Filogenetik Nedir?

Genomik bilgi kullanılarak canlılar arasındaki ilişkileri ve moleküler düzeydeki benzerlikleri anlamlandırmaya çalışan biyolojik bilimdir.  Canlılar arası bu genomik benzerliğin biyolojik olarak nelere tekabül ettiğine dair çıkarımlarda bulunmak da bu bilimin konusudur.  Şimdilerde bilgisayar teknolojisine paralel gelişen bu  devasa bilimi bir yazıya indergemek imkansızdır. Joe Felsenstein 2004 yılında yayınladığı kitabında  bu tarihe kadar sadece Filogenetik alanında  farklı metodlar üzerine yayınlanmış olan 3000’den fazla akademik makalenin varlığından bahsetmiştir.Bu durumda burada sunulan bilginin filogenetiği öğrenmek için kafi gelmeyeceği açıktır.  Ancak çok özet de olsa sunulan bilginin faydası olacağı muhakkaktır. 

Canlılar arasındaki genom benzerlikleri DNA ya da protein dizileri kullanılarak yapılır. Bu dizilere ait  bilginin özetlenmesi ve görsel olarak anlaşılabilmesi için Filogenetik ağaçlar üretilir ve kullanılır.  Bu ağaçlar genellikle  oldukça karmaşık metodlar ile elde edilirler.

 DNAnın sekans bilgileri yahut da markör bilgileri;  proteinlerin ise proteini oluşturan aminoasit zincir bilgileri karşılastırılmada ve filogenetik ağaç yapımında kullanılır.  İlk olarak canlılar arası benzerliklerin moleküler formülasyonu olarak ortaya çıkan alan daha sonraları doğal hayatın korunmasından adli tibba varana dek, biyolojinin  hemen her alanında kullanılmaya baslanmıştır.  Örneğin aminoasit dizilimi bilinen ancak fonksiyonu bilinmeyen  bir protein başka proteinlerle karşılaştılırlarak  benzerlik ağaçları oluşturulabilir ve eldeki proteinin olası fonksiyonları bu yolla tahmin edilebilir.  Bilinmektedir ki değişik canlılara ait genom suratle sekanslanmaktadır(DNAnın nükleotid baz  şifresi çozülmektedir) bu da beraberinde bir çok proteinin aminoasit dizilim bilgisini ortaya çikarmaktadir.  Ne var ki bu kadar hızlı bulunan proteinlerin teker teker fonksiyonun bulunması hayli zor ve zaman almaktadir. Filogenetik ağaçlar bulunan bu yeni proteinlerin fonksiyonel sınıflandırmalarında  oldukça kullanışlıdır.

 Filogenetik sınıflandırmalar ayrıca ekonomik açıdan önemli kültür bitkilerinde eldeki genetik kaynakların daha profesyonelce kullanılabilmesi için gerekli genetik bilginin temininde; ıslah metodlarının  uzun zaman içerisinde canlıların genomik yapısında meydana getirdiği  değisikliklerin mahiyeti ve bu değisiklerin eristiği nokta hakkında bilgi edinmede de oldukça yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

Filogenetikte farklı metodların kullanımı değişik akademisyenler tarafından bir din gibi savunulmaktadır. Bunun en temel sebeplerinden bir tanesi  filogenetikte tek ve kesin bir sonucun olmamasıdır. Özellikle  DNAnın çok hızlı sekanslanması beraberinde bir bilgi deryasını getirmiştir. Var olan tüm bilginin kullanılması hesaplama olanakları ve teknikleri açısından imkansızdır.  Mevcut bilgisayar programlarının en güçlüleri, en hızlı bilgisayarlarla haftalarca çalışarak makul sayılabilecek bir sonuca ulaşmaktadır. Bunun temel sebebi artan birim( gen, protein, tür, popülasyon vs)  sayısının  muhtemel ağaç sayısını geometrik olarak arttırmasıdır.  Örneğin 3 farklı birim sadece 3 farklı ağaç olusturabilir. Birim sayisi dörde çıktığında ağaç sayısı 15, birim sayısı beşe çıktığında 105 ; elliy birim ile mümkün farklı ağaç sayısı 2.75292* 10⁷⁶ olacaktır.  Sayının büyüklüğünü bir kere daha düşünün.

