İnsan genom projesine, Craig Venter’in kurduğu Celera adlı özel teşebbüs dahil

olmuştur.

• Geliştirilen en kritik sistem 96 örneği 3 saat içinde çalışabilen

ABI Prisim 3700 sistemidir.

1998-Celera

3 ay içerisinde 20 Gb genom dizileme

Page 21: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1998-Metagenom Terimi

Page 22: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

1998-Metagenom Terime

Page 23: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

2001-İnsan Genom Projesinin Tamamlanması

Page 24: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

• Projenin tamamlanması;

postgenomik alanın başlangıcını oluşturmuş.

• Yaklaşık 3 milyar dolar harcanmış ve 11 yıl süre geçmiştir

• Yöntemler;

- yoğun emek gerektiren,

- zaman alıcı ve oldukça maliyetli.

• İnsan genom projesi dizileme teknolojileri ile ilgili yeni yaklaşımlara ihtiyaç

olduğunun fark edilmesine ve birçok yeni fikrin doğmasına da neden olmuştur.

2001-İnsan Genom Projesinin Tamamlanması

Page 25: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First
Page 26: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Yeni Nesil Dizileme Sistemlerinin Doğuşu

• Bu dizileme sistemleriyle;

yüksek doğrulukta ve hızda dizileme yapabilmekte ve

genom dizi bilinmeyen bir canlının genom dizisinin ortaya çıkarılabilmektedir.

(De Novo dizileme).

• Bu sistemlerin ortak özeliği;

• Aynı anda milyonlarca kısa dizilemenin yapılmasıdır.

Massive Paralel Sequencing

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctt

aatt

gcta

gcta

ttta

at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

tgct

gaag

tga

atat

gctg

aaat

agtg

a

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

atat

gctg

aaat

agtg

a at

gctg

ctga

agtg

a at

atgc

tgaa

atag

tga

atgc

ttaa

ttgc

tagc

tatt

ta

• Bioinformatik analizlere ihtiyaç duyulması

Page 27: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Yeni Nesil Dizileme Sistemlerinin Doğuşu

Page 28: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

454 Life Science Roche Applied Science

• Pirodizileme ile “sentez yoluyla dizileme” prensibine dayalıdır.

Kütüphanenin hazırlanması

DNA parçalarının yakalanması ve zenginleştirme

adaptör moleküllerin eklenmesi ve denatürasyon

Genomik DNA ‘nın RE ile parçalara ayrılması

dizileme primerinin bağlanacağı adaptör

PCR primerinin bağlanacağı adaptör

Page 29: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Boncuklar santrifüj ile plak tabanına çöktürülür

Pirodizileme reaksiyonu ve CCD kamera ile ışımanın tespiti

A

T

G C

454 Life Science Roche Applied Science

Page 30: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

454 Life Science Roche Applied Science

• Her okumada 200 baz ya da her 12 saatlik çalışma başına toplamda 20

megabaz olacak şekilde 100.000 baz çiftinden fazla okuma yapabilmektedir.

• Bu sistemin 2007’de tanıtımının yapılmasından sonra cihazda şaşırtıcı yenilikler

yapılmıştır.

Page 31: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Genome Sequencer FLX Titanium Roche Applied Science

• Bu yeniliklerden bir tanesi;

kuyucuk sayısı arttırılmış pikotitre plaklarıyla 500 baza kadar okuma

yapılabilmesidir.

• Bu sistem 8 saatlik tek okumada 500 milyon baz

dizileyebilmektedir.

Page 32: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Genome Sequencer FLX Titanium Roche Applied Science

Page 33: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Genome Sequencer FLX Titanium Roche Applied Science

Page 34: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Genome Analyzer Solexa-illumina

• Geliştirilen ikinci yeni nesil dizileme cihazıdır ve diğerinden farklı bir yöntem kullanılır.

• Tüm reaksiyon mikroskop slaytına benzer katı bir fazda gerçekleştirilir.

Page 35: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

tüm genom

kütüphane oluşturulması

ve adaptör moleküllerin

eklenmesi

bağlanma köprü PCR denatürasyon

Genome Analyzer illumina

Klonal çoğalma ve

kümelerin oluşması

DNA pol

Page 36: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

T T G

T G C

T G C T

T G C T A

Genome Analyzer illumina

Yıkama ve

3’ OH

ucunun

yeniden

açılması

• Nükleotidlerin 3’ OH uçları kimyasal olarak kapatılmış olduğundan zincir

sonlanmasına neden olur.

T G

Yıkama

C

Yıkama

T

Yıkama

A

Page 37: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

HiSeq 2000 illumina

• Tek yükleme ile iki bireye ait genomu kişi başı 10.000 dolarlık bir maliyetle

dizileyebilmektedir.

Kütüphane hazırlanması

1-14 gün

Zenginleştirme

5 saat

Sentez ile dizileme

2-10 gün

Verilerin analizi

2 gün

Page 38: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

HiSeq 2000 illumina

16S Yüksek hacimli dizileme

Tüm genom dizleme (metagenomik dizileme)

mikrobiyom

ekstraksiyon

ekstraksiyon

Page 39: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

HiSeq 2000 illumina

206 tür 124’ü daha önce gösterilmemiş

36 tür Neden daha az ?

Page 40: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

HiSeq 2000 illumina

http://www.biomedcentral.com/1471-2180/5/19/figure/F2?highres=y

ATGTGTATGCTGCTGATAGC ATGTGTATGCTGCTGATAGC ATGTGTATGCTGCTGATAGC ATGTGTATGCTGCTGATAGC

ATGTGTATGCTGCTGATAGC ATGTGTATGCTGCTGATAGC ATGTGTATGCTGCTGATAGC ATGTGTATGCTGCTGATAGC ATGTGTATGCTGCT ATGTGTATGCTGCTGATAGC

ATGGATAGC ATGGATAGC ATGGATAGC ATGGATAGC

ATGGATAGC ATGGATAGC

AGC AGC AGC

AGC AGC

• Mikrobiyota çalışmalarında “tüm genom dizileme” yaklaşımında okunan

dizilerin birleştirilme (assemble) şansı şu an için çok zor.

Page 41: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

HiSeq 2000 illumina

http://www.biomedcentral.com/1471-2180/5/19/figure/F2?highres=y

ATTTGCGCTGTTAGATTTATTTGCATACTTATTAATGATTTA

Page 42: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

HiSeq 2000 illumina

• Bu çalışmada 16S “yüksek hacimli dizileme” yaklaşımı ile tespit edilebilen

bakteriler.

Page 43: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

HiSeq 2000 illumina

• Virüsler ve fajlar sadece “tüm genom dizileme” yaklaşımı ile tespit edilebilir.

Page 44: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

SOLID Applied Biosytem

• Örneğin hazırlık aşamaları, hedefin klonal (küme) olarak çoğaltılması ve emülsiyon PCR

basamakları 454 sistemine oldukça benzerlik göstermektedir.

DNA parçası DNA parçası adaptör adaptör iç adaptör

DNA parçası adaptör adaptör

Page 45: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

SOLID Applied Biosytem

• Bu dizileme yönteminde diğerlerinden farklı olarak, çoğalmış DNA,

boncuklardan saflaştırılarak slayt yüzeyine kovalent olarak bağlanır.

Page 46: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

-z-z 3’ C-T-n-n-n

3’ p 5’

-z-z-z 3’ C-A-n-n

-z-z-z 3’ G-C-n-n

-z-z-z 3’ G-G-n-n

G-A

-z-z C-T-n-n-n 3’

G-A

ayrılma

-z-z-z C-A-n-n p

C-T-n-n-n 3’

G-A G-T

ayrılma

ligaz

ligaz

adaptör dizi kalıp dizi

primer

SOLID Applied Biosytem

Page 47: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

SOLID Applied Biosytem

• Bu teknolojinin en farklı yanı

ise prob bağlanma işleminin iki oligonükleotid tarafından kontrol edilmesidir.

• Bu metot sentezleyerek dizileme yaklaşımına göre belirleyici şekilde

yüksek özgüllük ve yüksek doğruluk göstermektedir.

Page 48: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

• SOLID cihazı geliştirilerek her okumadaki baz sayısı artırılmış ve daha kolay iş

akışı sağlanmıştır.

• Tek slayt üzerinde okuma uzunluğu artırılarak 10 günde 60 gigabazdan fazla ve

dizileme yapabilmektedir.

SOLID 3 Plus Applied Biosytem

Page 49: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

• 2010 yılında yeni geliştirilen SOLID 4hq cihazı 14 günde 300 gigabaz okuma

yapabilmektedir ve tek genom maliyeti yaklaşık 3000 dolardır.

SOLID 4 HQ Applied Biosytem

Page 50: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

İon Torrent

• Herhangi bir optik okuma veya floresan ışımanın yer almadığı bir sistem olan bu sistem

2010 yılında tanıtılmış diğerlerinden oldukça farklı bir sistemdir.