Filogenetik ağaçlar:

Her bir metod çoğunlukla farklı bir sonuca götürmektedir.  Zaten  kesin ve doğru bir sonuç(ağaç) beklentisi de yerinde değildir. Endüstriyel istatistik uzmanı George Box’un da dediği gibi “Bütün modeller yanlıştır, ancak bazıları kullanışlıdır.” Filogenetikte kullanılan metodların karşılaştırılması bu yazının amacını aşacağı için sadece bazı belli başlı metodlara kısaca değinmekle yetineceğiz.
1. Parsimony Metodu: İki birim arasında en az değişiklik gerektiren ağaç en makul olan ağaçtır. Bu şu demektir: en az farklı olan birimler birbirine en yakın ve benzeyen birimlerdir.
2. Maximum likelihood Metodu: Bu metodun kuramsal olarak nasıl işlediğini kavramak için yeteri istatistik bilgisini donanmış olmak elzemdir. Ancak basitleştirirsek, eldeki bilgi ile olması ihtimali en yüksek ağaç ya da çözümleme en makbul olanıdır.
3. Bayes Metodu: Hemen her alanda kullanımı oldukça yaygınlaşan istatistik modeli filogenetiğin en popüler metodudur. Temelde Likelihood metoduna benzemekle beraber, öncül(prior) olasılık kullanımı ile bu metoddan ayrılır.

Yaygın Olarak Kullanılan Bilgisayar Programları:

Programlar hakkında genel bilgiye geçmeden evvel bir konunun altını çizmekte fayda vardır. Genellikle filogenetik alanında çalışan akademisyenler ile bu alanda program geliştirenler ezici çoğunluk ile MAC kullanmaktadırlar. Her ne kadar programların  PC versiyonları mevcut ise de MAC versiyonları her zaman daha ileri ve üst sürümdürler.  Filogenetik ağaçların eldesinde en yaygın kullanılan sadece 3 program hakkında bilgi vereceğiz. Ne var ki bu programların önerdikleri ağaçları bilgisayarınızda görüntülemenizi sağlayan baska bir program daha vardır. Bu da Treeview  programıdır. Bu program asağıdaki adresten ücretsiz olarak indirilip kullanılabilmektedir.
http://taxonomy.zoology.gla.ac.uk/rod/treeview.html

1. PAUP (Phylogenetic Analysis Using Parsimony): Florida Eyelet Üniversitesi’nden bir Akademisyen tarafından geliştirilen programın en son 4.0 beta versiyonu piyasaya sürlümüştür. Program ücretsiz değildir. Online olarak ulaşılabilecek oldukça kapsamlı bir elkitabı vardır. 

2. PHYLIP: İnternet üzerinden kullanımı ücretsizdir. Parsimony, farklılık matrisleri , maximum likelihood, ve bir çok farklı metodla ağaç eldesine olanak tanımakla klamayıp aynı zamanda değişik bir çok veri tipini kullanabilmektedir(DNA, RNA, Protein, restriksüyon bölgeleri, gen frekansları vs.) . Bu programı kullanabileceğiniz internet adresi:  http://evolution.gs.washington.edu/phylip.html

3. MrBayes: Adından da anlaşılacağı üzere Bayes istatistiği kullanılarak filogenetik ağaç elde etmede kullanılan bilgisayar programıdır. Bu program ücretsiz olarak internetten indirilip kullanılabilmektedir. Bilgisayar programının indirileceği internet adresi: http://mrbayes.csit.fsu.edu/download.php

Paup programı kullanılarak elde edilmiş bir filogenetik ağacın Treeview  programındaki görüntüsü
 

Resmi büyütmek için üstüne tıklatın