A G C C A T

A

G

C

C

A

T

A G C C A T

A

G

C

C

A

T

Page 51: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

İon Torrent

• İyon yarı iletken dizilemesine dayalı bu dizileme yöntemi, DNA'nın polimerizasyonu

sırasında açığa çıkan hidrojen iyonlarının tespitine dayalıdır.

Page 52: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

İon Torrent

• Cihazın en önemli bileşeni kimyasal değişimleri tespit etmek amacıyla

kullanılan yarı iletken çiplerdir.

• Cihazın İyon Proton II çipine sahip modeli,

660 milyon çipten oluşmakta ve tüm insan

genomunun dizilenmesi için

kullanılabilmektedir.

Page 53: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

İon Torrent

Page 54: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

İon Torrent

Page 55: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

İon Torrent

Page 56: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Yeni Nesil Dizileme Cihazları:

Yöntem iki dezavantaja sahipti.

• PCR’ın pahalı ve zaman alıcı bir işlem olmasıdır.

• Diğeri ise bu aşamada hatalı bazların çoğaltılmasıdır.

İlk yeni nesil dizileme sistemleri,

yüksek doğruluk, hız ve düşük fiyata tahminden daha hızlı eriştiler.

Yöntem iki dezavantaja

sahipti.

• PCR’ın pahalı ve

zaman alıcı bir

işlem olmasıdır.

• Diğeri ise bu

aşamada hatalı

bazların

çoğaltılmasıdır.

Moore yasası

Page 57: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

İkinci Yeni Nesil Dizileme Cihazları:

Tek molekül dizileme sistemleri

Page 58: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Helicos Genetic Analysis Helicos BioSciences

Page 59: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Helicos Genetic Analysis Helicos BioSciences

• Bu sistemde, poly(dA) kuyruğu eklenen DNA parçaları, katı yüzeye bağlanmış

oligo(dT) primerleri ile yakalanır.

Page 60: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

katı yüzey

T T T T T T

T T T T T T

T T T T T T

A A A A A A G C G T C A

A A A A A A C T A C T G

A A A A A A T G C A C T

C

Helicos Genetic Analysis BioSciences

• Bu sistemde, poly(dA) kuyruğu eklenen DNA parçaları, katı yüzeye bağlanmış

oligo(dT) primerleri ile yakalanır.

C

G

A A

1 2 3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

Page 61: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Helicos Genetic Analysis Helicos BioSciences

• Cihazın fiyatı 1.3 milyon dolar

ve çok fazla hata oranı olması ve çok kısa okumalar yapmasından dolayı popülaritesi

sınırlıdır.

Page 62: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Pacific Biosciences

“Sıfır mod dalga alanı” (zero-mode waveguide ZMW) olarak adlandırılan, optik

kuyucuk tabanına tek bir DNA polimeraz bağlanmıştır.

Page 63: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Pacific Biosciences

“Sıfır mod dalga alanı” (zero-mode waveguide ZMW) olarak adlandırılan, optik

kuyucuk tabanına tek bir DNA polimeraz bağlanmıştır.

uyarım ışıma

DNA pol

Page 64: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Pacific Biosciences

Page 65: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Daha da Yeni Nesil Dizileme Sistemleri

Page 66: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Oxford Nanopore Technology

Page 67: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

IBM DNA Transitstor Technology

DNA’nın (sadece tek iplik halde geçebileceği)

“karbon nano tüplerden” (elektron tünelleri) geçerken meydana gelen elektrik

akımını ölçülmesi prensibine dayalıdır.

Page 68: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Yeni Nesil Dizileme Sistemleri

Tüm bu üstün özelliklerine rağmen,

bu sistemlerin rutin mikrobiyoloji

laboratuvarlarında yerini alması için henüz

erken dönemlerde olduğumuz söylenebilir.

Page 69: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Yeni Nesil Dizileme Pazarı

http://www.electronics.ca/store/next-generation-sequencing.html

• 2018 de tahmin edilen pazar payı 4 milyar dolar.

cihaz sarf malzeme

mily

ar

do

lar

Page 70: Mikrobiyotanın En Etkili Analizi: Yeni Nesil Dizileme ...ankaramikrobiyoloji.org.tr/docs/8kongre/Baris_Otlu.pdf · FEMS Microbiol Rev. 2014 May 27. doi: 10.1111/1574-6976 The First

Yeni Nesil Dizileme Sistemlerini Kim Üretiyor ?

Bu çalışmalara başlamadan önce,

iyi hipotezler kurup, yeni nesil dizileme cihazlarının ürettiği milyonlarca veriyi nasıl

işleyeceğimizi öğrenmek.